Алюминиевая фольга (альфоль)-новый теплоизоляционный материал, представляющий собой ленту гофрированной бумаги с наклеенной на гребне гофров алюминиевой фольгой. Данный вид теплоизоляционного материала в отличие от любого пористого материала сочетает низкую теплопроводность воздуха, заключенного между листами алюминиевой фольги, с высокой отража-тельной способностью самой поверхности алюминиевой фольги. Алюминиевую фольгу для целей теплоизоляции выпускают в рулонах шириной до 100, толщиной 0,005- 0,03 мм.
Практика использования алюминиевой фольги в теплоизоляции показала, что оптимальная толщина воздушной прослойки между слоями фольги должна быть 8- 10 мм, а количество слоев должно быть не менее трех. Плотность такой слоевой конструкции из алюминиевой (фольги 6-9 кг/м3, теплопроводность - 0,03 - 0,08 Вт/(м* С ).
Алюминиевую фольгу употребляют в качестве отражательной изоляции в теплоизоляционных слоистых конструкциях зданий и сооружений, а также для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре 300 °С [1].
Добавить абзац - С учетом поставленных задач по переработке всей заготавливаемой биомассы древесины актуальным является производство теплоизоляционных материалов на основе древесных отходов. Поскольку коэффициент теплопроводности таких материалов как правило больше, чем у пенополистирола, минеральной ваты и других материалов, необходимо проведение исследований по улучшению теплоизоляционных свойств композитов на основе древесины.
1.4. Анализ древесных ресурсов для производства композиционных материалов теплоизоляционного назначения
В настоящее время деревообрабатывающая промышленность в России развивается быстрыми темпами. Это вызвано большой и развитой ресурсной базой лесного хозяйства и постоянным совершенствованием технологий в данной области.
Костромская область является одним из ведущих производителей изделий из древесины различного назначения. На протяжении длительного времени количество произведенных пиломатериалов и изделий из них ежегодно растет. Так, например, производство окон, балконных дверей и их коробок, а также дверей в 2017 году увеличилось в 1,6 раза по сравнению с 2016 годом и составило 76,6 тыс.м2. В 2017 году производство деревянных поддонов, включая поддоны с бортами, и прочие деревянные погрузочные щиты увеличилось в 1,8 раза, и составило 689,1 тыс. шт.[3, с. 96-97].
Негативным фактором увеличения производительности деревообрабатывающих предприятий является увеличения количества отходов. Непосредственно, при механической обработке древесины остаются продукты переработки - горбыли, рейки, обрезки, опилки, стружка, шлифовальная пыль и др.
Объем получаемых отходов зачастую превосходит объем получаемых пиломатериалов и изделий. Так, при рубке и вывозке древесины из леса около 20% древесного сырья составляют отходы в виде ветвей, пней, корней, а их вывезенной около 20% составляет неделовая древесина (дрова). В лесопильном производстве количество отходов составляет 35-42 %. В мебельных производствах количество отходов в среднем составляет 53-65 % от поступивших пиломатериалов. При выработке фанеры отходы составляют 52-54 %, строганного шпона - 30-45 %. Ежегодное количество отходов и неделовой древесины по стране составляет около 300 млн м3. На примере Костромской области видно, что количество отходов ежегодно возрастает. Так в 2013 году количество отходов сельского хозяйства, охоты и лесного хозяйства составляло 115 640,0104 тонн, а уже в 2015 году - 317 620,9101 тонн [2, с.66-69].
Государственной Думой были внесены поправки в закон об обязательной переработке древесных отходов. Ранее предполагалось, что данный закон начнет действовать с 2018 года, однако эта дата была перенесена на 2022 год. По закону нельзя будет выбрасывать или сжигать мусор, полученный на лесопильном предприятии и у специалистов деревоперерабатывающих заводов остается три года, чтобы подумать, как рационально использовать отходы своего производства и как извлечь выгоду из того, что сейчас засоряет природу [4].
Преимущественным способом утилизации отходов на деревообрабатывающих предприятиях Костромской области является сжигание их в котельных с целью производства электроэнергии и тепла. Еще одним способом их утилизации является производство топливных гранул - пеллет. Представляет собой высушенную и спрессованную под большим давлением древесину без связующих добавок (опилки, щепки, ветки, кора деревьев, горбыли). Частички древесины и других сырьевых материалов под давлением и температурой склеиваются при помощи природного вещества лигнина, которое содержится в самом сырье. Оставшиеся отходы деревообработки, не являющиеся отходами V класса опасности, либо обезвреживаются термическим способом, либо отправляются на захоронение[5].
Выбрасываемые отходы представляют собой ценное вторичное сырье, которое можно эффективно использовать в производстве различных видов строительных материалов.
Одним из основных направлений развития промышленности строительных материалов является - обеспечение комплексного использования природного сырья, вторичных ресурсов и отходов различных отраслей промышленности в процессе производства строительных материалов. Использование отходов деревообрабатывающей промышленности позволит обеспечить потребность строительного комплекса в современных материалах теплоизоляционного назначения, а также снизит отрицательное воздействие на окружающую среду за счет внедрения малоотходных и безотходных технологий [6].
1.5 Экологические и технологические аспекты производства теплоизоляционных материалов из древесных отходов
На протяжении всего времени существования человек постоянно совершенствовал методы и способы обработки сырья, стремился к созданию новых видов продукции и улучшению ее качества. К примеру, на сегодняшний день известно более 20 тыс. наименований продукции, получаемой из древесины путем ее механической, механо-физической, химической или другой обработки. При этом значительные объемы древесины используются в строительном комплексе, в том числе для теплоизоляции ограждающих конструкций.
Требования повышенной комфортности, экологические приоритеты, технико-экономические преимущества и другие факторы способствуют увеличению спроса на строительные материалы из древесины. Также это объясняется наличием значительных сырьевых ресурсов, превосходством древесины перед традиционными материалами по ряду эксплуатационных показателей.
Особенностью современного состояния сырьевой базы деревообрабатывающих предприятий является существенное снижение запасов качественной древесины в промышленно освоенных районах и увеличение в составе насаждений доли мягколиственной и малоценной древесины с невысокими потребительскими свойствами. При этом в европейской части России используется лишь половина, а в сибирском регионе - треть биомассы растущего дерева. Остальная часть в процессе производства продукции превращается в отходы, которые чаще всего используются на топливно-энергетические нужды, а нередко вывозятся в отвалы, сжигаются или сбрасываются в водоемы. Негативные стороны нерационального использования вторичных ресурсов проявляются именно в деревообрабатывающей промышленности, где образуется огромное количество мягких и твердых древесных отходов. Наряду с загрязнением водной, воздушной и наземной среды, недоиспользование древесных ресурсов ведет к серьезным экономическим потерям, т.к. выбрасываемые отходы представляют собой ценное вторичное сырье, которое можно эффективно использовать в производстве различных видов строительных материалов [7].
Решению проблемы экологически безопасного производства строительных материалов может способствовать использование преимуществ древесины, связанных с ее природными свойствами и меньшей энергоемкостью переработки [8]. Свидетельством этому могут служить данные, приведенные на рис. 1.1, откуда видно, что при прочих равных условиях может быть произведено гораздо большее количество строительных материалов из древесины, чем из кирпича и бетона.
Рис. 1.1 Объем производства строительных материалов при равных энергозатратах
Производство любой продукции из древесины, в том числе и строительных материалов, неизбежно связано с образованием вторичных древесных ресурсов и отходов, которые сегодня используются на 35-65% [9-11]. В этой связи при традиционном подходе к организации переработки древесного сырья для нужд деревянного домостроения может возникнуть серьезная угроза окружающей среде.
В наше время существенно повышается спрос на экологически чистые теплоизоляционные материалы, что и легло в основу разработки нового вида теплоизоляционного материала из древесных отходов. Применяемые теплоизоляционные материалы, например пенополистирол, стоят недорого и хорошо укладывается на стены. Однако, в основу его производства положено применение отходов нефти, поэтому он имеет недостаточную экологичность. Кроме того, пенопласт подвержен влиянию температуры и уничтожается грызунами [12]. Поэтому исследования по разработке новых экологически чистых теплоизоляционных материалов являются актуальными.
Среди разнообразных теплоизоляционных материалов в последние годы все больший интерес проявляется к вспененной древесине. Этот материал по мнению разработчиков идеально подходит для теплоизоляции дома, где необходимо сохранить тепло внутри и создать уютную обстановку для обитателей здания [13]. Внешний вид образца из вспененной древесины представлен на рис. 1.2.
Рис. 1.2 Образец теплоизоляционного материала из вспененной древесины
Некоторые альтернативные древесные теплоизоляционные материалы, такие как древесно-волокнистые плиты, менее устойчивы к деформации, чем пенопласт, поскольку имеют тенденцию к постепенному разрушению под действием собственного веса повышения влажности, особенно в середине материала. А вспененная древесина в этом отношении ведёт себя как обычные пенопласты. Кроме того, она обладает следующими преимуществами по сравнению с другими теплоизоляционными материалами: жесткость, прочность, малая плотность, стойкость к воздействию влаги, низкая теплопроводность, формоустойчивость, легкость в распиливании и резке, устойчивость к большому давлению. Плюс ко всему ее можно при необходимости вторично перерабатывать или утилизировать, не подвергая опасности окружающую среду [14].
Технология получения вспененной древесины предусматривает измельчение древесных отходов до тестообразного состояния, внесение отвердителей, закачивание в полученную субстанцию специального газа для образования пузырьков и придания пенистой структуры, формование и сушку материала.
Известно, что пластик и другие синтетические материалы разлагаются один-два века. При их сжигании в атмосферу выделяются высокотоксичные вещества. Возможна только заводская переработка синтетических материалов, требующая больших материальных и энергетических затрат.
И еще один аргумент в пользу нового материала, произведенного из дерева. Этот природный материал - сырье возобновляемое, к тому же изучается возможность использования отходов лесопереработки для производства вспененного дерева. К примеру, древесной коры, ежегодно накапливающейся в избытке.
Предполагается, что в строительной сфере новый материал будет использоваться не только для утепления зданий, но и для создания конструкций сложной формы, когда применение других материалов невозможно из-за тяжелого веса или отсутствия достаточной гибкости [15].
В настоящее время производство теплоизоляционного материала из вспененной древесины не получило широкого распространения по причине недостаточной изученности технологических режимов. Поэтому необходимо детальное изучение имеющегося опыта получения вспененной древесины, проведение комплексных исследований свойств этого перспективного материала и обоснование технологических режимов его производства на отечественных предприятиях.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка получения теплоизоляционных материалов на основе отходов деревообработки.
Задачи работы:
Ш Изготовление композиционных материалов на основе отходов деревообработки.
Ш Определение физико-механических свойств композиционных материалов.
Ш Проверка технологичности осмоления древесных частиц методом распыления связующего
Ш Проверка технологичности осмоления древесных частиц ручным методом
2.1 Проверка технологичности осмоления древесных частиц методом распыления связующего
теплоизоляционный материал древесный отходы
В соответствии с задачами исследований была выполнена экспериментальная проверка возможности осмоления мелкодисперсных древесных частиц путем распыления связующего для двух вариантов:
- без разбавления смолы водой;
-с разбавлением смолы водой.
Методика проведения опытной проверки данного способа заключалась в следующем. В качестве связующего использовалась карбамидо-формальдегидная смола отверждаемая 10% раствором щавелевой кислоты. Требуемое количество смолы взвешивалось на весах ВЛТК с точностью до 0,01 г, после чего в смолу добавлялся отвердитель в виде 10% раствора при непрерывном перемешивании смолы. Данные о массовых частях смолы и отвердителя приведены в табл.1.1.