Рассылка

Для того, чтобы получать уведомления о новых номерах журнала, оставьте свой E-mail адрес.



4 номер за 2024 год

Содержание 4 номера
за 2024 год

Формирование неоднородности плотности-прочности грунта при возведении земляного полотна лесовозных автомобильных дорог

В статье проведен анализ проблемы неоднородности плотности грунта при строительстве лесных дорог. Подробно рассматривается, как движение землеройных и уплотняющих машин по свежевыпавшим слоям почвы может привести к неравномерному уплотнению грунта. На степень этой неоднородности значительно влияет технологическая схема работы оборудования, используемого на стройплощадке. Для решения данной проблемы в статье предлагаются два эффективных метода, один из которых заключается в регулировании движения землеройных машин во время отсыпки слоя почвы, что позволяет достичь более равномерного распределения плотности грунта, а другой предполагает использование катков с независимой подвеской, которые обеспечивают более равномерное уплотнение почвы по всей площади дороги. Кроме того, в статье анализируется влияние различных факторов, таких как скорость движения машин, влажность почвы и тип почвы, на физические и механические свойства грунта. Этот анализ важен для понимания того, как изменяются свойства грунта в зависимости от внешних условий и используемой техники. В заключение работы предлагается использовать закон нормального распределения для оценки распределения физических и механических свойств почвы. Это позволяет получить более точную и объективную картину состояния грунта. Качество уплотнения почвы можно оценить с помощью таких статистических показателей, как средние значения, стандартные отклонения и коэффициенты вариации.

Ключевые слова: плотность грунта, лесные дороги,землеройные машины, закон нормального распределения.

Авторы: Боровлев Ю.А., Козлов Д.Г., Скрыпников А.В., Сергеев А.С., Васильев Д.В.

Оценка влияния геометрических параметров прямоугольных шипов и расхода клея на прочность склеивания древесины по длине

Качество клеевых соединений оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства изделий из древесины. Применение новых типов соединений, таких, как соединение по длине на прямоугольные прессованные шипы, требует обоснования выбора его параметров. Основным показателем качества клеевого соединения является его прочность. В число наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на прочность клеевого соединения на прямоугольные шипы, входят размеры шипов и проушин, тип посадки и расход клея. Цель исследования - экспериментальная оценка влияния геометрических параметров прямоугольных шипов малых толщин и расхода клея на прочность соединений по длине при их растяжении и изгибе на примере заготовок из древесины сосны. Исследованы соединения на многократные прямоугольные шипы с шагом 4,3…4,6 мм, толщиной 2,1…2,4 мм, высотой 5,3…11,0 мм, с величиной зазора (натяга) в соединении -0,1…0,2 мм. Прочность образцов определена с использованием стандартизованных методов, по ГОСТ 15613.4 и ГОСТ 15613.5. Для исследования экспериментальных данных применяли методы корреляционного, дисперсионного, регрессионного линейного и нелинейного анализа, оптимизации. Получены и всесторонне изучены эмпирические регрессионные модели влияния длины шипов, посадки и расхода клея на прочность соединений при растяжении и при изгибе. Величина зазора (натяга) оказывает наибольшее влияние на показатели прочности. С увеличением натяга прочность соединения увеличивается. Так, при изменении характеристик посадки с зазора, равного -0,1 мм, до натяга, равного 0,2 мм, прочность соединения на растяжение увеличивается в среднем на 39,3 %. Вторым по значимости фактором является высота шипа; расход клея оказывает наименьшее влияние на показатели прочности. Анализ полученных регрессионных моделей с построением контуров желательности позволил определить диапазон рекомендуемых значений характеристик соединения: натяг 0,05…0,2 мм, высота шипа 6,0…10,6 мм, расход клея не более 120 г/м2. Полученные результаты могут применяться при разработке технологических режимов формирования шиповых соединений на прессованные прямоугольные шипы.

Ключевые слова: сращивание по длине, шиповые соединения, прессование древесины, прямоугольный шип, посадка в соединении, расход клея, прочность склеивания соединения.

Авторы: Рублева О.А., Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е., Васильева Е.С., Ведерников Я.Д.

Анализ технологии изготовления изделий сложной формы из древесины и возможностей ее совершенствования

Статья посвящена обзору современного состояния вопроса в области технологий изготовления изделий сложной формы из древесины. Определены основные преимущества и недостатки технологического процесса фрезерования изделий сложной формы из дерева на станках с ЧПУ. Обнаружены многочисленные исследования, проведенные отечественными и зарубежными авторами, которые посвящены вопросам выбора инструмента, режимов резания, износа инструмента для разных обрабатываемых материалов и инструментов. При этом установлено, что практически отсутствуют комплексные работы, которые бы охватывали всю систему обработки изделий из дерева сложной формы на станках с ЧПУ – от разработки и выявления оптимальных характеристик 3D модели до запуска управляющей программы и изготовления готового изделия. Также установлено, что на сегодняшний день возможности современных средств компьютерного моделирования и симуляции в деревообрабатывающей промышленности используются недостаточно, а операторы станков с ЧПУ, как правило, не имеют научно-обоснованных технологических рекомендаций по выбору инструментов и режимов обработки, особенно при производстве изделий из дерева со сложными рельефами на 3-х и 4-х осевых станках с ЧПУ. Обоснована актуальность и важность дальнейших исследований в данной области, направленных на создание комплексного подхода к оптимизации процесса обработки изделий из дерева сложной формы на станках с ЧПУ.

Ключевые слова: числовое программное управление, изделия из древесины, мебельные товары, 3D моделирование, режущий инструмент, оптимальные режимы, технологические рекомендации.

Авторы: Луценко И.И., Подашев Д.Б.

Влияние температуры обработки на качественные характеристики эфирного масла пихты, полученного экстракцией насыщенным водяным паром

Исследован процесс экстракции хвои пихты сибирской насыщенным водяным паром и осуществлена оценка количественных и качественных показателей получаемого эфирного масла. Проанализирована кинетика выхода масла при температурах обработки 100 °С, 110 °С, 120 °С, 130 °С и 140 °С. Установлено, что максимальное количество выделяемого эфирного масла достигается при 120 °С, при этом при 100 °С и 140 °С наблюдается снижение выхода целевого продукта. Все пробы эфирного масла были проанализированы на соответствие нормативным значениям показателей качества. Органолептический анализ установил, что все полученные образцы проб пихтового масла представляют собой прозрачные жидкости бледно-желтого цвета с характерным сильным древесным запахом. Однако по физико-химическим показателям не все пробы масла удовлетворяют нормативным значениям. Установлено, что эфирные масла, полученные при температурах переработки 110-140 °С, соответствуют требованиям стандартов качества по плотности, углу вращения, показателю преломления, кислотному числу, эфирному числу, число омыления и содержанию борнилацетата. Однако, проведение процесса экстракции при 140 °С приводит к термическому разложению химических элементов эфирного масла, что сказывается на снижении его количественных и качественных характеристик. При температуре среды 100 °С не обеспечивается требуемое качество конечного продукта практически по всем нормативным показателям. Таким образом, экстракцию хвои пихты целесообразно проводить при давлении пара, требуемом для поддержания 120 °С в аппарате, что обеспечит высокий выход эфирного масла надлежащего качества и степени очистки с высоким содержанием ценного компонента - борнилацетата.

Ключевые слова: экстракция, хвоя пихты, давление, температура среды, качество, физико-химические характеристики.

Авторы: Сафин Р.Р., Сафина А.В.

Влияние метода обработки древесного наполнителя на скорость биологического разложения древесно-полимерного композита

В условиях активного развития сельского хозяйства и роста мирового населения все больше внимания уделяется вопросам экологической безопасности и устойчивости использования природных ресурсов. Одной из актуальных проблем современной агропромышленности является повсеместное использование одноразовых пластиковых емкостей для посадки сельскохозяйственных культур, загрязняющих окружающую среду. Одним из перспективных решений данной проблемы является разработка биоразлагаемых материалов, способных заменить традиционные нефтехимические пластики без ущерба для окружающей среды.
Настоящая статья посвящена разработке технологической установки для изготовления биоразлагаемых контейнеров на основе древесно-полимерного композита (ДПК), которые могут использоваться при выращивании сельскохозяйственных культур по принципу закрытой корневой системы. Древесно-полимерный композит состоит из полимерной матрицы – полигидроксибутирата (ПГБ) и древесного наполнителя, обработанного двухступенчатым методом [1], включающим в себя термическую модификацию с последующим озонированием, что позволяет обеспечить лучшую совместимость компонентов, устойчивость материала к нагрузкам и его регулируемую скорость биоразложения в почве.
В рамках исследования была спроектирована и изготовлена установка для производства лабораторного образца биоразлагаемого контейнера, с учетом требований к экструзии и формированию композита, что позволило оптимизировать процесс изготовления. С целью проведения дальнейших исследований авторами был получен образец емкости для посадки сельскохозяйственных культур. Особое внимание уделено изучению скорости биоразлагаемости емкостей в почве. Результаты эксперимента демонстрируют, что процесс биологического разложения емкости в компосте начинается через 7-10 дней и заканчивается в течение 4-6 месяцев, в зависимости от вида обработки древесного наполнителя. Такие сроки разложения делают данный материал перспективным решением для снижения экологической нагрузки и минимализации накопления пластиковых отходов, что в свою очередь подтверждает возможность широкого применения созданного материала для нужд агропромышленного комплекса и способствует развитию принципов зеленой экономики.

Ключевые слова: скорость биоразложения, древесно-полимерный композит, биоразлагаемые контейнеры, двухступенчатая обработка.

Авторы: Аникеева К.Г., Зарипов Р.М., Галяветдинов Н.Р., Хасаншин Р.Р.

Исследование эксплуатационных свойств биокомпозитов на основе ПГБ и древесной муки из отходов обрезки городских деревьев

Реализация эффективных способов утилизация древесных городских отходов обусловлена тенденциями современного производства, действующего в условиях циркулярной экономики и соблюдения требований экологичности городской среды. В статье предложена технология создания биокомпозитов на основе биополимера полигидроксибутерата (ПГБ) и древесной муки, полученной из отходов обрезки городских деревьев. В качестве древесного наполнителя рассмотрены мука древесины сосны, как часто используемая в промышленности для древесно-полимерных композиционных материалов, и мука тополя, как наиболее распространенного вида быстрорастущих древесных пород в г. Казани. Проведен анализ физико-механических и сорбционных свойств биокопозитов на основе ПГБ с тремя видами наполнителей: с натуральной сосновой мукой, с натуральной мукой тополя и с термомодифицированной мукой тополя. Установлено, что использование необработанной древесной муки тополя приводит к получению композитного материала с самыми низкими физико-механическими показателями. Для исключения недостатков низкосортной быстрорастущей древесины тополя, таких как низкая прочность и высокая гидрофильность, предложена термическая модификация муки. Исследованиями установлено, что предварительная термомодификация способствует повышению предела прочности при растяжении образцов биокомпозитов на 18,96 % и предела прочности на изгиб на 7,89 %, а также снижению водопоглощения на 50 % относительно образцов с необработанной мукой тополя. При этом физико-механические и сорбционные свойства биокомпозита с термомодифицированной мукой тополя сопоставимы с качеством биокомпозита на основе муки сосны. Так, предлагаемые решения позволили увеличить ударную вязкость композита на 25,87 % относительно необработанной муки тополя и приблизить этот показатель к составу с сосновой мукой. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования отходов городской обрезки быстрорастущих деревьев в качестве наполнителя для биокомпозитов и могут способствовать решению проблем утилизации городских отходов и экологичного развития городской среды.

Ключевые слова: отходы обрезки деревьев, термическая модификация, полигидроксибутират, биокомпозиты физико-химические свойства.

Авторы: Аникеева К.Г., Сафина А.В., Байгильдеева Е.И., Шагеева А.И.

Динамика плотности древесины в процессе термомодифицирования и ультрафиолетовой обработки

Статья посвящена исследованию динамики плотности древесины в процессе термомодификации и ультрафиолетовой обработки. Проведено исследование влияния различных температурных режимов и продолжительности воздействия на плотность образцов сосны в диапазоне температур от 180 до 240 °C. Применены методы математического моделирования для прогнозирования изменений плотности в зависимости от времени и температурных условий. Результаты показывают, что термомодификация приводит к снижению гигроскопичности и улучшению физико-механических свойств древесины, однако сопровождается уменьшением адгезионных характеристик. Разработана многофакторная модель, описывающая динамику плотности в процессе модификации. В статье предлагаются рекомендации по оптимизации технологических параметров для улучшения качества модифицированной древесины, что может способствовать созданию более устойчивых материалов.

Ключевые слова: плотность, древесина, термическая модификация, ультрафиолетовая обработка, моделирование.

Авторы: Гирфанов А.А., Саерова К.В., Сафин Р.Р., Байгильдеева Е.И.

Разработка технологии переработки древесного сырья для получения биополимеров и продуктов на их основе

Биополимеры являются перспективной альтернативой традиционным материалам, благодаря своим уникальным свойствам. Современные исследования сосредоточены на полиэфире полигидроксибутирате (ПГБ) и ксантановой камеди, синтезируемых бактериями Cupriavidus necator и Xanthomonas campestris соответственно. Однако их широкое коммерческое применение сдерживается высокой стоимостью производственных процессов, что связано, в частности, с использованием углеродных субстратов. Работа направлена на разработку технологии получения ПГБ и ксантана, а также биокомпозитов на их основе из отходов деревообработки. В качестве сырья предполагается использовать продукты кислотного гидролиза древесного материала, содержащие полисахариды и целлолигнин. Для снижения токсичности гидролизата предложена очистка и нейтрализация в комбинации активным углем и анионообменными смолами. В ходе исследования поставлены следующие задачи: анализ существующих подходов к получению биополимеров из древесного сырья, создание математической модели процесса гидролиза, исследование режимов гидролиза древесины и способов очистки гидролизатов, разработка оптимальных условий культивирования микроорганизмов на основе полученной питательной среды и тестирование свойств композитного материала из ПГБ и целлолигнина. Полученные результаты будут использованы для разработки рекомендаций по внедрению технологии на уровне промышленного производства, что обеспечит рациональную переработку древесных отходов, снижение загрязнения окружающей среды и удешевление биополимеров.

Ключевые слова: гидролиз, гидролизат, целлолигнин, культивирование, биополимеры, биокомпозит, биоконтейнеры.

Авторы: Илалова Г.Ф., Ямашев Т.А., Сафин Р.Р., Мингалеева З.Ш.

Получение гибридных древесно-композиционных материалов с карданолсодержащей эпоксидной матрицей

В работе обоснована актуальность поиска и разработки новых древесно-композиционных материалов в том числе и с карданолсодержащей эпоксидной матрицей. Целью работы является получение гибридных древесно-композиционных материалов с карданолсодержащей эпоксидной матрицей, которые могут быть использованы в различных областях человеческой деятельности. Поставленная в работе цель достигается за счет решения задач: по подготовке/изготовлению материалов/компонентов, определению их свойств – плотность, водопоглощение и модуль при статическом изгибе; изготовлению гибридных древесно-композиционных материалов с карданолсодержащей эпоксидной матрицей и определению их свойств – плотность, водопоглощение и модуль при статическом изгибе; анализе полученной информации средствами программного пакета Statgraphics, для нахождения зависимостей состав-свойство. Для нахождения физико-механических свойств изучаемых материалов были использованы такие стандарты как ГОСТ 9621, ГОСТ 4650, ГОСТ Р 56805, ГОСТ 27325. В работе в общем виде приведена технология получения гибридных древесно-композиционных материалов с карданолсодержащей эпоксидной матрицей. Так же в работе приведена информация по модификации поверхности материала Plm и Phm плазмой высокочастотного емкостного разряда пониженного давления; получению древесно-композиционного материала (W) и способах его комбинирования с другими материалами. В результате проделанной работы были найдены коэффициенты полиномов первой степени, описывающие зависимость состав-свойство; показана необходимость увеличения степени аппроксимирующих полиномов и количества точек на симплекс решетке для более полного описания зависимости состав-свойство; была показана возможность применения полученных образцов гибридных древесно-композиционных материалов в качестве конструкционных, вибро- звуко-поглощающих материалов, эстетический внешний вид наружного слоя которых позволяет использовать их в дизайне интерьеров, изготовлении мебели без потери прочности конструкции.

Ключевые слова: древесно-композиционные материалы, карданол, феналкамин, математическое моделирование, симплекс.

Авторы: Тесленко А.Ю., Шишлов О.Ф., Глухих В.В., Некрасов И.К.

Выделение и анализ химического состава углеводной фракции бионефти

Лигноцеллюлозную биомассу можно преобразовать в различные продукты посредством термохимических преобразований, таких как сжигание, газификация, пиролиз и сжижение. Быстрый пиролиз позволяет достигнуть максимального выхода жидкой фракции, которая имеет в своем составе ценные химические компоненты. Сахара (так называемые пиролитические сахара) обычно составляют 5–10% по весу жидких продуктов, получаемых в результате пиролиза биомассы. Содержание сахаров в бионефти вызывает ряд проблем при использовании ее как топлива. Целью данной работы является выделение пиролитических сахаров из бионефти, полученной быстрым пиролизом лигноцеллюлозной биомассы и исследование их состава для возможного использования их в промышленности. В результате исследований была получена бионефть быстрым пиролизом березовой щепы и проведено двухэтапное ее разделение. На первом этапе выделения из бионефти в конденсат отделяется вода, кислоты и легколетучие компоненты в процессе вакуумной дистилляции. Второй этап - экстракция, заключается в растворении углеводных компонентов обескислоченной упаренной пиролизной жидкости (ПЖ2) в горячей воде. При помощи предложенной схемы фракционирования удалось выделить значительное количество углеводных компонентов пиролизной жидкости (23,17%). Данная выделенная фракция обладает потенциалом для дальнейшего использования в качестве источника ценных химических веществ в различных областях промышленности.

Ключевые слова: пиролизная жидкость, бионефть, фракционирование бионефти, углеводная фракция, D-аллоза

Авторы: Валеева А.Р., Хазиахмедова Р.М., Бикбулатова Г.М., Забелкин С.А.

Отходы переработки бумаги в практике водоочистки

В статье описаны результаты исследования волокнистого отхода ООО "Гофротара" в качестве сорбционного материала для извлечения красителей и ионов тяжелых металлов в практике водоочистки. Описаны проблемы, связанные с заготовкой и переработкой древесины в нашей стране. Указано, что около 40 % от заготавливаемой древесины поступает в отходы. С учетом увеличения объемов заготавливаемой древесины и ростом количества образующихся отходов, поиск альтернативных путей использования отходов деревопереработки является актуальным, особенно в свете требований рационального использования природных ресурсов.
Выявлено, что волокнистый отход состоит из хаотично переплетенных целлюлозосодержащих волокон толщиной не более 25 нм, а его химический состав не содержит токсичных включений. Проведена оценка сорбционных свойств отхода, установлено, что его сорбционная емкость, Аmax, по отношению к ионам Ni2+ составляет 1,78 ммоль/г, по ионам Fe3+ - 1,42 ммоль/г, по ионам Cu2+ - 0,616 ммоль/г. Определена эффективность очистки модельных растворов, которая составляет для красителя метиленового голубого 82 %; ионов Cu2+, Ni2+ и Fe3+ - 79, 64, 73 %, соответственно.
Доказана перспективность использования осадка шлама от переработки макулатуры ООО «Гофротара» в практике водоочистки.

Ключевые слова: волокнистый отход, использование, сорбционная емкость, эффективность очистки.

Авторы: Иевлева Е.С., Свергузова С.В., Сапронова Ж.А., Воронина Ю.С.

Кинетика термодеструкции в воздухе антипирена на основе жидкого стекла

В статье приведены результаты термогравиметрических исследований в воздушной среде антипиренов на основе композиций с жидким стеклом. Физико-химические процессы, протекающие в материале, являются многостадийными. Стадии полагаются независимыми и параллельными реакциями. Приведена математическая модель описывающая процессы, протекающие в материале при термической деструкции. Предложен метод обработки результатов экспериментальных исследований, позволяющий рассчитывать кинетические параметры отдельных стадий процесса. Проведены экспериментальные термогравиметрические исследования в воздушной среде двух рецептур антипиренов с различным процентным содержанием компонентов. По результатам экспериментальных исследований были получены кинетические параметры отдельных стадий процессов, протекающих в материале при тепловом воздействии в воздушной среде.

Ключевые слова: антипирены, кинетика термической деструкции, кинетические параметры, стадии процесса термической деструкции, обработка результатов термогравиметрических исследований.

Авторы: Ермоченков М.Г., Кладов М.Ю., Лопатников М.В., Хроменко А.В.