Почтовый адрес: САФУ, Редакция «Лесной журнал», наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002, ауд. 1425

Тел.: 8(8182) 21-61-18
Сайт: http://lesnoizhurnal.ru/ 
e-mail: forest@narfu.ru

RussianEnglish



архив

Технологические факторы и свойства теплоизоляционных плит из растительных наполнителей. С. 185–197

 Версия для печати

И.В. Сусоева, Т.Н. Вахнина, А.А. Титунин, В.Е. Румянцева

Рубрика: Механическая обработка древесины

Скачать статью (pdf, 1.6MB )

УДК

691+677

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-4-185-197

Аннотация

Мягкие отходы переработки древесины в основном используют для производства топливных брикетов, невозвратные (неиспользуемые) отходы прядения льна и хлопка сжигают или отправляют на свалку. Поиск способов утилизации невозвратных целлюлозосодержащих отходов путем производства продукции актуален и с позиций ресурсосбережения, и с экологической точки зрения. В практике российских и зарубежных научных исследований широко разрабатывается такое направление, как утилизация растительных отходов путем производства продукции. Изучаются вопросы переработки пшеничной, рисовой соломы, стеблей бамбука и других целлюлозосодержащих материалов. Существует много публикаций о способах утилизации мягких древесных отходов. Однако исследований в области переработки невозвратных отходов прядения льняных и хлопковых волокон до работы авторов статьи не проводилось. Нами предлагается изготавливать из отходов прядения льна и хлопка и мягких отходов переработки древесины теплоизоляционные плиты на фенолоформальдегидном резольном связующем. Используется мокрый способ производства, при котором наполнитель смешивается с водой, раствором осадителя и связующего, после отжима материал сушится. Представлены результаты определения физико-механических показателей и коэффициента теплопроводности плит, изготовленных из растительных отходов. Исследование проводилось по В-плану второго порядка. Обработка экспериментальных данных позволила разработать адекватные регрессионные математические модели зависимости физико-механических показателей плит от варьируемых факторов процесса производства. По этим регрессионным моделям построены поверхности отклика показателей композита: предела прочности плит при статическом изгибе, их разбухания по толщине за 24 ч пребывания в воде и коэффициента теплопроводности. На основе анализа моделей получены номограммы зависимости показателей плит от варьируемых факторов. Номограммы являются основой для разработки практических рекомендаций по определению рациональных параметров производства теплоизоляционных плитных материалов из неиспользуемых (невозвратных) отходов прядения льна и хлопка и мягких отходов переработки древесины.

Сведения об авторах

И.В. Сусоева1*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: R-1053-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7295-8934
Т.Н. Вахнина1, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: ABH-2006-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7201-5979
А.А. Титунин1, д-р техн. наук, доц.; ResearcherID: W-5121-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0953-0898
В.Е. Румянцева2, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: W-4421-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7226-4580
1Костромской государственный университет, ул. Дзержинского, д. 17, г. Кострома, Россия, 156007; i.susoeva@yandedx.ru, t_vachnina@mail.ru, titunin62@mail.ru
2Ивановский государственный политехнический университет, Шереметевский просп., д. 21, г. Иваново, Россия, 155334; varrym@gmail.com

Ключевые слова

растительные отходы, лен, хлопок, древесина, композиционные пли- ты, композиционные плиты, регрессионная модель, предел прочности, статический изгиб, разбухание по толщине, коэффициент теплопроводности

Для цитирования

Сусоева И.В., Вахнина Т.Н., Титунин А.А., Румянцева В.Е. Технологические факторы и свойства теплоизоляционных плит из растительных наполнителей // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 185–197. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-185-197

Литература

  1. Bari M.N., Shashi F.S., Habib M.H. Potential Agricultural Lignocellulosic Waste Materials for Bioconversion. Proceedings of the 3rd International Conference on Advances in Civil Engineering. Chittagong, Bangladesh, 2016, pp. 630–634.

  2. Chistova N.G., Petrusheva N.A., Chistov R.S. Some Issues of Improving the Use of Additional Wood Raw Materials at Timber Processing Enterprises of the Angara-Yenisey Region. Fundamental research, 2004, no. 3, pp. 121–123. (In Russ.).

  3. Darmov I.V., Gorshunova E.I., Tarasova T.S. The Study of Natural Isolates of Fusarium spp. Micromycetes – Ligninolytic Enzymes Producers. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki = Proceedings of Kazan University. Natural Sciences Series, 2017, vol. 159, no. 1, pp. 72–84. (In Russ.).

  4. Dulermo T., Coze F., Virolle M., Méchin V., Baumberger S., Froissard M. Bioconversion of Agricultural Lignocellulosic Residues into Branched-Chain Fatty Acids Using Streptomyces lividans. OCL, 2016, vol. 23, no. 2, art. A202. https://doi.org/10.1051/ocl/2015052

  5. FAO Yearbook of Forest Products. Rome, FAO, 2012. 358 p.

  6. Garcia C.A., Hora G. State-of-the-Art of Waste Wood Supply Chain in Germany and Selected European Countries. Waste Management, 2017, vol. 70, pp. 189–197. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.09.025

  7. Glowacki R., Barbu M.C., van Wijck J., Chaowana P. The Use of Coconut Husk in High Pressure Laminate Production. Journal of Tropical Forest Science, 2012, vol. 24, no. 1, pp. 27–36.

  8. Golovkov S.I., Koperin I.F., Naydenov V.I. Energy Use of Wood Waste. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1987. 224 p. (In Russ.).

  9. Halvarsson S., Edlund H., Norgren M. Properties of Medium-Density Fibreboard (MDF) Based on Wheat Straw and Melamine Modified Urea Formaldehyde (UMF) Resin. Industrial Crops and Products, 2008, vol. 28, iss. 1, pp. 37–46. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2008.01.005

  10. Halvarsson S., Edlund H., Norgren M. Manufacture of Non-Resin Wheat Straw Fibreboards. Industrial Crops and Products, 2009, vol. 29, iss. 2-3, pp. 437–445. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2008.08.007

  11. Han G., Kawai Sh., Umemura K., Zhang M., Honda T. Development of High-Performance UF-Bonded Reed and Wheat Straw Medium-Density Fiberboard. Journal of Wood Science, 2001, vol. 47, no. 5, pp. 350–355. https://doi.org/10.1007/BF00766784

  12. Imken A.A.P., Plinke B., Mai C. Characterisation of Hardwood Fibres Used for Wood Fibre Insulation Boards (WFIB). European Journal of Wood and Wood Products, 2021, vol. 79, pp. 915–924. https://doi.org/10.1007/s00107-021-01698-y

  13. Kanagaraj J., Velappan K.C., Chandra Babu N.K., Sadulla S. Solid Wastes Generation in the Leather Industry and Its Utilization for Cleaner Environment – A Review. Journal of Scientific and Industrial Research, 2006, vol. 65, pp. 541–548.

  14. Khuwijitjaru P. Utilization of Plant-Based Agricultural Waste by Subcritical Water Treatment. Japan Journal of Food Engineering, 2016, vol. 17, iss. 2, pp. 33–39. https://doi.org/10.11301/jsfe.17.33

  15. Kostyleva S.V. Prospective Directions of Development of Timber Industry Complex in the Sphere of Processing of Wood Waste in Irkutsk Region. Woodworking: Technologies, Equipment and Management of the 21st Century: Collection of Academic Papers of the 12th International Eurasian Symposium. Yekaterinburg, USFEU, 2017, pp. 10–15. (In Russ.).

  16. Kulagin E.P. Utilization of By-Products and Wastes of Chemical Wood Processing. Nizhny Novgorod, NNGASU Publ., 2000. 300 p. (In Russ.).

  17. Lachos-Perez D., Brown A.B., Mudhoo A., Martinez J., Timko M.T., Rostagno M.A., Forster-Carneiro T. Applications of Subcritical and Supercritical Water Conditions for Extraction, Hydrolysis, Gasification, and Carbonization of Biomass: A Critical Review. Biofuel Research Journal, 2017, vol. 4, no. 2, pp. 611–626. https://doi.org/10.18331/BRJ2017.4.2.6

  18. Medvedev S.O., Bezrukikh Yu.A., Mokhirev A.P. Prospects of Development of Hydrolytic Production in the Timber Industry Centers of Siberia. Aktual’nye napravlenia naucnyh issledovanij XXI veka: teoria i praktika = Current Directions of Scientific Research of the XXI Century: Theory and Practice, 2015, vol. 3, no. 2-1(13-1), pp. 400–403. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/10185

  19. Mokhirev A.P., Bezrukikh J.A. Medvedev S.O. Recycling of Wood Wastes of Timber Industry, as a Factor of Sustainable Resource Management. Inzenernyj vestnik Dona = Engineering Journal of Don, 2015, iss. 2, part 2. (In Russ.). Available at: http://www.ivdon.ru/en/magazine/archive/n2p2y2015/3011 (accessed 14.06.21).

  20. Morozov I.M., Yakimov V.A., Chistova N.G., Alashkevich Yu.D., Zyrjanov M.A. Getting Dry Faberboards Production, Manufacture Fiber Using Wood Waste from Machines. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2015, no. 4, pp. 119–124. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.201504852

  21. Özlüsoylu I., Istek A. The Effect of Hybrid Resin Usage on Thermal Conductivity in Ecological Insulation Panel Production. Proceedings of the 4th International Conference on Engineering Technology and Applied Sciences. Kiev, 2019, pp. 292–296.

  22. Özlüsoylu I., Istek A. The Effect of Fiber Usage on Thermal Conductivity in Bark Insulation Board Production. Proceedings of the 3rd International Mediterranean Forest and Environment Symposium. Kahramanmaraş, 2020, pp. 482–487. (In Turk.). Available at: https://www.researchgate.net/publication/341709007 (accessed 14.06.21).

  23. Pelaez-Samaniego M.R., Englund K.R. Production of Sugars from Wood Waste Materials via Enzymatic Hydrolysis. Waste Biomass Valorization, 2017, vol. 8, pp. 883–892. https://doi.org/10.1007/s12649-016-9652-8

  24. Production and Consumption Waste Generation by Type of Economic Activity. Federal State Statistics Service Site. (In Russ.). Available at: https://www.gks.ru/free_doc/new_site/oxrana/tabl/oxr_otxod1.htm (accessed 14.06.21).

  25. Quintana G., Velásquez J., Betancourt S., Gañán P. Binderless Fiberboard from Steam Exploded Banana Bunch. Industrial Crops and Products, 2009, vol. 29, iss. 1, pp. 60–66. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2008.04.007

  26. Saad M.J., Kamal I. Mechanical and Physical Properties of Low Density Kenaf Core Particleboards Bonded with Different Resins. Journal of Science and Technology, 2012, vol. 4, no. 1, pp. 17–32.

  27. Senila L., Varaticeanu C., Roman M., Miclean M., Roman C. Bioethanol Production from Wood Waste. STUDIA UBB AMBIENTUM, LIX, 2014, vol. 1-2, pp. 149–154.

  28. Shegelman I.R., Shchukin P.O., Morozov M.A. Place of Bioenergetics in Energy Balance of Forestry Region. Science and Business: Ways of Development, 2011, no. 6, pp. 151–154. (In Russ.).

  29. Shitu A., Izhar S., Tahir T.M. Sub-Critical Water as a Green Solvent for Production of Valuable Materials from Agricultural Waste Biomass: A Review of Recent Work. Global Journal of Environmental Science and Management, 2015, vol. 1, iss. 3, pp. 255–264.

  30. Singh Y.D., Satapathy K.B. Conversion of Lignocellulosic Biomass to Bioethanol: An Overview with a Focus on Pretreatment. International Journal of Engineering and Technologies, 2018, vol. 15, pp. 17–43. https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/IJET.15.17

  31. Stuart T., Liu Q., Hughes M., McCall R.D., Sharma H.S.S., Norton A. Structural Biocomposites from Flax – Part I: Effect of Bio-Technical Fibre Modification on Composite Properties. Composites: Part A: Applied Science and Manufacturing, 2006, vol. 37, iss. 3, pp. 393–404. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2005.06.002

  32. Susoeva I.V., Vakhnina T.N., Sviridov A.V. The Chemical Composition and Method Utilization of Production Waste Cotton and Linen Fibers. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2017, no. 3, pp. 211–220. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2017031492

  33. Susoeva I., Vakhnina T., Titunin A., Grunin Y. Water Resistance of Thermal Insulation Composites with Cellulose-Containing Filler. E3S Web of Conferences, 2021, vol. 263, art. 01002. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126301002

  34. Tabarsa T., Jahanshahi S., Ashori A. Mechanical and Physical Properties of Wheat Straw Boards Bonded with a Tannin Modified Phenol-Formaldehyde Adhesive. Composites Part B: Engineering, 2011, vol. 42, iss. 2, pp. 176–180. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2010.09.012

  35. Termination of Wood Pellets Supply to Europe Will Cause Waste Disposal Problems at Russian Sawmills. Materials of the Lesprom Site. (In Russ.). Available at: http://www.lesprom.com/ru/news (accessed 14.06.21).

  36. Titunin A.A., Susoeva I.V., Vakhnina T.N. Influence of Cyclic Temperature and Humidity on Properties of Composites from Vegetable Raw Materials. Wood Structure, Properties and Quality – 2018: In Honor of B.N. Ugolev. Proceedings of the 6th RCCWS International Symposium Dedicated to the 50th Anniversary of the Regional Coordinating Council of Wood Science. Krasnoyarsk, SB RAS Publ., 2018. pp. 196–200. (In Russ.).

  37. Titunin A.A., Vakhnina T.N., Susoeva I.V. Analysis the Durability and Water Resistance of Heat Insulating Composite Plates from Waste of Flax Fiber. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Tekhnologiya Tekstil’noi Promyshlennosti = Textile Industry Technology (Series “Proceedings of Higher Educational Institutions”), 2017, no. 5, pp. 49–52. (In Russ.).

  38. Titunin A.A., Vaxnina T.N., Susoeva I.V. Study of the Properties of Thermal Insulation Materials Waste from the Production of Cotton and Flax Fiber. Nauchnyi zhurnal stroitel’stva i arkhitektury = Russian Journal of Building Construction and Architecture, 2017, no. 2(46), pp. 37–45. (In Russ.).

  39. Use and Disposal of Production and Consumption Waste by Type of Economic Activity. Federal State Statistics Service Site. (In Russ.). Available at: https://www.gks.ru/free_doc/new_site/oxrana/tabl/oxr_otxod2.htm (accessed 14.06.21).

  40. Van Dam J.E.G., van den Oever M.J.A., Keijsers E.R.P. Production Process for High Density High Performance Binderless Boards from Whole Coconut Husk. Industrial Crops and Products, 2004, vol. 20, iss. 1, pp. 97–101. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2003.12.017