Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Материалы. Конструкции. Технологии»
Получение и исследование свойств пластика без связующего на основе волокна конопли технической
Опубликована: 2023-11-20
Выпуск
Раздел
МАТЕРИАЛЫ
  • А. С. Ершова Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)
  • А. В. Савиновских Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)
  • А. В. Артёмов Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)
  • В. Г. Бурындин Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)
  • К. В. Садыкова Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)

Аннотация

Анализ литературных источников показал, что в России все чаще говорят о восстановлении отрасли коноплеводства. Рассматривается широкий спектр применения технической конопли. Предполагается возможность использования волокна технической конопли для получения материалов на основе пластиков без связующего (ПБС). Выполненные ранее исследования свидетельствуют о том, что применение модификаторов для пресс-сырья влияет на прочностные показатели и водостойкость пластиков. Также для увеличения текучести исходного пресс-сырья возможно использование пластификаторов на примере карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и ее солей.
Цель данной работы – установление закономерностей влияния модификатора в виде раствора сульфата меди (медного купороса) и пластификатора на основе КМЦ на физико-механические свойства ПБС. Было установлено, что с увеличением расхода пластификатора происходит увеличение прочностных показателей (прочности при изгибе и твердости) и водостойкости (водопоглощения и разбухания). С ростом расхода модификатора твердость ПБС увеличивается на 14,2 %, но показатели водостойкости имеют обратную тенденцию и уменьшаются в среднем до 50 %. На прочность при изгибе заметное влияние оказывает содержание КМЦ в исходном пресс-сырье. Максимальные значения данного показателя достигаются при максимальной концентрации КМЦ и минимальном расходе медного купороса. Физико-механические свойства ПБС, полученного из пресс-сырья на основе модифицированного и пластифицированного волокна технической конопли, соответствуют свойствам ПБС на основе традиционного недревесного растительного пресс-сырья (шелуха пшеницы).


Выполненной математической оптимизацией определены интервалы варьируемых факторов: температура прессования – 182,8 °С, расход медного купороса – 3,6÷16,4 %, концентрация КМЦ – 1,084 %. Полученные результаты позволяют инициировать дальнейшие исследования в данной области.

Биографии авторов

А. С. Ершова, Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)

аспирант кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург. Область научных интересов – переработка растительного и древесного сырья, получение композиционных материалов. Автор 16 научных публикаций.

А. В. Савиновских, Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)

кандидат технических наук, доцент кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург. Область научных интересов – переработка растительного и древесного сырья, получение композиционных материалов. Автор 84 научных публикаций.

А. В. Артёмов, Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)

кандидат технических наук, доцент кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург. Область научных интересов – переработка растительного и древесного сырья, получение композиционных материалов. Автор 98 научных публикаций.

В. Г. Бурындин, Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)

доктор технических наук, профессор кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург. Область научных интересов – переработка растительного и древесного сырья, получение композиционных материалов. Автор 118 научных публикаций.

К. В. Садыкова, Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург)

магистр по направлению «Химическая технология» кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств и переработки полимеров, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург. Область научных интересов – переработка растительного сырья. Автор двух научных публикаций.

Литература

1. Исламгулов Д. Р., Бикбаева Г. Г. Состояние и перспективы развития коноплеводства // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (56). С. 36–40. DOI: 10.31563/1684-7628-2020-56-4-36-40
2. Ивановс С., Адамовичс А., Руциньш А. Расширение возможностей использования продукции индустриальной конопли // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 91. С. 118–126.
3. Новиков Э. В., Алтухова И. Н., Басова Н. В. Анализ показателей качества технической конопли, линии для ее переработки и однотипной пеньки // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020. Т. 14, № 2. С. 34–40. DOI: 10.22314/2073-7599-2020-14-2-34-40
4. Серков В. А., Кабунина И. В. К аспекту нормативно-правового регулирования выращивания и переработки конопли посевной в России // Международный сельскохозяйственный журнал. 2022. № 1 (385). С. 99–102. DOI: 10.55186/25876740_2022_65_1_99
5. Галушина П. С. Опыт применения семян конопли в продуктах питания // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 79-6. С. 153–156. DOI: 10.18411/trnio-11-2021-278
6. Панова А. В. Отрасль коноплеводства в России: проблемы и перспективы в условиях смены технологических укладов // Международные научные исследования. 2020. № 3-4 (44-45).
С. 35–41. DOI: 10.34925/JISR.2021.45.4.006
7. Попов Р. А. Состояние, проблемы и возможности для развития отечественного коноплеводства // Агротехника и энергообеспечение. 2019. № 4 (25). С. 42–52.
8. Лиходеевский А. В. К вопросу о возрождении незаслуженно забытых технологий: техническая конопля // Теория и практика мировой науки. 2021. № 3. С. 29–38.
9. Бондарев Д. А. Перспективы использования конопляных волокон // Forest complex today, view of young researchers: forest industry and engineering, landscape architecture, woodworking technology, management and economics: Proceedings of the International scientific and practical conference, Saint-Louis, 16.01.2017. Saint-Louis: Publishing House Science and Innovation Center, Ltd., 2017. С. 34–37.
10. О коноплеводстве и технико-экономический анализ линий для переработки промышленной конопли в однотипное волокно / Н. В. Басова, Э. В. Новиков, И. В. Ущаповский, А. В. Безбабченко // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2019. № 2 (380). С. 58–63.
11. Смирнова Т. В., Барабанщикова И. С. Лубяные волокна (на примере конопли) в мире и России: история и перспективы развития // Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX). 2020. № 1. С. 10–14. DOI: 10.47367/2413-6514_2020_1_10
12. Asim S. Hemp fiber and its composites – A review // Journal of Composite Materials. 2012. Vol. 4, no. 8. Рp. 973–986.
13. Full exploitation of Cannabis sativa as reinforcement/filler of thermoplastic composite materials / P. Mutjé, A. Lòpez, M. E. Vallejos [et al.] // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2007. Vol. 38, no. 2. Pp. 369–377. DOI: 10.1016/j.compositesa.2006.03.009
14. Yamamoto T., Medina L., Schledjewski R. Tensile properties of natural fiber reinforced thermoset composites // Adv. Compos. Lett. 2005. Vol. 14. Pp. 29–34.
15. Khoathane M. C., Vorster O. C., Sadiku E. R. Hemp fiber reinforced 1-pentene/polypropylene copolymer: The effect of fiber loading on mechanical and thermal characteristics of the composites // J. Reinf. Plast. Comp. 2008. Vol. 27. Pp. 1533–1544.
16. Wambua P., Ivens J., Verpoest I. Natural fibres: Can they replace glass in fibre reinforced plastics? // Composites Science and Technology. 2003. Vol. 63, no. 9. Pp. 1259–1264. DOI: 10.1016/S0266-3538(03)00096-4
17. Hull D., Clyne T. W. An introduction to composite materials // New York, USA: Cambridge University Press, 1996. 326 р.
18. Биоповреждение и защита древесины и бумаги / Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков, С. А. Шевцова, Н. Е. Темникова // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, № 8. С. 192–199.
19. Лукаш А. А., Романов В. А. Инновационные технологии в деревообработке // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Материалы. Конструкции. Технологии». 2017. № 3. С. 80–86.
20. Оценка стабильности эксплуатационных показателей теплоизоляционных композитов по результатам натурных стендовых испытаний / И. В. Сусоева, Т. Н. Вахнина, Ю. Б. Грунин, А. А. Титунин // Строительные материалы. 2021. № 4. С. 58–66. DOI: 10.31659/0585-430X-2021-790-4-58-66
21. Придание антимикробных свойств утеплителям из волокон конопли и шерсти / Б. Ж. Ниязбеков, М. Б. Отыншиев, И. М. Джуринская, А. К. Тлеубеков // Вестник Алматинского технологического университета. 2018. № 4. С. 61–66.
22. Мамырханов Ә. Т., Джуринская И. М., Логинова Л. В. Разработка композиции для антимикробной отделки текстильных материалов на основе настойки эвкалипта, мочевины и сульфата меди // Студенческий вестник. 2021. № 16-6 (161). С. 26–29.
23. Использование сульфата меди для получения биостойких растительных пластиков / А. В. Савиновских, А. В. Артемов, А. Е. Шкуро [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2020. № 3. С. 61–81. DOI: 10.15593/2224-9400/2020.3.05
24. Исследование влияния сульфата меди на физико-механические свойства пластика на основе опилок лиственницы / М. Е. Сафонова, А. Д. Герасимова, О. В. Быкова [и др.] // Химия. Экология. Урбанистика. 2021. Т. 4. С. 48–53.
25. Садыкова К. В., Аннамова А. А., Ершова А. С. Исследование возможности получения растительного пластика без связующего из костры конопли // Научное творчество молодежи – лесному комплексу России: материалы XVII Всероссийской (национальной) научно-технической конференции (Екатеринбург, 5–17 апреля 2021). Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2021. С. 407–410.
26. Савиновских А. В., Артёмов А. В., Бурындин В. Г. Влияние модификаторов на физико-механические свойства древесных пластиков без добавления связующих // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. 2016. Т. 20, № 3. С. 55–59.
27. Карбоксиметилцеллюлоза: перспективы производства и возможные области практического применения / Ш. А. Йулдашев, Т. С. Сайпиев, А. А. Сарымсаков, С. Ш. Рашидова // Композиционные материалы. 2010. № 3. С. 63–71.
28. Исследование съедобной упаковки на основе яблочного пюре с добавкой пластификатора карбоксиметицеллюлозы / А. В. Демидова, Н. В. Макарова, Д. Е. Быков [и др.] // Пищевая промышленность. 2016. № 12. С. 8–11.
29. Исследование способности к карбоксиметилированию макулатуры бумажной специальной (МСБ) / И. А. Блинова, И. О. Шаповалова, А. В. Вураско, О. В. Стоянов // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18, № 1. С. 218–220.