Перспективные материалы из древесных отходов
Продукция глубокой переработки древесины является конкурентоспособной
и высокорентабельной, что обеспечивает выход ее на российские и зарубежные
рынки и приносит устойчивые положительные финансовые результаты. Кроме
того, при современных железнодорожных тарифах перевозка продукции глубокой
переработки значительно эффективнее, чем перевозка круглого леса.
Одним из наиболее эффективных и рациональных направлений по переработке
древесных отходов и низкосортной древесины во всем мире является производство
древесных плит. При производстве плитных материалов актуальная проблема
— получение материалов с новыми заранее задаваемыми свойствами, способными
расширить их область применения.
Основная характеристика древесных плитных материалов на основе древесины
приведена в таблице 1.
Таблица 1. Область применения плитных материалов
Для расширения ассортимента и рынка сбыта готовой продукции был проведен
поиск новых областей использования древесных плитных материалов в строительстве.
Результаты поиска показали, что область обустройства помещений для защиты
от рентгеновских излучений мало изучена, существующие средства защиты
имеют различные недостатки (одни недостаточно долговечны, другие неудобны
в процессе использования и монтажа, третьи — недостаточно привлекательны
по цвету, фактуре, четвертые — дороги, пятые — имеют в своем составе экологически
вредный свинец и его соединения). В связи с чем было принято решение о
разработке древесных плитных материалов с рентгенозащитными свойствами
для применения в медицинских и жилых помещениях, и т.д.
В Уральском государственном лесотехническом университете на кафедре «Механической
обработки древесины» ведутся поисково-экспериментальные работы по
созданию композиционных конструкционных, облицовочных и отделочных материалов
с защитными свойствами от рентгеновского излучения на основе древесины.
Разработаны слоистые композиционные материалы на основе березового шпона,
аналогичные фанере (Фанотрен), металло-свинцовосодержащие и с природным
наполнителем, а также композиционные материалы, аналогичные ДСП, ДВП с
использованием отходов древесины (Плитотрен); эти материалы могут применяться
при оборудовании рентгеновских кабинетов: обшивке стен, полов, потолков,
а также изготовлении ширм, дверных блоков и т.д.
Плитотрен — композиционный материал, аналог древесностружечной плиты,
обладающий высокими защитными свойствами от рентгеновского излучения.
Композиционный материал состоит из древесных частиц из отходов древесины,
связующего, минерального наполнителя.
На механические и защитные свойства композиционных материалов существенно
влияет форма частиц материала, которые могут быть сферическими, кубическими,
плоскими и т.д. С помощью электронного микроскопа была сделана серия снимков
внутреннего строения Плитотрена (рис. 1). Его внутреннее строение можно
представить как древесные частицы (2), окутанные минеральным наполнителем
со связующим (1).
Распределение связующего по поверхности древесных частиц определяет качество
клеевых соединений и оказывает существенное влияние на свойства Плитотрена.
Как известно, у мелких частиц резкое увеличение содержания смолы по отношению
к их массе обусловлено впитыванием мелкой стружки [2]. Это согласуется
со свойством древесины, согласно которому впитывающая способность через
торцевую поверхность на два порядка выше, чем через тангенциальную. Качество
осмоления древесных частиц зависит от однородности их фракционного состава.
Известно, что мелкие древесные частицы, обладающие большей суммарной поверхностью,
чем крупные при одинаковом объеме, в большей степени впитывают влагу.
Поэтому, если в смесителе окажутся мелкие и крупные частицы, то последние
будут не проклеены, и минеральный наполнитель будет распределен неравномерно.
Варианты распределения частиц в композиционных материалах могут быть различны
(рис. 2).
Для композиционных материалов открываются широкие возможности варьирования
их свойств, а, значит, и оптимизации конструкций из этих материалов.
В результате научно-исследовательских, поисково-экспериментальных
работ были разработаны различные конструкции композиционных рентгенозащитных
материалов на базе Плитотрена (таблица 1), которые согласно патентных
исследований, не имеют аналогов в мире.
Разработанные материалы обладают высокими физико-механическими и рентгенозащитными
свойствами (таблица 2), декоративными и эксплуатационными свойствами и
являются конструкционными.
Материалы можно облицовывать и производить отделку разнообразными лакокрасочными
материалами, тем самым, улучшая их внешний вид.
Материалы обладают оригинальными конструктивно-декоративными особенностями,
хорошими свойствами для монтажа, хорошо обрабатываются на деревообрабатывающем
оборудовании. Степень защиты можно регулировать по требованию заказчика.
В табл. 3 представлены материалы на основе Плитотрена.
Рассмотрим основные процессы, происходящие при взаимодействии Плитотрена
с рентгеновским излучением.
При прохождении рентгеновского излучения через вещество происходят следующие
процессы: фотоэлектрическое поглощение, когерентное и некогерентное рассеяние
на атомах [3].
Схематично эти процессы представлены на рис. 3.
Таблица 2. Сравнение основных технических характеристик плитных материалов
Таблица 3. Конструкции материалов на основе Плитотрена
Размеры древесных частиц и минерального наполнителя можно рассматривать
как ультрадисперсную среду. Представим Плитотрен в виде плоскопараллельной
пластины. Пусть I0 — интенсивность падающих на образец толщиной t монохроматических
(имеющих строго определенную длину волны) рентгеновских лучей, I — интенсивность
лучей, прошедших на глубину x.
Выделим на глубине x слой толщиной dx и запишем для этого слоя закон поглощения:
где µ — линейный коэффициент поглощения, характеризующий относительное
уменьшение интенсивности лучей с данной длиной волны на единице пути.
В дифференциальном уравнении (1) переменные разделены, и обе его части
можно проинтегрировать в следующих пределах: правую часть от 0 до t, а
левую от I0 до It, где It — интенсивность прошедших через образец лучей:
Отсюда следует, что , следовательно,
Графически это уравнение представлено на рис. 4
Плитотреном можно облицовывать и производить отделку разнообразными лакокрасочными
материалами, изготавливать из него конструктивные материалы (стеновые
панели, ширмы, экраны и т.п.), таблица 3.
Разработанные композиционные материалы могут быть использованы как защитные
материалы от рентгеновского излучения, для их изготовления можно использовать
отходы деревообработки. Степень защиты полученного материала от рентгеновского
излучения можно регулировать в зависимости от требований заказчика. Проведенные
поисковые, экспериментальные работы показывают о перспективности производства
данного материала. Особенность данного композитного материала — использование
для его производства отходов древесины.
Библиографический список
1. Мэттьюз Ф. Композиционные материалы. Механика и технология [Текст]
/ Ф. Мэттьюз, Р. Ролинге. М.: Техносфера, 2004 — 408 с.
2. Леонович А.А Физико-химические основы образования древесных плит. [Текст]
/ А.?А. Леонович. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2003 — 192 с.
3. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей. [Текст] / М.?А. Блохин. М.:
Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957 —
518 с.
Мялицин Ан.В., Ветошкин Ю.И., Самойленко А.П. (УГЛТУ,
г. Екатеринбург, РФ).
По материалам доклада на IV Международном евразийском симпозиуме «Деревообработка:
технологии, оборудование, менеджмент XXI века» в рамках II Евро-Азиатского
лесопромышленного форума, г. Екатеринбург, РФ, осень 2009 г.
