автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Технология термического модифицирования древесного наполнителя в производстве композиционных материалов

На правах рукописи

Салимгараева Регина Викторовна

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.21.05 — Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань —2013

005539074

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждений высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИГУ»),

Научный руководитель

Официальные оппоненты: —

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Сафин Руслан Рушанович

Гороховский Александр Григорьевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», г. Екатеринбург, заведующий кафедрой автоматизации производственных процессов;

Волынский Владимир Юльевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», г. Иваново, декан института управления, финансов и информационных систем;

ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», г. Архангельск.

Защита диссертации состоится «13» декабря 2013 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.080.12 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, Казань, ул. К. Маркса, д. 68.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автореферат разослан «13» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ЕЛ. Байгильдеева

Общая характеристика работы

Производство композиционных материалов на основе древесины является инамично развивающейся отраслью глубокой переработки древесины. Возникла эта трасль в связи с необходимостью расширения областей использования возобновляемых есурсов — древесины, а также стремлением максимально использовать отходы деревообработки. При этом сравнительно новым направлением развития рынка древесно-наполненных композиционных материалов является производство древесно-полимерных композитов (ДНК).

Актуальность исследования. Сегодня ДПК широко распространены в США, Канаде, Сингапуре, Китае и активно завоевывают популярность в Европе. Спектр их применения самый разнообразный. Начиная с отделки загородной недвижимости: внутреннего оформления домов, при строительстве террас, балконов, беседок, парковых лавочек и заканчивая отделкой полов и стен офисных зданий и торговых помещений.

В настоящий момент разработкой композиционных материалов в основном занимаются специалисты-химики, которые улучшают свойства ДПК с позиции изменения характеристик полимера и его адгезии с древесиной, где были достигнуты серьезные результаты. Однако учитывая, что древесина занимает не менее 30% от общей массы композиционного материала, пренебрегать ее свойствами нельзя. Недостатками древесины, используемой в производстве композиционных материалов, является то, что со временем она синеет, плесневеет, при попадании влаги разбухает, что приводит к снижению механических свойств материала. К тому же, при перемешивании древесного наполнителя со связующим их нагревают до 160-180°С, что приводит к выделению газов из древесины, в результате чего в материале образуются микропоры, которые также снижают механические свойства ДПК. Поэтому была поставлена задача улучшения свойств композиционных материалов путем модифицирования древесного наполнителя.

В области переработки древесины известна технология термического модифицирования пиломатериалов, в процессе которой происходит разложение гемицеллюлозы на реактивные молекулы меньшего размера, что позволяет существенно снизить гигроскопичность, повысить биостойкость, долговечность, устойчивость к воздействию высокой температуры, добиться отсутствия усушки и снизить величины коробления в условиях переменной влажности.

Поэтому актуальной представляется исследование процессов термического модифицирования древесного наполнителя в производстве композиционных материалов и разработка соответствующей технологии, позволяющей повысить размерную стабильность, добиться отсутствия микропор, увеличить прочностные характеристики ДПК.

Настоящая работа выполнялась при поддержке гранта Академии наук РТ для молодых ученых № 03-37/2011 «Технология термической обработки древесины в среде топочных газов».

Степень разработанности проблемы. Проблемам исследования свойств древесины как древесного наполнителя в производстве композиционных материалов посвящены многие работы зарубежных и отечественных ученых. Вопросам воздействия высокочастотной плазмы пониженного давления на физические свойства, химический состав и структуру древесного наполнителя посвящена диссертационная работа Л.И. Аминова (Россия); вопросам влияния влажностиых деформаций на прочность композиционного материала на минеральном вяжущем - работы А.В. Белова, И.Х. Наназашви-

ли, Г.Д. Диброва (Россия); вопросам теплопереноса в технологиях термообработки древесины, теплофизических свойств древесины, математического моделирования процессов тепло- и влагопереноса древесины — работы П.С. Серговского, А.И. Расева (Россия), Nencho Deliiski (Bulgaria); вопросам влияния термообработки на химические и эксплуатационные свойства древесины - работы Danica KaCflcovä, Frantiäek KaCik, Ladislav Dzurenda (Slovakia) и Vincent Repellin (France), Anna Koski (Finland), E.A. Беляковой, Е.Г. Владимировой, ILA. Кайнова, Д.А. Ахметовой, А.Р. Шайхутдиновой, Т.Е. Кувик (Россия).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и обоснование технологии термического модифицирования древесного наполнителя, позволяющей получать композиционный материал с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Изучение состояния проблемы термического модифицирования древесного наполнителя.

2. Разработка технологии термомодифицирования древесного наполнителя в условиях барабанных аппаратов.

3. Разработка математической модели и алгоритма расчета процессов термомодифицирования измельченной древесины в условиях барабанных аппаратов.

4. Изучение изменения физических свойств измельченной древесины в зависимости от температуры и времени обработки с целью определения недостающих для математического моделирования параметров.

5. Моделирование процессов термомодифицирования древесного наполнителя в условиях барабанных аппаратов с целью выявления рациональных режимов и технических параметров оборудования.

6. Исследование эксплуатационных свойств композиционного материала, полученного на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

Предмет и объект исследования. Предметом исследования является технология термомодифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК. Объектом исследования являются измельченная древесина и композиционный материал на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса теплопереноса в газообразной среде и её теплообмена с материалом, и теплопереноса внутри самого материала в ходе высокотемпературной обработки. Для поставленной цели в работе использованы методы математического и физического моделирования. Теоретической базой исследований являлись работы ученых по исследованию свойств древесины как наполнителя в производстве композиционных материалов, влияние термомодифицирования древесного наполнителя на эксплуатационные свойства композиционного материала, а также исследования физико-механических свойств композиционного материала. Эмпирическую основу составляли исследования физических и механических свойств объекта исследования, таких как: насыпная плотность и угол естественного откоса термомодифицрованного древесного

наполнителя, водопоглощенис, морозостойкость, прочность при сжатии, растяжении и статическом изгибе ДПК.

Научные результаты, выносимые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты.

1. Энергосберегающая технология термического модифицирования древесного наполнителя.

2. Математическая модель процессов термомодифицирования измельченной древесины, позволяющая определить параметры технологического оборудования для ей термообработки и охлаждения.

3. Механизм изменения физических свойств измельченной древесины в зависимости от температуры и времени обработки с целью определения недостающих для математического моделирования параметров.

4. Рациональные режимные параметры ведения процесса термомодифицирования древесного наполнителя по результатам математического моделирования и экспериментальных исследований.

5. Результаты исследования эксплуатационных свойств композиционного материала, полученного на основе древесного сырья, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

6. Результаты промышленной апробации технологии термического модифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК.

Научная новизна результатов работы. Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на обработку древесного наполнителя путем термомодифицирования:

1. Впервые исследован процесс термомодифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК. Разработана энергосберегающая технология термического модифицирования древесного наполнителя.

2. Разработана математическая модель процессов термомодифицирования измельченной древесины, позволяющая определить параметры технологического оборудования для её термообработки и охлаждения. Определены рациональные технологические параметры процесса.

3. Впервые экспериментально определены эксплуатационные свойства композиционного материала, полученного на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость представленной работы заключается в математической модели, адекватность которой установлена в ходе проведения экспериментальных исследований. Математическое описание позволяет определять режимные параметры исследуемого процесса термомодифицирования древесного наполнителя; устанавливать физические характеристики объекта исследования и влияние отдельных факторов на процессы термомодифицирования.

Практическая значимость работы заключается в разработке технологии термомодифицирования измельченной древесины в барабанных аппаратах, в определении влияния основных параметров оборудования на характеристики обрабатываемого материала, в установлении зависимости прочностных характеристик ДПК от режимов обработки древесного наполнителя.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)», п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки с целью получеши высококачественной и экологически чистой продукции» и п. 4 «Разработка операционных технологий и процессов в производствах: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит, строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке древесины» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Аппобаиия и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались на научных сессиях по технологическим процессам ФГБОУ ВПО «КНИТУ» (Казань, 2010-13 г), на ГХ-й Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в 21 веке» (Казань, 2010 г), на У-й Российской научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2011 г), на международных конференциях «ММТТ-24» (Саратов, 2011 г), «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (Санкт-Петербург, 2011 г), «Энерго-и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2011), «ММТТ-25» (Волгоград, 2012 г), на У1-ой Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2012 г), на научной школе «Технические решения и инновации в технологиях переработки полимеров и композиционных материалов» (Казань, 2012 г.), на 1-ой Международной научно-технической интернет-конференции «Лесной комплекс в XXI

веке» (Казань, 2013 г.).

Проведены опытно-промышленные испытания по термомодифицированию измельченной древесины в барабанной камере в среде топочных газов с последующим изготовлением опытной партии террасных досок.

Материалы диссертации применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплине «Теоретические основы тепловой и термической обработки биомассы» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250400 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».

Личное участие автора состоит в выборе темы и разработке основных идей диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлен экспериментальный стевд для исследования процессов, протекающих при термическом модифицировании древесного наполнителя, и выполнены эксперименты. Автором проведено математическое моделирование исследуемых процессов, проанализированы полученные результаты. Автор разработал способ термической обработки древесины (Пат. № 2453425). Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве статей.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 1 патент РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит [2, 3, 5,12] -разработка конструкций промышленных аппаратов; [1,4,7, 8,10, 14, 19, 23] - математическое описание процесса термомодифицирования древесного наполнителя; [11,18] - создание экспериментальной установки, получение и обработка экспе-римент'альных данных; [6, 9, 16, 17, 20, 21, 24] - разработка технологии термомодифи-

цирования древесины в среде топочных газов; [13,15, 22] - создание нового композиционного материала.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание изложено на 188 страницах машинописного текста и включает в себя 41 рисунок и 9 таблиц. Список литературы включает 193 наименований цитируемых работ отечественных и зарубежных авторов.

На всех этапах работы в качестве научного консультанта принимал участие кандидат технических наук, доцент Хасаншин P.P.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель исследований, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ специфических свойств древесного наполнителя и его влияние на качество композиционного материала, в результате которого можно сделать вывод о том, что древесный наполнитель, как и многие другие органические целлюлозные наполнители, наряду с присущими им ценными свойствами (малая средняя плотность, хорошая смачиваемость, легкость обработки и др.) имеет и отрицательные качества, которые затрудняют получение материала высокой прочности: повышенная химическая агрессивность, значительные объемные влажностные деформации, развитие давления набухания, возможное образование плесени, высокая проницаемость, значительная упругость при уплотнении смеси. Таким образом, актуальным является поиск и разработка новых технологий, основанных преимущественно на физических воздействиях на древесный наполнитель, таких которые приводили бы к его модифицированию для повышения качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Одним из современных способов повышения устойчивости древесины к различным воздействиям является применение термомодифицирования в среде инертных газов. Данная обработка приводит к существенному снижению гигроскопичности и формоизменяемости древесных материалов и повышению их биосткойкости.

В результате анализа литературы установлено, что исследований в области предварительной термообработки древесных наполнителей в производстве ДПК до сих пор не проводилось. В то же время в литературе хорошо проработан вопрос исследования процессов сушки измельченной древесины: указывается эффективность использования для этих целей конвективных способов, в частности, в условиях барабанных аппаратов.

Также в данной главе представлен анализ методов математического описания термомодифицирования древесины и тепломассопереноса в барабанных аппаратах, из которого можно сделать вывод, что процессы тепло- и массообмена в камерах барабанного типа протекают достаточно интенсивно и экономично благодаря хорошему контакту между обрабатываемым сыпучим материалом и газообразным агентом, а также благодаря возможности использования высоких температур газов при параллельном движении их с материалом.

Во второй главе представлено подробное описание процесса термического модифицирования древесного наполнителя в среде топочных газов: разработана математическая модель, представлен алгоритм ее расчета.

Физическую картину исследуемого способа термомодифицирования древесного наполнителя в среде топочных газов можно представить следующим образом (рис. 1). Процесс является непрерывным. Древесный наполнитель 1 загружают в камеру барабанного типа 2. Циркуляция теплоносителя осуществляется в попутном направлении. Повышение температуры теплоносителя происходит путем смешения в камере 5 с топочными газами высокой температуры, поступающими из топки 4.

Рис. 1. Схема ведения процесса термического модифицирования древесного наполнителя в среде топочных газов: 1 — древесный наполнитель; 2 — камера термомодифицирования; 3 — дымосос;

4 - топка; 5 - камера смешения; 6 - шнек с водяной рубашкой.

Попадая в аппарат, измельченная древесина нагревается, подвергается термическому разложению легкоразлагаемого компонента древесины - гемицеллюлозы, с выделением в среду продуктов разложения. Температура, до которой осуществляется нагрев древесного наполнителя, зависит от требуемой степени термомодифицирования.

При этом измельченная древесина в аппарате находится как в полете, так и в завале. Основным способом теплопередачи к измельченной древесине в полете является конвекция, подвод тепла к материалу в завале характеризуется контактным методом. При достижении необходимой степени термомодифицирования производят выгрузку древесного наполнителя в шнек 6, где происходит стадия охлаждения обработанного сырья путем теплопередачи хладагенту, циркулирующему в рубашке шнека.

Температура среды на входе в аппарат

дТ дт

* ^тг " ^топ * Рт.

О)

Сср'Рср'Усв

В начале процесса, когда наблюдается неустановившееся температурное поле по длине аппарата, расчет переноса энергии применительно к одномерной картине и, пренебрегая теплопроводностью среды вследствие достаточно высокой скорости ее движения, может быть осуществлен по уравнению

дТ- + % = -а[тср - Тп_У +к-рм-Ч, (2)

дт

д1

где источниковый член характеризует подвод тепла к поверхности материала за счет теплоотдачи и отвод тепла в среду с продуктами разложения. Тепловой баланс для частиц, находящихся в полете

ся-р^*?!± = а(Тт-Та)1Г-к.ря.Ч О)

3L,.

Тепловой баланс для частиц в завале дТ,

^нас.м ' РHl

dl

— К ■ At.

■ конm .бар

бар

-к- PM-q

(4)

бар

Таким образом, изменение средней температуры и плотности частиц по длине барабана можно представить в следующем виде

'дТ

дТм дТ»,

8LP тм

W - дР

т»

'яг л

м.з.

\81<Ьр

Время нахождения частиц в ковше и в завале (рис. 2)

_ 2а

^зав

со

(5)

(6)

(7)

Рис. 2. Схема расчета средней высоты осыпания частиц.

Для нахождения количества частиц, находящихся в полете, была определена средняя высота их падения, которую находят как площадь сегмента барабана, деленную на его основание

-r_Sa- _R тг• arcsin(-Cosa) Cosa (g)

b ~ 2 [ 2{l-Cosa ) 41-Cosa .

Тогда время падения частиц

[2R (9)

отсюда соотношение частиц, находящихся в полете и в завале, определяется как отношение времени их падения к времени нахождения в завале

Щ т

М.З. _ _

(10) (11)

Средняя скорость частиц по направлению основного движения может быть определена из уравнения

W = -

Г1шд + Тзав ^

(12)

где ускорение частиц по направлению основного движения имеет вид

а. =а-Соьу--

МРср'/

2

- + g

т.. М-Рср-Г'^ср

2

Для описания стадии охлаждения термомодифицированных древесных частиц использовано уравнение переноса энергии с источниковым членом, характеризующим теплопередачу хладагенту, циркулирующему в рубашке экструдера

с .п ■ Ж = К ■ Л/, • ^штш-, (И)

наем г тем л| ши у

где удельная теплоемкость насыпного слоя материала определяется по условию аддитивности.

Представленная система уравнений позволяет полностью описать процесс термомодифицирования древесного наполнителя в среде топочных газов и определить продолжительность стадий термомодифицирования и охлаждения, а также выявить рациональные режимные параметры исследуемого процесса и характеристики оборудования.

На основе разработанного математического описания процесса термомодифицирования древесного наполнителя в среде инертных газов составлен алгоритм расчета, который состоит из пяти основных частей: блок расчета параметров топочных газов; блок расчета неустановившегося режима; блок определения температурного поля среды и материала при установившемся режиме; блок корректировки режимных параметров термомодифицирования в зависимости от требуемой степени обработки материалов; блок расчета стадии термомодифицирования.

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки; представлены объекты исследования, а также методики и результаты исследований свойств модифицированных древесных частиц; результаты математического и физического моделирования исследуемого процесса термомодифицирования древесных частиц в среде топочных газов при различных режимах обработки; установлена адекватность разработанной математической модели реальному процессу; определены рациональные режимы и параметры оборудования.

Объектом исследования процесса термомодифицирования является измельченная древесина. При проведении экспериментальных исследований использовали измельченную древесину с приведенными размерами частиц 1, 3, 5 мм.

На рисунке 4 приведены результаты исследования по определению угла естественного откоса образцов при различных температурных режимах и фракциях исследуемых частиц, на основании которых можно сделать вывод, что с увеличением температуры обработки угол естественного откоса образцов уменьшается. Это объясняется тем, что после термообработки измельченная древесина становится менее шероховатой.

Результаты исследования по определению насыпной плотности древесных частиц при различных температурных режимах и фракциях исследуемых частиц показаны на рисунке 5. Из графиков видно, что с увеличением температуры обработки насыпная плотность также уменьшается.

Рис. 4. Изменение угла естественного откоса древесных частиц при различных температурах обработки.

Рис. 5. Изменение насыпной плотности древесных частиц при различных температурах обработки.

210 230 Т,°С

Рис. 6. Относительная плотность древесных частиц в зависимости от температуры обработки.

270

На рисунке 6 представлены результаты по изменению относительной плотности измельченной древесины, из которых видно, что повышение температуры обработки снижает относительную плотность древесных частиц.

Также были проведены исследования относительной плотности измельченной древесины в зависимости от угла поворота осыпания, диаметра и длины барабана.

Анализ взаимосвязи между диаметром и длиной барабана, представленный на рис. 7, характеризует, что с увеличением диаметра в 3 раза, длина уменьшается почти в 7 раз. Это объясняется тем, что с увеличением диаметра барабана, возрастает время нахождения частиц в полете, тем самым обеспечивается наилучшее взаимодействие частиц с движущимся газообразным теплоносителем.

Полученные данные позволяют определить рациональные параметры оборудования.

В результате математического моделирования зависимости средней скорости древесных частиц от скорости теплоносителя установлена рациональная скорость движения теплоносителя 0,75-1,5 мм/с, обеспечивающая длину барабана не более 8-10 м (рис. 8,9).

Рис. 7. Изменение длины барабана в зависимости от его диаметра.

\у . мм/с

Рис. 8. Требуемая длина барабана в зависимости от скорости движения древесных частиц.

Рис. 9. Зависимость средней скорости древесных частиц от скорости теплоносителя.

Моделирование стадии охлаждения позволило определить зависимости изменения температуры материала от расхода древесного сырья и расхода воды в рубашке.

В четвертой главе для апробации целесообразности использования термомо-дифицированного древесного наполнителя в производстве композиционных материалов

,МПа

230

проведены исследования по влиянию температуры обработки на механические характеристики ДПК, где в качестве связующего использовался полиэтилен низкого давления (ПЭНД).

Установлено, что снижение прочностных параметров незначительно (рис. 10), а в случае с пределом прочности при сжатии находится в пределах погрешности эксперимента.

Исследование набухания ДПК-

Рис. 10. Предел прочности при изгибе, образцов при выдержке в воде характеризуют снижение набухания образцов с повышением температуры обработки древесного наполнителя (рис. 11).

необраб.

1,09

5 10 15 20 25 31

г, сутки

Рис. 11. Кинетика набухания образцов ДПК.

Исследования на морозостойкость данных видов образцов позволили установить влияние температуры обработки и размера частиц на морозостойкость ДПК:

с уменьшением размера частиц морозостойкость образца увеличивается, что объясняется уменьшением порозности композита; с повышением температуры обработки также наблюдается снижение микропор, образующихся в результате выделения газов из древесины при перемешивании древесного наполнителя со связующим, поэтому также наблюдалось повышение морозостойкости образцов с повышением температуры обработки древесного наполнителя.

Таким образом, в результате проведенных исследований была установлена целесообразность использования термомодифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК. В связи с этим была разработана технологическая схема, в которой термомодифицирование предлагается интегрировать после стадии сушки, перед процессом доизмельчения древесного наполнителя, поскольку предварительными исследованиями было установлено снижение механических усилий на процесс доизмельчения термообработанного древесного наполнителя (рис. 12) и одновременное повышение тонкости помола с увеличением температуры предварительной обработки (рис. 13), что объясняется снижением механических и эластических характеристик термообработанных древесных частиц.

N. кВТ _

2,5

2,25

1,75

'■5140 160 180 200 220 240 Т,°С

Рис. 12. Изменение мощности на процесс доизмельчения в зависимости от температуры обработки древесного наполнителя.

Для апробации предложенной технологической схемы производства ДПК совместно с китайской компанией проведены испытания по термомодифицированию измельченной древесины в барабанной камере в среде топочных газов с последующим изготовлением опытной партии террасных досок. Общий вид установки по термомодифицированию представлен на рис. 14.

S, мм

0,2140 160 180 200 220 240 Т,°С

Рис. 13. Изменение максимального размера древесных частиц после операции доизмельчения в зависимости от температуры их предварительной обработки.

Рис.

14. Пилотная установка по термомодифицированию древесных частиц: а - общий вид; б - барабан изнутри.

Проведен технико-экономический анализ целесообразности использования технологии термомодифицирования в производстве ДПК. Согласно его данным видно, что повышение затрат, вызванных введением стадии термомодифицирования, частично компенсируется снижением затрат на доизмельчение материала и повышением качества продукции, обеспечивающим долговечность и потребительский спрос.

В приложении к работе даются результаты статистической обработки полученных данных и акт внедрения, подтверждающий практическое использование основных результатов работы предприятием.

Основные результаты и выводы

1. Предложена технология предварительного термомодифицирования древесного наполнителя в среде топочных газов в производстве композиционных материалов, включающая в себя стадии высокотемпературной обработки без доступа кислорода воздуха в камере барабанного типа и последующего охлаждения в шнеке с водяной рубашкой.

2. На основе физической картины процесса и принятых допущении разработана математическая модель процесса термического модифицирования древесного наполнителя в барабанной камере, позволяющая определить основные параметры

технологического оборудования.

3. В результате проведенного математического и физического моделирования определена продолжительность процесса термомодифицирования и относительная плотность древесных частиц в зависимости от температуры обработки и параметров оборудования: угла поворота осыпания, диаметра и длины барабана. Установлена рациональная скорость движения теплоносителя 0,75 - 1,5 м/с, обеспечивающая длину барабана не более 8 — 10 м.

4. Для целесообразности использования термомодифицированного древесного наполнителя в производстве композиционных материалов проведены исследования по влиянию температуры обработки на характеристики ДПК, из которых можно сделать вывод, что при незначительном снижении прочностных параметров наблюдается повышение морозостойкости ДПК и снижение его водопоглощения.

5. Установлено снижение механических усилий на процесс доизмельчения термообработанного древесного наполнителя и одновременное повышение тонкости помола с увеличением температуры предварительной обработки, что объясняется снижением механических и эластических характеристик термообработанного древесного наполнителя.

6. Разработана технологическая схема производства древесно-полимерного композита, в которой термомодифицирование предлагается интегрировать после стадии сушки, перед процессом доизмельчения древесного наполнителя.

7. Для апробации разработанной технологической схемы производства ДПК проведены испытания по термомодифицированию измельченной древесины в барабанной камере с последующим изготовлением опытной партии террасных досок. Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет свыше 3 млн. руб./год.

Основные обозначения: Т - температура, "С; О - количество теплоты, Дж;К- площадь поверхности, М2- ш - масса, кг, ю - скорость вращения барабана, м/с; \У - скорость потока, м/с; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг - К); р - плотность, кг/м3; т - текущее время, с; Ч - удельная теплота химической реакции, Дж/кг; к - константа скорости химической реакции, сек ; а - коэффициент теплоотдачи, Дж/(м2 • с • К); V - объем, м3; а' - угол поворота осыпания, град; О - массо-

вый расход, кг/с; At - температурный шпор, "С; а — ускорение, м/с2; L - длина барабана, м; D - диаметр барабана, м; I — координата, м; S - приведенный размер, мм; ß — угол естественного откоса; F* - площадь теплоотдающей поверхности, м2; К—коэффициент теплопередачи.

Индексы: м - материал; ч - частица; топ - топка; тг - топочные газы; ср - среда; с.м. -смешение; с.г. - система удаления газа; св - свободный объем камеры; вен — вентилятор; пад -падение; зав — в завале; пов. м — поверхность материала; м.л. — частица в полете; м.з. — частица в завале; бар — барабан; конт. бар — поверхность контакта барабана; др — древесина; тепл — теплоноситель; шн - шнек; н—начальный; к—конечный.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Данилова (Сапимгараева), Р.В. Тепломассоперепос внутри древесины в процессе ее термического модифицирования / Р.В. Данилова (Салимгараева), П.А. Кайнов, ЕЛО. Разумов [Текст] //Вестник Казанского технологического университета. Казань. — 2011. - №20. - С. 137-141.

2. Данилова (Салимгараева), Р.В. Предварительная термическая обработка древесного наполнителя в производстве ДПКМ / Р.В. Данилова (Салимгараева), P.P. Хасаншин (Текст] // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. —№7. - С. 62-63.

3. Сафин, P.P. Повышение эксплуатационных характеристик композиционных материалов, созданных на основе термически модифицированной древесины / Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева), Ф.Г. Валиев, P.P. Хасаншин [Текст] // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. - №7. - С. 64-66.

4. Данилова (Салимгараева), Р.В. Математическая модель термической обработки измельченной древесины в аппаратах барабанного типа / P.P. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева), P.P. Хасаншин [Текст] // Вестник Казанского технологического университета. Казань. —2012. -№12. -С. 246-248.

5. Данилова (Салимгараева), Р.В. Способ обработки термомодифицированной древесины / Р.В. Данилова (Салимгараева), Е.Ю. Разумов [Текст] II Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2011. -№4. - С. 74-79.

6. Патент № 2453425 РФ, МПК В 27 К 3/02. Способ термической обработки древесины / Сафин P.P., Хасаншин Р.Р., Данилова (Салимгараева) Р.В. и др.; патентообладатель ГОУ ВПО КГТУ; опубл. 20.06.2012.

7. Данилова (Салимгараева), Р.В. Математическое описание процесса термической обработки древесного наполнителя / P.P. Хасаншин, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] // Деревообрабатывающая пром-стъ. — 2012. - №1. - С. 10-12.

8. Данилова (Салимгараева), Pi). Физическая картина процессов, протекающих при предварительной сушке и термообработке пиломатериалов / Р.В. Данилова (Салимгараева), ЕЛО. Разумов [Текст] // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2012. - №2. — С. 24-29.

9. Данилова (Салимгараева), Р.В. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесины / Р.В. Данилова (Салимгараева), ДА. Ахмегова [Текст] // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2012. - №4. - С. 31-35.

10. Данилова (Салимгараева), Р.В. Исследование процессов удаления запаха из термодревесины / Р.В. Данилова (Сапимгараева), П.А. Кайнов, Р.Р. Хасаншин [Текст] И ММГТ-24: Международ, науч. конф. — Саратов, 2011. — С. 147-148.

11. Хасаншин, P.P. В акуумно-осциллирующая обработка термодревесины / P.P. Хасаншин, Р.В. Данилова (Салимгараева), П.А. Кайнов [Текст] // Вакуумная техника и технология: Матер. V Рос. науч.-техн. конф. / КГТУ. - Казань 2011. - С. 83-84.

12. Галяветдинов, Н.Р. Способ и устройство для предварительной подготовки древесного наполнителя в производстве древесно-полимерного композиционного материала / Н.Р. Галяветдинов, Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] II Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Труды Международ науч.-техн. конф. / СПбГЛТУ. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 165-168.

¿>J

13. Данилова (Салимгараева), Р.В. Создание нового композиционного материала на основе древесины и полимерных наночаспщ / Н.Р. Галяветдинов, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] // Жить в 21 веке: Материалы конкурса на лучшую работу студентов и аспирантов. IКГТУ. - Казань. - 2010. - С. 192-193.

14. Данилова (Салимгараева), Р.В. Исследование процесса теплообмена при термической обработке измельченной древесины / Р.В. Данилова (Салимгараева), Р.Р. Хасаншин, HP. Галяветдинов, Ф.Г. Валиев [Текст] // ММТТ-25: Сборник трудов XXV Международ, науч. конф. - Волгоград. - 2012. - С. 63-64.

15. Данилова (Салимгараева), Р.В. Разработка технологии создания нового композиционного материала на основе древесины и полимерных наночастиц / Н.Р. Галяветдинов, Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] // Материалы научной сессии. / КГТУ. - Казань. - 2010. -

С 16. Данилова (Салимгараева), Р.В. Способ обработай термомодифицированной древеси-

ны / Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] // Материалы научной сессии. / КГТУ. -

Казань.-2011.-С. 325.

17. Данилова (Салимгараева), Р.В. Предварительная обработка древесного наполнителя в производстве композиционных материалов / Р.Р. Хасаншин, Р.В. Данилова (Салимгараева), Ф.Г. Валиев [Текст] // Материалы научной сессии. / КГТУ. - Казань. - 2012. -С. 339.

18. Данилова (Салимгараева), Р.В. Экспериментальное исследование процесса термомодифицирования древесного сыпучего сырья / Р.В. Данилова (Салимгараева), Ф.В. Назипова [Текст] // Материалы научной сессии. / КГТУ. - Казань. - 2013. - С. 340.

19. Данилова (Салимгараева), Р.В. Математическое описание процесса термического модифицирования древесного наполнителя в производстве композиционных материалов / P.P. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева) ГГекст] И Материалы научной сессии. / КГТУ. - Казань. -2013.-С. 342.

20. Сафин, P.P. Термическая обработка древесного наполнителя при производстве древесно-полимервого композиционного материала / Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева), Ф.Г. Валиев [Текст] // Актуальные вопросы современной техники и технологии: Сборник докладов VI Международ, науч. конф. - Липецк. - 2012. - С. 144-145.

21. Данилова (Салимгараева), Р.В. Способ предварительной подготовки древесного наполнителя в производстве древесно-полимерного композиционного материала / Р.В. Данилова (Салимгараева), А.Р. Зиятдинова [Текст] И Технические решения и инновации в технологиях переработки полимеров н композиционных материалов: Материалы научной школы. / КНИТУ. -

Казань.-2012.-С. 84-86.

22 Данилова (Салимгараева), Р.В. Способ улучшения эксплуатационных свойств древесно-полимерного композиционного материала / Р.Р. Сафин, Ф.Г. Валиев, Р.В. Данилова (Салимгараева) ГГекст] // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сборник трудов Мевдународ. науч. конф. / УрФУ. - Екатеринбург. -2011.-С. 307-309.

23. Сафин, P.P. Физическая картина процесса термомодифицирования древесных частиц / Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] II Лесной комплекс в XXI веке: Материалы 1-й международ науч.-техн. интернег-конф. / КНИТУ. - Казань. - 2013. - С. 4-7.

24. Хасаншин, Р.Р. Технология обработки древесных частиц путем термомодифицирования / Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова (Салимгараева) [Текст] И Лесной комплекс в XXI веке: Материалы 1-й междуяарод. науч.-техн. интернег-конф. / КНИТУ. - Казань. - 2013. - С. 37-42.

Казанский национальный исследовательский технологический университет

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование

деревопереработки

На правах рукописи

04201453289

Салимгараева Регина Викторовна

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор САФИН Р.Р.

Казань - 2013

<

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ • ' 4

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ 13

1.1. Влияние специфических свойств древесного наполнителя

на качество композиционного материала 13

1.2. Анализ математических методов описания процессов, протекающих при термической и тепловой обработке древесины 31

1.2.1. Анализ методов математического описания процесса термической обработки древесины 31

1.2.2. Анализ математических моделей процессов тепломассогхереноса

в барабанных аппаратах 37

Выводы 46

Постановка задачи исследования 47

Глава II. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В СРЕДЕ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ 49

2.1. Физическая картина процесса 49

2.2. Формализация процесса ' 52

2.3. Математическое описание процесса термомодифицирования древесного наполнителя в барабанном аппарате 53

2.4. Алгоритм расчета процесса термомодифицирования

древесного наполнителя в барабанных аппаратах 64

Выводы 67

Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ 68

3.1. Экспериментальная установка для исследования процессов термомодифицирования измельченной древесины 68

3.2. Экспериментальная установка для охлаждения

термомодифицированной измельченной древесины 71

3.3. Древесное сырье, применяемое при проведении экспериментальных исследований 72

3.4. Исследование физических параметров измельченной древесины 73

3.5. Моделирование процессов термомодифицирования

измельченной древесины 77

Выводы 90

Глава IV. АПРОБАЦИЯ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ В ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОМ КОМПОЗИТЕ 92

4.1. Полимерные материалы, используемые в производстве ДПК 92

4.2. Экспериментальные исследования образцов ДПК на основе термомодифицированного древесного наполнителя 101

4.2.1. Исследование механических свойств образцов ДПК 101

4.2.2. Исследование образцов ДПК на водопоглощение и морозостойкость 108

4.3. Усовершенствованная технология производства

древесно-полимерных композитов 112

4.4. Пилотные испытания технологического процесса производства древесно-полимерных композитов на основе термомодифицированного наполнителя 115 Выводы 118 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ . 123 ЛИТЕРАТУРА 126 ПРИЛОЖЕНИЕ 144

ВВЕДЕНИЕ

Производство композиционных материалов на основе древесины является динамично развивающейся отраслью глубокой переработки древесины. Возникла эта отрасль в связи с необходимостью расширения сфер использования возобновляемых ресурсов - древесины, а также стремлением максимально использовать отходы деревообработки. При этом сравнительно новым направлением развития рынка древесно-наполненных композиционных материалов является производство древесно-полимерных композитов (ДПК).

Актуальность исследования. Сегодня ДПК широко распространены в США, Канаде, Сингапуре, Китае и активно завоевывают популярность в Европе. Спектр их применения самый разнообразный. Начиная с отделки загородной недвижимости: внутреннего оформления домов," при строительстве террас, балконов, беседок, парковых лавочек и заканчивая отделкой полов и стен офисных зданий и торговых помещений.

В настоящий момент разработкой композиционных материалов в основном занимаются специалисты-химики, которые улучшают свойства ДПК с позиции изменения характеристик полимера и его адгезии с древесиной, где были достигнуты серьезные результаты. Однако учитывая, что древесина занимает не менее 30% от общей массы композиционного материала, пренебрегать ее свойствами нельзя. Недостатками древесины, используемой в производстве композиционных материалов, является то, что со временем она синеет, плесневеет, при попадании влаги разбухает, что приводит к снижению механических свойств материала. К тому же, при перемешивании древесного наполнителя со связующим их нагревают до 160180 °С, что приводит к выделению газов из древесины, в результате чего в материале образуются микропоры, которые также снижают механические свойства ДПК. Поэтому была поставлена задача улучшения свойств

композиционных материалов путем модифицирования древесного наполнителя.

В области переработки древесины известна технология термического модифицирования пиломатериалов, в процессе которой происходит разложение гемицеллюлозы на реактивные молекулы меньшего размера, что позволяет существенно снизить гигроскопичность, повысить биостойкость, долговечность, устойчивость к воздействию высокой температуры, добиться отсутствия усушки и снизить величины коробления в условиях переменной влажности.

Поэтому актуальной представляется исследование процессов термического модифицирования древесного наполнителя в производстве композиционных материалов и разработка соответствующей технологии, позволяющей добиться отсутствия микропор, повысить размерную стабильность и эксплуатационные характеристики ДГЖ.

Настоящая работа выполнялась при поддержке гранта Академии наук РТ для молодых ученых № 03-37/2011 «Технология термической обработки древесины в среде топочных газов».

Степень разработанности проблемы. Проблемам исследования свойств древесины как древесного наполнителя в производстве композиционных материалов посвящены многие работы зарубежных и отечественных ученых. Вопросам воздействия высокочастотной плазмы пониженного давления на физические свойства, химический состав и структуру древесного наполнителя посвящена диссертационная работа Л.И. Аминова (Россия); вопросам влияния влажностных деформаций на прочность композиционного материала на минеральном вяжущем - работы A.B. Белова, И.Х. Наназашвили, Т.Д. Диброва (Россия); вопросам теплопереноса в технологиях термообработки древесины, теплофизических свойств древесины, математического моделирования процессов тепло- и влагопереноса древесины - работы П.С. Серговского, А.И. Расева (Россия), Nencho Deliiski (Bulgaria); вопросам влияния термообработки на химические

и эксплуатационные свойства древесины - работы Danica Kacikovâ, Frantisek Kacik, Ladislav Dzurenda (Slovakia) и Vincent Repellin (France), Anna Koski (Finland), E.A. Беляковой, Е.Г. Владимировой, Д.А. Ахметовой, П.А. Кайнова, А.Р. Шайхутдиновой, Т.Е. Кувик (Россия).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и обоснование технологии термического модифицирования древесного наполнителя, позволяющей получать композиционный материал с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Изучение состояния проблемы термического модифицирования древесного наполнителя.

2. Разработка технологии термомодифицирования древесного наполнителя в условиях барабанных аппаратов.

3. Разработка математической модели и алгоритма расчета процессов термомодифицирования измельченной древесины в условиях барабанных аппаратов.

4. Изучение изменения физических свойств измельченной древесины в зависимости от температуры и времени обработки с целью определения недостающих для математического моделирования параметров.

5. Моделирование процессов термомодифицирования древесного наполнителя в условиях барабанных аппаратов с целью выявления рациональных режимов и технических параметров оборудования.

6. Исследование эксплуатационных свойств композиционного материала, полученного на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

Предмет и объект исследования. Предметом исследования является технология термомодифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК. Объектом исследования являются измельченная древесина и

композиционный материал на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса теплопереноса в газообразной среде и её теплообмена с материалом, и теплопереноса внутри самого материала в ходе высокотемпературной обработки. Для поставленной цели в работе использованы методы математического и физического моделирования. Теоретической базой исследований являлись работы ученых по исследованию свойств древесины как наполнителя в производстве композиционных материалов, влияние термомодифицирования древесного наполнителя на эксплуатационные свойства композиционного материала, а - также исследования физико-механических свойств композиционного материала. Эмпирическую основу составляли исследования физических и механических свойств объекта исследования, таких как: насыпная плотность и угол естественного откоса термомодифицированного древесного наполнителя, водопоглощение, морозостойкость, прочность при сжатии, растяжении и статическом изгибе ДПК.

Научные результаты, выносимые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты.

1. Энергосберегающая технология термического модифицирования древесного наполнителя.

2. Математическая модель процессов термомодифицирования измельченной древесины, позволяющая определить параметры технологического оборудования для её термообработки и охлаждения.

3. Механизм изменения физических свойств измельченной древесины в зависимости от температуры и времени обработки с целью определения недостающих для математического моделирования параметров.

4. Рациональные режимные параметры ведения процесса термомодифицирования древесного наполнителя по результатам математического моделирования и экспериментальных исследований.

5. Результаты исследования эксплуатационных свойств композиционного материала, полученного на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

6. Результаты промышленной апробации технологии термического модифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК.

Научная новизна результатов работы. Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на обработку древесного наполнителя путем термомодифицирования:

1. Впервые исследован процесс термомодифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК. Разработана энергосберегающая технология термического модифицирования древесного наполнителя.

2. Разработана математическая модель процессов термомодифицирования измельченной древесины, позволяющая определить параметры технологического оборудования для её термообработки и охлаждения. Определены рациональные технологические параметры процесса.

3. Впервые экспериментально определены эксплуатационные свойства композиционного материала, полученного на основе древесного наполнителя, прошедшего термомодифицирование, и полимера в качестве связующего.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость представленной работы заключается в математической модели, адекватность которой установлена в ходе проведения экспериментальных исследований. Математическое описание позволяет определять режимные параметры исследуемого процесса термомодифицирования древесного наполнителя; устанавливать физические характеристики объекта

исследования и влияние отдельных факторов на процессы термомодифицирования.

Практическая значимость работы заключается в разработке технологии термомодифицирования измельченной древесины в барабанных аппаратах, в определении влияния основных параметров оборудования на характеристики обрабатываемого материала, в установлении зависимости прочностных характеристик ДПК от режимов обработки древесного наполнителя.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)», п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» и п. 4 «Разработка операционных технологий и процессов в производствах: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит, строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке древесины» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались на научных сессиях по технологическим процессам ФГБОУ ВПО «КНИТУ» (Казань, 2010-13 г), на 1Х-й Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в 21 веке» (Казань, 2010 г), на У-й Российской научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2011 г), на международных конференциях «ММТТ-24» (Саратов, 2011 г), «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (Санкт-Петербург, 2011 г), «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2011), «ММТТ-25» (Волгоград, 2012 г), на У1-ой Международной научной

конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2012 г), на научной школе «Технические решения и инновации в технологиях переработки полимеров и - композиционных материалов» (Казань, 2012 г.), на 1-ой Международной научно-технической интернет-конференции «Лесной комплекс в XXI веке» (Казань, 2013 г.).

Проведены опытно-промышленные испытания по

термомодифицированию измельченной древесины в барабанной камере в среде топочных газов с последующим изготовлением опытной партии террасных досок.

Материалы диссертации применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплине «Теоретические основы тепловой и термической обработки биомассы» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250400 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».

Личное участие автора состоит в выборе темы и разработке основных идей диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлен Экспериментальный стенд для исследования процессов, протекающих при термическом модифицировании древесного наполнителя, и выполнены эксперименты. Автором проведено математическое моделирование исследуемых процессов, проанализированы полученные результаты. Автор разработал способ термической обработки древесины (Пат. № 2453425). Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве статей.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 1 патент РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит [2, 3, 5, 12] - разработка конструкций промышленных аппаратов; [1, 4, 7, 8, 10, 14, 19, 23] -математическое описание процесса термомодифицирования древесного

наполнителя; [11, 18] — создание экспериментальной установки, получение и обработка экспериментальных данных; [6, 9, 16, 17, 20, 21, 24] - разработка технологии термомодифицирования древесины в среде топочных газов; [13, 15,22] — создание нового композиционного материала.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

В первой главе проведен анализ специфических свойств древесного наполнителя и его влияние на качество композиционного материала, в результате чего поставлены задачи по исследованию процессов высокотемпературной обработки древесного наполнителя в барабанных аппаратах, анализу влияния высоких температур на физические свойства измельченной древесины, как объекта термообработки.

Во второй главе представлены физическая картина, математическая модель и алгоритм расчета процесса термомодифицирования измельченной древесины в барабанных аппаратах.

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки; результаты математического и физического моделирования исследуемого процесса термомодифициров