ЗАПОЛНИТЕЛИ ОРГАНИЧЕСКИЕ

 

Органические заполнители применяют для производства тепло­изоляционных, а также теплоизоляционно-конструкционных и кон­струкционных материалов и изделий: арболита, цементного фибро­лита, ксилолита, камышебетона, торфоплит, теплоизоляционных плит из костры льна, древесноволокнистых и древесностружечных плит и др.

В качестве древесных и других органических заполнителей испо­льзуют отходы лесозаготовок (вершины, сучья, пни, корни и др.), лесопиления и деревообработки (горбыли, рейки, щепу, стружки и опилки), одубину (отходы заводов дубильных экстрактов), сечку ка­мыша, сельскохозяйственные отходы (рисовую солому, льняную и конопляную костру, стебли хлопчатника, подсолнечную лузгу), по­бочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности и др. Основными являются древесные и сельскохозяйственные отходы.

Сырьевая база для получения древесных заполнителей остается практически неограниченной, поскольку ежегодный объем древес­ных отходов составляет примерно 150 млн.м³, большая часть кото­рых пока рационально не используется. У органических заполните­лей имеется между собой много общего, в частности они имеют близкие химические составы. За последние годы увеличилось внима­ние к полимерным заполнителям.

Древесные заполнители. На качество ИСК, в которых применя­ют древесные заполнители, оказывает влияние порода дерева. Дре­весные заполнители получают главным образом из отходов хвой­ных пород (ели, пихты, сосны и др.) и реже из отходов лиственных пород (осины, березы, бука и др.).

Из древесных заполнителей более перспективными являются от­ходы деревообработки. Их подвергают предварительной подготов­ке с целью освобождения от загрязняющих примесей и получения частиц нужной формы (дробленка, стружки или древесная шерсть) и размеров. Кусковые отходы древесины перерабатывают в два этапа. Первичную переработку производят с помощью рубильных машин, в результате чего получают технологическую щепу в виде ромбо­видных кусков с размерами по длине волокон древесины 10—40 мм. Щепа непригодна для изготовления ИСК, так как является слишком крупной, и изделия с ней имеют большую пористость и низкую прочность. При вторичной переработке на молотковых мельницах (дробилках) и стружечных станках технологическую щепу превра­щают в дробленку и стружку. Кроме специально приготовленной стружки применяют также стружку и опилки от столярного и мебе­льного производства. Древесную шерсть приготовляют из чураков на древесно-шерстяных станках.

Дробленку (дробленую древесину), представляющую собой пла­стинчатые или игольчатые частицы длиной (вдоль волокон древеси­ны) 2—20 мм и толщиной до 5 мм, получают из кусковых отходов (горбылей, реек, обрезков). Предварительно, до употребления, дробленку длительное время (6—12 мес) выдерживают на складах. Состав дробления, % по массе: фракций размером 20—25 мм — не более 5; 10—5 мм — 30—35; 5—2 мм — 55—60; мельче 0,25 мм -не более 5. Ее применяют при изготовлении арболита, т. е. деревобе­тона (с минерализацией) и теплоизоляционных плит (без минерали­зации). Под минерализацией понимается химическая обработка за­полнителя, например хлористым кальцием.

Для древесностружечных плит, плит фибролита (для черного пола, перегородок, облицовки панелей стен и др.), теплоизоляцион­ного материала используют стружку лиственных и хвойных пород.

Размеры лепестков стружек, полученных на стружечных станках: длина 2—20 мм, минимальная толщина 0,1—1 мм.

При изготовлении изделий с применением цемента (например, арболита) стружки минерализуют раствором соли, например CaСl₂.

Древесная шерсть, применяемая для изготовления цементного фибролита, состоит из длинных тонких стружек (ленточек) длиной 500 мм, шириной 2—5 мм и толщиной 0,2—0,7 мм. Ее получают строганием специально приготовленных окоренных чураков длиной 0,5 м и диаметром 10—35 см; допускается применять более тонкие чураки диаметром 8—9 см, а также более толстые — диаметром свыше 35 см. С этой целью неделовую древесину — тонкомерный кругляк, дровяное долготье и отходы лесопиления (горбыль, срез­ки) — освобождают от коры и выдерживают в теплое время (весен­не-летний период) в штабелях, распиливают пилой на чурки длиной 0,5 м и затем строганием на древесно-шерстяных станках готовят из чураков древесную шерсть. Ее сушат в конвейерных сушилках до влажности 20—25% и минерализуют.

Опилки в зависимости от характера распиловки разделяют на два основных вида — опилки от поперечной и продольной распи­ловки. При поперечной распиловке древесины на круглопильных станках получаются более мелкие частицы, чем при продольной распиловке, с волокнистым строением. Эти опилки почти полно­стью проходят через сито с диаметром отверстий 2 мм, и основной фракцией в них является 1—2 мм. При продольной распиловке бре­вен на лесопильной раме получают опилки кубовидной формы раз­ных размеров — от крупных частиц (7 мм) до пылевидных. Наибо­льшая часть опилок имеет размеры от 2 до 5 мм. Кубовидная форма частиц обусловливает высокое отношение торцовых поверхностей к боковым, вследствие чего материалы и изделия из опилок обладают повышенными водопоглощением и впитываемостью связующих ве­ществ, так как показатели этих свойств вдоль волокон больше, чем поперек.

Опилки, полученные при распиловке неокоренной древесины, содержат примеси коры, причем с увеличением размеров фракций опилок увеличивается и количество коры в них.

По сравнению с другими древесными заполнителями опилки имеют некоторые преимущества. Вследствие однородного строения частиц они обладают хорошей текучестью, что важно при прессова­нии из них изделий. При увеличении давления прессования и темпе­ратуры текучесть повышается. Пористость опилок (сумма пор час­тиц опилок и пустот между ними) составляет примерно 71—75% по объему, т. е. весьма значительная.

Опилки применяют для изготовления опилкобетона, гипсоопи-лочных блоков, ксилолита и др., причем используют отходы глав­ным образом хвойных пород и значительно меньше — лиственных.

Свойства древесных заполнителей. На качество ИСК большое влияние оказывают свойства древесных заполнителей.

Большое значение имеют средняя плотность древесины и насып­ная плотность древесного заполнителя, которые зависят от многих факторов. Средняя плотность древесины колеблется в широких пре­делах — от 380 до 1100 кг/м³ (в абсолютно сухом состоянии), а на­сыпная, например осиновой дробленки, — 555 кг/м³, березовой — 247,2 кг/м³ (в абсолютно сухом состоянии).

Важным свойством древесного заполнителя является его порис­тость, от которой зависит пористость ИСК. В заполнителе имеются поры внутри частиц и поры (пустоты) между ними. Пористость за­висит от различных факторов — от крупности частиц, степени уплотнения и др. При средней плотности древесины 300, 500 и 700 кг/м³ (в абсолютно сухом состоянии) ее пористость равна соответственно 81, 68 и 55%. Для получения наиболее плотного ИСК необходимо подбирать смесь частиц древесного заполнителя с минималь­ной пористостью.

Большое влияние на качество древесных ИСК оказывает и влаж­ность древесных отходов. Влажность древесины у разных пород дере­ва различна, а для одной и той же породы она зависит от местоположения в стволе, от времени года, суток, от температуры и др. Значительно увлажненные отходы плохо поддаются переработке их в заполнители, например при переработке в стружку сильно увлажнен­ной щепы частицы стружки становятся значительно разволокненны-ми и получается стружка низкого качества. Различия во влажности дерева, его отходов и, следовательно, в древесных заполнителях ока­зывают отрицательное влияние на однородность ИСК.

Древесные заполнители обладают значительным водопоглощением. Вода поглощается оболочками клеток древесины (связанная, или гигроскопическая влага) и капиллярами (свободная, или капил­лярная влага), т. е. полостями клеток, межклеточными пустотами, а также сосудами (у лиственных пород). Количество капиллярной влаги в заполнителе зависит от общего объема капилляров в древе­сине, а водопоглощение — от крупности его частиц: чем они мельче, тем больше водопоглощение, так как увеличивается удельная повер­хность. Наибольшее количество воды заполнитель поглощает в пер­вые полтора часа, например древесная дробленка до 160—190% от абсолютно сухой массы.

Древесный заполнитель обладает также гигроскопичностью, причем при поглощении влаги древесина набухает, что сопровожда­ется давлением разбухания. Набухание происходит при поглощении влаги оболочками клеток, которые при этом увеличиваются в объеме, тогда как поглощение влаги капиллярами древесины набухания не вызывает. При расчете составов ИСК (например, арболита) учи­тывают набухание древесного заполнителя.

При высыхании древесного заполнителя происходит уменьше­ние его объема (усушка). Усушка древесины связана с испарением влаги из клеточных оболочек; при удалении ее из капилляров усуш­ки не происходит. Наибольшая усушка происходит поперек воло­кон (до 12%), а вдоль волокон она незначительна (0,1%). В целом усушка древесного заполнителя в ИСК вызывает дополнительные напряжения и влияет на деформатийные свойства. Вследствие во­локнистого строения древесный заполнитель вызывает некоторую анизотропию прочности ИСК.

Частицы древесного заполнителя обладают упругостью, которая отрицательно влияет на эффект прессования изделий, поэтому за­полнитель длительно увлажняют горячей водой. В результате части­цы древесины размягчаются, становятся менее упругими и легче сжимаются при прессовании.

Содержание хвои в заполнителях должно быть не более 5%, а ко­ры — не более 15% массы абсолютно сухой древесины. Не допускаются заполнители, имеющие гнилостный запах и гнили. Гниль необходимо удалить просевом заполнителей через сито с отверстиями 1,5— 2 мм.

Заполнители из камыша и костры. В разных районах нашей страны имеются большие заросли камыша. Сечку камыша применя­ют в качестве заполнителя при изготовлении арболита.

Ее готовят из зрелых стеблей камыша наиболее благоприятной зимней заготовки. Стебли камыша сначала режут на силососоломо-резке и затем дополнительно измельчают на молотковой дробилке. Частицы полученной сечки имеют длину 7—35 мм, ширину 2—6 мм и толщину 1—2 мм. По техническим требованиям наибольшая круп­ность сечки 5 мм.

Средняя плотность сечки составляет 150—155 кг/м³. Насыпная плотность колеблется в широких пределах — от 60 кг/м³ для фрак­ции 0—1,2 мм до 120 кг/м³ для фракции 5—10 мм, а межзерновая пустотность соответственно от 77 до 88%.

Перед применением сечку подобно некоторым древесным запол­нителям минерализуют.

Костра лубяных культур — конопли и льна — является распро­страненным и дешевым сырьем. Ежегодный выход этой костры на заводах составляет в нашей стране около 1 млн.т.

Конопляную и льняную костру применяют для изготовления ар­болита, причем наиболее широко используют конопляную костру. Льняную костру, кроме того, применяют для изготовления тепло­изоляционных плит.

Конопляная костра — это отход первичной переработки стеблей конопли на пеньку. Она представляет собой мелкие частицы раз дробленной одревесневшей части стебля неправильной формы дли­ной 10—70 мм и в поперечнике 2—2,5 мм.

Насыпная плотность костры 100—120 кг/м³, влажность 17— 22%. Костра имеет большое водопоглощение — через 8 ч оно достигает 450% по массе.

До первичной обработки стебли конопли вымачивают 20—30 су­ток в естественных водоемах или в заполненных водой ямах, или в бас­сейнах с горячей водой на пенькоперерабатывающих заводах. Биохимические процессы происходят с вымыванием из костры во-до-растворимых веществ — Сахаров, органических кислот, минераль­ных солей. Ввиду небольшого диаметра стеблей конопли и большой их пористости экстрактивные вещества удаляются из них быстрее и более полно, чем из древесины. Такая обработка конопли защищает цементный камень от коррозии, поэтому при производстве арболита из конопляной костры ее не замачивают в воде с минерализаторами.

Влажность конопляной костры, применяемой для арболита, дол­жна быть не более 20% по массе, ее хранят в закрытом складе или под навесом.

Льняная костра состоит из узких тонких пластин длиной до 50, шириной до 3 и толщиной до 3 мм. Насыпная плотность ПО— 120 кг/м³, влажность (в отвалах) 15—20%, водопоглощение 220—240%, гигроскопичность до 25%. В ней содержится больше, чем в конопляной костре, вредных для цемента веществ; при приме­нении с цементом ее минерализуют.

Использование древесных и других растительных заполнителей для изготовления различных ИСК дает возможность получать боль­шой экономический эффект; уменьшить загрязненность окружаю­щей среды.

Полимерные заполнители. Основным полимерным заполнителем является пенополистирол в виде высокопористых гранул, получае­мых из бисерного полистирола [ -CH₂-CH(C6H5)-] n и путем вспенивания его гранул при нагревании.

Насыпная плотность вспененных гранул составляет 15—20 кг/м³, а межгранульная пустотность — в среднем 40%.

Гранулы пенополистирола применяют для получения легких бе­тонов и новых эффективных теплоизоляционных материалов — пенопластов. Одним из перспективных пенопластов служит фености-ропор ФСП (разработанный ВНИИстром), в качестве связующего в котором применяют фенолоформальдегидный олигомер.