Эпоксидно-древесный композит

Эпоксидно-древесный композит

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение используется в строительстве в качестве водостойкого покрытия для древесных плит, при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций, а также как плитный материал.

Плитный материал изготавливается методом плоского прессования частиц наполнителя, смешанных со связующим, при температуре 18-20°С и давлении 3 МПа. Для снижения вязкости эпоксидную смолу ЭД-20 разогревают до 50-60°С, затем в нее вводят отвердитель и пластификатор. Полученное связующее тщательно перемешивают и добавляют в него смесь древесных опилок с резиновой крошкой. Приготовленную массу укладывают в металлические формы и прессуют в течение суток. Затем для ускорения процесса твердения композиции производят термообработку при температуре 80°С в течение 2 часов. Для использования композиции в качестве покрытия приготовленная таким же образом смесь укладывается на защищаемую поверхность, и производится прессование при тех же технологических параметрах, что и при получении плитного материала. Схема получения эпоксидно-древесной композиции представлена на фиг.1.

За аналог принималась эпоксидно-древесная композиция для покрытия древесины (для выравнивания поверхностей) (патент RU 2028344, С1, от 09.02.1995). Состав композиции в мас.ч.: 10-20 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 10-20 дибутилфталата в качестве пластификатора, 10-15 полиэтиленполиамина (ПЭПА) в качестве аминного отвердителя, 30-70 графита и 30-70 талька в качестве наполнителей.

Задачей данного изобретения является защита ДСП от воздействия воды, препятствование выделению свободного фенола, а также замена ДСП в конструкциях.

Данная техническая задача достигается тем, что в качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), а в качестве наполнителя использовали сосновые опилки, резиновую крошку - отходы производства резинотехнических изделий завода «АРТИ» г.Тамбов, пластификатора - маточную смолу эпоксидную (МСЭ-I марки Б) - отходы производства эпоксидных смол. Отверждение производили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении. Резиновую крошку получают дроблением утилизируемых резиновых изделий (использованных автомобильных шин, покрышек, производственного брака (уплотнителей, масок противогазов, прокладок)). Гранулометрический состав резиновой крошки определялся как остаток на ситах размером, мм, в %: 2,5:1,25:0,63:0,315:0,14=50:16:24:8:2.

МСЭ-I (СТП 6-21-700-1.24-93) является технологическими промышленными отходами и представляет собой раствор смеси смол и продуктов дегидрохлорирования в толуол-бутаноле или толуоле, выделенных из маточника от производства эпоксидных смол: ЭД-20, Э-40, Э-05к, Э-23. Маточная смола МСЭ-I должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1Нормативные требования к физико-химическим показателям МСЭ-I
№ п.п.	Наименование показателя	Нормы СТП 6-21-700-1.24-93
Марка А	Марка Б
1	Внешний вид	Однородная прозрачная жидкость
2	Массовая доля нелетучих в-в, %	45...50	Не более 50
3	Цвет р-ра по йодометрической шкале, мг йода не темнее	7	-
4	Массовая доля эпоксидных групп, %	10...15	4...15
5	Массовая доля иона хлора, %, не более	0,0035	-
6	Массовая доля общего хлора, % не более	0,3	-
7	Чистота раствора смолы	Налив должен быть чистым, допускается наличие един-х примесей, не более 10 шт. на 1 кв.дм	-
8	Усл. вязкость раствора смолы по вискозиметру В3-246 с диам. сопла 4 мм	13...15	Не более 100
9	рН водной вытяжки	6...7	-

Оценку влияния степени наполнения и пластификации на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции проводили по результатам кратковременных испытаний на сжатие, поперечный изгиб и водостойкость при комнатной (20°С) температуре. Расчет состава композиций выполняли в частях по массе, где общую массу композиции принимали за 100. Результаты испытаний представлены в таблицах 2, 3 и на фиг.2.

Исследование механических и физических характеристик композитного материала в зависимости от количества вводимого пластификатора МСЭ было проведено на составе, содержащем 50 мас.ч. древесного наполнителя (сосновых опилок) от общей массы смеси. С введением пластификатора происходит снижение вязкости связующего и улучшаются условия переработки состава.

При 15 мас.ч. пластификатора материал имеет наибольшую плотность (1) и прочность при изгибе (2) и сжатии (3), а также наименьшее водопоглощение (за 2 часа (4), за 24 часа (5)) и набухание по толщине (за 2 часа (6), за 24 часа (7)) (фиг.2). Дальнейшее увеличение количества пластификатора приводит к ухудшению механических и физических характеристик композиции.

Влияние степени наполнения на физико-механические свойства композиции оценивали при содержании МСЭ 15 мас.ч. на составе, содержащем в качестве наполнителя сосновые опилки и асбофрикционные отходы (табл.2).

Таблица 2Влияние количества наполнителя (опилки + АФО) на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции
Кол-во наполнителя, % от общей массы	σизг, МПа	σсж, МПа	Плотность, кг/м3	Водопоглощение по массе, %	Набухание по толщине, %
После 2-х часов	После 24-х часов	После 2-х часов	После 24-х часов
60	2,68	11,32	740	9,92	21.83	0,26	1,58
65	0,89	5,36	614	16,72	69,6	1,12	4,72
70	0,42	2,98	535	35,77	120,79	1,21	4,13
80	0,24	1,67	460	75,8	131,73	3,68	5,13

Наилучшие показатели имеет композиция при количестве наполнителя 60 мас.ч., поэтому оптимальное соотношение сосновых опилок и резиновой крошки для изобретения определено на составе, содержащем 60% наполнителя (табл.3).

Таблица 3Влияние соотношения наполнителей (сосновые опилки и резиновая крошка) на физико-механические свойства эпоксидно-древесной композиции
Соотношение масс наполнителей	σизг, МПа	σсж, МПа	Плотность, кг/м3	Водопоглощение по массе, %	Набухание по толщине, %
После 2-х часов	После 24-х часов	После 2-х часов	После 24-х часов
0,5	3,98	-	981	11,56	13,23	1,39	1,73
1	3,23	-	824	16,26	28,8	1,19	2,54
2,2	1,51	3,93	604	9,55	21,86	0,20	1,56
5	1,04	2,71	568	16,83	36,82	0,932	2,792

Проведенные исследования показали, что использование в составе эпоксидной композиции сосновых опилок и резиновой крошки в качестве наполнителя позволяет заменить традиционные наполнители, специально выпускаемые промышленностью, без ухудшения эксплуатационных свойств материала.

Из приведенных данных видно, что наилучшим комплексом физико-механических показателей обладает состав, содержащий 15 ч. по массе пластификатора МСЭ и 60 ч. по массе наполнителя при соотношении по массе сосновых опилок и резиновой крошки 1:2.

В связи с тем, что изобретение используется в качестве покрытия для ДСП и при восстановлении поврежденных участков элементов деревянных конструкций, для оптимального состава была исследована адгезия к древесно-стружечным плитам и древесине, а также влияние воды на прочность композиции. Для древесно-стружечных плит, покрытых данным составом, было исследовано падение прочности при изгибе, набухание и водопоглощение за 24 часа замачивания (табл.4)

Таблица 4Физико-механические характеристики эпоксидно-древесной композиции
№ п/п	Показатель	Значение
1	Разрушающее напряжение, МПа, при:
- сжатии	7,30
- поперечном изгибе	5,37
2	Модуль упругости при сжатии, МПа
в направлении прессования	56,9
в направлении перпендикулярном прессованию	120,7
3	Плотность, кг/м3	1000±50
4	Адгезия, МПак ДСПк древесине	1,774,58
5	Остаточная прочность, %, после воздействия воды в течение- 2 часов- 24 часов- 168 часов- 672 часов	10010083,676
6	Водопоглощение по массе, %, за- 2 часа- 24 часа- 168 часов- 672 часа	11,5613,2331,1631,18
7	Набухание по толщине, %. за- 2 часа- 24 часа- 168 часов- 672 часа	1,391,732,364,45
8	Коэффициент линейного термического расширения α×10, град-1	3,13
9	Остаточная прочность при изгибе ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %2,93,74,56,0	65686573
10	То же, для ДСП без покрытия, %	29,5
11	Водопоглощение по массе ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %
2,9	26,5
3,7	20,6
4,5	23,6
6,0	20,1
12	То же, для ДСП без покрытия, %	65,8

Продолжение таблицы 4.
1	2	3
13	Набухание по толщине ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %2,93,74,56,0	3,542,135,113,28
14	То же, для ДСП без покрытия, %	21
15	Остаточная твердость, МПа, ДСП с покрытием толщиной, мм, за 24 часа, %2,93,74,56,0	84,172,881,188,0

При исследовании адгезии к ДСП разрушение образцов происходило по древесно-стружечной плите, а к древесине - по клеевому шву. Как видно из таблицы 4, применение покрытия для ДСП позволяет существенно увеличить водостойкость материала даже при минимальной толщине покрытия по сравнению с непокрытой древесно-стружечной плитой. Так, остаточная прочность у ДСП с покрытием после 24 часов замачивания выше в 2 раза, а водопоглощение и набухание ниже в 3 и 5 раз соответственно. Результаты показывают, что покрытие выполняет роль обоймы, ограничивая доступ воды и набухание плиты, что повышает несущую способность конструкции. Еще одна функция покрытия заключается в том, что оно препятствует выделению свободного фенола из древесно-стружечной плиты, что снижает ее экологическую опасность.

Авторами предлагается следующий состав эпоксидно-древесной композиции, ч. по массе:

- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;

- отвердитель ПЭПА - 10;

- пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-1) - 15;

- наполнитель (сосновые опилки) - 62,5;

- наполнитель (резиновая крошка) - 125.

Предлагаемая эпоксидно-древесная композиция обладает:

- хорошими физико-техническими характеристиками;

- экологической безопасностью;

- позволяет применять отходы производства.

Эпоксидно-древесная композиция для покрытия древесины и ДСП, включающая эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, полиэтиленполиамин в качестве аминного отвердителя, наполнители и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора композиция содержит маточную эпоксидную смолу - отходы производства эпоксидных смол, в качестве наполнителей - сосновые опилки и резиновую крошку - отходы производства резинотехнических изделий, при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20	100
Полиэтиленполиамин	10
Вышеуказанный пластификатор	15
Резиновая крошка	125
Сосновые опилки	62,5