Механічні властивості легких стружкових плит із вмістом стружки стебел соняшника та міскантуса
Анотація
Розглянуто можливість часткової та повної заміни деревинної стружки у виробництві легких стружкових плит (СП) лігноцелюлозними відходами, а саме стружкою зі стебел соняшника та міскантуса. Встановлено, що використання стружки зі стебел соняшника та міскантуса у виробництві легких стружкових плит сприяє збереженню лісових насаджень шляхом зменшення використання деревини, підвищує ресурсну ефективність виробництв та дає змогу розширити сировинну базу плитної продукції за рахунок відновлюваних біоматеріалів. Досліджено виготовлені за лабораторних умов тришарові стружкові плити щільністю 550 кг/м3 із використанням карбамідоформальдегідного (КФ) клею. Зовнішні шари плит повністю формували з деревинної стружки, а у внутрішньому шарі змінювали частку недеревних компонентів відповідно до розроблених композицій. Випробування зразків проведено за стандартами EN 310, EN 319 та EN 323. Проаналізовано міцність і модуль пружності під час статичного згинання та міцність на розтяг перпендикулярно до пласті. З'ясовано вплив різного вмісту стружки соняшника та міскантуса у середньому шарі тришарових легких стружкових плит на їхні механічні властивості. Встановлено прямолінійне зростання усіх досліджуваних механічних показників плит зі збільшенням вмісту стружки зі стебел соняшника та міскантуса. Легкі стружкові плити із 100 % соняшникової стружки у середньому шарі продемонстрували приріст модуля пружності під час статичного згинання на 16,04 %, міцності під час статичного згинання – на 12,27 %, а міцності на розтяг перпендикулярно до пласті – на 43,33 % порівняно з контрольними плитами з деревини. Для плит зі 100 % стружки міскантуса ці показники зросли відповідно на 7,4, 6,42 і 23,33 %. Комбінування соняшника, міскантуса та деревини також забезпечило стабільне покращення властивостей: приріст модуля пружності під час статичного згинання становив 4,09-8,77 %, міцності під час статичного згинання – 2,65-9,35 %, на розтяг перпендикулярно до пласті – 10-30 %. Усі виготовлені зразки відповідали вимогам ДСТУ CEN/TS 16368:2022. Доведено, що використання стружки зі стебел соняшника та міскантуса у внутрішньому шарі легких стружкових плит є ефективним шляхом зменшення частки деревини та підвищення їх екологічності без погіршення механічних властивостей. Результати дослідження підтверджують перспективність застосування цих лігноцелюлозних матеріалів як повноцінної сировини для виробництва легких стружкових плит.
Завантаження
Посилання
Adegoke, S. O., Adeleke, A. A., Ikubanni, P. P., Nnodim, C. T., Balogun, A. O., Falode, O. A., & Adetona, S. (2021). Energy from biomass and plastic recycling: A review. Cogent Engineering, 8, article ID 1994106. https://doi.org/10.1080/23311916.2021.1994106
Adeleke, A. A., Odusote, J. K., Ikubanni, P. P., Lasode, O. A., Malathi, M., & Paswan, D. (2021). Essential basics on biomass torrefaction, densification and utilization. International Journal of Energy Research, 45(2), 1375–1395. https://doi.org/10.1002/er.5884
Bekhta, P., Kozak, R., Gryc, V., Pipíška, T., Sedliačik, J., Reh, R., & Rousek, R. (2023). Properties of lightweight particleboard made with sunflower stalk particles in the core layer. Industrial Crops and Products, 205, article ID 117444. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.117444
Clifton-Brown, J. C., Stampfl, P. F., & Jones, M. B. (2004). Miscanthus biomass production for energy in Europe and its potential contribution to decreasing fossil fuel carbon emissions. Global Change Biology, 10, 509–518. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.2003.00749.x
Clifton-Brown, J., Hastings, A., Mos, M., McCalmont, J. P., Ashman, C., Awty-Carroll, D., Cerazy, J., Chiang, Y. C., Cosentino, S., Cracroft-Eley, W., et al. (2016). Progress in upscaling Miscanthus biomass production for the European bio-economy with seed-based hybrids. GCB Bioenergy, 9, 6–17. https://doi.org/10.1111/gcbb.12357
Dukarska, D., Czarnecki, R., Dziurka, D., & Mirski, R. (2017). Construction particleboards made from rapeseed straw glued with hybrid pMDI/PF resin. European Journal of Wood and Wood Products, 75, 175–184. https://doi.org/10.1007/s00107-016-1143-x
European Panel Federation. (n.d.). Types of Wood-Based Panels and their economic impact: Particleboard. URL: https://europanels.org/the-wood-based-panel-industry/types-of-wood-based-panels-economic-impact/particleboard/
FAO. (2025). FAOSTAT: Forestry production and trade. URL: https://www.fao.org/faostat/en/#data/FO
Guler, C., Bektas, I., & Kalaycioglu, H. (2006). The experimental particleboard manufacture from sunflower stalks (Helianthus annuus L.) and Calabrian pine (Pinus brutia Ten.). Forest Products Journal, 56(4), 56–60. URL: https://www.researchgate.net/publication/290840975_The_experimental_particleboard_manufacture_from_sunflower_stalks_Helianthus_annuus_L_and_Calabrian_pine_Pinus_brutia_Ten
Ikubanni, P. P., Adeleke, A. A., Adediran, A. A., & Agboola, O. O. (2018). Physico-mechanical properties of particleboards produced from locally sourced materials. International Journal of Engineering Research in Africa, 39, 112–118. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JERA.39.112
Ikubanni, P. P., Adeleke, A. A., Adekanye, T. A., Aladegboye, O. J., Agboola, O. O., & Ogunsemi, B. T. (2025). Particleboard from biomass wastes: A review of production techniques, properties, and future trends. Research on Engineering Structures & Materials, 11(2), 713–740. https://doi.org/10.17515/resm2024.265ma0502rv
Iqbal, Y., Kiesel, A., Wagner, M., Nunn, C., Kalinina, O., Hastings, A. F. S. J., Clifton-Brown, J. C., & Lewandowski, I. (2017). Harvest time optimization for combustion quality of different Miscanthus genotypes across Europe. Frontiers in Plant Science, 8, article ID 727. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00727
Kalinina, O., Nunn, C., Sanderson, R., Hastings, A. F. S., van der Weijde, T., Özgüven, M., Tarakanov, I., Schüle, H., Trindade, L. M., Dolstra, O., et al. (2017). Extending Miscanthus cultivation with novel germplasm at six contrasting sites. Frontiers in Plant Science, 8, 563. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00563
Kelleci, O., Köksal, S. E., Sözen, E., et al. (2025). Manufacturing and characterization of innovative lightweight wooden furniture from polystyrene core wood sandwich panels. Scientific Reports, 15, article ID 33960. https://doi.org/10.1038/s41598-025-11044-4
Klimek, P., Meinlschmidt, P., Wimmer, R., & Plinke, B. (2016). Using sunflower (Helianthus annuus L.), topinambour (Helianthus tuberosus L.) and cup-plant (Silphium perfoliatum L.) stalks as alternative raw materials for particleboards. Industrial Crops and Products, 84, 157–164. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.08.004
Klímek, P., Wimmer, R., Meinlschmidt, P., & Kúdela, J. (2018). Utilizing Miscanthus stalks as raw material for particleboards. Industrial Crops and Products, 111, 270–276. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.10.032
Lee, S. H., Lum, W. C., Boon, J. G., Kristak, L., Antov, P., Pędzik, M., Rogoziński, T., Taghiyari, H. R., Lubis, M. A. R., Fatriasari, W., Yadav, S. M., Chotikhun, A., & Pizzi, A. (2022). Particleboard from agricultural biomass and recycled wood waste: A review of production techniques, properties, and sustainability. Journal of Materials Research and Technology, 20, 4630–4658. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.08.166
Lee, S. H., Park, H.-J., & Zhang, X. (2022). Particleboard from agricultural biomass and recycled wood waste: A review of production, properties, and sustainability. Progress in Industrial Ecology, An International Journal, 20(4-5), 319–336. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.07.046
Lewandowski, I., Clifton-Brown, J., Trindade, L. M., van der Linden, G. C., Schwarz, K. U., Müller-Sämann, K., Anisimov, A., Chen, C. L., Dolstra, O., Donnison, I. S., et al. (2016). Progress on optimizing Miscanthus biomass production for the European bioeconomy: Results of the EU FP7 project OPTIMISC. Frontiers in Plant Science, 7, article ID 1620. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01620
Luo, P., Yang, C., Li, M., & Wang, Y. (2020). Manufacture of thin rice straw particleboards bonded with various polymeric methylene diphenyl diisocyanate/urea – formaldehyde resin mixtures. BioResources, 15, 935–944. https://doi.org/10.15376/biores.15.1.935-944
Luo, S., Gao, L., & Guo, W. (2020). Effect of face layer manipulation on the density profile and properties of low density particleboard. Wood Research, 65(1), 125–134. https://doi.org/10.37763/wr.1336-4561/65.1.125134
Mirski, R., Dziurka, D., Kuliński, M., & Derkowski, A. (2021). Lightweight Insulation Boards Based on Lignocellulosic Particles Glued with Agents of Natural Origin. Materials, 14(12), article ID 3219. https://doi.org/10.3390/ma14123219
Moll, L., Wever, C., Völkering, G., & Pude, R. (2020). Increase of Miscanthus Cultivation with New Roles in Materials Production – A Review. Agronomy, 10(2), article ID 308. https://doi.org/10.3390/agronomy10020308
Monteiro, S., Martins, J., Magalhaes, F. D., & Carvalho, L. (2016). Low density wood-based particleboards bonded with foamable sour cassava starch: Preliminary studies. Polymers, 8, article ID 354. https://doi.org/10.3390/polym8100354
Neitzel, N., Hosseinpourpia, R., Walther, T., & Adamopoulos, S. (2022). Alternative Materials from Agro-Industry for Wood Panel Manufacturing-A Review. Materials (Basel, Switzerland), 15(13), article ID 4542. https://doi.org/10.3390/ma15134542
Reh, R., Kristak, L., Kral, P., Pipiska, T., & Jopek, M. (2024). Perspectives on using alder, larch, and birch wood species to maintain the increasing particleboard production flow. Polymers, 16, article ID 1532. https://doi.org/10.3390/polym16111532
Şahinöz, M., Gürü, M., & Yılmaz Aruntaş, H. (2024). Valorization of corn husk (Zea mays) and corn silk in polymer particleboard manufacture and effect of waste colemanite on the mechanical performance of particleboards. Cellulose Chemistry and Technology, 58(7–8), 819–832. https://doi.org/10.35812/cellulosechemtechnol.2024.58.73
Shalbafan, A. (2022). Foams in wood composites. In P. K. S., M. S. S., & S. Thomas (Eds.), Phenolic Based Foams: Gels Horizons – From Science to Smart Materials (Chap. 16). Springer Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-16-5237-0_16
Shalbafan, A., Welling, J., & Luedtke, J. (2012). Effect of processing parameters on physical and structural properties of lightweight foam core sandwich panels. Wood Material Science & Engineering, 8(1), 1–12. https://doi.org/10.1080/17480272.2012.684704
Taha, I., Elkafafy, M. S., & ELMously, H. (2018). Potential of utilizing tomato stalk as raw material for particleboard. Ain Shams Engineering Journal, 9(4), 1457–1464. https://doi.org/10.1016/j.asej.2016.10.003
Taş, H. H., & Kul, F. M. (2020). Sunflower (Helianthus annuus) stalks as alternative raw material for cement-bonded particleboard. Drvna Industrija, 71(1), 41–46. https://doi.org/10.5552/drvind.2020.1907
Teischinger, A. (2010). The development of wood technology and technology developments in the wood industries – from history to future. European Journal of Wood and Wood Products, 68, 281–287. https://doi.org/10.1007/s00107-010-0458-2
Vassilev, S., & co-authors (2019). Investigation of Miscanthus and sunflower stalk fiber-reinforced composites for insulation applications. Advances in Civil Engineering, article ID 9328087. https://doi.org/10.1155/2019/9328087
Wood-based panel market size, share, growth, and industry analysis, by type (particleboard, MDF/HDF, hardboard, OSB, plywood, others), by application (furniture, construction, flooring, others), regional insights and forecast to 2033. (2025). URL: https://www.marketgrowthreports.com/market-reports/wood-based-panel-market-106881
Yasina, M., Waheed Bhutto, A., Bazmi, A., & Karim, S. (2010). Efficient utilization of rice – wheat straw to produce value-added composite products. Journal of Environmental Chemical Engineering, 1, 1–8. URL: https://www.researchgate.net/publication/258509387_Efficient_Utilization_of_Rice-wheat_Straw_to_Produce_Value_-added_Composite_Products
Ye, P., An, J., Zhang, G., Wang, L., Wang, P., & Xie, Y. (2018). Preparation of particleboard using dialdehyde starch and corn stalk. BioResources, 13(4), 8930–8942. https://doi.org/10.15376/biores.13.4.8930-8942
Zeng, Y., Lin, K.-T., Happs, R. M., Leal, J. H., Kang, X., Dou, C., Kruger, J., Ding, L., Sale, K. L., Semelsberger, T. A., Ray, A. E., Sun, N., & Donohoe, B. S. (2025). Storage-induced collapse of lignin macromolecular structure and its impacts on the biorefinery. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 13(30), 12178–12187. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c04284
