Древесно-полимерные композиционные материалы

Древесно-полимерные композиционные материалы — искусственные многокомпонентные материалы, состоящие из древесных структурных элементов, соединенных друг с другом полимерной матрицей, включающие, при необходимости, другие химические добавки и физические структурные элементы.

По данным ФАО ООН ("Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций") к концу 20 века мировое производство древесных композиционных материалов в объемных единицах уже превосходило производство сталей, пластмасс и алюминия.

Материалы, полученные на основе переработки натуральной древесины, соединенные синтетическими смолами называют также древесными пластиками.

Идею древесно-полимерных композитов можно представить следующим образом: круглое и не вполне однородное по свойствам бревно разделяется на фрагменты меньшего размера, которые затем вновь соединяются в другие, технологически более удобные формы.

После дезинтеграции худшие фрагменты материала могут быть изъяты или более равномерно распределены внутри композита.

Первым индустриальным ДПК можно считать листовую клееную фанеру, производство которой было организовано в 19 веке из строганого и лущеного древесного шпона и природных клеев. Однако, важнейшей технической и экономической предпосылкой для развития производства ДПК стало изобретение и освоение производства синтетических полимеров, в первую очередь, - фенолоформальдегидных смол.

В первой половине прошлого века ДПК нашли самое широкое применение в автомобилестроении, самолетостроении, вагоностроении, судостроении, в производстве разнообразных станков и машин. Во второй его половине на основе ДПК начинается индустриальное производство деревянных домов и мебели. Сегодня ДПК считаются в мире одним из наиболее современных и передовых направлений среди конструкционных материалов.

Наряду с синтетическими, в ДПК используют связующие матрицы из природных полимеров, а так же различных комбинированных связующих, в т.ч. совместному применению термопластичных и термореактивных полимеров.

Кроме использующихся в ДПК традиционных пород древесины, растет интерес к применению других целлюлозосодержащих материалов - бамбука, тростников, солом, конопли, отходов производства льна, шелухи зерновых культур, стеблей хлопчатника, ореховых скорлуп, различных видов соломы и т.д. и т.п.

В качестве наполнителей В ДПК могут использоваться самые разнообразные искусственные и природные вещества в различных формах
(крупноразмерные, листовые, волокнистые, дисперсные, мелкодисперсные, микродисперсные, наночастицы).

Древеснослоистые пластики (ДСП) изготавливают из тонких листов березового (иногда ольхового, липового или букового) шпона, пропитанного смолой и запрессованного при высоком давлении 150...180 кг/см² и температуре t=145...155ºC.

В зависимости от взаимного расположения слоев шпона в пакете, различают 4 основных марки ДСП:

ДСП-А – все слои параллельны друг другу,

ДСП-Б – через каждые 10-12 параллельных слоев один поперечный,

ДСП-В – перекрестное расположение слоев, причем наружные слои располагаются вдоль плиты,

ДСП-Г – звездообразная, каждый слой смещен по отношению к предыдущему на 25...30º.

Для строительных конструкций рекомендуются марки ДСП-Б и ДСП-В, как наиболее прочные поперек волокон и под углами к волокнам.

Во всех случаях прочность ДСП превышает прочность цельной древесины, а для некоторых марок при действии усилий вдоль волокон шпона не уступает прочности стали.

В настоящее время в связи с высокой стоимостью ДСП, он применяется в основном для изготовления средств соединения элементов конструкций.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливают из хаотически расположенных волокон древесины (опилок), склеенных канифольной эмульсией. Сырьем для ДВП являются отходы лесопиления и деревообработки. Для изготовления твердых и сверхтвердых плит в древесноволокнистую массу добавляют фенолоформальдегидную смолу. При длительном действии влажной среды, древесноволокнистая плита весьма гигроскопична, набухает по толщине и теряет прочность, поэтому во влажных условиях применять ДВП не рекомендуется. Прочность сверхтвердых плит ДВП плотностью не менее
950 кг/м³ при растяжении составляет около 25 МПа.

Древесностружечные плиты (ДСтП ПС и ПТ) получают путем горячего прессования древесных стружек, перемешанных, вернее опыленных фенолоформальдегидными смолами.

Древесностружечные плиты подразделяют в зависимости от плотности:

- легкие γ=350...500 кг/м³

- средние ПС γ=500...650 кг/м³

- тяжелые ПТ γ=650...800 кг/м³

Прочность плит ПТ и ПС при растяжении составляет соответственно 3,6...2,9 МПа и 2,9...2,1 МПа. ПС и ПТ являются дешевым и доступным материалом, он широко используется в строительстве в качестве перегородок, подвесных потолков. Легкие плиты используют в качестве теплоизоляции в трехслойных конструкциях. Влагопоглощение плит колеблется в широких пределах, при увлажнении они могут разбухать по толщине на 30..40%.

Древесные формовочные прессмассы.

В 1911 г. американский химик Л. Бакеланд нашел способы поликонденсации фенолоформальдегидной смолы и наполнения ее различными материалами, из которых наиболее распространеным стала древесная мука. В нашей стране этот материал был назван карболитом или древесным прессматериалом. Это изобретение оказало значительное влияние на все последующее развитие полимерных композиционных материалов. Технология приготовления бакелита проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя помещается в прессфому и отверждается при повышении температуры.

Из бакелитовых прессмасс изделия формуют в горячих прессах и льют в термопластавтоматах. Получаемые изделия обладают высокой прочностью и устойчивостью к воздействию воды, масел и растворителей. Бакелиты наполненные растительными и др. волокнами называются волокнитами.
Из пропитанных бакелитовой смолой хлопчатобумажных и др. тканей изготавливают текстолиты, а из пропитанных смолой бумаг - гетинаксы (бумажные слоистые пластики).

Дата добавления: 2014-01-20