Основы технологии лесного и лесоперерабатывающего комплекса

Технология композиционных материалов.

Курс лекций

для студентов специальности 072000 (250503) «Стандартизация и сертификация» очной формы обучения

Красноярск 2006

Хлебодаров В.Н Основы технологии лесного и лесоперерабатующего его комплекса. Курс лекций для студентов специальности 072000 «Стандартизация и сертификация». – Красноярск, СибГТУ, 2006. – 100с.

Приведены характеристики и свойства продукции, сырья и материалов используемых в производстве композитов на основе древесины. Даны основные технологии производства композиционных материалов на основе древесины, клеев и минеральных связующих. Обоснованы режимы производства. Даны методики контроля качества, виды и показатели испытания изделий.

Рекомендуется студентам в качестве учебного пособия, специализуещимся в области сертификации и стандартизации.

Утверждена на заседании кафедры ТКМиД 18.05.06 протокол №3.

Рекомендовано к изданию РИС СибГТУ.

Введение

Значительные запасы древесина в сибирском регионе при высоких транспортных затратах, ставят задачи целесообразности её переработки непосредственно в регионе. В свою очередь здесь слабо развита промышленная переработка отходов древесины. Планируемые к строительству цеха древесностружечных и древесноволокнистых плит в районах приближенных к лесозаготовкам должны обслуживать высококвалифицированные специалисты, которых готовит СибГТУ. Наряду с этим в регионе развиваются и другие производства: лесопиление, домостроение, мебель и т.д., где также требуются специалисты данного профиля.

Одновременно для оценки качества продукции и её сертификации требуются специалисты в области лесопереработки. В этой связи в пробный план подготовки этих специалистов включена дисциплина «Основы лесного и лесоперерабатывающего комплекса» в объёме 210 часов общей нагрузки в XIII семестре, как дисциплина специализации, ГОС ВПО.

Целью данного курса студентами является изучение технологических основ производства композиционных материалов на основе древесины. Основными задачами, является освоение требований нормативной документации к исходным параметрам сырья и материалов, основных параметров технологических процессов и методам их контроля, а также оценка готовой продукции на основании детального анализа контролируемых показателей.

Данная дисциплина тесно связана с другими дисциплинами специализации (древесиноведение, метрология, стандартизация).

Особенностью авторского подхода к изложению материалов является новые виды материалов и технологий, заимствованные в Интернете и проспектах фирм, а также личный опыт лектора в области производства и оценка качества продукции в период работы на предприятиях и научных учреждениях страны.

В процессе преподавания теоретического материала, студентам будет выдаваться задания на самостоятельную работу согласно учебного плана и источники, по которым они могут изучить данные вопросы. Контроль освоение будет производиться частично в процессе лекции, а также на лабораторных и практических занятиях.

Лекция 1. Ведение в специальность – 2часа.

План лекции

1.1 Виды сырья и материалов, используемых в производстве композиционных изделий на основе древесины

1.2 Классификация клееных материалов

1.3 Классификация композиционных материалов на основе минеральных вяжущих

1.1 Виды сырья и материалов, используемых в производстве композиционных изделий на основе древесины

Мировые запасы древесины насчитывают около 250 млрд. м³, на одного человека планеты приходится 0,6 м³ древесины. Запасы России составляют 60 млрд. м³, а на одного россиянина приходится около 2 м³.

Древесина как сырье обладает рядом достоинств и недостатков:

- достоинства: древесина легка, прочна, хорошо обрабатывается, обладает красивой текстурой и сравнительно высокой стойкостью к агрессивным средам;

- недостатки: низкая биостойкость, разнородность состава, высокая пожароопасность.

В производстве композитов используются следующие породы древесины:

- хвойные: сосна, ель, пихта, кедр, лиственница, туя, можжевельник;

· Лиственные: тополь, осина, ольха, груша, яблоня (мягколиственные), дуб, бук, ясень, ильм, самшит, красное и черное дерево (твердолиственные), береза.

Строение дерева схематично изображено на рисунке 1.1

1- вершинная часть; 2- стволовая часть; 3- комлевая часть; 4- корневая часть.

Рисунок 1.1 – Строение дерева

Выход деловой древесины составляет 70-75 % от всего объема ствола дерева.

В качестве сырья также используют и отходы древесины:

· от лесозаготовок (сучья, вершинки, откомлевки – составляют примерно 30%);

· от лесопиления (горбыли, рейки, отторцовки, опилки – 20-25%);

· от деревообработки –15-20%;

· от фанерного производства (карандаш, шпон-рванина – 25-30 %).

Сейчас в Красноярском крае используется 15% отходов, в мире эта величина достигает 80-90%.

1.2 Классификация клееных материалов

Достоинства клееных материалов: снижение материалоемкости детали, использование отходов древесины, повышение формоустойчивости и механических показателей, возможность получения материалов с заданными формой и свойствами.

Область применения клееных материалов: мебель, паркет, строительные конструкции, столярные изделия.

Показатели применения композитов:

1 Экономия древесины в 1,5 – 3,0 раза;

2 Повышение биостойкости в 3 – 5 раз;

3 Замена пиломатериалов фанерой дает экономию до 50$ за 1 м³;

4 Применение фанеры в мебельном производстве 30-55 %, в капитальном строительстве – 5 %, в автовагоностроение – до 30 %.

Классификация композиционных материалов:

1 группа - Материалы, получаемые склеиванием природными или синтетическими клеями;

2 группа - Материалы, получаемые с использованием минеральных органических вяжущих (цементов, гипсов и др.).

Классификация клееных материалов (I группа):

1 Древесные плиты из измельченной древесины;

2 Фанера;

3 Древесно-слоистый пластик (ДСП);

4 Клееная массивная древесина;

5 Плиты из шпона;

6 Гнутоклееные заготовки из шпона;

7 Древесноволокнистые плиты сухого прессования;

Древесно-стружечные плиты (ДСтП) – это листовой материал, изготовленный из древесных частиц с клеем методом плоского или экструзионного горячего прессования. При плоском прессовании частицы укладываются параллельно плоскости плиты; при экструзионном – перпендикулярно.

Фанера – это тонкий слоистый материал из листов лущеного шпона, склеенных между собой методом горячего прессования.

Виды фанеры:

1 обычная;

2 строительная;

3 авиационная;

4 бакелизированная;

5 профилированная;

6 армированная;

7 специальная.

Древесно-слоистый пластик (ДСП) – это листовой материал из тонкого березового шпона, пропитанного фенолформальдегидными смолами и спрессованного под высоким давлением при переменных температурах. Получаемый ДСП устойчив к агрессивным средам, имеет высокую плотность (1,5 т/м³), может заменять некоторые металлы (алюминий, бронзу).

Клееная массивная древесина – это материал, получаемый из заготовок пиломатериалов, склеенных между собой в определенные размеры.

Плиты из шпона – это фанера толщиной более 15 мм.

Гнутоклееные заготовки из шпона получают путем склеивания тонких листов шпона с одновременным гнутьем.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) – это листовой материал из древесных волокон, смешанных с клеем и спрессованных при высоких температурах.

1.3 Классификация композиционных материалов на основе минеральных вяжущих:

1 Цементно-стружечные плиты (ЦСП) – это тонкий листовой материал из древесных частиц, затворенных раствором портландцемента. ЦСП применяются для покрытия полов и крыш. Плотность ЦСП 800 - 1 200 кг/м³.

2 Арболит – это строительный материал из измельченной древесины и раствора цемента, изготовляемый в формах (кирпичи, панели).

3 Фибролит – это плитный теплоизоляционный материал из древесной длинноразмерной стружки и раствора цемента, изготовляемый в формах. Плотность плит 450 - 500 кг/м³.

4 Строительный брус на магнезиальных вяжущих –это строительный материал, изготовляемый из крупной дробленой стружки с добавлением каустического магнезита и бешофита.

5 Гипсоволокнистые плиты (ГВП) – это тонкий листовый материал из древесных волокон с гипсоцементным вяжущих изготовленные методом плоского прессования.

Контрольные вопросы:

1. Основные достоинства и недостатки древесины.

2. Виды и объёмы отходов при переработки сырья.

3. Основные виды материалов получаемых склеиванием.

4.Основные виды материалов получаемых на основе древесины и минеральных вяжущих.
Лекция 2. Классификация и назначение, область применения клеев – 4 часа.

План лекции

2.1 Клеи, используемые в деревообработке

2.2 Карбамидоформальдегидные смолы и клеи

2.3 Фенолоформальдегидные смолы

2.4 Другие клеи, используемые в деревообработке

2.5 Процессы склеивания древесины

2.1 Клеи, используемые в деревообработке

Клеи – это вещества, обладающие способностью связывать между собой материалы при воздействии температуры и давления.

Классификация клеев

По способу получения клеи делятся на:

1 клеи животного происхождения (глюкиновые или столярные): мездровые, костные, рыбьи, казеиновые, альбуминовые и комбинированные (альбумино-казеиновые);

2 клеи растительного происхождения: эфироцеллюлозные (нитроклеи), белковые клеи (из сои, люпина), крахмальные, пектиновые;

3 синтетические клеи: эпоксидные, карбамидоформальдегидные, фенолформальдегидные, меламиноформальдегидные, полиуретановые, поливинилацетатные (ПВА), комбинированные и др.

По внешнему виду клеи делятся на:

– жидкие;

– порошкообразные;

– пленочные.

Требования к клеям:

1 эксплуатационные:

– высокая прочность склеивания (адгезия);

– высокая водо-, био- и огнестойкость;

– эластичность;

– долговечность;

– нейтральность к материалам;

– низкая твердость;

– высокая термостойкость.

2 технологические:

– нетоксичность;

– стабильность состава;

– простота приготовления и нанесения;

– низкие диэлектрические свойства;

– вязкость.

3 экономические:

– низкая стоимость;

– высокая скорость тверждения;

– малые капитальные затраты на изготовление и нанесение.

Синтетические смолы и клеи – этовысокомолекулярные соединения (полимеры), состоящие из большого числа звеньев, молекулярная масса которых изменяется от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Существует два следующих способа получения синтетических клеев:

2 Полимеризация – это укрупнение молекул при постоянном химическом составе;

3 Поликонденсация – это образование нового по химическому составу вещества из двух или нескольких низкомолекулярных соединений.

По форме молекул различают полимеры линейные, разветвленные и сетчатые.

По химической активности различают клеи термопластичные (обратимые) и термореактивные (необратимые).

По водостойкости различают клеи повышенной водостойкости, средней водостойкости и неводостойкие.

В состав клея входят:

- растворители;

- клееобразователи;

- наполнители;

- катализаторы;

- отвердители;

- стабилизаторы;

- пластификаторы;

- дубители;

- антипирены и антисептики;

- гидрофобные добавки.

2.2 Карбамидоформальдегидные смолы и клеи

Впервые карбамидоформальдегидные смолы (КФС) были синтезированы в 1929 г. Требования к КФС установлены ГОСТ 14231-88.

В состав КФС входят:

- мочевина (NH₂)₂CO;

- формальдегид СН₂О;

- атализаторы (уротропин, аммиак, гидроксид натрия).

Свойства КФС зависят от таких факторов как:

1 Молярное соотношение между карбамидом и формальдегидом. Это соотношение должно находиться в пределах от 1,0:1,5 до 1,0:2,2, оно влияет на вязкость, скорость тверждения, токсичность и стабильность состава смолы.

2 Водородный показатель, влияющий на скорость и полноту реакции поликонденсации (увеличиваются с ростом рН).

3 Температура поликонденсации (должна составлять от 80 до 100 ºС).

4 Характер конечной обработки смолы.

КФС хранят при температуре от 15 до 20 ºС в темном месте, срок хранения смолы составляет от 2 до 3 месяцев в зависимости от ее марки.

Достоинства КФС:

- богатая сырьевая база (каменный уголь);

- высокая адгезия;

- низкая стоимость;

- бесцветность;

- высокая скорость тверждения;

- хорошая смешиваемость с водой;

- сравнительно низкая токсичность;

- возможность регулирования вязкости.

Недостатки КФС:

- испарение избыточного формальдегида (токсично);

- деструкция клея со временем.

Основные марки КФС:

· КФ-МТ-15 – малотоксичная смола, содержание свободного формальдегида – 1,5 %;

· КФ-Б – смола быстрого тверждения;

· КФ-Ж – смола повышенной жизнеспособности.

После обозначения марки смолы могут указываться буквы, обозначающие ее область применения: М – мебель; Ф – фанера; П – плиты.

Отверждение клея на основе КФС

1 Холодный: в качестве отвердителя добавляют щавелевую кислоту (СООН)₂, сернокислый аммоний (NH₄)₂SO₄, фосфорнокислый аммоний (NH₄)₃РO₄;

2 Горячий: вводят хлорид аммония или хлорид серы в количестве 0,8-1,5 % от массы смолы.

При введении отвердителя повышается кислотность среды (величина рН снижается до 3 - 4 единиц) и начинается желатинизация клея. Необходимое количество отвердителя зависит от начальной величины рН (обычно 6,5 – 7,5 единиц) и составляет от 0,5 до 1,5 %.

Для введения отвердителя его разбавляют водой и малым количеством смолы, тщательно перемешивают и дозированным объемом вводят в клеемешалки. При холодном отверждении в стопроцентный объем смолы вводят 6 -7 массовых долей щавелевой кислоты 10 % - ной концентрации.

Количество вводимого отвердителя также зависит от жизнеспособности клея, которая составляет:

- для марки КФ-МТ – от 2 до 8 часов;

- для марки КФ-Б – до 10 часов;

- для марки КФ-Ж – до 20 часов.

Жизнеспособность увеличивают введением 25 %-ной аммиачной воды в объеме от 0,5 до 1,0 % или карбамида в объеме от 1 до 3 %.

Изделия, склеенные КФС выдерживают, температуры от минус 40 ºС до плюс 80 ºС.

Производными от КФС являются карбмидомеламиноформальдегидные смолы, повышающие водостойкость и прочность клея на 30-40 %.

Свойства КФС

1 плотность КФС: от 1,4 до 1,45 г/см³;

2 прочность на разрыв: от 32 до 50 МПа;

3 твердость по Бренелю: от 350 до 400 МПа;

4 водопоглощение за 24 часа: от 0,25 до 0,4 %;

5 концентрация: от 63 до 68 %.

2.3 Фенолоформальдегидные смолы

Впервые фенолоформальдегидные смолы (ФФС) были синтезированы в 1872 г. ФФС – смолы темно-вишневого цвета, без запаха, легкорастворимые в воде, имеют очень много гомологов.

В состав ФФС входят:

- фенол С₆Н₅ОН;

- формальдегид СН₂О;

- катализаторы (соли, щелочи, кислоты).

Различают следующие виды ФФС:

1 – однокомпонентные;

– многокомпонентные;

2 – жидкие;

– твердые;

3 – для холодного склеивания;

– для горячего склеивания.

Однокомпонентные ФФС смешивают без добавления отвердителя при воздействии высоких температур.

Свойства ФФС зависят от таких факторов как:

1 Вязкость, характеризующая внутренним трением молекул. Вязкость зависит от содержания свободного фенола в смоле и увеличивается с ростом концентрации смолы, что приводит к снижению адгезии клея.

2 Содержание сухого остатка (нелетучих веществ), которое зависит от рецепта приготовления смолы и влияет на скорость тверждения и прочность склеивания.

3 Щелочность смолы, которая влияет на скорость тверждения, водостойкость и адгезию.

4 Содержание свободного фенола, зависящее от молярного соотношения фенола и формальдегида (от 1,0:2,1 до 1,0:2,5). Это соотношение влияет на скорость тверждения и пластичность клеевого шва.

Марки ФФС

- СФЖ-3011: смола фенольная жидкая для производства авиационной и бакелизированной фанеры, обладает высокой водостойкостью и адгезией, но низкой скоростью тверждения и высокой токсичностью, срок хранения – 1 месяц;

- СФЖ-3013: смола фенольная жидкая для производства водостойкой фанеры, срок хранения – 1,5 месяца;

- СФЖ-3014: обладает свойствами, близкими к СФЖ-3013;

- СФЖ-3024: смола фенольная жидкая для производства обычной фанеры, малотоксичная, обладает средними показателями прочности и водостойкости.

На основе ФФС изготовляют бакелитовый спирторазводимый лак для производства пластиков. Бакелитовая пленка на основе ФФС, представляющая собой бумагу, толщиной от 0,3 до 0,4 мм и массой от 18 до 20 г/м², пропитанную бакелитовой смолой, используется для изготовления дорогостоящих видов фанеры методом горячего прессования. ФФС холодного отверждения используют для изготовления обычной и строительной фанеры, в качестве отвердителя добавляют кислоты.

Достоинства ФФС:

- высокая адгезия;

- высокая водо-, био- и огнестойкость;

- хорошо соединяется с полимерами;

- возможность использования материалов на основе ФФС в качестве наружных отделочных материалов.

Недостатки ФФС:

- средней величины токсичность;

- дороговизна;

- темный цвет;

- старение (деструкция клеевого шва).

Свойства ФФС

1 Плотность ФФС: от 1,3 до 1,35 г/см³;

2 рН – от 6 до 8 единиц;

3 Вязкость – от 100 до 450 с;

4 Масса сухого остатка – от 65 до 85 %;

5 Содержание свободного фенола – от 5 до 20 %;

6 Прочность склеивания – от 30 до 80 МПа;

7 Продолжительность желатинизации:

- при горячем склеивании – от 20 до 90 с;

- при холодном склеивании – от 2 до 8 часов.

Область применения ФФС: авиационная, бакелизированная фанера, лыжи, конструкционные материалы и пластики.

2.4 Другие клеи, используемые в деревообработке

2.4 Поливинилацетатные клеи

Впервые поливинилацетатные клеи (ПВА) были получены в 1940 г. Требования к ПВА установлены в ГОСТ 18992.

ПВА – это раствор полимеров в винилацетате, получаемый поликонденсацией; представляет собой белую жидкость с легким эфирным запахом; выпускается двух видов:

- пластифицируемый дибутилфтолатом;

- непластифицируемый.

К ПВА относятся латексные клеи, полиуретановые клеи и дисперсии термопластов.

Процесс склеивания с помощью клея ПВА основан на образовании пленки после испарения ацетона.

Достоинства ПВА:

- высокая адгезия;

- безвредность (в готовом виде);

- бесцветность;

- однокомпонентность.

Недостатки ПВА:

- низкая морозостойкость и водостойкость;

- дороговизна;

- короткий срок хранения (не более 6 месяцев).

2.4.2 Полимеризационные клеи

Синтетические клеи получают методом полимеризации, позволяющей получить дополнительные пространственные связи в процессе отверждения. Желатинизация синтетических клеев проходит в три фазы:

1 Фаза А: дополнительное появление связей между молекулами; клей (резол) еще находится в жидком состоянии, его молекулярная масса нестабильна,

2 Фаза В: появление желеобразного продукта частичного превращения (резитол), продукт нерастворим, при воздействии ацетона разбухает, при нагреве размягчается;

3 Фаза С: получение конечного продукта (резит), который не плавится, не растворяется, химически инертен, имеет высокую молекулярную массу.

Четких границ фазами стадиями нет.

2.4 Прочие виды клеев

1 Полиуретановые клеи применяются для склеивания тканей и древесины.

2 Клей-расплав применяют для облицовывания кромок мебельных щитов. Клей-расплав термопластичен, имеет температуру плавления 70-90 ºС и продолжительность тверждения от 3 до 5 с. Температура нанесения: от 170 до 200 ºС. Получают клей-расплав в виде желтых или коричневых гранул полимеризацией этиленвинилацетата. Марки: КРУС-1, КРУС-2.

3 Каучуковые клеи представляют собой раствор каучука в органических растворителях и применяются для склеивания древесины с тканью или древесины с древесиной. К каучуковым клеям относятся латексные и резиновые клеи.

4 Фенолобутварный клей (БФ) получают совмещением ФФС с поливинилбутиралем (бутваром) выпускаются марки БФ-2, БФ-4, БФ-6 и др. Клей имеет высокие адгезионные свойства, водо- и морозостоек.

5 Клеевая нить – это термостойкая стекловидная нить, покрытая полиамидной смолой. Используется для склеивания строганого шпона, тканей, обрезков обоев.

6 Целлюлозные клеи представляют собой раствор целлюлозы в органических растворителях и применяются для приклеивания бумаги к дереву.

7 Карбинольные клеи используют для склеивания стекла, пластмасс и металлов.

2.5 Процессы склеивания древесины

2.5 Способы улучшения свойств клеев

Используют следующие способы улучшения свойств клеев:

1 Наполнение клеев, что влияет на структуру клея, его химический состав и на условную полимеризацию. Наполнители бывают активные (улучшающие клеящие свойства) и инертные (заполняющие объем).

2 Пластификация клеев введением пластификаторов (глицерин, сахара и др.), чтобы клей не трескался при нагрузках.

3 Модификация клеев для изменения их свойств (адгезии, механических показателей, стойкости к высоким и низким температурам и др.)

2.5 Приготовление клеев

Перед использованием клея анализируют состав и свойства исходного материала (рН, вязкость концентрацию, желатинизацию, плотность и др.)

Однокомпонентные клеи подают в зону нанесения на материал насосами по трубам дозированным объемом.

Двухкомпонентные клеи готовят в специальных клеемешалках при температуре 20 ºС. Предварительно по характеристике смолы определяют количество отвердителя, наполнителя (модификатора) и режим приготовления. Отвердитель разводят водой в объеме достижения нужной концентрации клея, и дозированным объемом вводят раствор в клеемешалку со смолой. Для более экономичного расхода клея его вспенивают альбумином в объеме до 1 %. Полученный раствор клея по трубам подается в зону нанесения.

2.5 Склеивание древесины

Для обеспечения качественного нанесения клея на материал он должен обладать хорошей смачивающей способностью, то есть энергия на границах должна уменьшаться.

Необходимое количество клея на поверхности зависит от его марки, вида склеиваемых материалов и режимов склеивания.

Качество склеивания определяется адгезией и когезией.

Адгезия – это прочность соединения клея с материалом, характеризующаяся силой сцепления.

Когезия – это прочность клеевого шва.

1- отрыв клея по границе с материалом (адгезионная прочность); 2- отрыв по клеевому шву (когезионная прочность)

Рисунок 2.1 – Адгезионная и когезионная прочность

Теории образования связей между клеем и материалом

1 Теория Мак-Бена: клей заполняет поры материалов, происходит усадка клея и стягивание поверхности.

2 Теория Дебройна: клей стягивает поверхности за счет притягивания атомов и молекул материала, то есть за счет поляризации молекул.

3 Теория Дерягина: соединение происходит за счет контактной электролизации по принципу разности заряженных частиц.

4 Теория Воюцкого: соединение происходит за счет взаимного проникновения молекул.

5 Теория Москвитина: соединение происходит за счет всех видов химических и межмолекулярных связей, то есть создается релаксация напряжений.

Универсальной теории не существует.

2.5 Режимы склеивания

Прочность, продолжительность и экономичность соединения клея с материалом зависят от следующих факторов:

1 Состояние клея и его марка;

2 Количество клея на поверхности;

3 Состояние окружающей среды;

4 Состояние склеиваемых поверхностей;

5 Температура склеивания;

6 Давление на материал;

7 Продолжительность воздействия температуры и давления;

8 Продолжительность выдержки материала перед дальнейшей обработкой или эксплуатацией.

Состояние клея характеризуется его концентрацией, вязкостью и рН и влияет на прочность и продолжительность склеивания. Вязкость, кроме того, влияет на смачиваемость клея и скорость его тверждения, изменять вязкость можно введением в клей растворителей и наполнителей.

Количество клея на поверхности определяется маркой клея, видом склеиваемых материалов и состоянием поверхностей (при пористой древесине расход клея больше, при гладкой – меньше). Обычно расход клея составляет от 90 до 350 г/м³.

Состояние окружающей среды характеризуется температурой и влажностью. Оптимальными являются температура от 18 до 24 ºС, влажность воздуха – от 45 до 50 %, скорость движения воздуха – не более 0,5 м/с. В осенний и весенний период при повышении влажности окружающей среды увеличивают количество вводимого отвердителя.

Шероховатость поверхности должна быть минимальна. Перед нанесением клея поверхность очищают от пыли и инородных включений, нейтрализуют экстрактивные вещества.

При горячем склеивании материалов повышение температуры увеличивает скорость тверждения, но вызывает появление внутренних напряжений в материале, что ведет к короблению изделия. При низких температурах продолжительность склеивания больше, но напряжения меньше.

Оптимальное давление склеивания рассчитывается на единицу площади поверхности и зависит от характеристики готовой продукции и плотности склеиваемых материалов.

Продолжительность выдержки материала при температуре и давлении рассчитывается исходя из скорости тверждения клея.

Выдержка материала после склеивания необходима для постепенного охлаждения его до температуры окружающей среды и медленного распределения внутренних напряжений по сечению материала.

Контрольные вопросы:

1. Понятие о склеивании. Требования к клеям.

2. Состав и свойства клеев на основе КФС.

3. Состав и свойства клеев на основе ФСФ.

4. Область применения клеев.

5. Улучшение свойств клеев.

Лекция 3. Технология плит из измельченной древесины – 2 часа.

План лекции

3.1 Технология плит из измельченной древесины

3.2 Технологический процесс производства ДСтП

3.3 Подготовка сырья

3.4 Измельчение древесины

3.5 Сушка древесных частиц

3.6 Сортировка древесных частиц

3,1 Древесностружечные плиты (ДСтП)

ДСтП – это плиты, изготовленные горячим прессованием древесных частиц, смешанных со связующим.

Требования к ДСтП установлены в ГОСТ 10632-89

Виды ДСтП:

– плоского прессования;

– экструзионного прессования;

Классификация ДСтП

1 по физико-механическим показателям ДСтП разделяют на марки А и Б;

2 по качеству поверхности – на I и II сорт;

3 по виду поверхности различают ДСтП с обычной поверхностью и с мелкоструктурной поверхностью;

4 по степени обработки поверхности различают шлифованные (Ш1, Ш2) и нешлифованные (НШ);

5 по гидрофобным свойствам различают ДСтП:

– с обычной водостойкостью;

– с повышенной водостойкостью;

6 по содержанию формальдегида ДСтП разделяют по классам эмиссии:

– Е1 (содержание формальдегида до10 мг/100 г плиты);

– Е2 (содержание формальдегида от 10 до 30 мг/100 г плиты);

– Е3 (содержание формальдегида от 30 до 60 мг/100 г плиты).

Для изготовления мебели разрешается использовать только плиты классом эмиссии Е1.

Размеры плит, мм:

– длина – 1 830 - 5 680;

– ширина – 1 200 - 2 500;

– толщина – 8 - 28.

Допускаются отклонения:

-по толщине – ±0,3 мм;

-по длине и по ширине – ±5 мм.

При изготовлении плит учитывают припуск на шлифование, который для одноэтажных прессов составляет 1 мм, для многоэтажных – 1,5 мм.

В таблице 3.1 приведены физико-механические свойства ДСтП.

Таблица 3.1 – Физико-механические свойства ДСтП

Наименование показателя	Значение показателя
П-А	П-Б
1. Влажность, % -наружные слои -внутренние слои
2. Разбухание по толщине, % -за 24 часа -за 2 часа
3. Предел прочности при изгибе, МПа, для плит толщиной 13-19 мм
4. Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти, МПа, для плит толщиной 13-19 мм	0,3	0,3
5. Удельное сопротивление выдергиванию шурупов, Н/мм^2: -для пласти -для кромок
6. Покоробленность, мм/м	1,2	1,6
7. Шероховатость поверхности, мкм -для шлифованных плит с обычной поверхностью -для шлифованных плит с мелкоструктурной поверхностью -для нешлифованных плит

Сырье для производства ДСтП:

– древесина всех видов и всех пород, но лучшим сырьем являются легкодеформируемые породы (ель, сосна, осина, тополь, пихта);

– пеньковая костра;

– семена и стебли хлопчатника;

– бамбук, камыш;

– багассы.

В сырье: гнили допускается не более 5 %;

коры допускается не более 15 %

обугленная древесина – не допускается.

Материалы для производства ДСтП:

– связующее (карбамидоформальдегидные смолы (КФ-МТ), фенолоформальдегидные смолы (СВЖ));

– отвердитель (карбамид, хлористый аммоний, 25 %-ный раствор аммиачной воды);

– модификаторы (гидрофобные, например, парафин; антипирены, например, 10 %-ная борная кислота; антисептики).

Контрольные вопросы:

1. Классификация ДСтП по видам прессования.

2. Классификация ДСтП по физико – механическим свойствам.

3. Основные размеры и отклонения ДСтП.

4. Виды сырья для ДСтП.

5. Виды материалов для ДСтП.

Лекция 4. Технологический процесс производства древестружечных плит – 2 часч.

План лекции

4.1 Технологический процесс производства ДСтП

4.2 Подготовка сырья

4.3 Измельчение древесины

4.1 Технологический процесс производства ДСтП

Технологический процесс производства ДСтП состоит из следующих операций:

1 Подготовка сырья;

2 Измельчение древесины;

3 Сушка древесных частиц;

4 Сортировка древесных частиц;

5 Приготовление связующего;

6 Смешивание древесных частиц со связующим;

7 Формирование стружечного ковра;

8 Контроль качества стружечных пакетов;

9 Холодная подпрессовка пакетов;

10 Горячее прессование плит;

11 Кондиционирование плит;

12 Обрезка плит по формату;

13 Шлифование плит;

14 Сортировка плит;

15 Контроль качества, приемка, транспортировка и хранение.

Структурная схема производства ДСтП

В зависимости от вида исходного сырья и конструкции плиты выделяют две основные схемы производства ДСтП:

1 из круглых лесоматериалов (технологического сырья);

2 из технологической щепы или кусковых отходов;

Изготовление ДСтП из технологического сырья осуществляется по следующей схеме:

Изготовление ДСтП из технологической щепы осуществляется по следующей схеме:

4.2 Подготовка сырья

Подготовка сырья включает в себя следующие этапы:

1 Сортировка сырья по породам и качеству (отделяются легкодеформируемые породы для наружных слоев плиты и бревна с гнилью).

2 Гидротермическая обработка сырья (оттаивание зимой, увлажнение сухого сырья летом для получения качественной стружки).

3 Окорка круглых лесоматериалов.

4 Поперечная разделка круглых лесоматериалов на метровые отрезки на установках слешерного типа ДЦ-10.

5 Продольная разделка метровых отрезков для удаления гнили и уменьшения размеров крупных чурок на дровокольных станках типа КГ, КМ, КЦ.

При использовании в качестве сырья технологической щепы дополнительно привлекаются отходы лесопиления и деревообработки и низкокачественные круглые лесоматериалы, которые перерабатываются в щепу в рубительных машинах типа МРГ, МРН, МРП-10. После этого производится сортировка щепы на установках типа СЩ-1 или СЩ-120.

4.3 Измельчение древесины

Виды стружки:

– плоская;

– игольчатая (веретенообразная);

– пылевидная;

– волокнистая.

Стружка сортируется на фракции по размерам, мм:

1 пылевидная – 0,01 × 0,01 × 0,01;

2 волокнистая – 0,1 × 0,1 × 0,5 - 1,5;

3 мелкая – 0,1 × 0,2 × 0,5 - 2,0;

4 средняя – 0,15 × 0,5 × 2,0 - 5,0;

5 крупная – 0,25 × 0,5 × 5,0 - 10,0;

Анализ качества стружки производится ситами (всего 10 шт.) с размерами ячеек от 0,1 до 3 мм. Лучшей является плоская стружка, которая плотно укладывается в пакете. Игольчатая стружка укладывается хаотично. Для наружных слоев плиты используется пылевидная, волокнистая и мелкая стружка; для внутренних слоев – средняя и крупная стружка.

Конструкции плит:

1 однослойные плиты (древесные частицы по толщине уложены без сортировки);

2 трехслойные плиты (два наружных слоя из мелкой стружки и внутренний слой из крупной стружки; суммарная толщина наружных слоев составляет 0,3 - 0,4 от всей толщины плиты);

3 пятислойные плиты (от 0,5 до 0,6 всей толщины плиты приходится на внутренний слой, а остальное – на наружные и средние слои);

4 многослойные плиты (древесные частицы укладываются пневмораспылением и в середине оказываются более крупные частицы).

Плотность ДСтП не регламентируется в ГОСТе, поэтому она определяется заказчиком исходя из назначения плиты:

– легкие плиты (400-500 кг/м³) применяются для тепло- и звукоизоляции;

– плиты средней плотности (500-700 кг/м³) используются как легкий конструкционный материал в строительстве и изготовлении мебели;

– тяжелые плиты (700-900 кг/м³) используются как ответственные нагруженные конструкционные элементы.

Наиболее распространены мебельные плиты плотностью от 690 до 750 кг/м³. Также широко применяются OSB-плиты, получаемые из крупноразмерной стружки на фенольных или повышенного содержания карбамидных клеях. Плотность OSB-плит составляет от 750 до 850 кг/м³, они могут выдерживать нагрузки в два раза большие, чем обычная плита, и применяются как строительный материал для изготовления многослойных сэндвич-панелей.

Для измельчения массивной древесины (круглых лесоматериалов, колотых балансов) применяют стружечные станки ДС-6, ДС-8 и их модификации (рисунок 4.1). На выходе получают плоскую резаную стружку. Количество необходимых станков зависит от объема поступающего сырья.

техсырьё

барабан

плоскавя стружка

Рисунок 4.1 – Схема центробежного станка ДС-6

Для измельчения технологической щепы в стружку (игольчатого вида) применяют станки типа ДС-5, ДС-7 и их модификации (рисунок 9.2).

Рисунок 4.2 – Схема центробежного станка ДС- 7

Контрольные вопросы

1 Особенности технологических процессов производства ДСтП из технологического сырья и технологической щепы.

2. Подготовка сырья для ДСтП.

3. Требования к древесине и частицам для ДСтП.

4. Особенности измельчения технологического сырья в стружку.

5. Особенности измельчения технологической щепы в стружку.

Лекция 5. Технология сушки, сортировки и повторного измельчения частиц – 2 часа.

План лекции

5.1 Сушка древесных частиц

5.2 Сортировка древесных частиц

5.1 Сушка древесных частиц

Начальная влажность стружки:

- из круглых лесоматериалов составляет 60-80 %;

- из технологической щепы – 30-50 %.

Для изготовления плит применяется стружка влажностью:

- для наружных слоев – от 3 до 5 %;

- для внутренних слоев – от 1 до 3 %.

Влажность стружки наружных слоев должна быть больше влажности стружки внутренних слоев для того, чтобы при прессовании испаряемая под действием температуры влага наружных слоев в виде перегретого пара под давлением поступало во внутренние более рыхлые слои плиты, ускоряя процесс желатинизации клея внутренних слоев.

Сушка стружки производится двумя способами:

1 в трубах-сушилках (рисунок 5.1);

2 во вращающихся барабанах (рисунок 5.2).

избыточная влага

сегментный дозатор

стружка циклон

горячий воздух

Т=230 - 480ºС бункер

Рисунок 5.1 – Сушка стружки в трубах-сушилках

стружка

воздух

горячий воздух

Т=280 - 650ºС сухая стружка

υ = 7 м/с

зубчатые колёса

Рисунок 5.2 – Сушка стружки в трехходовой барабанной сушилке

Контроль влажности стружки может осуществляться встроенными влагомерами или высушиванием в лабораторных условиях. Если влажность превышает норму, то уменьшают количество стружки, подающейся на сушку, и наоборот.

Сухая стружка пневмотранспортером подается в бункера сухой стружки (отдельно для внутренних и для наружных слоев).

5.2 Сортировка древесных частиц

Если плиты однослойные, то сортировку проводят только один раз, чтобы убрать самую крупную стружку.

Если для изготовления плит используется смешанное сырье из технологической щепы и круглых лесоматериалов, то щепа идет на производство стружки для внутренних слоев, а лесоматериалы – для наружных. Если щепы больше, чем необходимо, ее сортируют, если больше лесоматериалов, то часть их дорубается в щепу.

Виды сортировки:

1 Механическая сортировка производится на установках качающего типа ДРС-1 или ДРС-2 производительностью от 6 до 10 тыс. кг/ч (рисунок 5.3).

- - - - - - - - - - - - - - -

на доизмельчение

Рисунок 5.3 – Механическая сортировка стружки

2 Пневматическая сортировка производится на пневмосепараторах ДПС или «Keller» только для стружки наружных слоев с целью более тонкого ее разделения (рисунок 3.7).

1- выход стружки; 2- труба загрузки; 3- светильник; 4- камера сепарации; 5- ворошитель; 6- регулятор (заслонка) высоты слоя стружки на сите; 7- шлюзовый затвор; 8- решетка; 9- регулятор подачи воздуха;

10- сито; 11- смотровые окна.

Рисунок 5.4 – Пневмосепаратор

Доизмельчение крупной стружки

Сухая отсортированная крупная стружка доизмельчается в барабанных установках типа ДМ-7 производительностью 6-8 тыс. кг/ч (рисунок 3.7).

Крупная стружка

Ротор

Сито

Рисунок 5.5 – Молотковая мельница ДМ-7

Контрольные вопросы:

1. Параметры стружки по влажности.

2. Виды оборудования для сушки стружки.

3. Режимы сушки стружки.

4. Принцип механической и пневматической сортировки стружки.

5. Доизмельчение стружки.

Лекция 6. Хранение и осмоление древесных частиц – 2 часа.

План лекции

6.1 Бункерование стружки

6.2 Приготовление связующего

6.3 Смешивание стружки со связующим

6.4 Формирование стружечного ковра

6.5 Контроль качества стружечных пакетов

6.1 Бункерование стружки

Межоперационное хранение стружки производится в бункерах, емкость которых зависит от часового расхода материалов на предыдущей операции.

Подача стружки в бункера осуществляется пылевыми вентиляторами по воздуховодам. Стружка вместе с воздухом поступает в циклон, где они разделяются. Из циклона стружка под действием силы тяжести попадает в бункер типа ДБО (рисунок 9.8). Бункер снабжен ворошителями и дозаторами для равномерной подачи стружки на последующую операцию.

Рисунок 6.1 – Схема бункера ДБО

6.2 Приготовление связующего.

Клей готовится в отдельном помещении в клеемешалках. Предварительно определяются:

- вязкость;

- рН;

- концентрация смолы;

- расход отвердителя (в процентах к массе смолы).

Отвердитель сначала разводится водой и вмешивается в смолу при постоянном перемешивании. Концентрация готового клея с учетом наличия отвердителя должна составлять:

- для наружных слоев 50-56 %;

- для внутренних слоев 54-60 %.

Повышенная концентрация клея для внутренних слоев необходима для ускорения его желатинизации, так как стружка внутренних слоев прогревается позже, чем стружка наружных слоев.

Для замедления тверждения добавляют 20 %-ный раствор аммиачной воды, для ускорения – карбамид.

Расход клея составляет:

- для наружных слоев 11-14 %;

Дата добавления: 2014-01-04