RU148212U1

RU148212U1 - WOOD BOARD

Info

Publication number: RU148212U1
Application number: RU2014124549/13U
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Питухин; Вадим Михайлович Костюкевич; Николай Геннадьевич Панов; Владимир Сергеевич Сюнёв; Геннадий Николаевич Колесников
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Древесно-стружечная плита, состоящая из двух наружных слоев и соединенного с ними среднего слоя, который содержит древесные частицы большей крупности, чем частицы наружных слоев, все слои плиты содержат связующее с добавкой нанопорошка шунгита, отличающаяся тем, что древесные частицы выполнены термомодифицированными, причем толщина каждого из наружных слоев составляет 5...30% от толщины плиты, а содержание нанопорошка шунгита в связующем составляет 0,1...10% от массы сухого остатка связующего.Chipboard, consisting of two outer layers and a middle layer connected to them, which contains wood particles of a larger size than particles of the outer layers, all layers of the plate contain a binder with the addition of schungite nanopowder, characterized in that the wood particles are thermally modified, and the thickness each of the outer layers is 5 ... 30% of the plate thickness, and the content of schungite nanopowder in the binder is 0.1 ... 10% by weight of the dry residue of the binder.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к классу древесностружечных плит, изготавливаемых с использованием измельченной древесины и связующего путем горячего прессования, и может использоваться в строительной отрасли, в частности, в домостроении.The proposed solution relates to the class of chipboards made using crushed wood and a binder by hot pressing, and can be used in the construction industry, in particular, in housing construction.

Известна древесностружечная плита по патенту [1], в которой в качестве связующего использованы отходы производства, меласса, сгущенный кукурузный экстракт или их смеси, а также известь и крахмалсодержащие продукты. Указанная плита является экологически чистой и механически прочной.Known chipboard according to the patent [1], in which waste products, molasses, condensed corn extract or mixtures thereof, as well as lime and starch-containing products are used as a binder. The specified plate is environmentally friendly and mechanically strong.

Однако данное техническое решение является сложным. Кроме того, данное решение требует использования специфического сырья в виде кукурузного экстракта и крахмалсодержащих продуктов, что сужвет область его использования.However, this technical solution is complex. In addition, this solution requires the use of specific raw materials in the form of corn extract and starch-containing products, which narrows the scope of its use.

Известна многослойная древесностружечная плита по патенту [2], включающая, по крайней мере, один внутренний слой на основе древесных частиц и фенолоаминоформальдегидного связующего, и наружные слои на основе древесных частиц и аминоформальдегидного связующего, отличающаяся тем, что плита в качестве связующего для внутренних и наружных слоев содержит смесь карбамидоформальдегидной и меламиноформальдегидной или карбамидомеламиноформальдегидной смол при их соотношении 80-20:20-80% соответственно. Кроме того, плита по патенту [2] содержит гидрофобизирующую добавку, краситель и добавку, снижающую комкование частиц в количестве до 1,5% от массы плиты. Использование указанной выше смеси смол и гидрофобизирующих добавок позволяет повысить прочность плиты и уменьшить деформации плиты при увлажнении, т.е. уменьшит разбухание.Known multilayer particleboard according to the patent [2], comprising at least one inner layer based on wood particles and phenolamine formaldehyde binder, and outer layers based on wood particles and amino formaldehyde binder, characterized in that the plate as a binder for internal and external layers contains a mixture of urea-formaldehyde and melamine-formaldehyde or urea-melamine-formaldehyde resins at a ratio of 80-20: 20-80%, respectively. In addition, the plate according to the patent [2] contains a hydrophobizing additive, a dye and an additive that reduces clumping of particles in an amount up to 1.5% by weight of the plate. The use of the above mixture of resins and hydrophobizing additives can increase the strength of the plate and reduce the deformation of the plate when wet, i.e. reduce swelling.

Однако в данном техническом решении использована сложная технология изготовления, поскольку требует смешивания двух смол в указанном выше соотношении и двух добавок.However, this technical solution used a complex manufacturing technology, since it requires mixing of two resins in the above ratio and two additives.

Известна древесно-стружечная плита по патенту на полезную модель [3], содержащая два наружных слоя и внутренний слой, при этом наружные слои выполнены из мелких частиц древесины и связующего материала, причем внутренний слой содержит полистирол. Мелкие частицы древесины выполнены в виде опилок, а во внутренний слой дополнительно введены стружка и связующий материал, при этом полистирол выполнен в виде гранул размером 0,3-1,5 мм.Known chipboard according to the patent for utility model [3], containing two outer layers and an inner layer, while the outer layers are made of small particles of wood and a binder material, and the inner layer contains polystyrene. Small particles of wood are made in the form of sawdust, and chips and a binder material are additionally introduced into the inner layer, while polystyrene is made in the form of granules with a size of 0.3-1.5 mm.

Однако данное техническое решение [3] требует использования гранулированного полистирола, что не улучшает свойства плиты при увлажнении, усложняет технологию ее изготовления.However, this technical solution [3] requires the use of granular polystyrene, which does not improve the properties of the plate during wetting, complicates the technology of its manufacture.

Известен защитный экран от воздействия электромагнитного излучения по патенту [4], выполненный в виде многослойного пакета, включающего изоляционные слои и слои, поглощающие электромагнитное излучение, выполненные из материала, в который включен измельченный шунгит.Known protective shield from exposure to electromagnetic radiation according to the patent [4], made in the form of a multilayer package, including insulating layers and layers that absorb electromagnetic radiation, made of a material that includes shredded shungite.

Однако в указанном техническом решении [4] не предусматривается совмещение двух функций технического устройства, а именно, функции защитного экрана от воздействия электромагнитного излучения и функции ограждающей конструкции (или элемента несущей конструкции) в зданиях или сооружениях промышленного или гражданского назначения.However, the specified technical solution [4] does not provide for the combination of the two functions of the technical device, namely, the function of the protective shield against electromagnetic radiation and the function of the building envelope (or element of the supporting structure) in buildings or structures of industrial or civil use.

Техническим решением, наиболее близким к заявляемому, которое и принято в качестве прототипа, является древесно-стружечная плита по патенту RU 137500 [5], содержащая внутренний и наружные слои, каждый из которых выполнен из измельченной древесины, связующего и добавок, причем связующее содержит нанопорошок шунгита в количестве 0,5…16% от массы сухого остатка связующего, массовая доля среднего слоя плиты составляет 40…80% по отношению к массе всех слоев, а наружные слои содержат древесные частицы меньшей крупности, чем частицы среднего слоя.The technical solution closest to the claimed one, which was adopted as a prototype, is a particle board according to patent RU 137500 [5], containing inner and outer layers, each of which is made of crushed wood, a binder and additives, the binder containing nanopowder shungite in an amount of 0.5 ... 16% by weight of the dry residue of the binder, the mass fraction of the middle layer of the slab is 40 ... 80% with respect to the weight of all layers, and the outer layers contain wood particles of smaller size than the particles of the middle layer.

Однако в данном техническом решении [5] не обеспечивается стабильность показателей прочности плит, т.к. не учитывается влияние влажности органического материала растительного происхождения в виде древесных частиц, имеющих клеточное строение и содержащих влагу, как в межклеточном пространстве, так и внутри клеток. По этой причине появляется нестабильность показателей прочности плит. В неблагоприятных случаях наблюдается расслоение плит после завершения процесса горячего прессования.However, this technical solution [5] does not provide stability indicators of the strength of the plates, because the influence of humidity of organic material of plant origin in the form of wood particles having a cellular structure and containing moisture, both in the intercellular space and inside the cells, is not taken into account. For this reason, instability of the strength indicators of the plates appears. In adverse cases, delamination of the plates is observed after the completion of the hot pressing process.

Технический результат от применения предлагаемого технического решения в виде древесностружечной плиты заключается в повышении прочности при одновременном обеспечении стабильности показателя прочности в различных условиях изготовления плит и их эксплуатации.The technical result from the application of the proposed technical solution in the form of a chipboard is to increase strength while ensuring the stability of the strength indicator in various conditions of manufacture of the plates and their operation.

Данный результат достигается за счет того, что древесные частицы выполнены термомодифицированными, причем толщина каждого из наружных слоев составляет 5…30% от толщины плиты, а содержание нанопорошка шунгита в связующем составляет 0,1…10% от массы сухого остатка связующего.This result is achieved due to the fact that the wood particles are thermally modified, and the thickness of each of the outer layers is 5 ... 30% of the plate thickness, and the content of schungite nanopowder in the binder is 0.1 ... 10% by weight of the dry residue of the binder.

Увеличение прочности древесно-стружечной плиты объясняется тем, что термомодифициривание частиц измельченной древесины для предлагаемой древесно-стружечной плиты путем их выдержки при температуре 140…190°C до постоянной плотности или до остаточной влажности 6…8% существенно уменьшает разброс прочности частиц, т.е. приводит к увеличению однородности древесных частиц по критерию прочности. При этом за счет уменьшения влажности древесных частиц повышается их прочность. Кроме того, уменьшаются деформации термомодифицированных частиц при одной и той же нагрузке, что объясняется увеличением жесткости древесных частиц за счет уменьшения влажности в межклеточном и внутриклеточном пространстве данных частиц.The increase in the strength of the particle board is explained by the fact that the thermal modification of the particles of crushed wood for the proposed particle board by holding it at a temperature of 140 ... 190 ° C to a constant density or to a residual moisture content of 6 ... 8% significantly reduces the dispersion of particle strength, i.e. . leads to an increase in the uniformity of wood particles according to the strength criterion. At the same time, by reducing the moisture content of wood particles, their strength is increased. In addition, deformations of thermally modified particles under the same load are reduced, which is explained by an increase in the stiffness of wood particles due to a decrease in humidity in the intercellular and intracellular spaces of these particles.

Термомодификация древесины используется в настоящее время применительно к доскам, брусу и другим изделиям из массива древесины [6, 7]. Предлагаемое техническое решение распространяет область применения термомодификации на измельченную древесину.Thermal modification of wood is currently used in relation to boards, timber and other products from solid wood [6, 7]. The proposed technical solution extends the scope of thermal modification to the chopped wood.

Достижение заявленного технического результата объясняется влиянием следующих факторов. Обычно используемая сушка уменьшает содержание, прежде всего, влаги в межклеточном пространстве. Массовая доля влаги в межклеточном пространстве, нестабильная для различных древесных частиц, может достигать 22%. Поскольку при изготовлении древесно-стружечных плит используется горячее прессование с температурой до 160…190°C, то содержащаяся в межклеточном пространстве вода закипает, при этом давление образующегося пара на древесные частицы формируемой плиты повышается, частицы смещаются друг относительно друга как в процессе горячего прессования, так и по его завершении.The achievement of the claimed technical result is due to the influence of the following factors. Commonly used drying reduces the content, first of all, of moisture in the intercellular space. The mass fraction of moisture in the intercellular space, unstable for various wood particles, can reach 22%. Since in the manufacture of chipboards, hot pressing is used with temperatures up to 160 ... 190 ° C, the water contained in the intercellular space boils, while the pressure of the generated vapor on the wood particles of the formed plate increases, the particles are displaced relative to each other as in the process of hot pressing, so and upon its completion.

Указанное выше уменьшение разброса прочности частиц, увеличение однородности древесных частиц по критерию прочности, а также увеличение прочности частиц за счет их темомодифицирования в комплексе позволяют уменьшить содержание упрочняющей добавки в виде нанопорошка шунгита. Это означает, что прочность предлагаемой древесно-стружечной плиты повышается не только за счет добавки нанопорошка шунгита, но и за счет применения термомодифицированных древесных частиц, как основы предлагаемой древесно-стружечной плиты. Таким образом, в предлагаемой плите используются новый фактор для повышения прочности плиты. По этой причине может быть уменьшено содержание нанопорошка шунгита как упрочняющей добавки. Таким образом, уменьшение содержания нанопорошка шунгита в предлагаемой плите технически возможно иэкономически целесообразно.The aforementioned decrease in the dispersion of particle strength, an increase in the uniformity of wood particles according to the strength criterion, and also an increase in the strength of the particles due to their thermal modification in the complex, make it possible to reduce the content of the strengthening additive in the form of shungite nanopowder. This means that the strength of the proposed chipboard is enhanced not only by the addition of shungite nanopowder, but also through the use of thermally modified wood particles as the basis of the proposed chipboard. Thus, the proposed plate uses a new factor to increase the strength of the plate. For this reason, the content of shungite nanopowder as a reinforcing additive can be reduced. Thus, reducing the content of shungite nanopowder in the proposed plate is technically feasible and economically feasible.

Если добавка нанопорошка шунгита составит менее 0,1% от массы сухого остатка смолы, эффект от такой добавки будет пренебрежимо мал. С увеличением содержания нанопорошка прочность плиты также увеличивается. Однако при добавке нанопорошка, равной 10% от массы сухого остатка смолы увеличение прочности прекращается и дальнейшее увеличение содержания нанопорошка нецелесообразно.If the addition of shungite nanopowder is less than 0.1% of the dry weight of the resin, the effect of such an additive will be negligible. As the nanopowder content increases, the strength of the plate also increases. However, with the addition of nanopowder equal to 10% by weight of the dry solids of the resin, the increase in strength stops and a further increase in the content of the nanopowder is impractical.

Если толщина каждого из наружных слоев составит менее 5% от толщины плиты, то влияние данного слоя будет пренебрежимо малым и получение технического результата станет невозможным. Если толщина каждого из наружных слоев превысит 30%, то толщина среднего слоя составит менее 40% толщины плиты и поэтому влияние среднего слоя существенно уменьшится.If the thickness of each of the outer layers is less than 5% of the thickness of the plate, then the influence of this layer will be negligible and obtaining a technical result will become impossible. If the thickness of each of the outer layers exceeds 30%, then the thickness of the middle layer will be less than 40% of the thickness of the plate and therefore the influence of the middle layer will be significantly reduced.

Наружные слои плиты содержат древесные частицы меньшей крупности по сравнению с частицами среднего слоя. Тем самым обеспечивается более высокая плотность и прочность материала наружных слоев, что необходимо для повышения прочности плиты в целом.The outer layers of the slab contain wood particles of a smaller size compared to particles of the middle layer. This ensures a higher density and strength of the material of the outer layers, which is necessary to increase the strength of the plate as a whole.

Техническая реализация и функционирование древесностружечной плиты. Для изготовления плиты используется термомодифицированная измельченная древесина в виде древесной стружки и щепы. На фиг. 1 показана плита толщиной 15,4 мм с содержанием нанопорошка шунгита 10%. Наружные слои 1 и 2 плиты выполнены из более мелких частиц по сравнению с внутренним слоем 3. Наружные и внутренний слои не имеют четко выраженных границ, отделяющих эти слои друг от друга. Частицы одного слоя частично проникают в смежный слой (но не по всей его толщине). Тем самым при прессовании смеси частиц измельченной древесины и клеевой композиции обеспечивается прочное соединение наружных слоев 1, 2 с внутренним слоем 3 плиты, что необходимо для повышения прочности плиты.Technical implementation and operation of chipboard. For the manufacture of plates using thermally modified ground wood in the form of wood chips and wood chips. In FIG. 1 shows a plate 15.4 mm thick with a shungite nanopowder content of 10%. The outer layers 1 and 2 of the slab are made of smaller particles compared to the inner layer 3. The outer and inner layers do not have distinct boundaries separating these layers from each other. Particles of one layer partially penetrate into the adjacent layer (but not throughout its thickness). Thus, when pressing a mixture of particles of crushed wood and adhesive composition, a strong connection of the outer layers 1, 2 with the inner layer 3 of the plate is provided, which is necessary to increase the strength of the plate.

Наружные слои 1 и 2 выполнены из более мелких частиц по сравнению с внутренним слоем 3 плиты. Как известно, при одном и том же объеме материала с уменьшением размера частиц увеличивается суммарная площадь их поверхности. Соответственно, расход клея увеличивается, что приводит после горячего прессования к увеличению прочности наружных слоев по сравнению с внутренним слоем, выполненным из более крупных частиц. Такая структура плиты увеличивает прочность плиты при изгибе, поскольку в данном случае наибольшие механические напряжения действуют в наружных слоях плиты. Добавка нанопорошка шунгита (НПШ) способствует дополнительному повышению прочности плиты при изгибе. Термомодифицирование частиц измельченной древесины, повышая их прочность и стабильность механических свойств, позволяет уменьшить количество упрочняющей добавки в виде нанопорошка шунгита. Чтобы увеличить сопротивление плиты разбуханию при воздействии влаги, средний слой также выполнен с добавкой нанопорошка шугита.The outer layers 1 and 2 are made of smaller particles compared to the inner layer 3 of the plate. As you know, with the same volume of material with decreasing particle size, the total surface area increases. Accordingly, the consumption of glue increases, which after hot pressing leads to an increase in the strength of the outer layers compared to the inner layer made of larger particles. This structure of the plate increases the strength of the plate in bending, since in this case the greatest mechanical stresses act in the outer layers of the plate. The addition of shungite nanopowder (NPS) contributes to an additional increase in bending strength of the plate. Thermal modification of particles of crushed wood, increasing their strength and stability of mechanical properties, reduces the amount of hardening additives in the form of shungite nanopowder. To increase the resistance of the plate to swelling when exposed to moisture, the middle layer is also made with the addition of shugite nanopowder.

Пример технической реализации древесностружечной плиты с добавкой нанопоршка шунгита. Для изготовления опытных образцов плит использовалась термомодифицированная стружка, приготовленная из древесины хвойных пород (ель, сосна) и осины. Породный состав: массовая доля осиновой стружки равна 30%; хвойной - 70%. Плотность стружечной смеси равна 309 кг/м³.An example of the technical implementation of a chipboard with the addition of shungite nanopowder. For the manufacture of prototype slabs, thermally modified shavings made from coniferous wood (spruce, pine) and aspen were used. Breed composition: mass fraction of aspen shavings is 30%; coniferous - 70%. The density of the chip mixture is 309 kg / m ³ .

Расчетная плотность наружного слоя плит 850 кг/м³, доля наружных слоев (по массе) 40%, содержание абсолютно сухой смолы в наружных слоях 14%. Расчетная плотность внутреннего слоя плит 700 кг/м³, доля внутреннего слоя (по массе) 60%, содержание абсолютно сухой смолы во внутреннем слое равно 10% от массы абсолютно сухой смолы. Клеевой раствор для наружного и внутреннего слоев содержал 66-процентный водный раствор карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-НФП и 20-процентный водный раствор отвердителя - хлорида аммония NH₄Cl в количестве 1% от массы раствора смолы.The calculated density of the outer layer of the plates is 850 kg / m ³ , the proportion of the outer layers (by weight) is 40%, the content of absolutely dry resin in the outer layers is 14%. The estimated density of the inner layer of the plates is 700 kg / m ³ , the proportion of the inner layer (by weight) is 60%, the content of absolutely dry resin in the inner layer is 10% of the mass of absolutely dry resin. The adhesive solution for the outer and inner layers contained a 66% aqueous solution of KF-NFP urea-formaldehyde resin and a 20% aqueous hardener solution - ammonium chloride NH ₄ Cl in an amount of 1% by weight of the resin solution.

НПШ в количестве 10% от массы абсолютно сухой смолы КФ-НФП вводили в водный раствор смолы, после чего добавляли раствор отвердителя.NPS in the amount of 10% by weight of absolutely dry resin KF-NFP was introduced into the aqueous resin solution, after which a hardener solution was added.

Фракционный состав стружечной смеси для плит определялся методом рассева и приведен в нижеследующей таблице.The fractional composition of the chip mixture for the slabs was determined by sieving and is shown in the table below.

Более высокая плотность материала наружных слоев плиты и более высокое содержание смолы по сравнению с внутренним слоем объясняется тем, что наружные слои содержат древесные частицы меньшей крупности, чем частицы среднего слоя.The higher density of the material of the outer layers of the slab and the higher resin content compared to the inner layer is explained by the fact that the outer layers contain wood particles of a smaller size than particles of the middle layer.

Предел прочности при изгибе определялся с использованием образцов длиной 240 мм, шириной 50 мм, толщиной 15,4 мм.The bending strength was determined using samples with a length of 240 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 15.4 mm.

Результаты испытаний образцов плиты, изготовленных из термомодифицированной измельченной древесины с указанным в таблице фракционным составом:The test results of slab samples made of thermally modified ground wood with the fractional composition indicated in the table:

предел прочности при изгибе плиты без добавки НПШ равен 14,4 Мпа;ultimate bending strength of the plate without the addition of NPS is equal to 14.4 MPa;

предел прочности при изгибе плиты с добавкой НПШ в количестве 10% от массы абсолютно сухой смолы равен 18,1 МПа.the ultimate tensile strength of a plate with the addition of NPS in the amount of 10% by weight of a completely dry resin is 18.1 MPa.

Таким образом, прочность увеличилась с 14,4 МПа до 18,1 МПа.Thus, the strength increased from 14.4 MPa to 18.1 MPa.

Представленное выше техническое решение плиты выполнено с применением частиц измельченной древесины влажностью 32…38%, среднее значение влажности 35%. Были также изготовлены образцы плит с применением термомодифицированной измельченной древесины влажностью 6…8% и с уменьшением на 20% добавки нанопорошка шунгита. Прочность при изгибе составила 18,2 МПа, т.е. за счет термомодифицирования был снижен расход нанопорошка шунгита, а прочность не уменьшилась. При прочих равных условиях применение термомодифицированной измельченной древесины повышает прочность.The above technical solution of the slab is made using particles of crushed wood with a moisture content of 32 ... 38%, the average humidity value of 35%. Plate samples were also made using thermally modified ground wood with a moisture content of 6 ... 8% and with a 20% reduction in the addition of shungite nanopowder. Bending strength was 18.2 MPa, i.e. due to thermal modification, the consumption of shungite nanopowder was reduced, and the strength did not decrease. All things being equal, the use of thermally modified chopped wood increases strength.

БиблиографияBibliography

1. Способ изготовления плит. Патент на изобретение RU 2266816. МПК B27N 3/02, B27N 3/04. Опубликовано: 27.12.2005.1. A method of manufacturing plates. Patent for invention RU 2266816. IPC B27N 3/02, B27N 3/04. Published: December 27, 2005.

2. Многослойная древесностружечная плита. Патент на полезную модель RU 37030. МПК 7 B27N 3/00. Опубликовано: 10.04.2004.2. Multilayer chipboard. Utility Model Patent RU 37030. IPC 7 B27N 3/00. Published: April 10, 2004.

3. Древесно-стружечная плита. Патент на полезную модель RU 114331. МПК E04C 2/10; B27N 3/02. Опубликовано: 20.03.2012.3. Chipboard. Utility Model Patent RU 114331. IPC E04C 2/10; B27N 3/02. Published: March 20, 2012.

4. Защитный экран от воздействия электромагнитного излучения и способ его изготовления. Патент на изобретение RU 2234176. МПК H01Q 17/00. Опубликовано: 10.08.2004.4. A protective screen against electromagnetic radiation and the method of its manufacture. Patent for invention RU 2234176. IPC H01Q 17/00. Published: August 10, 2004.

5. Древесно-стружечная плита. Патент на полезную модель RU 137500. МПК В27N 3/00. Опубликовано: 20.02.2014.5. Chipboard. Patent for utility model RU 137500. IPC B27N 3/00. Published: 02/20/2014.

6. ГОСТ Р 54577-2011. Древесина модифицированная. Технические условия.6. GOST R 54577-2011. Modified wood. Technical conditions

7. ГОСТ 24329-80. Древесина модифицированная. Способы модифицирования.7. GOST 24329-80. Modified wood. Modification methods.

Claims

Chipboard, consisting of two outer layers and a middle layer connected to them, which contains wood particles of a larger size than particles of the outer layers, all layers of the plate contain a binder with the addition of schungite nanopowder, characterized in that the wood particles are thermally modified, and the thickness each of the outer layers is 5 ... 30% of the plate thickness, and the content of schungite nanopowder in the binder is 0.1 ... 10% by weight of the dry residue of the binder.