WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

УГРЮМОВ Сергей Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА  ОСНОВЕ  ДРЕВЕСНЫХ  НАПОЛНИТЕЛЕЙ

И  КОСТРЫ ЛЬНА

  05.21.05  –  Древесиноведение, технология и

оборудование деревообработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва

2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кириллов Алексей Николаевич

  доктор технических наук,

  профессор Глухих Виктор Владимирович

  доктор технических наук,

  профессор Сергеевичев Владимир Васильевич

Ведущая организация: ЗАО «Научно-исследовательский институт

  ВНИИДРЕВ»

Защита состоится 15 мая 2009 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при Московском государственном университете леса  по адресу: 141005, Московская обл.,  г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан «___»_________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.146.03

доктор технических наук, профессор  Б.М. Рыбин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Основой развития и совершенствования производства композиционных материалов является выпуск конкурентоспособной продукции широкого ассортимента  и в объемах, обеспечивающих потребности внутреннего рынка России, а также экспорта продукции. Данное направление в полной мере соответствует государственной политике во внешнеэкономической сфере (в связи со вступлением в ВТО) и является основным направлением развития лесопромышленного комплекса.

В настоящее время перед отечественным производством древесных композиционных материалов стоят задачи по восстановлению и увеличению объемов производства, повышению качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции, снижению токсичности и материалоемкости производства клееной продукции, организации эффективной переработки образующихся отходов. Решение этих задач основано на разработке новых и совершенствовании имеющихся технологий современного производства композиционных материалов.

Основной путь повышения эффективности производства композиционных материалов – разработка ресурсосберегающих технологий, предусматривающих использование всех возможных отходов лесопиления, деревообработки, лесозаготовок, и перерабатывающих производств сельского хозяйства. Отходы переработки сельскохозяйственных культур (льна, конопли, зерновых культур и т.п.) могут являться дешевым  сырьем для производства плит и других прессованных материалов высокого качества. В существующей практике дискретные сельскохозяйственные отходы (в том числе, костра льна) сжигаются для производства тепловой энергии или вывозятся на поля запахивания. В то же время проблемам углубленной переработки льна и эффективной утилизации отходов льнопроизводства в настоящее время уделяется серьезное внимание на государственном уровне. В соответствии с концепцией «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и на дальнейшую перспективу» глубокая переработка льна входит самостоятельным блоком в Перечень «критических технологий» (поз. 49) – области отечественных технологических разработок, на реализацию которых должна быть сделана основная ставка отечественных государственных и частных инвесторов.

Главными причинами ограниченного применения отходов сельского хозяйства в плитном производстве являются: отсутствие специализированных мощностей по их переработке, нерациональное расположение и разбросанность источников образования отходов. Сбор и транспортирование отходов на крупные предприятия зачастую затруднены и экономически невыгодны. Решение проблемы более полного вовлечения сельскохозяйственных отходов в промышленное производство возможно путем создания наряду с крупными предприятиями малых производств по выпуску плитных материалов. Это позволит увеличить выпуск материалов для строительства и мебельного производства, снизить затраты на перевозку сырья, утилизацию и сжигание отходов, улучшить экологическую обстановку.

  Для разработки и обоснования технологии производства композитов с использованием костры  необходим научный подход к проблеме склеивания, базирующийся на использовании теорий адгезии, поверхностных явлений и смачивания с учетом теоретических основ коллоидной химии и реологии полимеров. Теоретическими вопросами смачивания, адгезии и формирования клеевых соединений занимались российские и зарубежные  ученые: А. Адамсон, Н.К. Адам, В.И.Азаров, В.Е. Басин, А.А. Берлин, Ю.В. Горюнов, С. Грег, Б.В. Дерягин, Н.А. Кротова, В.П. Смилга, А.Д. Зимон, В.Д. Кузнецов, Ю.Г. Фролов, А.А.Леонович, А.А. Лопаткин, Р.Р. Майерс, А.М. Михайлов, А.С. Фрейдин, В.Е. Цветков и др. На основании проведенного анализа научных трудов в области создания композиционных материалов следует вывод, что на сегодняшний день в отечественной науке отсутствует теоретическое обоснование создания клеевых соединений специального адгезионного назначения (для производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна). Поэтому развитие теории композиционных материалов в данном направлении с разработкой рекомендаций по модификации клеевых составов является актуальной научной задачей, что и определило выбор темы настоящего диссертационного исследования.

Цель работы – научное обоснование и разработка ресурсосберегающей технологии создания новых видов композиционных материалов на основе древесных наполнителей, костры льна и синтетических олигомеров.

       Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи, отражающие логику диссертационного исследования:

  1. Проведение системного анализа и синтеза проблемы повышения эффективности функционирования производства композиционных древесных материалов, включающего исследование структурных объектов и элементов производства композитов с применением инженерно-технического инструментария и оценку эффективности функционирования производства композиционных материалов.
  2. Исследование и обоснование основных закономерностей явлений смачивания, адгезии, поверхностных явлений и формирования клеевых соединений в структуре композиционных материалов на основе целлюлозосодержащих наполнителей и клеевых составов на основе синтетических олигомеров.
  3. Экспериментальная оценка термодинамических свойств и их влияния на процесс склеивания древесных наполнителей и костры льна связующими  на основе синтетических олигомеров.
  4. Разработка практических рекомендаций по повышению смачивающей способности традиционных синтетических олигомеров по отношению к костре льна и  направленному изменению физико-химических свойств клеевых композиций. Подбор рецептур модифицированных клеевых композиций, обеспечивающих полное смачивание и равномерное осмоление частиц костры, высокие адгезионные свойства и качество готовой продукции.
  5. Экспериментальное определение реологических свойств древесных наполнителей, костры льна и модифицированных клеевых составов. Оценка совместимости клеев и костры льна с точки зрения сопоставимости их реологических характеристик.
  6. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологических процессов производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна, обеспечивающих: снижение материалоемкости и повышение экономической эффективности производства, улучшение физико-механических характеристик продукции и экологичности ее производства, возможность придания композиционным материалам специальных  свойств.
  7. Разработка технологий производства композиционных материалов на основе костры льна, рациональных режимов и технологических инструкций их производства с учетом оценки влияния основных технологических факторов на свойства этих композиционных материалов.

Объектом исследования является производство композиционных материалов, включающих древесные наполнители.

Предметом исследования является технология производства композиционных материалов конструкционного назначения на основе древесных наполнителей, костры льна и синтетических олигомеров.

Методологической основой диссертационного исследования послужили методы системного анализа и синтеза, теории смачивания, адсорбции и адгезии жидкостей по отношению к твердым телам, теории факторного эксперимента и регрессионного анализа, математические методы статистического анализа. Поставленные задачи решались с применением современных компьютерных систем автоматического проектирования, графических и вычислительных программ. Проверка теоретических предпосылок и расчетов осуществлялась экспериментально  в лабораторных условиях по принятым методикам и планам экспериментов.

Научная новизна и теоретическая значимость диссертационной работы заключается в теоретическом обосновании и разработке ресурсосберегающей технологии создания новых видов композиционных материалов на основе древесных наполнителей, костры льна и синтетических олигомеров.

Научная новизна состоит в следующем:

  1. Проведен целостный анализ эффективности функционирования производства композиционных древесных материалов, его структурных объектов и элементов с применением инженерно-технического инструментария, на основании которого сформулированы цели, задачи и направления повышения эффективности функционирования производства новых видов композиционных материалов.
  2. Разработана  методика определения смачивающей способности и определения поверхностного натяжения основных компонентов новых видов композиционных материалов.
  3. Исследованы процессы смачивания, адгезии и поверхностные явления применительно к производству новых композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна, в результате чего разработаны рецептуры клеевых композиций на основе традиционных синтетических олигомеров с введением в их состав модификаторов с целью повышения их смачивающей способности и  адгезионных  свойств.
  4. Проведена оценка смачивающей способности модифицированных олигомеров и реологических характеристик отвержденных модифицированных олигомеров. Изучена совместимость предложенных клеевых композиций и основных наполнителей новых композиционных материалов с точки зрения сопоставимости их реологических характеристик.
  5. Определено влияние основных технологических факторов на физико-механические характеристики новых композиционных материалов.
  6. Разработаны математические модели влияния основных технологических факторов на свойства композиционных материалов на основе костры льна. Рекомендованы рациональные технологические режимы их производства на основе математической обработки результатов экспериментальных планов.
  7. Разработаны организационные, технические и технологические рекомендации по совершенствованию технологических процессов производства новых композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна.

Основные научные положения, выносимые на защиту можно классифицировать как  научно обоснованные организационные, технические и технологические решения, направленные на разработку ресурсосберегающей технологии создания новых видов композиционных материалов на основе древесных наполнителей, костры льна и синтетических олигомеров. Внедрение этих положений вносит значительный вклад в решение проблем функционирования и развития организации производства композиционных материалов, а также повышения конкурентоспособности продукции.

Указанные положения включают:

  1. Концепцию повышения эффективности производства композиционных древесных материалов.
  2. Теоретические закономерности явлений смачивания, адгезии, поверхностных явлений и формирования клеевых соединений в структуре новых композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна.
  3. Теоретические и практические результаты исследований, направленных на повышение смачивающей способности синтетических олигомеров по отношению к костре льна.
  4. Результаты исследований термодинамических явлений и их влияния на процесс склеивания древесных наполнителей и костры льна клеевыми составами на основе синтетических олигомеров.
  5. Результаты исследований по модификации синтетических олигомеров применительно к производству композиционных материалов на основе костры льна, оценке свойств готовой продукции.
  6. Математические модели, оценивающие влияние основных технологических факторов на свойства композиционных материалов на основе костры льна.
  7. Рекомендации по организации технологических процессов производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна, включающие обоснованные рациональные технологические режимы и технологические инструкции.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке ресурсосберегающей технологии производства новых композиционных древесных материалов, позволяющей повысить качество и конкурентоспособность продукции из этих материалов. При этом использование отходов деревообработки и первичной переработки льна приводит к повышению экономической эффективности дерево-обрабатывающей, а также текстильной (льняной) отраслей промышленности.

Основные научные и технические результаты диссертационной работы апробированы и приняты к использованию на ОАО «Фанплит», г. Кострома, ОАО «Мантуровский фанерный комбинат».

Теоретические положения производства композиционных материалов на основе различных  наполнителей и методики экспериментальных исследований, разработанные автором, используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Технология клееных материалов и древесных плит», «Технология композиционных материалов», «Технология полимеров».

Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в докладах автора на международных научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» в 1996, 1998, 2002, 2004 гг. (г.Кострома); «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» в 2006, 2008 гг. (г. Кострома); «Композиционные материалы на основе древесины» в 2000 г. (г. Москва); «Перспективы развития лесного и строительного комплексов, подготовки инженерных и научных кадров на пороге XXI века» в 2000 г. (г. Брянск); «Актуальные проблемы лесного комплекса»  в 2005, 2006, 2007, 2008 гг. (г. Брянск); «Рациональное использование лесных ресурсов» в 2001 г. (г. Йошкар-Ола); «Молодежь и научно-технический прогресс» в 2007 г. (г. Владивосток); на всероссийских научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» в 2004, 2007 гг. (г. Вологда); «Студенты и молодые ученые университета – развитию науки и производства Костромской области» в 1999, 2000, 2001, 2006, 2007, 2008  гг. (г. Кострома); «Вузовская наука – региону» в 2008 г. (г.Вологда).

Материалы диссертации доложены и обсуждены на профессорских семинарах Костромского государственного технологического университета в 2006, 2007, 2008 гг.; семинаре Координационного совета  по  древесиноведению (г. Москва) в 2008 г.; на расширенном заседании кафедры механической технологии древесины Костромского государственного технологического университета, на заседании кафедры технологии производства древесных плит и пластиков Московского государственного университета леса в 2006, 2007, 2008 гг.

       Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 104 работы, в том числе 1 монография, 24 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 37 статей  в рецензируемых журналах и сборниках научных трудов, 3 патента на изобретения, 2 учебных пособия с грифом УМО, 5 отчетов по НИР. Общий объем публикаций – 57,5 п.л., из них авторских – 37,5 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, содержит 288 страниц основного машинописного текста. Библиографический список включает 261 наименований. В приложении на 84 страницах приведены материалы научно-технической документации и акты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

       Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, охарактеризована степень разработанности проблемы в научной литературе, теоретико-методологическая основа, определены объект и предмет исследования, сформулированы его цели и задачи, новизна научных результатов и практическая значимость исследования, изложены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе «Разработка концепции развития производства композиционных материалов» дан анализ современного состояния и перспектив развития производства композиционных материалов и намечены основные пути повышения эффективности его функционирования путем вовлечения отходов льнопереработки – костры льна.

Производство композиционных материалов позволяет эффективно использовать отходы производства, снижая, таким образом, себестоимость продукции и способствуя рациональному расходованию древесных ресурсов.

Объемы мирового производства и потребления пиломатериалов и изделий из натуральной древесины возрастают с каждым годом, соответственно увеличиваются объемы заготовки древесины. В связи с длительностью роста товарной древесины возобновляемость лесных ресурсов не во всех районах успевает за вырубкой, поэтому возникает необходимость в исследовании источников восполнения сырьевой базы. Россия обладает огромными древесными ресурсами. Однако основная их часть расположена в  районах Сибири и Дальнего Востока. В то же время перерабатывающая промышленность в основном сосредоточена на территории Центральной России. Поэтому проблема поиска доступного и дешевого сырья для производства композиционных материалов в последние годы стоит весьма остро. Ее решению может способствовать широкое вовлечение в производство композитов  недревесного сырья. В связи с этим мы рассматриваем отходы льнопроизводства, источниками которых являются льноперерабатывающие заводы, сосредоточенные главным образом в Центральном регионе.

В России производством и переработкой льна занимается около 2000 сельскохозяйственных предприятий, 67 льносеменоводческих станций, 255 льнозаводов, более 50 текстильных предприятий, расположенных в 36 регионах страны. В настоящее время проблемы углубленной переработки льна и эффективной утилизации образующихся отходов льнопроизводства особо актуальны, поскольку на региональных и государственном уровнях намечены существенные инвестиционные вложения в льноперерабатывающую отрасль. Современная переработка льна является областью «критических технологий» прежде всего по причине широкой сферы применения продуктов переработки льна и высокой ценности этих продуктов. На государственном уровне запланирован существенный рост производства льноволокна в России. Так, по данным департамента агропромышленного комплекса Костромской области, намечено увеличение посевных площадей, занятых льном, с 2 тыс. га в 2006 г. до 5 тыс. га в 2008 г. и до 15 тыс. га на период до 2010 г. Основная проблемная задача состоит не просто в наращивании объемов переработки льна, а в создании новых технологий, позволяющих использовать большое количество его ценных компонентов, входящих и в состав отходов производства.

Организация промышленного производства принципиально новой продукции из ранее не используемых отходов льнопроизводства – грубого волокна, очеса и костры – позволит значительно сократить экологический вред от вырубки лесов, расширить ассортимент выпускаемой продукции,  снизить или устранить зависимость от импорта при производстве стратегически важной продукции. 

       Костра льна пригодна для переработки в материалы различного назначения, что обусловлено особенностями ее физико-химического строения и дешевизной. При этом наибольший эффект от переработки костры достигается при производстве на ее основе композиционных материалов, которые могут использоваться в строительстве и мебельной промышленности для создания конструкционных элементов. Эффективность применения костры льна в качестве наполнителя композиционных материалов обусловлена рядом ее положительных анатомических, химических и размерно-качественных свойств, а именно:

- льняная костра содержит много стойких химических соединений – лигнин, целлюлоза, высокополимерные пентозаны. Во льне содержится до 65 % целлюлозы, при этом в древесной части стебля льна, то есть в костре содержится  примерно 45% целлюлозы;

- частицы костры образуют фракцию, пригодную для использования в плитном производстве без дополнительной механической обработки;

- частицы костры способны склеиваться, поскольку в состав костры входит как основной компонент, целлюлоза. В костре древесные волокна расположены параллельно длине частиц, чего не наблюдается у других видов сырья. Костра имеет гладкую малопористую поверхность, изолированную водонепроницаемой кутикулой, поэтому при склеивании ее частиц требуется немного смоляного клея. Толщина отдельных костринок незначительна, что позволяет получать плиты с гладкой поверхностью без дополнительной обработки (шлифования) или с незначительной обработкой. Малая толщина частиц костры способствует более плотной их упаковке с минимальным содержанием воздушных пустот, образованию большого количества клеевых мостов, что положительно сказывается на прочностных показателях композиционного материала;

- стоимость костры как сырья гораздо ниже стоимости древесины, поэтому с экономической точки зрения использование костры будет способствовать снижению цены на готовые плиты;

- с технологической точки зрения использование костры позволит уменьшить затраты на производство плит за счет изменений в технологическом процессе. На стадии подготовки сырья костра не требует дополнительного измельчения, поскольку размеры частиц соответствуют требованиям для производства плит. Костра реализуется льноперерабатывающими предприятиями с начальной влажностью  12–30%, что позволяет снизить затраты на сушку по сравнению с затратами на  сушку древесных частиц;

- костра образуется на льноперерабатывающих предприятиях ежегодно, в отличие от деловой древесины, для созревания которой требуются десятки лет. Сбор урожая льна и его переработка  происходит осенью, то есть в тот годовой период, когда сокращаются объемы заготовки древесины в связи с трудностями ее транспортировки. Поэтому осенняя переработка образующейся костры в производстве клееных композиционных материалов позволяет компенсировать дефицит древесного сырья.

Актуальность использования костры в производстве плитных материалов обусловлена кроме того  тем, что в настоящее время наблюдается значительный рост производства и переработки льна в связи с повышенным интересом к производству льняных тканей и одежды, обладающих высокими экологическими и гигиеническими свойствами.

Практика применения отходов льнопроизводства показывает, что эксплуатационные характеристики плитных композиционных материалов на основе костры, изготавливаемых по традиционным технологиям, уступают соответствующим характеристикам древесных плит. Поэтому необходимо определить технологические и организационные направления, позволяющие улучшить качество готовых материалов, тем самым расширить область их использования и конкурентоспособность.

Во второй главе «Системный анализ производства композиционных материалов» рассмотрена общая концепция повышения эффективности производства древесных композиционных материалов на основе системного подхода и определены организационно-технические мероприятия, направленные на улучшение качества и конкурентоспособности  композиционных материалов на основе костры льна и синтетических олигомеров.

Производство композиционных материалов отличается сложностью и многообразием технологических систем, сырья и материалов. Проблема повышения эффективности данного производства состоит в том, что оно должно рассматриваться как система со своей структурой, с учетом различных аспектов – технологических, экономических, экологических, социальных и др. Стратегическая задача повышения эффективности работы отечественного производства композиционных древесных материалов может быть решена путем разработки научных и методологических принципов повышения эффективности использования древесного сырья на основе организации ресурсосбережения, поиска новых конструкций материалов, совершенствования контроля качества продукции, а также развития организационно-экономической базы освоения новой, конкурентоспособной продукции и технологий. В настоящее время перед предприятиями по производству композиционных материалов стоит задача технического и технологического развития, вытекающая из перспектив роста потребления продукции как на внутреннем, так и внешнем рынках, наличия огромного ресурсного потенциала, планируемого вступления России в ВТО, программных мероприятий, намеченных Правительством к реализации в лесопромышленном комплексе. Проблема заключается в несоответствии между сложившейся системой организации использования древесных ресурсов и необходимостью повышения эффективности работы деревообрабатывающих производств в соответствии с экономическими интересами государства.  Для решения данной проблемы в области производства древесных композиционных материалов предлагается общая концепция, в основу которой положен системный подход к организации ресурсосбережения (рис. 1).

Реализация общей концепции повышения эффективности производства древесных композиционных материалов предусматривает решение следующих задач:

  • обоснование потенциала ресурсосбережения и разработка организационно-технического механизма его реализации на предприятиях;
  • системный анализ проблемы эффективности использования древесных ресурсов с точки зрения стратегических задач развития экономики России;
  • создание основ рационального лесопользования путем разработки направления использования значительного потенциала отходов льнопроизводства при выпуске композиционных материалов;
  • теоретическое и экспериментальное обоснование использования отходов переработки льна в структуре композиционных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками;
  • разработку новых видов и конструкций композиционных материалов на основе недревесного сырья;
  • научное обоснование и разработка связующих составов для производства композиционных материалов на основе новых видов наполнителей;

Рис. 1. Общая концепция повышения эффективности производства

композиционных материалов

  • организационно-техническое обеспечение производства новых видов продукции;
  • повышение степени безотходности производства на основе использования технического, технологического и энергетического потенциала древесных ресурсов и отходов льнопроизводства.

Решение намеченных задач будет способствовать повышению эффективности отечественных деревообрабатывающей и льноперерабатывающей отраслей промышленности, что позволит России укрепить свои позиции на мировом рынке.

В третьей главе «Методическая часть» приведены характеристики применяемых материалов, оборудование и приборы, используемые в работе, расчетные уравнения и формулы, изложены методики подготовки экспериментальных образцов, определения термодинамических и реологических характеристик, поверхностного натяжения, краевых углов смачивания исследуемых материалов, изготовления экспериментальных образцов композиционных материалов, оценки их физико-механических и экологических свойств. Оценка влияния технологических факторов на свойства композиционных материалов и выбор рациональных режимов их производства  осуществлялись путем математической обработки результатов  регрессионных планов второго порядка.

В четвертой  главе «Разработка рекомендаций по повышению смачивания и адгезии при производстве композиционных материалов» рассмотрены теоретические положения процесса склеивания целлюлозосодержащих наполнителей  клеевыми составами на основе синтетических олигомеров и выявлены пути увеличения адгезионного контакта. Основные положения теории адгезии, смачивания и поверхностных явлений применены для выработки мероприятий по улучшению качественных показателей композиционных материалов на основе костры льна и синтетических олигомеров.

       Полимерные составы, применяемые при осмолении наполнителей, должны обеспечивать полное смачивание поверхности субстрата,  а также межфазный контакт между адгезивом и субстратом и межфазное или адсорбционное взаимодействие на границе двух фаз, то есть на границе полимер – наполнитель. Адгезия определяется взаимодействием на границе раздела фаз. Это взаимодействие зависит от величин, которые обусловливают свойства контактирующих поверхностей, прежде всего – поверхностного натяжения и поверхностной энергии.        

       Если при нанесении жидкости на твердую поверхность происходит процесс самопроизвольного увеличения площади контакта, имеет место смачивание.        Рассмотрим условия смачивания жидкостью твердой поверхности. Если до соприкосновения с подложкой капля жидкости имела поверхность Sк, а поверхность твердой подложки была Sт, то в состоянии равновесия, когда жидкость образует на поверхности тела каплю определенной формы, площадь поверхности соприкосновения капли с подложкой составит Sтж, а площадь поверхности капли  Sж. Общая свободная поверхностная энергия в начальный момент  составляет

F1 =  Sк ж + Sт т ,  (1)

где  ж, ж  –  поверхностная  энергия  соответственно  жидкости и твердого  тела.

В конечный момент, после достижения равновесия, общая свободная поверхностная энергия составит

  F2 =  Sж ж + Sтж тж . (2)

Необходимое условие самопроизвольного протекания процесса смачивания заключается в том, чтобы происходила убыль свободной поверхностной энергии

  F =  (F1 – F2) < 0 . (3)

Для данного условия смачивания справедливо неравенство

  >   . (4)

Отсюда следует, что при  т > тж происходит увеличение поверхностного соприкосновения жидкости со средой (Sж > Sк). Таким образом, смачивание термодинамически возможно при условии

т > тж.  (5)

Равновесие капли жидкости на поверхности твердого тела (без учета шероховатости поверхности и действия силы тяжести) подчиняется уравнению Юнга

  т = тж  + ж  cos ,  (6)

из которого следует

cos =  ,  (7)

где   – краевой угол, или угол смачивания.

       Очевидно, при  т < тж и cos < 0, то есть когда жидкость не смачивает поверхность, краевой угол  должен быть больше 90°. Если угол смачивания меньше 90°, происходит частичное смачивание. При = 0, когда краевой угол не образуется, имеет место полное смачивание, или растекание. Условие растекания жидкости по поверхности твердого тела выражается неравенством

  т  > ж + тж  .  (8)

       Для оценки адгезионного взаимодействия необходимо применять основные показатели, поддающиеся экспериментальному определению – краевой угол смачивания и поверхностное натяжение жидкости жг. Произведение поверхностного натяжения жидкости и косинуса краевого угла смачивания есть  энергия смачивания, или адгезионное напряжение

  Wэ =  жг · соs .  (9)

       Чаще взаимодействие жидкости с твердой поверхностью характеризуют работой адгезии, которую необходимо затратить для удаления жидкости от твердого тела. При контакте жидкости с твердой поверхностью свободная поверхностная энергия равна тж, а после разъединения тел она становится равной (жг +  тг). Разность между этими величинами есть работа адгезии (уравнение Дпре)

  Wа = жг +  тг  – тж .  (10)

       Из данного уравнения (10) в сочетании с равенством Юнга (6) получаем

  WА =  ж  (1 + cos ) .  (11)

Эта зависимость (уравнение Дюпре-Юнга) позволяет оценить величину равновесной работы адгезии жидкости к твердому телу, которую надо затратить для разделения фаз. Данная зависимость носит гипотетический характер, так как в ней присутствует энергетическая составляющая. Учитывая, что теоретически величина поверхностной энергии равна поверхностному натяжению данное уравнение можно привести к удобному для практического использования виду

WА =  ж  (1 + cos ) . (12)

Из уравнений (11,12) следует, что для достижения высокой адгезии необходимо, чтобы поверхностная энергия и поверхностное натяжение  жидкости имело большие значения. Также необходимо, чтобы значения поверхностной энергии и поверхностного натяжения субстратов превышали соответствующие характеристики адгезивов, при этом будет обеспечиваться полное и равномерное смачивание

субстрат > адгезив  ,  (13)

субстрат > адгезив  . (14)

       Высокая прочность сцепления полимерной матрицы с древесиной или с другим целлюлозосодержащим наполнителем является непременным условием создания клееных композиционных материалов с высокими физико-механическими свойствами. Для этого необходима совместная работа древесины и отвержденного клея, то есть прочная связь их поверхностей. Поэтому вопрос о природе взаимодействия по межфазной границе полимер – твердое тело имеет очень важное значение не только с теоретической, но и с практической точек зрения. Для обеспечения необходимой прочности связи на границе раздела фаз необходимо рассмотреть сущность протекающих процессов при склеивании.

       С физико-химической точки зрения адгезию определяет действие молекулярных сил на межфазной границе. При производстве композиционных материалов клей, как правило, наносится на поверхность наполнителя в виде раствора, поэтому в процессе формирования он претерпевает фазовые превращения в системе жидкость – твердое тело. При этом изменяются условия смачивания поверхности и условия взаимодействия полимерной цепи с поверхностью наполнителя из-за уменьшения молекулярной подвижности. Жесткая полимерная цепь не может также приспособиться к поверхности как молекулы мономера или олигомера, из которых образуется полимерный адгезив. Таким образом, по мере отверждения (структурирования) система становится все более неравновесной, причем тем больше, чем жестче цепь. При  этом в адгезиве возникают внутренние напряжения, обусловленные как условиями отверждения, так и собственно взаимодействием полимера с поверхностью. Если клей обладает эластичностью, то он лучше приспосабливается к поверхности, больше возникает точек контакта, а неравновесность системы уменьшается. Процесс формирования клеевого соединения требует определенного времени, зависящего от свойств клея. Поэтому очевидно, что процесс отверждения клея необходимо вести при оптимальном соотношении между скоростью установления равновесного состояния полимера на поверхности субстрата и скоростью отверждения клея. Возникновение неравновесной структуры создает большие внутренние напряжения, стремящиеся оторвать клей от поверхности, что в итоге ведет к снижению прочности склеивания. Данное обстоятельство можно интерпретировать математической формулой

ск = т  – вн ,  (15)

где  ск  – прочность склеивания; т  – адгезионная (межфазная прочность); вн  – внутренние напряжения.

Исходя из данной зависимости, можно сделать вывод, что повышение прочности склеивания возможно за счет:

  • повышения  сил  межмолекулярного взаимодействия на границе раздела фаз;
  • снижения внутренних напряжений, как по межфазной границе, так и в массе самого клея.

       Процесс образования адгезионной связи обычно подразделяется на две стадии. На первой стадии происходит перемещение молекул адгезива к поверхности субстрата и их определенное ориентирование в межфазном слое. Протекание первой стадии процесса адгезии способствует повышению температуры и давления. Однако в этом случае нарушается принцип самопроизвольности, что введет к появлению внутренних напряжений, уменьшающих работу адгезии. На второй стадии происходит межмолекулярное взаимодействие субстрата и адгезива и структурирование последнего. Работу адгезии Wа при этом можно определить по уравнению Дюпре-Юнга (12).

       Исходя из вышесказанного следует, что максимальная прочность склеивания  древесины достигается при использовании клеевых составов, обеспечивающих минимальный краевой угол смачивания, то есть обладающих малым поверхностным натяжением, по величине меньшим, чем поверхностное натяжение субстрата. Однако практический анализ формирования клеевых соединений показывает, что  данный принцип сопоставления поверхностных натяжений адгезива и субстрата не всегда является условием достижения высокой адгезии. Поэтому в дальнейших исследованиях предполагается установить взаимосвязь поверхностного натяжения синтетических олигомеров с краевым углом смачивания и влияние этих величин на прочность композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна.

       В уравнениях (11,12) одним из аргументов является краевой угол смачивания (cos), с помощью которого характеризуется физико-химическое взаимодействие контактирующих фаз. При этом предполагается, что поверхность твердого тела представляет идеально гладкую, однородную по химическому составу, недеформируемую плоскость. Однако поверхность древесных материалов, а также костры льна, ни одному из перечисленных факторов не соответствует. Природные однолетние и многолетние растения (например, древесина, костра) в силу своего анатомического строения являются высокопористыми субстратами. Так содержание полостей в древесине ели составляет 72, сосны – 67, березы – 61, дуба – 57, бука – 55, лиственницы – 64%. То есть на долю самого древесного вещества приходится от 28 до 45% от общего объема древесины. Зависимость краевого угла смачивания от пористости может быть описана соотношениями вида:

в случае, когда клей не смачивает стенки пор (>90)

  cos п = т · cos р – п; (16)

в случае, когда клей смачивает стенки пор (<90) 

cos п = т · cos р + п,  (17)

где п – краевой угол на пористой поверхности; р – равновесный краевой угол на гладкой однородной поверхности; т – доля твердой фазы (древесного вещества); п  – доля пор.

       Поверхность древесных материалов никогда не бывает идеально гладкой, а покрыта многочисленными неровностями различной формы, размеры которых варьируются в широких пределах от нескольких межатомных расстояний до десятков микрон, а в отдельных случаях до нескольких миллиметров. Шероховатость твердой поверхности характеризуется ее микрорельефом, который представляет сложное хаотическое чередование разнообразных выступов и впадин. Для характеристики микрорельефа используют коэффициент шероховатости К, который представляет отношение фактической площади поверхности (с учетом площади впадин и выступов) к проекции на горизонтальную плоскость. Из определения коэффициента очевидно, что К > 1.

       Зависимость краевого угла смачивания от коэффициента шероховатости определяют по уравнению Венцеля-Дерягина

  cos ш = К · cos р, (18)

где ш – угол смачивания на шероховатой поверхности.

       Из этого уравнения следует, что в отсутствии смачивания (>90) увеличение шероховатости приводит к увеличению краевого угла ш. Если клей смачивает данный материал (90 > > 0), то увеличение коэффициента шероховатости вызывает уменьшение краевого угла ш. При достаточно большом коэффициенте шероховатости К > (1/cos ) и < 90 выполняется термодинамическое условие полного смачивания.

       При использовании клеев в виде растворов происходит набухание поверхностного слоя древесины, приводящее к изменению формы поверхности (изгиб, микровыступы). При смачивании поверхности древесины водой выполняется следующее условие деформирования

    >> 1 ,  (19)

где ж – поверхностное натяжение воды; Е – модуль упругости древесины в радиальном направлении; d – толщина деформированного слоя ( 10-5см).

       Анализ этого уравнения показывает, что с увеличением степени деформирования краевой угол уменьшается. Отсюда следует вывод, что использование водных растворов олигомеров в качестве клеев для склеивания древесных материалов будет иметь при прочих равных условиях преимущество перед клеями, не вызывающими деформации поверхностного слоя.

       Таким образом, изучение влияния указанных факторов на термодинамические свойства позволит дать количественную оценку зависимости прочностных свойств клеевого соединения от вида наполнителя, качества обработки поверхности и влажности.

При производстве композиционных материалов на основе костры с использованием традиционных технологий не удается получить высоких физико-механических характеристик, что связано с большей (по сравнению с древесными наполнителями) удельной поверхностью частиц, а также особенностями формирования адгезионного контакта. Согласно условию (14) для оценки возможности эффективного совмещения костры льна с синтетическими олигомерами необходимо оценить величины их поверхностных натяжений.

В экспериментальной части работы для определения поверхностного натяжения исследуемых адгезивов применялся метод отрыва кольца с помощью чувствительных четырехдиапазонных торсионных весов WТW. При этом исследовались традиционно применяемые для склеивания  карбамидоформальдегидная и фенолформальдегидная смолы.

       Графические зависимости влияния количества добавляемого модификатора (бутанола-1) на поверхностное натяжение исследуемых адгезивов представлены на рис. 2. Введение бутанола и других спиртов в синтетические смолы способствует снижению их поверхностного натяжения, при этом несколько уменьшается и вязкость, что положительно сказывается на процессе смачивания ими костры льна.

Графические зависимости влияния количества добавляемого в смолу модификатора (бутанола-1) на краевой угол смачивания субстратов представлены на рис. 3-4.

В работе оценка величины поверхностного натяжения  субстратов (т) осуществлялась по результатам изучения  равновесия  трех  фаз – твердой, жидкой и газообразной, на основе смачивания твердого тела жидкостями в воздушной среде.

Рис. 2. Влияние количества модификатора (бутанола-1) на поверхностное

натяжение адгезивов

Рис. 3. Влияние количества модификатора (бутанола-1), добавляемого в смолу КФН-66,

на краевой угол смачивания

Рис. 4. Влияние количества модификатора (бутанола-1), добавляемого в смолу СФЖ-3014, на краевой угол смачивания

  Этот метод может быть реализован на основе установления взаимосвязи поверхностного натяжения и  краевых углов смачивания.

  т  = ж (1+ соs ) , (20)

где ж – поверхностное натяжение жидкости (адгезива), МДж/м2; т – поверхностное натяжение твердого тела (субстрата), МДж/м2; – краевой угол смачивания, град.

Установленная зависимость (20) была использована для предварительной оценки величины поверхностного натяжения костры льна. В расчетах использовались известные величины поверхностного натяжения и косинусы краевых углов смачивания, определенные  для основных древесных пород при смачивании  рассмотренными адгезивами, а также величины поверхностного натяжения адгезивов, модифицированных бутанолом.

  Исследование краевого угла смачивания костры льна синтетическими олигомерами проводились с использованием микроскопа МБС-10, позволяющего определить размеры капли адгезива, нанесенной на поверхность субстрата.

Таким образом, расчетное поверхностное натяжение костры, определенное теоретическим  методом оказалось на  уровне 44-45 МДж/м2. Определение поверхностного натяжения костры льна было произведено также с позиций термодинамической трактовки теории адгезии путем графической оценки взаимосвязи косинуса краевого угла смачивания и поверхностного натяжения адгезивов, представленных на рис. 6,8.

К=0%  К= 1%  К=2%

а

б

в

Рис. 5. Вид капель смолы КФН-66 

на субстратах:

а  – береза; б – сосна; в – костра льна

(К – количество модификатора)

Рис. 6. Зависимость косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения смолы КФН-66, модифицированной бутанолом:

1 –  береза; 2 – сосна; 3 –костра льна

К=0% К= 1% К=2%

а

б

в

Рис. 7. Вид капель смолы СФЖ-3014

на субстратах:

а  – береза; б – сосна; в – костра льна

(К – количество модификатора)

Рис. 8. Зависимость косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения смолы СФЖ-3014, модифицированной бутанолом:

1 –  береза; 2 – сосна; 3 – костра льна


В отличие от работ других исследователей, получены уточненные математические зависимости косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения адгезивов в виде полиномов второй степени с величиной достоверности аппроксимации не менее 0,9:

- для карбамидоформальдегидного олигомера КФН-66:

а) субстрат – береза  соs = 5,92465911 – 0,16633503 ж + 0,00132169 ж2;

б) субстрат – сосна соs = 3,58877944 – 0,08886598 ж + 0,00069532 ж2;

в) субстрат – костра  соs = 5,60552926 – 0,16182875 ж + 0,00128637 ж2;

- для фенолформальдегидного олигомера СФЖ-3014:

а) субстрат – береза  соs = 4,44744325 – 0,10672727 ж + 0,00071985 ж2;

б) субстрат – сосна соs = 3,49966865 – 0,07954155 ж + 0,00053666 ж2;

в) субстрат – костра  соs = 4,06621758 – 0,10326984 ж + 0,00070770 ж2.

Фактическое поверхностное натяжение костры льна определено экстраполированием кривой линии, выражающей зависимость cos = f () до значения cos = 1, при котором происходит полное смачивание. Таким образом, поверхностное натяжение костры составило 45 МДж/м2. Для достижения полного смачивания и высокой адгезии необходимо, чтобы полимерные составы, применяемые для ее осмоления, имели поверхностное натяжение до 45 МДж/м2. Поверхностное натяжение исследуемых клеевых составов приближается к поверхностному натяжению костры при условии модифицирования карбамидоформальдегидной смолы бутанолом в количестве  1,5%; при модифицировании фенолформальдегидной смолы бутанолом в количестве 2%, что позволяет обеспечить полное смачивание костры при  осмолении и высокую адгезию.

Для оценки адгезионного взаимодействия, а также для определения рационального количества вводимого бутанола при модификации клеевых составов рассчитана величина работы адгезии на основе (11).

       В данном уравнении не учитывается величина межфазного взаимодействия субстрата с адгезивом, поэтому расчет работы адгезии не является точным. Для повышения точности расчета необходимо учесть межфазное взаимодействие с помощью введения  коэффициента пропорциональности b, имеющего величину tg угла наклона прямой, выражающей зависимость  cos = f(ж), к оси абсцисс.

При этом зависимость косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения адгезива имеет вид

cos = 1 – b·(ж – кр),  (21)

где  кр – критическое значение поверхностного натяжения адгезива, при котором обеспечивается полное смачивание, МДж/м2.

       Подставив данную зависимость в уравнение Дюпре-Юнга, получим

Wа = ж (2 + b·кр) – b·ж2.  (22)

       Зависимость (25) представляет уравнение параболы, вершина которой находится при следующем значении поверхностного натяжения адгезива

ж = + 0,5·кр . (23)

       При этом максимальная работа адгезии определяется зависимостью вида

Wа max =   + кр + 0,25·b·кр2.  (24)

  Коэффициент пропорциональности b определим как тангенс угла наклона графических зависимостей cos=f(ж), построенных по значениям для модифицированных составов на участках, описание которых возможно в виде прямых зависимостей (рис. 9).

В итоге получены  уравнения для расчета работы адгезии

– для карбамидоформальдегидного олигомера:

Wа береза = ж (2 + 0,06·49) – 0,06·ж2 = 4,94· ж – 0,06·ж2 ;

Wа сосна = ж (2 + 0,045·47) – 0,045·ж2 = 4,115· ж – 0,045·ж2 ;

Wа костра = ж (2 + 0,065·45) – 0,065·ж2 = 4,925· ж – 0,065·ж2 .

– для фенолформальдегидного олигомера:

Wа береза = ж (2 + 0,039·49) – 0,039·ж2 = 3,911· ж – 0,039·ж2 ;

Wа сосна = ж (2 + 0,03·47) – 0,030·ж2 = 3,41· ж – 0,03·ж2 ;

Wа костра = ж (2 + 0,058·45) – 0,058·ж2 = 4,61· ж – 0,065·ж2 .

На рис. 10  представлена графическая интерпретация зависимости работы адгезии от поверхностного натяжения адгезивов.

а

б

Рис. 9. Зависимость косинуса краевого угла смачивания от поверхностного натяжения: а – карбамидоформальдегидной смолы; б –фенолформальдегидной смолы: – субстрат береза;  2 – субстрат сосна; 3 – субстрат костра льна

а

  б

Рис. 10. Зависимость работы адгезии от поверхностного натяжения

а – карбамидоформальдегидной смолы; б – фенолформальдегидной смолы

1 – субстрат береза;  2 – субстрат сосна; 3 – субстрат костра льна

Проведенные расчеты и построенные  графические зависимости свидетельствуют о повышении работы адгезии при использовании модифицированных клеевых составов.

Экспериментально подтверждено, что физико-механические характеристики готовых материалов при модификации спиртами существенно увеличиваются (табл.1).

Таблица 1

Сравнительные свойства костроплит

Количество модификатора (бутанола), %

Плотность плиты, кг/м3

Предел прочности при изгибе, МПа

Предел прочности при перпендикулярном отрыве, МПа

Разбухание по толщине, %

Водопогло-щение,

%

на основе смолы КФН-66

0

740

12,15

0,23

37,6

95

1

732

18,21

0,57

29

79

1,5

738

19,98

0,59

26,1

74,1

2

729

21,07

0,57

25,8

72,2

на основе смолы СФЖ-3014

0

740

11,0

0,26

32,1

81,2

1

738

16,3

0,46

25,2

68,1

1,5

745

18,4

0,52

7,5

39,0

2

748

18,8

0,55

6,4

35,6

3

754

16,8

0,48

8,8

40,3

В работе рассмотрены также способы повышения смачивающей способности синтетических олигомеров путем совмещения их с  поливинилацетатной дисперсией, в состав которой входят эмульгатор – поливиниловый спирт и пластификатор – дибутилфталат. Эти вещества действуют как поверхностно-активные и способствуют снижению поверхностного натяжения модифицированного клеевого состава, приближая его к поверхностному натяжению костры.

Закономерности отверждения и поведения модифицированных клеев в твердом состоянии изучались с позиций реологии полимеров.

Характерной особенностью процесса структурирования клеев является развитие внутренних напряжений, которые являются результатом давления, возникающего при росте глобул, связанных друг с другом в жесткую пространственную сетку. Внутренние напряжения, возникающие в клеевой прослойке – явление достаточно общее в адгезионных системах. В самом общем виде внутренние напряжения являются мерой незавершенности релаксационных процессов и зависят от числа, природы и характера распределения локальных связей в системе.

Реологические свойства модифицированных клеевых композиций на основе синтетических  олигомеров исследовались после их полного отверждения с применением консистометра Хепплера.

В качестве примера на рис. 11 представлены временные зависимости относительных  деформаций  для  исследованных  клеевых  составов  на  основе

1 – КФН-66; 2 – КФН-66+1% бутанола;

3 – КФН-66+2% бутанола; 4 – КФН-66+3% бутанола

1 – КФН-66; 2 – КФН-66+10% ПВА,

3 – КФН-66+20% ПВА; 4 – КФН-66+30% ПВА

  1. – береза; 2 – сосна; 3 – костра льна

Рис. 11. Деформационные кривые

смолы КФН-66 и наполнителей композиционных материалов.

На основе полученных данных рассчитаны основные реологические характеристики – модуль упругости, модуль относительной медленной эластической деформации, равновесный модуль эластичности и др. Для достижения высокого качества склеивания необходимо, чтобы реологические свойства субстрата превышали соответству-ющие реологические свойства адгезива.

Анализ полученных данных показал, что модули упругости  и эластичности костры льна меньше, чем модули упругости и эластичности древесных пород и отвержденных синтетических олигомеров. При введении бутанола модули упругости и эластичности отвержденных клеевых композиций приближаются к соответствую-щим значениям для костры льна.

Модификация клеевых композиций поливинилацетатной дисперсией дает более значимый  эффект. Кроме этого, при данной модификации существенно уменьшается усадка отвержденной клеевой композиции, что снижает вероятность появления внутренних напряжений в клеевых соединениях. Таким образом, предложенные варианты модификации клеевых составов оправданы с точки зрения термодинамических и реологических свойств системы наполнитель – полимер.

В пятой  главе «Оценка влияния технологических факторов на свойства костроплит» путем реализации В-плана второго порядка оценено влияние плотности (x1), расхода связующего (x2), количества модификатора связующего (x3), количество гидрофобной добавки (x4) на основные физико-механические и экологические характеристики костроплит. 

По результатам исследований получены адекватные регрессионные модели:

а) выходная величина – предел прочности при изгибе:        

Y1 =  16,35 + 3,20 x1 + 2,22 x2 + 1,46 x3 – 0,16 x4 + 0,10 x12 + 0,10 x32 –

  – 1,10 x42 –  0,31 x1 x2 – 0,37 x2 x3 + 0,26 x3 x4 ;

б) выходная величина – предел прочности при перпендикулярном отрыве:        Y2 =  0,559 + 0,116 x1 + 0,072 x2 + 0,050 x3 – 0,0039 x42 – 0,021 x1 x2 ;

в) выходная величина – разбухание по толщине:        

Y3 =  17,45 + 2,20 x1 –  5,92 x2 – 2,24 x3 – 6,92 x4 + 0,50 x12 + 1,70 x22 –

  – 0,55 x 32 + 0,75 x42 – 0,92 x1 x2 + 2,36 x2 x4 + 1,08 x3 x4 ;

г) выходная величина – водопоглощение:        

Y4 =  82,45 + 5,79 x1 –  13,68 x2 – 4,08 x3 – 16,70 x4 – 2,71 x12 – 1,00 x22 –

  – 4,16 x32 – 5,91 x42 ;

г) выходная величина – содержание свободного формальдегида:

Y5 =  8,59 + 0,06 x1 + 2,26 x2 – 0,36 x3 – 0,07 x4 + 0,21 x12  – 0,09 x42.

Анализ полученных математических моделей и  их оптимизация при максимизации прочностных показателей и минимизации физических позволили определить рациональные условия производства костроплит:

плотность плит – 700 кг/м3; расход связующего – 15% от массы наполнителя; количество модификатора клеевого состава (бутанола-1) – 2% от массы жидкой смолы; количество парафиновой добавки – 0,5% от массы наполнителя; температура прессования – 150С; давление прессования – 1,8–2,0 МПа; время выдержки под давлением – 0,35–0,40 мин на 1 мм толщины плиты.

При соблюдении указанных  условий удается получать плитные материалы с физико-механическими показателями, удовлетворяющими требованиям ГОСТ на аналогичную древесную продукцию (ДСтП):

- предел прочности при изгибе – 21,2 МПа;

- предел прочности при перпендикулярном отрыве – 0,72 МПа;

- разбухание по толщине –  17,4 %;

- содержание свободного формальдегида – 8,5 мг/100 г.

В шестой главе «Технология и режимы производства композиционной фанеры» предложены организационно-технические решения по производству композиционной фанеры, наружные слои которой состоят из взаимно перпендикулярных слоев лущеного шпона, а внутренним заполнением является клеевая композиция на основе костры льна по принципу изготовления костроплит. Основу прочности данному материалу придают слои лущеного шпона, при этом его расход на единицу продукции существенно снижается. Разработаны технологические схемы производства данного вида продукции.

По результатам реализации В-плана второго порядка оценено влияние плотности внутреннего заполнения (x1), расхода связующего во внутреннем слое (x2), количества модификатора связующего (x3), количество гидрофобной добавки (x4) на основные физико-механические характеристики композиционной фанеры и получены адекватные регрессионные модели: 

а) выходная величина – предел прочности при изгибе:        

Y1 =  56,64 + 5,89 x1 + 9,48 x2 + 5,09 x3 – 2,57 x4 + 3,10 x22 + 3,15 x32  – 2,95 x42 ;

б) выходная величина – предел прочности при перпендикулярном отрыве:

Y2 =  0,429 + 0,089 x1 + 0,056 x2 + 0,019 x3 – 0,015 x4 + 0,011 x12  – 0,039 x42  –

  – 0,021 x2 x3 ;

в) выходная величина – разбухание по толщине:

Y3 =  13,91 + 1,71 x1 –  4,71 x2 – 1,79 x3 – 5,49 x4 + 1,69 x22 –  0,36 x32  +

  + 1,89 x2 x4 + 0,86 x3 x4 ;

г) выходная величина – водопоглощение:        

Y4 =  40,56 + 4,46 x1 –  12,90 x2 – 5,36 x3 – 15,93 x4 + 4,84 x22  – 2,07 x1 x2 +

+  5,02 x2 x4 + 1,92 x3 x4 .

       Анализ полученных математических моделей и  их оптимизация при максимизации прочностных и минимизации физических показателей позволили определить рациональные условия производства композиционной фанеры:

плотность внутреннего заполнения – 650 кг/м3; расход связующего – 10% от массы наполнителя; количество модификатора клеевого состава (бутанола-1) – 1,5% от массы жидкой смолы; количество парафиновой добавки – 0,3% от массы наполнителя; температура прессования – 150С; давление прессования – 1,8–2,0 МПа; время выдержки под давлением – 0,35–0,40 мин на 1 мм толщины материала.

При соблюдении указанных  условий удается получать материалы, конкурирующие по свойствам с фанерой общего назначения – с прочностью при изгибе порядка 60 МПа, прочностью при перпендикулярном отрыве 0,46 МПа, разбуханием по толщине 18%.

В седьмой главе «Применение фурановых олигомеров в производстве композиционных материалов» предложено применение фурановых олигомеров для производства плитных композиционных материалов  специального назначения.

В настоящее время фурановые связующие ограниченно используются  преимущественно в строительстве, а также для модификации древесины, с целью улучшения био- и огнестойкости и других физико-механических показателей. Основной компонент фурановых смол - фурфурол, который можно получать из отходов лесозаготовок (лесосечных отходов), лесопиления и деревообработки, составляющих от 30 до 45% объема перерабатываемой древесины. Поэтому производство фурфурола и клееных материалов на его основе не только позволит получать малотоксичную продукцию с высокими эксплуатационными характеристиками, но и обеспечит повышение комплексности использования сырья. Необходимость проработки темы обусловлена тем, что высокие физико-механические свойства и пониженная токсичность фанеры, полученной с применением в качестве связующего фурановых смол,  позволяют расширить область применения готовой продукции и прогнозировать высокий потребительский спрос. В экспериментальной части работы были отработаны режимы и технология синтеза фурфуролацетонового мономера ФА применительно к производству композиционных материалов, оценены термодинамические и реологические характеристики.

Установлено, что в отличие от традиционных карбамидных и фенольных олигомеров, фурановые отличаются малой  вязкостью (25…40 с по ВЗ4мм), поэтому легко проникают в клеточные стенки древесины. При нанесении капли мономера ФА на поверхность образца из древесины березы происходит быстрое и полное растекание ее по поверхности и впитывание в макротрещины (рис. 12а).

а

б

в

Рис. 12.  Капля мономера ФА

на поверхности субстратов:

а – сосна, б – береза, в – костра льна

На поверхности соснового образца капля мономера ФА распределяется  несколько медленнее, однако также имеет место полное растекание и частичное впитывание в макротрещины (рис. 12б). На  поверхности частиц  костры капля мономера  ФА  концентрируется на поверхности с образованием положительного краевого угла смачивания (рис. 12в).

Установлено, что мономер ФА наиболее применим в качестве связующего для частиц из хвойных пород древесины, костры льна, соломы злаковых растений и других наполнителей композиционных материалов с небольшой проницаемостью жидкостями и газами.

На рис.13 представлены временные зависимости относительных деформаций для клеевых составов на основе мономера ФА, карбамидо- и фенолформальдегидного олигомеров, рассчитаны реологические характеристики.

Рис. 13. Деформационные кривые:

1 – КФН-66; 2 – СФЖ-3014;

3 – мономер ФА + 0,5% серной кислоты;

4 – мономер ФА + 3% бензолсульфокислоты

С точки зрения соответствия реологических показателей адгезива и субстрата клеевые составы на основе мономера ФА более эффективны для использования в структуре композиционных  материалов (по  сравнению с карбамидо- и фенолформальдегид-ными олигомерами), так как их модули упругости, эластичности и эластической деформации  ниже и приближены к соответствующим

показателям наполнителей, в том числе костры льна.

Результаты испытаний композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна в смеси с мономером ФА  показали высокие физико-механические характеристики.

Рекомендованы рациональные технологические режимы производства:

плотность плит 650…750 кг/м3 (в зависимости от вида наполнителя); расход связующего – 15%; количество добавляемого отвердителя (сульфокислоты) – 3…5% от массы жидкого олигомера; температура прессования – 170 С; давление прессования – 2 МПа; время выдержки под давлением – 0,6 мин/1мм толщины.

При соблюдении указанных режимов удается получать плитные материалы с высокой  прочностью при изгибе (20 МПа и более), повышенной водостойкости (разбухание по толщине составляет менее 10%).

Для оценки содержания токсичных веществ в материалах на основе фурановых смол была разработана  и запатентована методика, сущность которой состоит в кипячении образцов плит в этиловом спирте с последующим фотоколориметрическим анализом полученной пробы. Результаты испытаний показали, что в данной продукции содержится менее 3 мг токсичных веществ на 100 г. На основе модифицированного газоаналитического способа определено выделение свободного фурфурола из плит при их эксплуатации, которое составило порядка 0,05 мг/м3.

В восьмой главе «Технико-экономические показатели и внедрение результатов исследований» рассмотрены факторы, определяющие конкурентоспособность новых композиционных материалов, и разработана методика оценки их конкурентоспособности на основе расчета интегрального показателя, обобщающего нормативные, технические, экологические и экономические параметры. Оценка конкурентоспособности композиционных материалов на основе костры льна по данной методике показала, что они вполне могут конкурировать с традиционной плитной древесной продукцией.

Расчет экономической эффективности предлагаемых решений показал, что организация производства композиционных материалов с использованием костры льна позволяет уменьшить себестоимость продукции на 5-10%, повысить рентабельность производства на 2-3% (в зависимости от вида композиционного материала). При этом снижается расход сырья, затраты на его обработку, эффективно утилизируются отходы льнопроизводства, а предприятия  получают прибыль, соизмеримую с доходом от реализации традиционных плитных материалов (ДСтП, фанеры). Предложенные в работе технологические мероприятия позволяют увеличить выручку от реализации продукции на 10-25%.

Внедрение результатов исследований осуществлялось:

- при проведении опытно-промышленных испытаний производства костроплит на ОАО «Фанплит», опытно-промышленных испытаний производства композиционной фанеры с внутренним слоем на основе костры льна и древесных отходов  на ОАО «Фанплит», ОАО «Мантуровский фанерный комбинат»;

- при проведении производственных испытаний производства фанеры на основе фурановой смолы на ОАО «Фанплит»;

- при разработке технологических инструкций на производство костроплит и композиционной фанеры);

- при разработке проекта реконструкции ОАО «Фанплит» на выпуск композиционной фанеры;

- при совершенствовании учебного процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Рассмотрена общая концепция повышения эффективности производства древесных композиционных материалов и выявлены пути его совершенствования. Установлено, что повышение эффективности производства композиционных материалов возможно при организации ресурсосбережения, которое может быть обеспечено путем всестороннего использования отходов деревообрабатывающих и льноперерабатывающих производств. При организации производства новых  видов материалов на основе костры льна эффективно утилизируются отходы льнопроизводства, экономятся древесные ресурсы, происходит увеличение занятости населения и развитие инфраструктуры, улучшается экологическая обстановка.
  2. Установлено, что при производстве композиционных материалов на основе костры льна и синтетических олигомеров происходит неравномерное распределение клеевого состава по поверхности частиц наполнителя, что главным образом связано с различием величин их поверхностных натяжений. Определены пути повышения смачивающей способности традиционных синтетических связующих (на основе карбамидоформальдегидных и фенолформальдегидных олигомеров) по отношению к костре для чего разработана и опробована методика подготовки поверхности костры льна для определения поверхностного натяжения графическим методом на основе изучения взаимосвязи краевого угла смачивания и поверхностного натяжения адгезивов.
  3. Рассмотрены  вопросы смачивания, адгезии и поверхностных явлений применительно к производству композиционных материалов на основе костры льна, в результате чего рекомендована модификация традиционных синтетических олигомеров спиртами и поливинилацетатной дисперсией  с целью снижения их поверхностного натяжения и повышения смачивающей способности по отношению к костре. Полученные экспериментальные данные по определению физико-механических показателей костроплит, изготовленных  на основе модифицированных составов, подтвердили эффективность и целесообразность рассмотренного метода. 
  4. Получены математические зависимости краевых углов смачивания от поверхностного натяжения адгезивов применительно к различным субстратам в виде полиномов второго порядка.
  5. Определены сравнительные реологические характеристики модифицированных олигомеров, основных древесных наполнителей и костры льна. Установлено, что модификация синтетических смол спиртами способствует некоторому снижению реологических показателей. Наиболее эффективна модификация смол дисперсией ПВА, при этом реологические свойства модифицированных клеев оказываются меньше соответствующих показателей, характерных для древесных наполнителей и костры льна. Такое модифицирование способствует увеличению адгезионных и клеящих свойств клеев по отношению к костре и древесным наполнителям.
  6. Разработаны технологии производства композиционных материалов (костроплит и композиционной фанеры с внутренним заполнением на основе древесных отходов и костры льна), позволяющие выпускать конкурентоспособные материалы при снижении производственных затрат. Предложены технологические мероприятия по улучшению их эксплуатационных характеристик.
  7. Определены рациональные технологические режимы производства композиционных материалов с применением костры льна и клеевых композиций на основе карбамидоформальдегидных смол путем математической обработки экспериментальных планов второго порядка. Получены математические модели, позволяющие оценить влияние основных технологических факторов на свойства композиционных материалов на основе костры льна и прогнозировать их свойства при требуемых сочетаниях рассмотренных факторов. Определены рациональные рецептуры и режимы производства композиционных материалов.
  8. Определена экономическая  эффективность производства композиционной фанеры с внутренним слоем на основе костры и отходов сопутствующего фанерного производства применительно к условиям ОАО «Фанпллит» (г. Кострома). Затрачиваемые на реконструкцию инвестиционные вложения окупаются за счет снижения производственных затрат и увеличения прибыли от реализации продукции.
  9. Предложено применение фурановых олигомеров в производстве композиционных материалов специального назначения. Определены термодинамические, реологические, клеящие свойства фурфурол-ацетонового мономера ФА. Рекомендованы технологические режимы его синтеза и производства композиционных материалов. Предложены методики оценки токсичности композиционных материалов нам основе фурановых смол.
  10. Разработаны критерии и методика оценки конкурентоспособности композиционных материалов. Расчеты показали, что костроплиты  и композиционная фанера на основе костры конкурентоспособны с выпускаемой в настоящее время древесной плитной продукцией.
  11. Основные технические разработки нашли отражение в техдокументации, апробированы и приняты к использованию фанерно-плитными предприятиями Костромской области.

Публикации автора, отражающие содержание работы

Монография

  1. Угрюмов С.А. Организационно-техническое обеспечение производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна : монография / С.А. Угрюмов. – Кострома : КГТУ, 2008. – 147 с. 9,2 п.л.

Статьи в журналах, включенных в перечень, рекомендуемый ВАК

Минобразования России

  1. Ugryumov S.A. Enhancement of service characteristics of boon boards by modifying carbamide-formaldehyde binder with poly(vinyl acetate) dispersion / Ugryumov S.A., Tsvetkov V.E. // Polymer Science Series D. – N.-Y. : MAIK Nauka/Interperiodica distributed exclusively by Springer Science+Business Media LLC, 2008. – № 4. – Р. 241-243. 0,3/0,15 п.л.
  2. Угрюмов С. А. Исследование модификации фенолформальдегидного олигомера поливинилацетатной дисперсией применительно к производству костроплит / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2008. – №4. – С. 107-109. 0,3/0,15 п.л.
  3. Угрюмов С.А. Исследование реологических свойств модифицированных фенолформальдегидных олигомеров / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии, 2008. – №12. – С. 18-20. 0,4/0,2 п.л.
  4. Угрюмов С.А.  Фурановые олигомеры в производстве фанеры и древесных плит / С.А. Угрюмов // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии,  2008. – №10. – С. 14-16. 0,3 п.л.
  5. Угрюмов С.А. Исследование реологических свойств модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии, 2008. – №8. – С. 32-34. 0,4/0,2 п.л.
  6. Угрюмов С.А. Повышение эксплуатационных характеристик костроплит путем модификации карбамидоформальдегидного связующего поливинилацетатной дисперсией  / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Клеи. Герметики. Технологии.  – М. : Наука и технологии, 2008. – №5. – С. 20-23. 0,4/0,2 п.л.

8. Угрюмов С. А. Математически обоснованный выбор рационального режима производства костроплит / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, В.Е. Цветков // Деревообрабатывающая промышленность, 2008. – №4. – С. 18-20. 0,3/0,1 п.л.

9.  Угрюмов С.А. Модифицирование карбамидоформальдегидной смолы для производства костроплит / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Деревообрабатывающая промышленность, 2008. – №3. – С. 16-18. 0,3/0,15 п.л.

10.  Угрюмов С.А. Определение рационального расхода связующего и расчетной плотности костроплит / С.А. Угрюмов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2008. – №2. – С. 107-109. 0,3п.л.

11. Угрюмов С.А. Применение теории адгезии и смачивания для модификации фенолформальдегидного олигомера, используемого для осмоления костры / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2008. – №2. – С. 104–106. 0,3/0,15 п.л.

12. Кожурин С.И. Повышение эффективности использования сырьевых ресурсов в Костромской области /  С.И. Кожурин, С.А. Угрюмов, И.М. Шапкина, Н.С. Кузнецова // Вестник МГУЛ - Лесной вестник: Периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2008. – №2. – С. 41–44. 0,3/0,1 п.л.

13. Угрюмов С.А. Применение основных положений теории адгезии для расчета поверхностного натяжения костры льна / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Деревообрабатывающая промышленность, 2008. – №1. – С. 22-23. 0,3/0,15 п.л.

14. Угрюмов С.А. Разработка технологической последовательности производства композиционной фанеры с применением костры льна /  С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, А.Е. Щербаков  // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2007. – №6. – С. 120-123. 0,3/0,15 п.л.

15. Угрюмов С.А. Использование парафиновой эмульсии для повышения водостойкости композиционной фанеры с внутренним слоем на основе костры льна /  С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, А.Е. Щербаков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2007. – №1. – С. 65-67. 0,3/0,15 п.л.

16. Угрюмов С.А. Планирование и реализация эксперимента для оценки влияния технологических факторов на свойства композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, А.А. Смирнов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ,  2006. – №6. – С. 130-132. 0,3/0,2 п.л.

17. Угрюмов С.А. Организация технологического процесса производства композиционной фанеры С.А. Угрюмов, А.А. Смирнов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2006. – №3. – С. 123-126. 0,3/0,2 п.л.

18. Угрюмов С.А. Использование костры льна в производстве композиционной фанеры / С.А. Угрюмов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2005. – №6. – С. 63-65. 0,3 п.л.

19. Угрюмов С.А. Применение костры льна в производстве клееных материалов / С. А. Угрюмов  // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2002. –  №2. – С. 186-188. 0,3 п.л.

20. Угрюмов С.А. Исследование свойств плитных материалов на основе различных наполнителей / С.А. Угрюмов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2001. – №5.  – С. 143-146. 0,3 п.л.

21. Угрюмов С.А. Оптимальный режим прессования в производстве фанеры с использованием фурановой смолы / С.А. Угрюмов // Деревообрабатывающая промышленность, 2000. –  №3. – С.27-28. 0,3 п.л.

22. Угрюмов С.А. Оптимизация основных технологических факторов синтеза фурфуролацетоновой смолы / С.А. Угрюмов // Деревообрабатывающая промышленность, 2000. – №1. – С. 28-29. 0,3 п.л.

23. Межов И.С. Экологически чистая фанера с применением фурфуролацетонового мономера ФА / И.С. Межов, С.А. Угрюмов, А.И. Глущенко // Деревообрабатывающая промышленность, 1998. – №4. – С. 23-24. 0,3/0,1 п.л.

24.  Межов И.С. Применение фурановых смол в производстве фанеры / И.С. Межов, Ф.Ф. Соколов, С.А. Угрюмов // Деревообрабатывающая промышленность, 1998. – №3. – С.24. 0,3/0,1 п.л.

25. Межов И.С. Экспериментальная основа для оптимизации технологических режимов производства фанеры с применением фурфуролацетонового мономера ФА / И. С. Межов, Ф.Н. Карпунин, С.А. Угрюмов // Деревообрабатывающая промышленность, 1998. – №2. – С. 18-19. 0,3/0,1 п.л.

Патенты

  1. Патент  2265829 РФ, МПК 5 G01N 21/78, 33/46, C07D 307/48 Способ определения содержания свободного фурфурола в клееной фанере на основе фурановой смолы / С.А. Угрюмов, А.И. Глущенко, А.А. Титунин : заявитель и патентообладатель Костромской государственный технологический университет - № 2265829; заявл. 19.07.2004; опубл. 10.12.2005; бюл. №34. – 4 с. 0,3/0,1 п.л.
  2. Патент  2287548 РФ, МПК 7 С09J 161/00 Клей для фанеры / С.А. Угрюмов, Л.А. Тихомиров, А.А. Титунин : заявитель и патентообладатель Костромской государственный технологический университет - № 2287548; заявл. 19.07.2004; опубл. 20.01.2006; бюл. №32. – 3 с. 0,3/0,1 п.л.
  3. Патент  2190651 РФ, МПК 5 С09J 161/00 Клей для фанеры / Ф.Ф. Соколов, С.А. Угрюмов, А.И. Глущенко, А.А. Титунин : заявитель и патентообладатель Костромской государственный технологический университет - № 2287548; заявл. 07.02.2000; опубл. 10.10.2002; бюл. №28. – 3 с. 0,3/0,1 п.л.

Статьи в рецензируемых журналах и сборниках научных трудов

  1. Угрюмов С.А.  Фурановые олигомеры в производстве фанеры и древесных плит / С.А. Угрюмов // Все материалы. Энциклопедический справочник. – М. : Наука и технологии,  2008. – №8. – С. 44-46. 0,3 п.л.
  2. Угрюмов С.А. Оценка реологических свойств фурановых олигомеров, применяемых в производстве клееных древесных материалов / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск: БГИТА, 2008. – Ч. 2. – C. 146-148. 0,25/0,15 п.л.
  3. Угрюмов С.А. Общая концепция повышения эффективности производства древесных композиционных материалов / С.А. Угрюмов, В.М. Каравайков // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск: БГИТА, 2008. – Ч. 2. – C. 148-151. 0,3/0,15 п.л.
  4. Угрюмов С.А. Организационно–технические аспекты производства композиционных материалов на  основе  древесных  наполнителей  и  костры льна // С.А.Угрюмов, В.М. Каравайков // Вузовская наука – региону : материалы 6-й всерос. науч.-техн. конф.. В 2-х т. – Вологда : ВоГТУ. 2008. – Т. 1. – С. 279-281. 0,3/0,2 п.л.
  5. Попов А.Н. Фурановые олигомеры в производстве композиционных материалов / А.Н. Попов, С.А. Угрюмов // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск: БГИТА, 2008. – Вып. 21.  – С. 260-261. 0,25/0,1 п.л.
  6. Угрюмов С.А. Оценка конкурентоспособности костроплит / С. А. Угрюмов // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск: БГИТА, 2008. – Вып. 21. – с. 284-287. 0,3 п.л.
  7. Угрюмов С.А. Сравнительные реологические характеристики модифицированных синтетических олигомеров, применяемых в производстве костроплит / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск: БГИТА, 2008. – Вып. 21. – с. 287-289. 0,3/0,15 п.л.
  8. Угрюмов С.А. Определение конкурентоспособности композиционной фанеры / С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический научный журнал. –Кострома : КГТУ, 2008. – № 17. – С. 98-101. 0,3 п.л.

37. Угрюмов С.А. Оценка смачивающей способности костры льна синтетическими олигомерами / С.А. Угрюмов // Научные труды молодых ученых КГТУ. – Кострома: КГТУ, 2008. – Вып. 9.  – С. 167-170. 0,3 п.л.

  1. Угрюмов С.А. Плитные материалы на основе костры льна / С.А. Угрюмов // Дизайн и производство мебели : научно-производственный журнал. – СПб. : Ноосфера СПб, 2008. –№3. – С.29–32. 0,3 п.л.

39. Боровков Е.А. Расчет экономической эффективности модернизации фанерного производства на выпуск композиционной фанеры / Е.А. Боровков, С.А. Угрюмов // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск : БГИТА, 2007. – Вып. 20.  – С. 83-85. 0,25/0,15 п.л.

40. Угрюмов С.А. Статистическая оценка размерно-качественных характеристик частиц наполнителей композиционных материалов / С. А. Угрюмов // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск : БГИТА, 2007. – Вып. 20. – С. 143-145. 0,25 п.л.

41. Угрюмов С.А. Экспериментальное обоснование расхода карбамидоформаль-дегидного связующего при производстве костроплит / С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический научный журнал. – Кострома : КГТУ, 2007. – №15. – С. 105-107. 0,25 п.л.

42. Угрюмов С.А. Анализ свойств плитных материалов на основе костры и минерального вяжущего / С.А. Угрюмов  // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск : БГИТА, 2007. – Вып. 18.  – С. 151-153. 0,25п.л.

43. Угрюмов С.А. Сравнительная оценка свойств древесины и костры льна, как наполнителей композиционных материалов / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, А.Б. Щербаков  // Научные труды молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 2007. – Вып. 8. – Часть  I. –С. 135-138. 0,25/0,1 п.л.

44. Угрюмов С.А. Расчет экономической эффективности производства композиционной фанеры / С.А. Угрюмов [и др.] // сб. науч. тр. по материалам междун. науч.-техн. интернет-конф. «Лес- 2006». – Брянск : БГИТА, 2006. – Вып. 16. – С. 165-168. 0,25/0,1 п.л.

45. Угрюмов С.А. Костра льна, как сырье для производства композиционных материалов / С.А. Угрюмов [и др.]// Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск : БГИТА, 2006. – Вып. 14.– С. 171-172. 0,25/0,1 п.л.

46. Угрюмов С.А. Исследование прочности композиционной фанеры с внутренним слоем на основе костры льна / С.А. Угрюмов, А.А. Смирнов // Сб. трудов молодых ученых. Часть 1. –Кострома: КГТУ, 2006. – Вып. 7. – С. 164-167. 0,25/0,15 п.л.

47.  Угрюмов С.А., Боровков Е.А., Щербаков А.Б. Кинетика водопоглощения и разбухания композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, А.Б. Щербаков // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический научный журнал. –Кострома : КГТУ, 2006. – № 13. – С. 109-111.0,25/0,15 п.л.

48. Угрюмов С.А. Исследование свойств композиционной фанеры с внутренним слоем из древесной стружки / С.А. Угрюмов  // Вестник КГТУ:  рецензируемый периодический научный журнал. –Кострома : КГТУ, 2005. – № 11. –С. 110-111. 0,25 п.л.

49. Угрюмов С.А. Исследование прочности фанеры, изготовленной на основе соснового шпона и фенолформальдегидной смолы / С.А. Угрюмов // Сб. трудов молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 2005. – Вып. 6. – С. 126-129. 0,3 п.л.

50. Угрюмов С.А. Технико-экономическое обоснование производства композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, А.А. Смирнов // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск : БГИТА, 2005. – Вып. 12. – C. 171-172. 0,25/0,15 п.л.

51. Угрюмов С.А. Исследование содержания свободного фурфурола в древесных композиционных материалах на основе фурановой смолы / С.А. Угрюмов // Актуальные проблемы лесного комплекса : сб. науч. тр. – Брянск : БГИТА, 2005. – Вып. 12. – С. 168-171. 0,25 п.л.

52. Угрюмов С.А. Повышение водостойкости древесностружечных плит путем введения в клеевой состав модификатора и водоотталкивающей добавки / С.А. Угрюмов // Сб. трудов молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 2004. – Вып. 5. –С. 174-178. 0,3 п.л.

53. Угрюмов С.А. Кинетика разбухания и водопоглощения древесностружечных плит с водоотталкивающей добавкой / С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический научный журнал. – Кострома: КГТУ, 2004. – №9. – С. 99-101. 0,25 п.л.

54. Угрюмов С.А. Влияние качества фанерного сырья на выход лущеного шпона / С.А. Угрюмов // Труды IV международного симпозиума – 2004. – СПб. : СПбГЛТА, 2004. – С. 543-544. 0,25 п.л.

55. Угрюмов С.А. Применение форконцентрата для синтеза карбамидоформальдегидной смолы / С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический научный журнал. – Кострома : КГТУ, 2002. – № 5.  – С. 111-113. 0,3 п.л.

56. Тихомиров Л.А. Оптимизация технологических режимов производства фанеры на основе фурановой смолы / Л.А. Тихомиров, А.А. Титунин, С.А. Угрюмов // Сб. трудов молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 2001. – Вып. 3. – С. 150-153. 0,3/0,1 п.л.

57. Тихомиров Л.А. Влияние свойств древесного сырья на качественные показатели плитных материалов / Л.А. Тихомиров, С.А. Угрюмов  // Сб. трудов молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 2001. – Вып. 3. – С. 146-150. 0,3/0,15 п.л.

58. Угрюмов С.А. Исследование кинетики разбухания и водопоглощения водостойких древесностружечных плит / С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический научный журнал. – Кострома : КГТУ, 2001. – № 3.  – С. 77-79. 0,3 п.л.

59.  Угрюмов С.А. Повышение водостойкости древесностружечных плит путем введения в клеевой состав гидрофобной добавки / С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ: рецензируемый периодический науч. журнал.–Кострома: КГТУ, 2000.– № 3.–С.27-28. 0,3 п.л.

60. Маляхина Е.В. Использование фурановых смол в производстве цементностружечных плит с целью повышения их прочности и пластичности / Е.В. Маляхина, Л.К. Осипова, С.А. Угрюмов  // Вестник КГТУ : рецензируемый периодический науч. журнал. – Кострома: КГТУ, 1999.  – № 1.  – С. 76-77. 0,3/0,1 п.л.

61. Угрюмов С.А. Влияние количества добавляемого отвердителя на физико-механические показатели фанеры, склеенной с применением фурановой смолы / С.А. Угрюмов // Сб. науч. тр. молодых ученых . – Кострома : КГТУ, 1997. – С. 162-164. 0,3 п.л.

62. Угрюмов С.А. Влияние основных технологических факторов на прочностные и физические показатели фанеры, изготовленной на основе фурфурол-ацетонового мономера ФА / С.А. Угрюмов //Сб. науч. тр. молодых ученых .– Кострома: КГТУ, 1997.– С.164-166.0,3 п.л.

63. Угрюмов С.А., Глущенко А.И. Эффективность применения фурановых смол в производстве клееной фанеры  и плит / С.А. Угрюмов, А.И. Глущенко // Сб. науч. тр. молодых ученых.– Кострома: КГТУ, 1997. – C. 175-176. 0,25/0,15 п.л.

64. Глущенко А.И. Фурановые смолы – связующее для производства композиционных материалов / А.И. Глущенко, С.А. Угрюмов // Сб. науч. тр. молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 1997. – С. 168-170. 0,25/0,1 п.л.

65. Хохлова Е.С. Использование фурановых смол для изготовления древесностружечных плит малой токсичности / Е.С. Хохлова, С.А. Угрюмов // Сб. науч. тр. молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 1997. – С. 173-174. 0,25/0,1 п.л.

66. Глущенко А.И. Способы определения свободного фурфурола при производстве древесных материалов на основе фурановых смол / А.И. Глущенко, С.А. Угрюмов // Сб. науч. тр. молодых ученых. – Кострома : КГТУ, 1997. – С. 168-170. 0,25/0,1 п.л.

Тезисы докладов на международных и всероссийских конференциях

  1. Грошев П.А. Проект реконструкции ОАО «Фанплит» на выпуск композиционной фанеры // П.А. Грошев, С.А. Угрюмов // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству :  материалы межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2008. – Т.2. – С. 98-99. 0,2/0,1 п.л.
  2. Попов А.Н. Направления модификации клеевых составов в производстве костроплит / А.Н. Попов, С.А. Угрюмов // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству :  материалы межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2008. – Т. 2. – С. 114-115. 0,2/0,1 п.л.
  3. Угрюмов С.А. Применение  основных положений теории адгезии для повышения качества клееных материалов / С.А. Угрюмов // Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона: тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2008. – С. 185-186. 0,15 п.л.
  4. Боровков Е.А. Выбор рациональных условий производства костроплит путем обработки экспериментального плана / Е.А. Боровков, С.А. Угрюмов //  Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона: тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2008. – С. 183-184. 0,15/0,1 п.л.
  5. Угрюмов С.А. Разработка методики определения смачивающей способности костры льна синтетическими олигомерами /  С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Актуальные проблемы развития лесного комплекса : материалы междун. науч.-техн. конф. – Вологда: ВоГТУ, 2007. – С. 7-9. 0,3/0,15 п.л.
  6. Угрюмов С.А. Производство строительных плит на основе костры и минеральных вяжущих / С.А. Угрюмов, Е.А. Щербаков // Молодежь и научно-технический прогресс : материалы науч.-техн. конф. – Владивосток: ДВПИ им. В.В.Куйбышева, 2007. – Часть 1. – С. 260-261. 0,1/0,05 п.л.
  7. Угрюмов С.А. Особенности производства костроплит /  С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков // Молодежь и научно-технический прогресс : материалы науч.-техн. конф. – Владивосток : ДВПИ им. В.В.Куйбышева, 2007. – Часть 1.  – С. 174-175. 0,2/0,1 п.л.
  8. Вахнина Т.Н. Интенсификация производства древесностружечных плит / Т.Н. Вахнина, С.А. Угрюмов, А.А. Вахнин // Молодежь и научно-технический прогресс : материалы науч.-техн. конф. – Владивосток : ДВПИ им. В.В.Куйбышева, 2007. – Часть 1. – С. 183. 0,1/0,05 п.л.
  9. Боровков Е.А. Определение геометрических параметров частиц наполнителей композиционных материалов / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству : материалы 59-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2007. – С. 229-230. 0,1 п.л.
  10. Щербаков Е.А. Разработка технологии композиционной фанеры двухстадийного способа производства / Е.А. Щербаков, С.А. Угрюмов // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству : материалы 58-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2006. – С. 231. 0,1/0,05 п.л.
  11. Угрюмов С.А. Подбор расхода связующего при производстве композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, Е.А. Абрамов, П.Ю. Даншин // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству : материалы 58-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2006. – С. 166-167. 0,1/0,05 п.л.
  12. Угрюмов С.А. Повышение водостойкости композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, А.Е. Щербаков // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству : материалы 58-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2006. – С. 167-169. 0,1/0,05 п.л.
  13. Угрюмов С.А. Теоретические основы гидрофобизации композиционных материалов / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков // Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона : тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2006. – С.181. 0,1/0,05 п.л.
  14. Угрюмов С.А. Теоретические основы процесса водопоглощения композиционных материалов / С.А. Угрюмов, А.Е. Щербаков // Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона : тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2006. – С. 184-185. 0,1/0,05 п.л.
  15. Угрюмов С.А.Обоснование применения костры льна в производстве плитных материалов / С.А. Угрюмов // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса : тезисы докладов междун.        науч.-техн. конф. – Екатеринбург : УГЛУ, 2005. – С. 77-78. 0,1 п.л.
  16. Смирнов А.А. Экспериментальная основа для выбора технологических факторов производства композиционной фанеры / А.А. Смирнов, С.А. Угрюмов // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству : материалы 57-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2005. – С. 105-106. 0,1/0,05 п.л.
  17. Угрюмов С.А. Использование шпона хвойных пород для изготовления строительной фанеры / С.А. Угрюмов  // Лен-2004 : тезисы междун.        науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2004. – С. 246-247. 0,1 п.л.
  18. Угрюмов С.А. Использование костры льна в производстве клееных плитных материалов / С.А. Угрюмов // Актуальные проблемы развития лесного комплекса : материалы всерос. науч.-техн. конф. – Вологда : ВоГТУ, 2004. – С. 40-41. 0,1 п.л.
  19. Угрюмов С.А. Исследование свойств большеформатной фанеры, изготовленной на основе фенолформальдегидной смолы / С.А. Угрюмов  // Лен-2002 : тезисы междун. науч.-техн. конф.– Кострома : КГТУ, 2002. – С. 250-251. 0,1 п.л.
  20. Угрюмов С.А. Планирование и реализация эксперимента с целью определения рациональных режимов изготовления фанеры на основе фурановой смолы /  С. А. Угрюмов, Л.А. Тихомиров, В.А. Пашков // Материалы 53-й межвуз. научно-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2001. – С. 104-105. 0,1/0,05 п.л.
  21. Угрюмов С.А. Исследование свойств плитных материалов на основе костры льна / С.А. Угрюмов, А.В. Блинов // Материалы 53-й межвуз. научно-технич. конф.  – Кострома : КГТУ, 2001. – С. 105–107. 0,2/0,1 п.л.
  22. Угрюмов С.А. Использование нетрадиционных видов сырья для производства плитных материалов / С.А. Угрюмов // Рациональное использование лесных ресурсов : материалы междун. науч.-практ. конф. –Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001.– С. 114-115. 0,1 п.л.
  23. Угрюмов С.А. Обоснование использования отходов фанерного производства для выработки фурфурола  / С.А. Угрюмов // Перспективы развития лесного и строительного комплексов, подготовки инженерных и научных кадров на пороге XXI века : тезисы междун. науч.-технич. конф. – Брянск : БГИТА, 2000. – С. 105-106. 0,1 п.л.
  24. Угрюмов С.А. Выбор рационального наполнителя фурановых смол, используемых в производстве клееной фанеры / С.А. Угрюмов // Композиционные материалы на основе древесины : тезисы II междун. науч.-технич. конф. – М. : МГУЛ, 2000. – С. 98-99. 0,1 п.л.
  25. Угрюмов С.А. Исследование послойной прочности фанерных плит, изготовленных с применением фурановой смолы / С.А. Угрюмов, А.Б. Кудрявцев // Студенты и молодые ученые университета – развитию науки и производства Костромской области - 2000 : материалы 52-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 2000. – С. 53-54. 0,1/0,05 п.л.
  26. Угрюмов С.А. К вопросу о применении фурановых смол в производстве клееной фанеры / С.А. Угрюмов, Л.А. Тихомиров, В.А. Пашков // Студенты и молодые ученые университета – развитию науки и производства Костромской области - 2000: материалы 52-й межвуз. науч.-технич. конф. – Кострома : КГТУ, 2000. – С. 51-52. 0,1/0,05 п.л
  27. Тихомиров Л.А. Фурановые смолы. Выбор клеевых композиций на их основе / Л.А. Тихомиров, В.А. Пашков, С.А. Угрюмов // Студенты и молодые ученые университета – развитию науки и производства Костромской области – 99 : материалы 51-й межвуз. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 1999. – С. 40-41. 0,1/0,05 п.л.
  28. Карпунин Ф.Н. Основные направления снижения токсичности фанерной продукции / Ф.Н. Карпунин, С.А. Угрюмов // Лен-98 : тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 1998. – С. 297-298. 0,1/0,05 п.л.
  29. Глущенко А.И. Метод определения свободного фурфурола в древесностружечных плитах, изготовленных с применением фурановой смолы / А.И. Глущенко, С.А. Угрюмов // Лен-98 : тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 1998. – С. 289-290. 0,1/0,05 п.л.
  30. Глущенко А.И. Способы определения свободного фурфурола при производстве древесных материалов на основе фурановых смол / А.И. Глущенко, С.А. Угрюмов // Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий : тезисы докладов VI междун. науч.-техн. конф. – Череповец, 1997. – С. 17-18. 0,1/0,05 п.л.
  31. Угрюмов С.А. Технологические и экологические аспекты использования фурановых смол в производстве древесных композиционных материалов / С.А. Угрюмов, А.И. Глущенко // Лен-96 : тезисы докладов междун. науч.-техн. конф. – Кострома : КГТУ, 1996. – С. 120. 0,1 п.л.

Учебные пособия,рекомендованные УМО для использования в учебном процессе

  1. Угрюмов С.А. Технология клееных материалов и древесных плит : учебное пособие / С.А. Угрюмов. – Кострома : КГТУ, 2005. – 72 с. 4,5 п.л.
  2. Зварыгина С.Б. Расчет потребности материалов : учебное пособие / С.Б. Зварыгина, Ю.П. Данилов, Л.К. Осипова, С.А. Угрюмов, Е.С. Хохлова. – Кострома : КГТУ, 2000. – 68 с. 4,25/0,85 п.л.

Отчеты о НИР

  1. Угрюмов С.А. Совершенствование теории регионально-экономической политики. Устойчивое развитие экономики Костромского региона (Исследование и разработка технологических режимов производства композиционной фанеры) : отчет о НИР 4.6-БФ-06 (№ гос. регистрации 0120.0 6000 189) / С.А. Угрюмов, Л.А. Тихомиров, Е.А. Боровков. – Кострома : КГТУ, 2007. – 67 с. 4,2/3 п.л.
  2. Титунин А.А. Разработка технологий производства низкотоксичных клееных материалов и плит : отчет о НИР 4-ГР-01 (№ гос. регистрации 01.200.1 13 518) / А.А. Титунин, С.А. Угрюмов, Т.Н. Вахнина. – Кострома : КГТУ, 2002. – 68 с. 4,25/1,4 п.л.
  3. Угрюмов С.А. Исследование и разработка технологических режимов производства клееных композиционных материалов на основе древесных и растительных наполнителей: отчет о НИР 6.7-БФ-01 (№ гос. регистрации 01.200.2 02 809) / С.А. Угрюмов, Т.Н. Вахнина, Л.А. Тихомиров. – Кострома : КГТУ, 2001. – 52 с. 3,25/2 п.л.
  4. Титунин А.А. Разработка технологий производства фанеры и плитных материалов на основе фурановых смол : отчет о НИР 30-НИ-20 (№ гос. регистрации 01.200 2 02 810) / А.А. Титунин, С.А. Угрюмов, А.И. Глущенко. – Кострома : КГТУ, 2000. – 44 с. 2,75/0,9 п.л.
  5. Титунин А.А. Исследование и разработка режимов производства фанеры и плитных материалов на основе фурановых смол : отчет о НИР 16-НИ-99 (№ гос. регистрации 01.200 100 716) / А.А. Титунин, С.А. Угрюмов, Ф.Ф. Соколов. – Кострома : КГТУ, 1999. – 55 с. 3,5/1,1 п.л.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.