CC BY
11
УДК 677.11.021
Л.А. ЧУРСША, 1.О. МеНЯЙЛО-БАСИСТА, СО. БОГОМОЛОВ
Херсонський нацюнальний техшчний унiверситет
НАУКОВЕ ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГИ ПЕРВИННО1 ПЕРЕРОБКИ ЛУБ'ЯНИХ ВОЛОКОН ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ ЦЕЛЮЛОЗОВМ1СНИХ
НАП1ВФАБРИКАТ1В Пов1домлення 1
Украгнсъкий ринок може бути заповнений втчизняною целюлозною продукщею при умов1 розроблення технологи та оптим1зацИ процесгв первинног переробки стебел трести лъону олшного для одержання волокон з ргзними фгзико-хгмгчними та ф1зико-мехатчними характеристиками, як у подалъшому придатш для одержання ргзних типгв матергалгв для застосування в целюлозно-паперовш, полгграфгчнт, текстилънш промисловостях та у виробництвi композицшних матергалгв.
У зв'язку з вищевикладеним, важливим i актуалъним завданням е розроблення вiтчизняних технологт первинног переробки луб 'яних волокон для одержання целюлозовмкних напiвфабрикатiв та встановлення критерИв, за якими сировина iз луб 'яних кулътур буде придатною для одержання тих чи iнших целюлозних виробiв широкого промислового застосування.
У резулътатi до^дженъ, направлених на встановлення таких параметрiв, розроблено специфiчну технологт, яка гарантуе одержання необхiдних критерИв, що тдтверджено виробничими випробуваннями.
Ключовi слова: луб'янi кулътури, фiзико-хiмiчнi показники, фiзико-механiчнi показники, целюлозовмiсна сировина, композицiйнi матерiали.
LA. CHURSINA, I.O. MIENIAILO-BASYSTA, E.O. BOGOMOLOV
Kherson National Technical University
SCIENTIFIC BASIS OF THE TECHNOLOGY PRIMARY PROCESSING BAST FIBERS TO PRODUCE CELLULOSE SEMI-FINISHED PRODUCTS
Message 1
Abstract
Ukrainian market may be filled with domestic pulp production of provided technology development and process optimization ofprimary processing stems of oilseed flax retting straw for fibers with different physical-chemical and physical-mechanical properties, which are further suitable for different types of materials for use in the pulp and paper, printing, textile industries and in the manufacture of composite materials.
In connection with the above, an important and urgent task is the development of domestic technologies of primary processing of bast fibers to produce cellulose semi-finished products and establish criteria by which the raw material from fiber crops will be suitable for those or other cellulosic products wide range of industrial applications.
As a result of studies aimed at establishing such parameters developed specific technology, which ensures the necessary criteria, as confirmed by production testing.
Keywords: fiber crops, physical-chemical parameters, physical-mechanical parameters, cellulose materials, composite materials.
Постановка проблеми
У даний час, пор1вняно 3i свгговим р1внем, ефектившсть тдприемств легко! промисловосп Укра!ни досить низька. Це спричинено низькою продуктивною пращ та великими затратами на виробництво продукци. Так, товари, яш випускають в т.ч. тдприемства, значно поступаються за яшстю i кшьшстю продукци розвиненим кра!нам [1]. Таким чином, актуальним питаниям е розвиток техшчного i технолопчного переоснащення тдгалузей легко! промисловосп. Доцшьним е збшьшення посiвiв льону олшного на твдт Укра!ни та посiвiв льону-довгунця i конопель на Полюй, Прикарпатп, Буковиш, а також одержання целюлозовмюних нашвфабрикапв iз луб'яних волокон. Виготовлеш з тако! сировини целюлоза, пашр чи картон можуть складати основу композицшних матерiалiв. На сьогодшшнш день целюлоза е найбшьш розповсюдженим природним полiмером, який залишаеться одним з головних i найважливших видiв вихвдно! сировини в паперовiй, полiграфiчнiй, текстильнш промисловостях та виробництвi пол1мерних композицшних матерiалiв.
Останнiм часом науковцiв i виробник1в усього свiту значно приваблюють луб'янi культури як сировина для отримання цiло! низки целюлозовмюних матерiалiв, таких як: неткане полотно, наповнювачi для композитiв, целюлоза, вата, кручеш вироби, екологiчне прядиво тощо. Ниш, вс
перераховаш вище матерiали отримано з льняно! та конопляно! соломи в лабораторiях кафедри товарознавства, стандартизаци та сертифжацп Херсонського нацiонального технiчного ушверситету [2], але для виробничого впровадження розроблених технологiй необхвдно встановити критерп, за якими сировина iз луб'яних культур буде придатною для одержання тих чи iнших целюлозних виробiв. Перш за все, на нашу думку, необхщно встановити фiзико-механiчнi параметри, за якими лляне або конопляне волокно можна застосовувати у технолопях одержання композитiв, паперу, нетканого полотна або вати, а попм у процес первинно! переробки лляно! i конопляно! соломи створювати специфiчнi технологи одержання луб'яних волокон, яш були б придатш для рiзних тишв виробiв.
Аналiз останнiх досл1джень i публiкацiй
Теоретичнi основи первинно! переробки стебел луб'яних культур розроблеш 1патовим О.М. [3], Центральним науково-дослвдним шститутом луб'яних волокон [4], а також 1нститутом луб'яних культур Нацiонально! академи аграрних наук Укра!ни [5]. Не дивлячись на те, що щ розробки мали б велике значения для визначення технологi! та обладнання переробки стебел луб'яних культур для одержання целюлозовмюних матерiалiв, на даний час вiдсутнiй серiйний випуск такого обладнання. Крiм того, одержане за даною технолопею волокно мае закостриченють (не вiддiлену i насипну деревину) 37-40%, що обмежуе сферу його застосування. Також вiдомi роботи з очищення i роздiлення волокна льону ол1йного, виконанi Римським дослiдним центром (ЬйШй Poligrafico e Zecca dello Stato) в Iталi! [6]. Але закутвля дано! лiнi! в Ггалп викликае велик! додатковi валютнi витрати. У роботах науковцiв Костромського державного технолопчного унiверситету (Рос!я), Пашина Е.Л. i Федосово! Н.М., наводяться тшьки схеми обробки стебел соломи льону, але не розкриваеться мехашзм в^дшення костри ввд волокон, що е основною технолопчною операцiею механiчно! обробки [7].
Ашл!з юнуючих зарубiжиих та вггчизняних технологiй переробки стебел луб'яних культур дав змогу визначити обладнання, яке забезпечить обробку обраного виду сировини. Але, для одержання волокон з необхщними якюними показниками, технолопчний процес первинно! переробки стебел трести на даному устаткуваннi потребуе удосконалення та визначення параметрiв i режимiв його експлуатацi!.
Формулювання мети дослвдження Основною метою дослвджень е розроблення шновацшно! технологi! первинно! переробки луб'яних волокон для одержання целюлозовмюних матерiалiв р!зного функцiонального призначення.
Викладення основного матерiалу
Наукове обгрунтування первинно! переробки луб'яних волокон для одержання целюлозовмюних матерiалiв можна прошюструвати алгоритмом, який наведено на рис. 1.
Ви6!р луб'яно! сировини (конопляна чи лляна солома)
Визначення фiзико-механiчних параметрiв волокна придатного для вибраного типу виробу
Розроблення специфiчно! технологi! первинно! переробки луб'яно! сировини
Одержання волокна придатного для виготовлення в и роб ¡в рпномаштного иризначення
Саштарно гiгiенiчнi вироби
Рис. 1. Алгоритм одержання луб'яноТ сировини для целюлозовмкних вироб1в
Як приклад, наведемо застосування зображеного на рис. 1 алгоритму для одержання композицшних матерiалiв.
У результат дослвджень, проведених в умовах пвдприемства ДП «Пластмас» ТОВ «ТД Пластмас--Прилуки» (м. Прилуки Чершпвсько! областГ), було виготовлено експериментальнi зразки композицшних матерiалiв, у яких в якосп наповнювача використовували волокно льону олшного. Багатоекспериментальнi дослвдження показали, що целюлозний наповнювач повинен мати наступнi фiзико-хiмiчнi та фiзико-механiчнi властивостi (табл. 1).
Таблиця 1
Показники якостi целюлозних мамовмшвач1в для композицшних матерiалiв
Фiзико-хiмiчнi (ГОСТ 595-79)
Масова частка а-целюлози, % 97-98
Змочувашсть, г 130-140
Масова частка води, % 10,0
Масова частка золи, % 0,3
Масова частка залишку, який не розчинився в йрчанш кислотi, % 0,3 - 0,5
Фiзико-механiчнi (ГОСТ 5556-81, ГОСТ 9571-89, ГОСТ 6501-82, ГОСТ 3914-89)
Середня масодовжина, мм 15-25
Масова частка кострищ та смггних домшок, % 0,05 - 1,5
Лiнiйна щшьшсть, текс 0,4-0,8
Таким чином, щоб волокно льону олiйного стало придатним для застосування в композицiйних матерiалах i ним можливо було б замшити дороге iмпортоване бавовняне волокно, воно повинно мати необхвдш фiзико-хiмiчнi та фiзико-механiчнi показники. Для одержання таких параметрiв на стадп первинно! переробки соломи луб'яних культур необхщно застосувати специфiчну технологш, яка гарантуе одержання необхiдних критерив.
Науковцями Херсонського нащонального технiчного унiверситету було розроблено таку технологш для переробки стебел соломи льону олшного (рис. 2).
ГБдсушування стебел трести на сушильнш машиш СКП-10КУ1
ВОЛОКНО ЛЬОНУ ОЛШНОГО
Розстилання з iнтенсифiкацiею бiологiчного видалення супутникiв целюлози
Обробка стебел трести на модернiзованому КПАЛ
СТЕБЛА ТРЕСТИ ЛЬОНУ ОЛШНОГО
Очищення волокна на чесальнш машиш Ч-600-Л
Очищення волокна на чесальнш машиш ЧМД-5
ЦЕЛЮЛОЗНЕ ВОЛОКНО, ПРИДАТНЕ ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ КОМПОЗИЦ1ЙНИХ ПРЕПАРАТ1В
Рис. 2. Технологiя первинноТ переробки луб'яних волокон для одержання целюлозовмкних натвфабрика^в
Зпдно з розробленою технолопею, треста льону олшного, отримана в результата штенсифжацп бiологiчного видалення супутникiв целюлози Í3 застосуванням штучного зволоження хiмiчними композицiйними препаратами, пiсля рулонорозмотувача подаеться на транспортер сушарки СКП-10КУ1. У нш вiдбуваеться пiдсушування трести до вологосл 6-8 %, яке сприяе ефективному вiддiленню волокна вiд деревини. Попм стебла трести надходять на переробку в м'яльну машину куделеприготувального агрегату, а далi - на тшальний модуль машини «Charle». Доочищення волокна здiйснюеться на трясильних машинах iз верхнiм i нижнiм гребшними полями. Пiсля переробки на куделеприготувальному агрегатi волокно подаеться на чесальну машину Ч-600-Л, укорочуеться та додатково очищуеться на машинах тонкого чесання ЧМД-5. Оскiльки на стади мехашчно! обробки не вiдбуваеться повного очищення волокна льону олiйного вiд супутниыв целюлози - пектинових речовин i литану, волокна пiддають вологiй обробщ на зволожувальнiй установцi технолопчно! лшп.
Виробничу апробацiю дано! технологи здшснювали на ВАТ «Льонокомбшат Старосамбiрський» (м. Старий Самбiр Львiвсько! областi). Упровадження запропоновано! технологи переробки стебел соломи льону олшного дозволило одержати целюлозне волокно з високими яшсними характеристиками, з якого у виробничих умовах було виготовлено полiмернi композицшш матерiали.
Зразки композитiв для випробувань тдготовлювали методом компресiйного пресування. Основними компонентами для пресматерiалiв були: смола, волокнистий наповнювач, отверджувач i мастила. Пресування здшснювали на розкиднш прес-формi.
Дослщження композитiв, одержаних iз волокна льону олшного, показали, що вони володшть рядом цiнних фiзико-механiчних i хiмiчних властивостей, якi зумовлюють !х подальше використання в народному господарств^ Порiвняння фiзико-механiчних показникiв композицiйних матерiалiв, виготовлених iз волокна льону олiйного, i композипв армованих бавовняним волокном наведено в табл. 2.
Таблиця 2
Показники якостi целюлозних намовнюва'ив для композицшних матерiалiв_
Показники Наповнювач
Бавовняне волокно Волокно льону олшного
Гранична робоча температура, °С 100-110 100-110
Межа мщносп, МПа:
при розтягуваннi 30 50
при стисненш 80 110
при вигинi 50 60
Ударна в'язшсть, кДж/м2 9 10,4
Твердiсть, МПа 250 270
Таким чином, встановлено, що яшсть отриманих полiмерних композипв армованих волокном льону олшного, визначена зпдно з державними стандартами на вщповщну продукцш, вища за яшсть композицшних матерiалiв !з додаванням волокна, яке iмпортуеться в Украшу.
Одержат !з застосуванням волокна льону олшного композити можливо використовувати для виготовлення деталей загального технiчного призначення, що працюють на вигин i кручення (рукоятки, стшки, фланцi, направляючi втулки, шк1ви, маховики тощо).
Висновки
На основ! узагальнення результапв дослщжень теоретично обгрунтовано та експериментально шдтверджено можливють застосування запропоновано! технолог!! первинно! переробки луб'яних волокон для одержання целюлозних матер!ал!в з метою !х використання у виготовленш пол!мерних композипв. Результати дослщжень показують, що волокном льону олшного можливо замшяти шш! натуральш волокшти при формуванш пол!мерних композипв, без втрати !х яшсних показнишв.
Перспективами подальших дослвджень у цьому напрям! е залучення до сшвпращ швестор!в для ефективного впровадження розроблено! технолог!! на шдприемствах легко! ! х!м!чно! промисловосп.
Список використаноТ л^ератури
1. Боршан О. Проблеми розвитку легко! промисловосп в Укра!ш [Електронний ресурс] / О. Боршан // Ефективнiсть бiзнесу в умовах трансформацi! економiки: матерiали конференцi! 23.11.2012. - Режим доступу : http://conf-cv.at.ua/forum/95-928-1.
2. Ипатов А.М. Теоретические основы механической обработки стеблей лубяных культур. Россия: Москва, Легпромбытиздат, 1989.
3. Дербенев А.С. Разработка технологи получения из льняной тресты однотипного ориентированного волокна в ленте: дисс. ...к. т. н. Россия: Кострома, 1983.
4. Плязетдшов Р.Н. Розвиток наукових основ створення шновацшних технологш первинно! переробки луб'яних культур: дис. ... д.т.н. Укра!на: Херсон, 2009.
5. Cappelleto P. L., Assirelli A., Bentini M., Pasini P. Fiber valorization of oilseed flax. Flax and other Bast Plants Symposium, 150 - 151. Poznan, Poland: Institute of Natural Fibres, 1997.
6. Пашин Е.Л., Федосова Н.М. Технологическое качество и переработка льна-межеумка. - Россия: Кострома, ВНИИЛК (Всеросийский научно исследовательский институт лубяных культур), 2003.
