Гибридные древесно-полимерные композиты

Интерес к современным конструкциям на основе древесины с каждым годом увеличивается, вследствие чего постоянно предпринимаются попытки ее модификации с целью повышения физико-механических и других эксплуатационных характеристик. Осложняющим обстоятельством является при этом противоречие между гидрофильной природой древесины и гидрофобностью большинства реактопластов, способных заметно повлиять на свойства деревянных деталей и конструкций.

Получить гибридный композиционный материал, который будет сочетать в себе лучшие свойства древесины и полимерных материалов.

В работе проведен анализ состояния исследований в этой области и сделаны выводы в пользу методов градиентной пропитки древесины усиливающими водосовместимыми эпоксидными реактопластами и внешнего, а также межслойного армирования древесных конструкций высокопрочными стекло-, базальто-, органо- и углеволокнистыми лентами с анизотропными свойствами. Проведено также изучение возможности модификации водосовместимых эпоксидных полимеров углеродными микро- и наночастицами новых видов.

1. Для планируемых исследований прочности на изгиб образцов ГДПHК в сравнении с образцами необработанной древесины были изготовлены заготовки из пиломатериалов древесины хвойных пород размерами 80х80х1600 мм и 20х40х800 с влажностью не более 10-12% общим количеством более 40 шт. для обеспечения статистической достоверности результатов испытаний.

2. Пропитка древесины водорастворимыми полимерными композициями, модифицированными углеродными наночастицами.

3. Модификация клеевого состава для внешнего армирования древесины с помощью углеродных наночастиц.

3. Изготовление внешнего армирования из стеклоткани с использованием клеевого состава, модифицированного наночастицами, методом вакуумной формовки.

4. Нанесение внешней мембраны из защитного полимерного нанокомпозиционного состава «Эпоксипан».

5. Проведение лабораторных испытаний ГПДНК.

       Результаты исследований концентрационных зависимостей повышения прочности полимерной матрицы от концентрации двух введенных углеродных микромодификаторов представлены на диаграммах (Рисунок4 и Рисунок 5). Из полученных данных следует, что оптимальными концентрациями для введенных сульфоаддуктов нанокластеров углерода и УНПМВ являются значения 2% масс. первого модификатора относительно массы отвердителя и 0,8% масс. для УНПМВ. Значения повышения прочности образцов полимерных матриц на сжатие составили 27% и 21% соответственно. В соотвествии с полученными результатами был выбран тип модификатора и именно он вводился в композицию для пропитки и в клеевой состав для вакуумного формования усиливающих ГДПК слоев ткани Т-25 (ВМП)-78.

Испытания малогабаритных образцов размерами 20х40х800 мм показали увеличение прочности на изгиб в среднем на 100%. Результаты испытаний полномасштабных образцов размерами 80х80х1600 показали увеличение прочности на изгиб на 18% и увеличение модуля Юнга на 14%.

Таким образом, целесообразно рекомендовать для усиления протяженных деревянных деталей использование однонаправленных лент, желательно высокопрочных углеродных.

 Определено, что, для достижения повышенных значений физико-механических свойств деталей из ГДПК необходимо обеспечение следующих условий и разрешение следующих задач:

  - использование в качестве материала для внешнего армирования протяженных деталей из ГДПК однонаправленных высокопрочных углеродных лент. Это позволит значительно поднять уровень значений физико-механических характеристик ГДПК (совместно с улучшенной технологией пропитки древесины, которая должна повысить сопротивляемость древесины смятию);

 - выбор состава пропитки в пользу нанокомпозиционного материала «ЭпоксиПАН-грунт» и в пользу основного материала «ЭпоксиПАН», как защитной мембраны, поскольку они успешно проявили себя при проведении испытаний исследованных тест-образцов, а также благодаря их хорошей сочетаемости с гидрофильной древесиной;

- отработка технологии принудительной градиентной пропитки древесных заготовок ГДПК водорастворимыми полимерными составами, включая исследование методов вакуумной и ультразвуковой пропитки. Это позволит достичь большего упрочнения приповерхностных слоев древесной заготовки, а также позволит избежать слишком большого разброса свойств необработанной древесины.  

1. U. S. Patent 0.942.809 Condensation product and method of making same.
2. Tehnicheskaja enciklopedija. Tom 2 pod red. L. K. Martensa [Technical encyclopedia]. — M.: Akcionernoe Obshhestvo Sovetskaja jenciklopedija, 1927, 880 p. (rus)
3. Maas-Gees-teranus Н. P., Vergleichsversuche an Holzschwellen, die mit Teer 61 Oder Basilit getrankt sind, Organ fur die Fortschritte des Eisenbahnwesens, H. 4, München, 1924. 74 p
4. Croitorua C., Patachia S. and Lunguleasab A. New Method of Wood Impregnation with Inorganic Compounds Using Ethyl Methylimidazolium Chloride as Carrier. Journal of Wood Chemistry and Technology, 11(35), 2014. Pp. 113-128.
5. Hiroyuki Y. Potential strength for resin-impregnated compressed wood. Journal of Materials Science Letters, 2001. Pp. 1127-1129.

Interest in materials and designs on the basis of wood increases every year owing to what attempts of her modification are constantly made to raise mechanical and operational characteristics. The complicating circumstances is at the same time the hydrophilic nature of wood and water repellency of the majority of the reaktoplast capable to influence considerably properties of wooden details and designs.