Kasvikuiduista saatujen lämpöeristemateriaalien analysointi Altami Studio -ohjelmiston avulla
Abstrakti – paperissa esitetään kasvikuiduista saatujen lämpöeristemateriaalien analysoinnin tulokset. Ehdotetaan, että kuitupellavan jalostuslaitosten toissijaiset raaka-aineet (kampausjätteet) voidaan käyttää kuitutäytteinä eristyslaattojen valmistuksessa.
Paperissa esitetään kampausjätteiden ja pellavakuitujen mikrorakenteen tutkimustulokset, jotka suoritettiin valomikroskopialla ja elektronimikroskopialla. Lämpöeristemateriaalien fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen tähtääviä kokeita on tehty. Testitulokset osoittavat, että pellavan kampausjätteistä valmistetut eristyslaatat ovat tehokkaampia verrattuna pellavakuitupohjaiseen lämpöeristysmateriaaliin. Pääasialliset tekijät, jotka helpottavat pellavan kampausjätteiden valmistettujen lämmöneristysmateriaalin lämmönjohtavuuden kerrointaa, on määritetty.
JOHDANTO
Maailmanlaajuisen energiakriisin olosuhteissa edelleen yksi tärkeimmistä tehtävistä on tehokkaiden rakennusmateriaalien ja polttoaineiden ja energiavarojen säästäminen, mukaan lukien rakennusten, vääristelyn ja teknisten laitteiden vaipan avulla lämpöhäviön vähentäminen. Rakennuksen vaipan lämmönkestävyyden parantaminen lämmöneristysmateriaalien avulla on tärkein ratkaisu lämmitysenergian kustannusten vähentämisessä.
Lämpöenergiavarojen merkittävän säästön lisäksi kasvipohjaiset eristysaineet voivat auttaa ekologisten olojen parantamiseen, mukaan lukien S02-päästöjen vähentämiseen.Siksi uusien tehokkaiden mainittuihin kriteereihin täyttäviin kasvi- kuituihin perustuvien lämpöeristemateriaalien kehittäminen on erittäin ajankohtainen eristemateriaalien valmistuksessa.
Venäjällä tuotettuja eristäviä laattoja Ecoteplin voidaan pitää onnistuneena kehityksenä tällä alueella. Levyt valmistetaan pellavakuiduista ja tärkkelyspohjaisen esideaineesta. Boratiineja käytetään palo-ja biologisen vastustuskyvyn aineina [3], [4].
Tutkimus tehtiin Riian teknillisessä yliopistossa, jonka tavoitteena oli kehittää hamppupäistäreihin, hydrauliseen kalkkiin ja erilaisiin lisäaineisiin perustuivia lämpöeristemateriaaleja. Tuloksena saatiin lämmöneristysmateriaaleja, joiden tiheys oli 312 – 337 kg/m3, ja lämmönjohtavuus oli välillä 0,101 W / (m ° С)
MATERIAALIT JA MENETELMÄT
Kampausjätteiden mikrorakenteen ja pellavakuitujen pinnan analysointi suoritettiin käyttäen valomikroskopiaa. Altami MET 5S optisella mikroskoopilla mikrorakenteen analysointi mahdollistaa kuvien ottamisen analysoitujen esineiden pintarakenteesta. The microscope has a special lamp installed at the lens that is based on light reflection. Mikroskoopilla on linssiin asennettu erikoislamppu, joka perustuu valonheijastukseen. Saadut kuvat näkyivät tietokoneen näytöllä ja tallennettiin kiintolevylle. Altami Studio -ohjelmiston sovellus mahdollistaa yhdistettyjen näytteitä sisältävien jäljellä olevien kuvien yhdistämisen analysoidun materiaalin kuvan alueen laajentamiseksi.
Suurin joukko kokeita, joiden tarkoituksena oli määrittää näytteiden fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, suoritettiin erikseen kuitutäytteestä, joka oli tehty pellava- kampausjätteistä ja kuiduista, sekä myös pellava- kampausjätteiden ja kuitujen seoksesta valmistetusta kuidutäytteestä suhteessa 80: 20.
KASVIKUIDUISTA SAATUJEN LÄMPÖERISTEMATERIAALIEN LÄMMÖNJOHTAVUUDEN MÄÄRITTÄMINEN
Tutkimuksen alkuvaiheessa seuraavia kasvikuituja pidettiin potentiaalina raaka-aineina tehokkaan kuitutäytteen saamiseksi lämpöeristelevyille: nokkoset, ruoko, pellava, pellavan kampausjätteet, öljypalmun kaarna. Sideaineena käytettiin natriumsilikaattia.Lämmönjohtavuus määritettiin erilaisen alkumuodon kuitutäytteille lämmöneristysmateriaalissa, jonka tiheys oli 50 kg / m3.
Kasvikuiduista saaduista materiaaleista alhaisin lämpöjohtavuus osoitettiin nokkosesta ja pellavasta kampausjätesta, joka on 0,041 W/(m ° С) ja on 0,006-0,0114 W / (m ° С ) alhaisempi kuin muiden analysoitujen kuitujen tyyppisten materiaalien määrät.
VALON JA ELEKTRONMIKROSKOPIN KÄYTTÖ PELLAVAN KAMPAUSJÄTTEIDEN- JA PELLAVAKUITUJEN MIKRORAKENTEEN MÄÄRITTÄMISEKSI
Pellavakuidun (kuvio 1) ja pellavan kampausjätteiden (kuvio 2) kuvat saatiin valomikroskopialla, joka yhdisteli analysoidun näytteen sijoitettujen fragmenttien kuvat. Esimerkiksi kuviossa 2 on kuva 6 cm: n pituisesta pellavan kampausjätettä. Kehyksen osoittama fragmentti esitetään kuviossa 2b suurennetussa muodossa.
Saadut kuvat osoittavat, että pellavakuitu koostuu elementaaristen kuitujen ohuiden kuitujen nippujen yhdistämisestä, jotka on kiinteästi kiinnitetty toisiinsa elementaaristen kuitujen kautta, minkä seurauksena varmistetaan pellavan varren kuitumaisen järjestelmän pituussuuntainen liitos. Samanaikaisesti pellavan kampausjätteet muodostavat peruskuitujen rypytetyt niput (kuvio 2a). Pellavan kampausjätteiden peruskuidut yhteenliittävät keskenään toisistaan kaoottisen kosketusliitoksen takia. Samanaikaisesti pellavan kampausjätteet muodostavat peruskuitujen rypytetyt niput (kuvio 2a). Pellavan kampausjätteiden peruskuidut yhteenliittävät keskenään toisistaan kaoottisen kosketusliitoksen takia. Elementaarinen kuitu on karanmuotoinen kasvisolu. Mikrokuvassa (kuvio 2b) heijastuvassa valossa voidaan havaita, että peruskuiduilla on kapeat sisäkanavat, joiden halkaisija on 4 – 6 μm. Elementaaristen kuitujen pituus vaihtelee välillä 10 mm – 40 mm halkaisijaltaan 8 μm – 12 μm.
Useita samankeskisesti järjestettyjä kerroksia, jotka eroavat eri taitekertoimella, erotetaan elementaarikuidun rakenteessa [14]. Kannen ensimmäinen alue on suhteellisen ohut, se koostuu pääasiassa pektiinista aineista, jotka liittävät soluja keskenään. Ensisijainen seinä, joka koostuu selluloosasta, jolla on merkittävä hemiselluloosapitoisuus, pektiinit ja usein ligniini muodostavat seuraavan alueen. Toissijainen seinämä on myös muodostettu selluloosasta ja sille on tunnusomaista erilaiset taitekertoimet mainittujen aineiden lisäysten pienemmän määrän takia. Kehityksen alkuvaiheessa peruskuidut ovat olennaisesti pyöreitä soluja, jotka on täytetty plasmalla. Kun vastaava alue kasvaa, nämä solut pitkittävät, niiden kansi paksunnetaan huomattavasti sisäpuolelta ja saavuttaa sellaisen paksuuden, että plasman sisäinen ontelo voidaan havaita vain hyvin kapeana kanavana.
Niinpä kuiturakenteen analyysille tarkoitetun valomikroskopian tulokset (kuvio 2b) osoittavat täysin tyhjökanavan läsnäolon peruskuidussa.
Skannauselektronimikroskoopin käyttö, joka mahdollistaa silmämääräisesti, että pellavakuidut koostuvat peruskuitujen nipuista (kuvio 3 a). Kuidun kuvassa kehys korostaa kuvion 3b suurennettua fragmenttia. Nuolilla merkittyjä valkoisia muodostumia ovat mikro-fibrillit, jotka johtuvat ei-selluloosien polysakkariden ja pektiinin [15]. Suoritetulla elektronimikroskopialausanalyysillä osoitetaan alkeistikuitujen morfometriset parametrit, jotka on määritetty tutkittaessa pellava-noilejä valomikroskopialla, ja sen avulla voidaan myös määrittää, että nippujen koko on halkaisijaltaan 50 – 70 pm, koska on 10-20 elementäärikuitua nipun rakenne. Mikroskooppisen analyysin tulokset osoittavat, että pellavan kampausjätteet voidaan muodostaa vähemmän “karkea” ja tehokkaampi lämpöeristysmikroverkkorakenne verrattuna pellavakuituihin perustuviin materiaaleihin.
Päätelmät
Kasvikuituihin perustuvien harkittujen lämpöeristysmateriaalien joukossa pellavan kampausjätteiden ja nokkoskasvien perustuvilla eristemateriaaleilla on parhaat lämmönjohtavuusindikaattorit.
Suoritetut valomikroskopian testit sallivat määrittää, että pellavan kampausjätteiden mikrorakenne on valmistettu kaaosilla toisiinsa yhdistettyjen elementaaristen kuitujen ryhmittymästä, mikä muodostaa pellavan kampausjätteiden verkkokuituiset kehykset.Yhteysprosessissa kampausjätteet muodostavat spatiaalisen mikroverkon kuitujärjestelmän. Todettiin, että peruskuitu on halkaisijaltaan 8: n – 12 μm: n mikroputki, jonka tyhjökanava on 4 – 6 μm, mikä on yhteensopiva kivivillan kiinteiden kuitujen koon kanssa varmistaen tehokkaan eristysrakenne.
Pellavan kampausjätteistä valmistetuilla eristemateriaaleilla on lämmönjohtavuus 0,036-0,041 W / (m ° С) ja puristuslujuus 10%: n muodonmuutoksessa 0,11×10-2 MPa: sta 0,33 x 10-2 MPa: aan 50 kg: n tiheydellä/m3 – 110 kg/m3
On määritetty tekijät, joilla on merkittävä vaikutus kuitulajin lämmönjohtavuusasteeseen: kuitujen läsnäolo halkaisijaltaan alle 20 μm; kuitujen tyhjiä kanavia; kuitujen kaoottinen suuntaus avaruudessa, joka takaa silmukkarakenteiden muodostamisen; koko kuidun kosketusalueen pieneneminen; mikrokuopien koon pienentäminen ja lokalisointi lämmöneristysmateriaalin rakenteessa.