14 Древесная мука
Древесная мука представляет собой тонкоизмельченную и высушенную древесину волокнистой структуры. Используется для усиления полимерных материалов. Изготавливается древесная мука преимущественно из мягкой древесины хвойных пород (ель, пихта, сосна), Древесина, содержащая значительное количество масел, например, кедр, непригодна. Древесная мука изготавливается из опилок, щепы и стружки размолом на жерновой мельнице и внешне похожа на пшеничную муку. Древесина в процессе производства древесной муки практически не подвергается химическим превращениям. Химический состав древесной муки соответствует составу исходной древесины и содержит в качестве основных компонентов целлюлозу и лигнин, древесную муку можно считать полностью натуральным природным материалом.
Обычно для наполнения полимеров используется мука с размером частиц 40 (348 мкм), 60 (212 мкм) и 80 (158 мкм) меш, но выпускается мука и более тонкого помола с размером до 140 меш (44 мкм). Древесную муку используют в составе комплексных наполнителей (в сочетании с минеральными) для направленного регулирования свойств материалов.
Древесина – высококачественный наполнитель, характеризующийся низкой плотностью, достаточной прочностью, высокой демпфирующей способностью, хорошей адгезией к связующим, низкой теплопроводностью.
Волокнистая структура частиц древесины пориста и неоднородна, в ней различают капилляры (открытые и закупоренные), фибриллы и межфибриллярное пространство (рисунок 14.1). Пропитка волокнистых частичек связующими происходит через торцевые поверхности, при этом связующее проникает не только в межчастичное пространство, но и в межфибриллярное и в капилляры (открытые). Возможность проникновения связующего в капилляры и межфибриллярное пространство определяется соотношением размеров элементов частицы и молекул пропитывающего состава, а также наличием влаги в элементах частицы. Для частиц древесной муки характерны следующие размеры: длина 0,1-2,0 мм, ширина и толщина менее 0,25 мм, диаметр капилляров составляет 33 мкм для частичек муки из ели и сосны, 41 мкм – пихты.
1 – частица древесины лиственных пород; 2 – частицы древесины хвойных пород с открытыми капиллярами; 3 - частицы древесины хвойных пород с закупоренными капиллярами; 4 – межчастичное пространство, заполненное связующим; 5 – граница раздела на наружной поверхности частицы; 6 – граница раздела на капиллярной поверхности;
7 – торец фибриллы
Рисунок 14.1 – Модель волокнистой структуры частиц древесины
Частицы древесной муки характеризуются удельной наружной поверхностью Sнар, которая изменяется в зависимости от размера частиц. Например, для древесной муки из опилок и стружки ели с размером частиц 0,25 мм Sнар = 212 м2/кг, а для частиц в размером 4,6 мм Sнар = 8,1. Для волокнистой структуры древесины характерны еще два типа удельной поверхности: внутренняя капиллярная (Sк) и межфибриллярная (Sм). Значения Sк и Sм определяют степень проникновения связующего внутрь древесного наполнителя (т.е. степень наполнения и качество пропитки наполнителя, величину межфазного слоя и его структуру и свойства) и также изменяются в широких пределах, в зависимости от природы древесины (от 173 м2/г для сосны до 215 м2/г для осины).
Важным показателем для частиц древесной муки является влажность, т.к даже размеры частиц могут значительно увеличиваться при повышенном содержании влаги, кроме того влага находится и в капиллярах и в межфибриллярном пространстве, что как правило требует тщательной сушки наполнителя перед совмещением со связующим.
Свойства частиц древесной муки определяется породой древесины, возрастом и местом расположения частицы в стволе. Плотность, кроме этого, сильно зависит от влажности, например, для сухой древесной муки из ели плотность равна 0,42 г/см3, а при 8%-ной влажности уже 0,437 г/см3; для сухой древесной муки из сосны 0,47 г/см3, при 8%-ной влажности – 0,491 г/см3.
Насыпная плотность древесной муки зависит от многих факторов (влажность, размеры и формы частиц, порода древесины) и находится в пределах 0,100 – 0,220 г/см3. Древесная мука обладает выраженными сорбирующими свойствами, а также тиксотропными качествами (мажется, но не течет).
Характер разрушения при механическом нагружении древесины хрупкий. Прочность при растяжении вдоль волокон древесины из сосны составляет 103 МПа, из ели 100 МПа, из пихты 65,5 МПа; прочность при сжатии 45, 39, 34,5 МПа соответственно.
Основными недостатками древесной муки являются низкие влаго-, тепло- и химстойкость.