BIOCOMPOZITE DIN RESURSE REGENERABILE

RAPORT ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC (RST 2 )

 

FAZA DE EXECUŢIE NR. 2

Stabilirea elementelor structurale, obţinerea şi caracterizarea variantelor de panouri compozite cu proprietăţi de izolare termică (structura sandwich)

Dezvoltarea protocolului de cercetare.

Activitatea 2.1.

Stabilirea structurii şi a elementelor panoului compozit : feţele de lucru, structura miez, modul de prindere (finalizare activitate)

Parteneri implicaţi:

Universitatea "Dunărea de Jos" din Galaţi - Coordonator

Centrul de Cercetare CERTINCON S.R.L. - Partener 1

Universitatea “Dunărea de Jos” Galaţi – Partener 2

Activitatea 2.2. 

Prelucrarea şi obţinerea materialelor componente (fibre şi răşini polimerice) în scopul realizării caracteristicilor structurale şi a funcţionalităţii materialelor compozite cu proprietăţi termoizolante

Parteneri implicaţi:

Universitatea "Dunărea de Jos" din Galaţi - Coordonator

Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi Iaşi - Partener 1

Universitatea "Dunărea de Jos" din Galaţi - Partener 2

Activitatea 2.3

Elaborare variante experimentale de laborator pentru obţinerea materialelor compozite destinate confecţionării miezului structurii panou compozit

Parteneri implicaţi:

Universitatea Dunărea de Jos Galaţi - Coordonator

Centrul de Cercetare CERTINCON SRL – Partener 1

Universitatea “Dunărea de Jos” Galaţi – Partener 2

Activitatea 2.4

Diseminare rezultate

Parteneri implicaţi:

Universitatea Dunărea de Jos Galaţi - Coordonator

Universitatea  Tehnică “Gheorghe Asachi” Iaşi – Partener 2

Activitate 2.5 (parţial)

Elaborare variante experimentale de laborator pentru obţinerea materialelor compozite pentru feţele de lucru ale panourilor

Parteneri implicaţi:

Universitatea Dunărea de Jos Galaţi - Coordonator

Universitatea  Tehnică “Gheorghe Asachi” Iaşi – Partener 2

​

 

REZUMAT

 

  În cadrul etapei 2 a proiectului au fost realizate activităţi de cercetare industrială care au vizat îndeplinirea următoarelor obiective: stabilirea formei şi a elementelor componente ale panourilor compozite (structură tip sandwich); obţinerea variantelor experimentale pentru miezul structurii panoului compozit; realizarea unor experimentări preliminare pentru obţinerea feţelor exterioare ale panoului compozit; diseminarea rezultatelor obţinute pe parcursul implementării proiectului.

    În scopul dezvoltării unei tehnologii flexibile de obţinere a unor panouri compozite (structură tip sandwich) cu performanţe bune în procesul de izolare termică a clădirilor, s-a stabilit ca structura materialului compozit să fie sub formă de panou tip sandwich (dimensiuni 30 x 30 x 10 cm), care implică un ansamblu de trei tipuri de elemente cu proprietăti specifice, după cum urmează:

(1) Suprafaţa exterioară şi suprafata interioară (feţele panoului compozit) – un amestec bazat pe fibre lignocelulozice în matrice de polimeri naturali şi sintetici cu bune proprietăţi de protecţie la acţiunea factorilor climatici (umiditate, temperaturi extreme), a agenţilor bacterieni şi la foc;

(2) Miezul  compozit – amestec de fibre vegetale lignocelulozice, în matrici minerale şi polimerice; cu bune proprietăţi de izolare termică şi rezistenţă mecanică la manipulare şi exploatare;

(3) Sistemul de asamblare – a acestor două elemente se va face în timpul procesului de obţinere şi finisare a structurii miez prin sisteme tip adeziv astfel încât să se obţină un panou cu structură compactă uşor de manipulat şi de montat pe pereţii clădirilor.

       În cadrul programului de laborator pentru obţinerea miezului structurii panoului compozit s-au realizat următoarele activităţi:

       (1) s-au analizat, selectat şi prelucrat următoarele tipuri de materiale pentru obţinerea amestecurilor compozite: fibre vegetale (lignocelulozice) din deşeuri agricole (tulpini de rapiţă şi floarea soarelui), deşeuri de la prelucrarea lemnului, hârtii şi cartoane reciclate, puzderii de cânepă, nămol de la epurarea apelor; matrici minerale pe bază de argilă şi perlit expandat; matrici polimerice pe bază de polimeri naturali (amidon din cartofi şi orez) şi polimeri sintetici (răşini ureo şi melamin formaldehidice); selectarea şi prelucrarea acestor materiale a avut la bază criterii privind disponibilitatea, modul de prelucrare şi preţul de cost;

       (2) s-au realizat matriţele pentru obţinerea materialelor compozite: o matriţă pentru testări preliminare cu dimensiuni de 10x10x10cm şi una pentru obţinerea structurilor compozite selectate ca variante potenţiale pentru obţinerea panoului final cu dimensiuni de 30x30x10 cm;

        (3) s-au stabilit etapele procesului tehnologic de obţinere în laborator a structurilor compozite tip miez având în vedere şi implicaţiile economice pe care le presupune fiecare etapă;

       (4) în vederea stabilirii unei variante optime de structură miez, atât ca formă, reţetă compoziţională şi mod de obţinere s-au testat mai multe variante experimentale de diferite compoziţii şi dimensiuni, grupate după cum urmează:

- (a) structuri compozite pe bază de fibre vegetale şi matrice minerală – argilă: 13 reţete compoziţionale cu dimensiuni 9x9x1 cm;

- (b) structuri compozite pe bază de fibre vegetale cu matrice minerală – perlit expandat: 8 reţete cu dimensiuni 9x9x1cm şi 5 reţete cu dimensiuni 29 x 29 x 1,5 cm;  

- (c) structuri compozite pe bază de fibre vegetale cu matrice polimerică (polimeri naturali şi răşini sintetice): 2 reţete sub formă circulară cu uscare în câmp de microunde; 7 reţete sub formă circulară şi cu presare la 150-160°C; 5 reţete cu dimensiuni 29x29x1,5 cm cu presare la rece.

       Având în vedere că obiectivul principal al acestui program experimental a fost acela de a se obţine structuri miez cu bune proprietăţi de izolare termică, toate variantele compoziţionale obţinute au fost evaluate din punct de vedere al conductivităţii termice şi al rezistenţei la manipulare şi exploatare. Pe baza rezultatelor obţinute s-au concluzionat următoarele aspecte: 

• creşterea adaosului de fibre vegetale îmbunătăţeste structura poroasă a materialelor compozite şi reduce conductivitatea termică, ceea ce le conferă bune proprietăţi de izolare termică;

• pentru toate variantele de materiale compozite cu dimensiuni de 29x29x1,5 cm, conductivitatea termică are valori sub 0,1 W/mK, în concordanţă cu valoarea conductivităţii materialelor cu proprietăţi termoizolante; cele mai reduse valori ale coeficientului de conductivitate termică s-au obţinut pentru materialele compozite cu matrice minerală perlit expandat (λ = 0,05 – 0,07 W/mK) şi a celor pe bază de fibre din hârtii reciclate şi deşeuri din lemn (λ = 0,081  W/mK);

• chiar dacă valorile coeficientului de conductivitate termică pentru materialele compozite obţinute sunt mai mari decât cele ale polistirenului expandat (λ=0.036÷0.046W/mK) trebuie menţionat că din punctul de vedere al toxicităţii  acestuia din urmă, este de preferat a se utiliza la izolarea termică a clădirilor civile şi industriale, materiale compozite cu inserţii din materiale ecologice. În plus, fabricarea acestor materiale compozite implică valorificarea resurselor naturale de materii prime minerale (depozite de roci perlitice etc.) şi a deşeurilor agricole (resturi de cereale, tulpini, floarea soarelui etc..).

       Cu privire la experimentările preliminare pentru obţinerea feţelor exterioare ale panoului compozit, s-a demarat un program de laborator în care s-au obţinut diverse variante de materiale compozite de formă circulară, prin presare la cald (150 – 160°C) pe bază de fibre lignocelulozice din puzderii de cânepă şi matrici polimerice de răşini melamin-formaldehice. S-a urmărit în special obţinerea unor materiale rezistente la acţiunile mecanice şi la factorii de mediu (umiditate şi temperaturi extreme). Rezultatele obţinute vor sta la baza elaborării variantelor finale pentru feţele exterioare ale panoului compozit.

       Diseminarea rezultatelor s-a concretizat în publicarea unui articol (review) în revista Celuloză şi Hârtie (ISSN 1220-9848), vol.64, 1, 2015, p.35 (revistă recunoscută CNCSIS) şi susţinerea a două comunicări la manifestări ştiinţifice interne şi internaţionale, respectiv: Sesiunea Cercurilor Ştiinţifice Studenţeşti 2015, a Facultăţii de Inginerie şi Agronomie din Brăila şi la The 8th International Symposium on Advanced Technologies for The Pulp, Paper and Corrugated Board Industry, Brăila – ROMANIA, 15 -18 Septembrie 2015.

       Obiectivele propuse în cadrul acestei etape au fost realizate în proporţie de 100%.