ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ЛЬНА В МАШИНОСТРОЕНИИ - РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»
БелАгроМех
    BE EN RU
ТИПОГРАФИЯ
+375 17 272-57-29
Пн-Чт: 8.30-17.30, Пт 8:30-16:15, Обед 13.00-13.45
+375 17 272-02-91
    BE EN RU

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ЛЬНА В МАШИНОСТРОЕНИИ

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ЛЬНА В МАШИНОСТРОЕНИИ

Наибольший выход непрядомого льноволокна (до 80 %) получается из низкосортной тресты № 0,35–0,50. При обработке тресты высоких номеров непрядомое льноволокно получается практически только в виде пакли. В пакле, после удаления костры, масса короткого льноволокна составляет от 7,0 до 13,0 кг на 1 тонну обработанной тресты. По данным производственной деятельности ОАО «Кореличи-лен» за 2004 год при обработке тресты номеров от № 1,00 до № 1,50 доля непрядомого льноволокна № 2 составила только 0,7 % от общего объема выработки льносырья. По данным производственной деятельности ОАО «Дубровенский льнозавод» за 2001–2005 гг. при обработке тресты № 0,75–1,00 доля непрядомого льноволокна № 2 составила 12,6% от общего объема выработки льносырья. Следовательно, с учетом того, что за последние 10 лет номер заготавливаемой тресты варьировал от 0,75 до 1,00, можно ожидать объем выработки льноволокна № 2 составит до 15 %, или в среднем примерно 4500 тонн при значительном варьировании по годам.

Именно непрядомое льноволокно (№ 2) является основным сырьем для развиваемой в Германии концепции производства продукции машиностроения на основе натуральных волокон. Связано это с резким ростом применения пластмасс, породивших проблему их утилизации. В настоящее время 48 % всех пластмассовых деталей в легковом автомобиле приходятся на долю внутренней отделки кузова. Практически более 75 % автомобильных материалов проходят вторичную переработку. А сейчас на свалках Европы более половины отходов приходится на долю пластмасс, не поддающихся переработке. Поэтому развернулись работы по поиску автомобильных материалов, подверженных вторичной переработке. За пять лет, начиная с 1996 года до 2000 года, объем потребления льноволокна в машиностроении Германии увеличился с 5,0 до 20,0 тыс. тонн короткого льноволокна и стабилизировался на данном уровне. Однако объем потребления натуральных волокон в машиностроении продолжает ежегодно повышаться за счет увеличения доли волокон экзотических растений и конопли.

Использование отходов трепание позволяет повысить добавочную стоимость побочных продуктов льнопроизводства и снизить себестоимость производства длинного льноволокна.

В строительстве и машиностроении (теплоизоляция, набивочные материалы, обшивка и т.д.) так же в среднем принимается из расчета на 1 человека около 3 % продукции из натуральных волокон. В долгосрочном прогнозе ожидается увеличение доли использования натуральных волокон в этой сфере до 30 % от полной потребности.

Малоценное непрядомое льноволокно № 2 используется для получения нетканых и композитных материалов, применяемых в машиностроении. Непрядомое льноволокно вводится в полимеры с целью придания готовым изделиям большей прочности, эластичности и стойкости к деформированию. В автомобилестроении используется для производства частей, таких как буфера, тормозные накладки и муфты.

Обивка салона автомобиля изо льна позволяет получить микроклимат с соответствующей влажностью, существенно уменьшает уровень шума, поглощает вибрацию, а также служит в качестве теплоизоляции. Низкая масса композитов на основе натуральных волокон вызывает уменьшение веса частей и массы всей автомашины, что влияет на уменьшение расхода топлива и ограничение эмиссии выхлопных газов в окружающую среду.

Полимеры натурального происхождения используются как добавка к синтетическим, термопластичным полимерам особенно к полиолефинам, чтобы получить биоразлагаемые материалы, которые можно переработать при помощи технологий плавления. Такое использование обновляемого натурального сырья имеет смысл, так как помогает ограничивать расход нефтехимического сырья. Дешевая сырьевая база в сочетании с новыми технологиями, оборудованием, практически неограниченным спросом, создают благоприятные условия для бизнеса.

Широкие возможности применения композитов, особенно в строительстве и машиностроении, заставляют применять соответствующие способы защиты от огня. Подбор соответствующих огнезащитных средств (антипиренов), позволяет отнести обычно легко воспламеняющиеся композиты к материалам трудновозгораемым и расширить область их применения, или даже использовать в определенных ситуациях, уменьшая потенциальную опасность возгорания. В результате использования огнезащитных средств увеличивается время, нужное для возгорания композита, ограничивается или исключается огневая фаза горения, уменьшается скорость распространения огня на поверхности. Огнезащитные средства можно вводить также в полимер или в связывающее вещество, или же непосредственно на поверхность волокон.

ОСОБЕННОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН В ГЕРМАНИИ

В Германии площадь пашни составляет около 11,5 млн. гa, и поэтому достаточно льнопригодных почв.

Однако высокая стоимость технологического комплекса машин для уборки урожая (примерно 475 тыс. евро на 100 га площади посевов льна) и оборудования для первичной обработки льна (стоимость одной технологической линии – 1,6 млн. евро) не позволяет расширять посевные площади (табл. 1) и делает это производство в сложившихся экономических условиях хозяйствования низкорентабельным.

Таблица 1 – Площадь возделывания льна в Германии

Годы
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Площадь посева льна, га
402
200
200
224
180
38
30

Однако, несмотря на это обстоятельство, развивается направление по созданию новых видов продукции на основе использования натуральных волокон. Расчет основывается на коммерческой выгоде по продаже, как новых видов продукции, так и разработанных технологий и машин, оказании консультативных услуг в этой сфере.

Если ранее выращенный лен не перерабатывался полностью, то с использованием новых технологий он может перерабатываться без остатка.

В Германии практически нет предприятий по механической обработке тресты. Поэтому в настоящее время большая часть используемого натурального волокна поставляется в страну по импорту. По разным источникам, объем перерабатываемых натуральных волокон ежегодно в Германии составляет от 30 до 40 тыс. тонн.

В Германии только несколько предприятий заняты по переработке льноволокна в пряжу с общей численностью не более 3,0 тыс. человек.

Ведутся исследования по разработке технологии производства льносырья без получения длинного льноволокна путем упрощения технологии уборки и первичной обработки льна, что снижает стоимость производимой продукции.

В основу технологии положено применение аналога зерноуборочного комбайна для скашивания льна и обмолота семян. Впоследствии подсушенные в валках стебли льна практически в виде соломы заготавливаются в рулоны.

Считается целесообразным применять данную технологию и на товарных участках, где по разным причинам получены неудовлетворительные результаты возделывания льна (длина стеблей до 50 см, развитие болезней, изреженные посевы и т. д.).

С аналогичной целью выведены сорта волокнистых видов конопли с низким содержанием наркотических веществ и поддерживается ее выращивание на площади 1200–2000 га.

В соответствии с выбранной технологией разрабатываются нетрадиционные технологии первичной обработки льна, целью которых является получение штапелированных волокон длинной от 60 до 80 мм для производства нетканых материалов (ковровых матов).

Механическим способом удаляется эпидермис и древесная часть. Большая часть волокон остается связанной в пучки. Таким образом, для формирования нетканого материала из этих пучков требуется намного меньше связующего синтетического волокна (от 2,5 до 5,0 %).

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН

В ходе визита специалисты рабочей группы смогли ознакомиться с основами производства деталей интерьера салонов автомобилей, корпусных деталей дверей легковых автомобилей, изготовление полетов и в меньшей мере – деталей узлов трения.

Технология изготовления деталей интерьера салона автомобиля

Замена стекловолокна волокнами изо льна, конопли и сизаля в полипропиленовых элементах машин позволила снизить их массу примерно на 30–40 % при неизменных механических свойствах.

По своим эксплуатационным свойствам биокомпозиты превосходят материалы, сделанные с применением стекловолокна или синтетических нитей, и к тому же оказывают менее негативное влияние на окружающую среду при их утилизации.

Основой для использования натуральных волокон в деталях интерьера салона автомобиля являются ковровые или листовые маты, которые формируются на 100 % из натуральных волокон или в смесках с искусственными волокнами с долей натуральных волокон не более 5 0%.

Для изготовления ковровых матов используется малоценное льноволокно № 2, модифицированное по длины волокон до размера 60–80 мм, или однотипное штапелированное волокно до этих размеров, полученное сразу из льносоломы. Достигается это путем разрыва волокон на специальных барабанных машинах.

Ковровые маты изготавливают аналогично процессу производства иглопробивного материала. ущественным достоинством этого материала считается свойство вытягиваться при формовке, повышение жесткости конечного изделия в зависимости от толщины исходного мата.

В качестве связующего вещества используют крахмал. Для предохранения от гниения добавляют соли бора. Плотность осмотренных образцов ковровых матов приведена в табл. 2.

Таблица 2 – Измеренная плотность представленных образцов ковровых матов

Номер образца
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Объемная
плотность, кг/м3
165
94
92
122
120
135
88
168
120
126
46
92
49
30
158
Линейная
плотность, кг/м2
0,5
0,5
0,5
1,3
1,3
0,5
0,6
0,7
1,6
1,6
0,2
0,3
0,2
2,0
1,3

В стоимости ковровых матов 50% составляет сырье. Ковровые маты изготавливаются с применением, как искусственных волокон, так и в смесках с льняным волокном. Причем формирование матов может осуществляться на одном и том же технологическом оборудовании.

Перед формовкой ковровый мат с обеих сторон покрывают материалом на основе полипропилена и закладывают в пресс-форму. Прессуют детали при температуре от 180 до 2350 С. В зависимости от технологии может разогреваться материал или пресс-форма . Время прессования зависит от толщины материала. Готовые изделия для автомобилестроения должна отвечать следующим требованиям: модуль упругости – более 3 000±250 МПа; прочность на изгиб – 60–70 МПа; ударная вязкость – свыше 12 кДж/мм2 (по образцам без надреза).

Хорошим показателем технологии считается масса производимого изделия равная значению 500 г/м2. Однако достичь при этом прочности не всегда удается, поэтому изготавливают более толстые стенки. В тоже время при варьировании плотности изделия более 10 г/м2, автомобильные фирмы выставляют рекламации.

Удельная стоимость изготовления изделия равна примерно 5,0 евро/м2. Стоимость детали с применением хлопка равна примерно 20,0 евро/м2. Стоимость каркасной детали с применением льносоломы и смол – 1,5 евро/м2.

В получаемых изделиях стоимость сырья составляет до 30 %.

Для изготовления несущих (каркасных) конструкций дверей автомобилей используют натуральные волокна с покрытием эпоксидными или полиуретановыми двухкомпонентными смолами. При этом применяют вакуумную формовку, так как каркасная конструкция из льняной соломы пропускает воздух.

В отличие от традиционной технологии, в новой не происходит дробления волокнистых пучков на элементарные волокна.

Механическим способом удаляется эпидермис и древесная часть. Большая часть волокон остается связанной в пучки. Таким образом, для формирования нетканого материала из этих пучков требуется намного меньше связующего синтетического волокна (от 2,5 до 5,0 %).

Далее, вместо традиционного чесального оборудования применяется аэроформирующее устройство, которое укладывает волокна в маты, различной толщины и плотности. Затем с применением продува горячим воздухом происходит термофиксация холста толщиной до 200 мм. В качестве связующих используются биокомпонентные и легкоплавкие волокна.

Новые разработки стараются применить на действующем оборудовании.

При изготовлении матов из чистого льна нагревание производят до температуры 1400 С, и тогда полипропилен становится связующим.

Практически формовочные материалы на основе льняных волокон по прочностным свойствам не уступают стекловолокну и равны по стоимости – 1,5 евро/кг, что и расширяет сферу их использования.

Использование льна в качестве наполнителя пластмасс

Ведутся научно-исследовательские работы по разработке технологии изготовления полетов (поддонов) на основе полиамида с наполнителем изо льна.

Для улучшения дозирования полиамид подготавливают в виде гранул, а льняное сырье измельчают до пылевидного состояния.

Для производства композитных пластмасс соотношение льна и связующих волокон должно составлять 50:50.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Изучая конкретное направление производства в Германии, было обращено внимание на практически новую концепцию в использовании натуральных волокон, включающую ряд положений, важнейшие из которых следующие.

  1. Производство продукции машиностроения с применением натуральных волокон основывается на использовании непрядомого льноволокна, как правило, это № 2, получаемое при обработке тресты и обескостривании пакли, а также отходов льнопрядильных фабрик и льнокомбинатов. В льноводстве это малоценное льноволокно. Все прядомое льноволокно считается целесообразным применять для производства тканей.
  2. Наряду со льном в машиностроении используются следующие волокнистые материалы: бамбуковые волокна, сизаль, кокосовые волокна и др. Как правило, это малоценные отходы других производств или получены в результате низкозатратного производства.
  3. Динамический рост использования натуральных волокон в производстве композитов связан главным образом с их положительными свойствами, к которым относятся:
    • натуральные волокна являются экологическим материалом, благоприятным для естественной среды в каждой фазе производства, промышленной переработки и утилизации;
    • композиты, укрепленные натуральными волокнами, по их свойствам подобны композитам, укрепленным другими химическими волокнами;
    • композиты с добавкой натуральных волокон более эластичны, чем с добавкой стекловолокна или углеродного волокна, и во время их растрескивания не возникает острых краев и не выделяется токсичная пыль;
    • густота натуральных волокон ниже, чем у стекловолокна, что позволяет понизить вес композитов на 30–40% при тех же самых свойствах;
    • цена композитов на основе натуральных волокон в 2–3 раза ниже, чем композитов со стекловолокном;
    • композиты с добавкой натуральных волокон уменьшают шум и механическую вибрацию, что имеет значение для автомобильной промышленности.
  4. Следует, однако, подчеркнуть, что в случае применения натуральных волокон возникают некоторые проблемы, например:
    • качество растительных натуральных волокон и эффективность их производства существенно зависит от погодных условий и технологий, применяемых в сельском хозяйстве;
    • необходима сушка натуральных волокон перед промышленной переработкой, а также под влиянием влаги возможна изменение свойств и размеров полимерных композитов, укрепленных натуральными волокнами;
    • слабое связывание натуральных волокон с полимерами вызывает необходимость применения адгезионных добавок, а также химической модификации этих волокон.
  5. Прогнозируется рост использования натуральных волокон.В существующей структуре потребления одежды и бытовых тканей потребность на душу населения в натуральном волокне составляет до 3% от полного его объема, который равен примерно 20 кг текстиля в год. В долгосрочном прогнозе ожидается увеличение доли натурального волокна в структуре потребления одежды и бытовых тканей до 15%. В строительстве и машиностроении так же в среднем принимается из расчета на 1 человека около 3 % продукции из натуральных волокон. В долгосрочной перспективе ожидается увеличение доли использования натуральных волокон в этой сфере до 30 % от потребности.
  6. Направления (сложившиеся и перспективные) применения натуральных волокон, особенно льна, позволяют использовать все сырье, включая отходы. Использование отходов трепания позволяет повысить добавочную стоимость побочных продуктов и снизить себестоимость производства основного вида продукции – длинного льноволокна.
  7. Объем перерабатываемых натуральных волокон в Германии ежегодно составляет от 30 до 40 тыс. тонн. Большая часть используемого натурального волокна поставляется в страну по импорту.
    В сложившейся экономической ситуации возделывание льна по традиционной технологии оказалось не рентабельным и при достаточности пригодных почв посевы культуры сокращаются.
  8. Ведутся исследования по разработке технологии производства льносырья без получения длинного льноволокна посредством упрощения технологии уборки и первичной обработки льна, что снижает стоимость производимой продукции. По аналогичной технологии возделываются сорта волокнистых видов конопли.
  9. Разрабатываются нетрадиционные технологии первичной обработки льна с целью получения волокон длиной от 60 до 80 мм для формовки ковровых матов.
  10. Необходимо организовать производство по обескостриванию короткого льноволокна до уровня 5,0 % на основе отечественного куделеприготовительного оборудования.
  11. Изучить вопрос и организовать производство прессовального оборудования льноволокна и костры для отечественных предприятий по первичной обработке льна.