Исследование физико-механических и рентгенозащитных свойств деревокомпозиционного слоистого материала «ФАНОТРЕН Б»

Abstract

Physical and mechanical and x-ray protection properties of new wood-based composite material "Fanotren B", which consist of alternating layers of peeled birch veneer and reinforcing x-ray protective layers, are studied. The x-ray protective layer is nonwoven fabric - sintepon impregnated with x-ray protective composition; consist of barium sulfate, adhesive based on polyvinyl acetate dispersion and water. The material is recommended to be used in construction and decoration of premises in the areas with high radiation background. A distinctive feature of the developed material is the absence of lead and materials based on it. We had the following research objectives: to study the stress strain behavior of the material; to determine the balanced formulation of saturating composition for the x-ray protective layer; to evaluate its physical and mechanical properties. The stress - strain ratio of the material was simulated by the finite element method, the physical and mechanical properties were evaluated by the standard methods, the protective properties of the x-ray protective layer were measured by the lead equivalent of the image transparency on the radiograph with the use of lux meter. Theoretical studies have shown that the behavior of metal faced plywood under external load is described by the Sophie Germain's equation with acceptable accuracy. The modeling was carried out on a solid model, which took into account mechanical properties of the materials included in the design and scheme of laying out the veneer layers. The developed model of the stress strain behavior has showed that the decrease of the protective layer thickness leads to the increase of deflections and stresses in it. Computer simulation revealed the stress increase in the areas of bonding the material protective layer and outer side of veneer. The impregnating composition was determined experimentally: mineral filler content is 51 %, binder content is 26 %, and water content is 23 %. The technological modes of composite laminated material formation were determined: binder consumption is 176 g/m(2); pressing temperature is 50 degrees C; gluing time is 8 min. The material with the thickness of 9.5 mm has density of 1600 kg/m(3); a lead equivalent is 0.54 mm Pb/mm; cross-breaking strength along the outer layers is 39 MPa; shear strength along the adhesive layer is 1.34 MPa; tensile strength along the fibers is 53 MPa.

Изучены физико-механические и рентгенозащитные свойства нового композиционного материала на основе древесины «Фанотрен Б», состоящего из чередующихся слоев лущеного березового шпона и армирующих рентгенозащитных слоев. Последние представляют собой нетканый материал - синтепон, пропитанный рентгенозащитным составом. Новый композит рекомендуется использовать в местах с повышенным радиационным фоном в качестве конструкционного и отделочного материала, который не содержит в своем составе свинец. Перед нами стояли следующие задачи: исследовать напряженно-деформированное состояние этого материала, определить рациональную рецептуру пропитывающего состава для рентгенозащитного слоя и оценить его физико-механические свойства. Соотношение «напряжение-деформация» материала моделировали методом конечных элементов, физико-механические свойства оценивали по стандартным методикам, защитные свойства рентгенозащитного слоя - величиной свинцового эквивалента по прозрачности изображения на рентгенограмме с использованием люксметра. Показано, что поведение фанеры, армированной рентгенозащитными слоями, под действием внешней нагрузки достаточно точно описывается дифференциальным уравнением изгиба пластин. Моделирование осуществляли на твердотельной модели, которая учитывала механические свойства материалов, входящих в конструкцию, и схему укладки слоев шпона. Установлено, что уменьшение толщины рентгенозащитных слоев ведет к увеличению прогибов и напряжений. Компьютерная модель отразила рост напряжений в местах склеивания материала. Экспериментально определены: состав пропитывающей композиции (минеральный наполнитель - 51 %, связующее - 26 %, вода - 23 %) и технологические режимы формирования материала (расход связующего - 176 г/м2, температура прессования -50 ºС, продолжительность склеивания - 8 мин). Материал толщиной 9,5 мм имеет плотность 1600 кг/м3; свинцовый эквивалент составляет 0,54 мм Pb/мм; прочность при статическом изгибе вдоль наружных слоев - 39 МПа, при скалывании по клеевому слою - 1,34 МПа, при растяжении вдоль волокон - 53 МПа.