ОЦЕНКА РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФУРАНОВЫХ ОЛИГОМЕРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ КЛЕЕНЫХ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Угрюмов С.А., Боровков  Е.А. (ГОУ ВПО КГТУ, г. Кострома, РФ)

 

Recommendations about application binding on the basis of furfurol in structure of the stuck together wood materials from the point of view of comparability of deformation characteristics of wood particles and glue are given.

 

Cвязующие составы на основе фурановых смол и, в частности, на основе фурфурол-ацетонового мономера ФА, могут быть использованы для производства древесных композиционных материалов повышенной прочности и водостойкости [1].

Для достижения высокого качества склеивания необходимо, чтобы реологические свойства субстрата превышали соответствующие реологические свойства адгезива [2], при этом величина внутренних напряжений, возникающих при структурировании материала и его эксплуатации, будет минимальной.

Закономерности отверждения и поведения фурановых клеев в твердом состоянии рассматривались с позиций реологии полимеров, которая изучает внутреннюю реакцию материалов на приложенную силу и устанавливает зависимости между действующими на тело механическими напряжениями, вызываемыми деформациями и их изменениями во времени.

Реологические свойства отвержденных клеев  на основе фурфуролацетонового мономера ФА, а также традиционных карбамидо- и фенолформальдегидного олигомеров исследовались после их полного отверждения с применением консистометра Хепплера на образцах в виде цилиндров высотой и диаметром 10 мм после полного их отверждения [3]. Полученные сводные результаты представлены в табл. 1.

 

Таблица 1 -  Деформации образцов за время приложения нагрузки

Образец	Упругая деформа-ция εупр, мм	Эластичес-кая деформа-ция εэ, мм	Остаточная деформа-ция εост, мм	Общая деформа-ция εобщ, мм	Время приложе-ния нагрузки  τ, с
Мономер ФА + 0,5% серной кислоты (раствор в фурфуроле)	0,065	0,015	0,090	0,170	180
Мономер ФА + 3% отвердителя – бензолсульфо-кислоты	0,080	0,015	0,135	0,230	180
КФН-66	0,05	0,01	0,055	0,115	150
СФЖ-3014	0,08	0,01	0,085	0,175	170

 

На рис. 1 представлены временные зависимости относительных деформаций для различных клеевых составов.

Рисунок 1 - Деформационные кривые:

1 – КФН-66; 2 – СФЖ-3014;

3 – мономер ФА + 0,5% серной кислоты (раствор в фурфуроле);

4 – мономер ФА + 3% отвердителя – бензолсульфокислоты

 

 

Рассчитанные реологические характеристики исследуемых образцов  представлены в  табл. 2.

 

Таблица 2 -  Реологические свойства отвержденных клеев и наполнителей композиционных материалов

Образец	Модуль упругости Е1, МПа	Модуль относи-тельной медленной эластичес-кой деформации Е2, МПа	Модуль эластич-ности Еэ, МПа	Степень эластич-ности α, %	Динами-ческая вязкость η1.105, Па.с
Мономер ФА + 0,5% серной кислоты (раствор в фурфуроле)	923	4000	750	18,8	1,2
Мономер ФА + 3% отвердителя – бензолсульфо-кислоты	750	4000	631,6	15,8	0,8
КФН-66	1200	6000	1000	16,7	1,64
СФЖ-3014	750	6000	666,7	11,1	1,2
Береза	750,0	4000	631,6	15,8	1,28
Сосна	705,9	3000	571,4	19,0	0,90
Костра льна	631,6	3000	521,7	17,4	0,86

 

  Анализ полученных результатов показывает, что фурановые связующие в отвержденном состоянии обладают достаточными деформационными характеристиками для формирования клеевых соединений в структуре композиционных материалов, при этом основные реологические характеристики приближены к соответствующим показателям, характерным для наполнителей. Поэтому при переходе клеевого состава в полимерное состояние, а также при эксплуатации рассмотренных материалов  величина внутренних напряжений минимальна, что положительным образом отражается на качестве готовой продукции.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 08-08-99073.

 

Литература

1.    Попов А.Н. Фурановые олигомеры в производстве композиционных материалов / А. Н. Попов, С. А. Угрюмов // Сборник научных трудов «Актуальные проблемы лесного комплекса». – Брянск: БГИТА, 2008. – Вып. 21.  – С. 260-261.

2.     Рейнер М. Реология / пер. с англ. Н.Н. Малинина; под ред. Э. И. Григолюка. – М. : Наука, 1965. – 223 с.

3.     Виноградов Г.В. Реология полимеров / Г. В. Виноградов, А. Я. Малкин. – М. : Химия, 1977. – 438 с.