8.8 Технология изготовления древесноволокнистых плит

В основе производства ДВП лежат технологические процессы разделения древесины на волокна, обеспечивающие в процессе плитообразования прочное взаимодействие волокон между собой.

Исходным сырьем для производства волокнистых плит могут быть как круглые лесоматериалы, так и технологическая щепа, получаемая из низкокачественной древесины и древесных отходов лиственных и хвойных пород (ель, сосна, береза, осина, дуб, бук и др.). Помимо древесины сырьем могут служить лубяные растения, имеющие волокнистое строение (тростник, камыш, стебли хлопчатника и др.); однако пока они не нашли применения в производстве плит в нашей стране.

Сырьем для изготовления плит MDF,служат в основном круглые лесоматериалы и отходы лесопиления лиственных и хвойных пород. Из древесины хвойных пород получают светлые плиты высокого качества.

В технологии производства плит в древесноволокнистую массу вводят связующее, гидрофобизирующие вещества, осадители и другие добавки.

В качестве упрочняющих (связующих) веществ обычно используют фенолоформальдегидные смолы, реже сосновую канифоль и органические изоцианаты (дифенилметандиизоцианат). Из фенолоформальдегидных смол используют смолы резольного типа, в основном, марки СФЖ -3014 и СФЖ -3024Б. Канифоль применяют иногда в качестве упрочняющей добавки в производстве мягких древесноволокнистых плит.

При увлажнении плиты не только коробятся, но и разбухают, увеличиваются в размерах. Чтобы придать древесноволокнистым плитам определенную водостойкость и гидрофобность, применяют гидрофобизирующие вещества: парафин, церезин, церезиновую композицию и дистиллятный гач. Внесение какого-либо из этих веществ в небольшом количестве (до 1 %) резко повышает водостойкость плит. Добавление большого количества веществ снижает прочность плит и становится нецелесообразным.

Гидрофобизирующие добавки вводят в древесноволокнистую массу в виде специально приготовленных и разбавленных горячей водой щелочных эмульсий. Это достигается интенсивным перемешиванием с добавкой эмульгатора. В качестве эмульгатора используют олеиновую кислоту с аммиаком, лигносульфонат (сульфатно-дрожжевую бражку), кубовые остатки синтетических жирных кислот.

Осадителями называются вещества, способствующие осаждению в водной суспензии проклеивающих составов на древесных волокнах. Наиболее часто употребляемыми осадителями являются сернокислый алюминий и серная кислота

В производстве специальных древесноволокнистых плит, изготовляемых как мокрым, так и сухим способами, применяют различные химические добавки. Например, для повышения водостойкости твердых плит их пропитывают талловым маслом с сиккативом, госсиполовой смолой, отходами низкомолекулярного полиэтилена и др. Мягкие и полутвердые плиты пропитывают нефтяным битумом. Для получения огнестойких плит в древесноволокнистую массу вводят при мокром способе производства нефелиновый антипирен с добавкой асбеста, а при сухом способе  фосфаты и сульфаты аммония, буру, борную кислоту и т.д. Биостойкие плиты получают, применяя незначительные добавки кремнефтористого аммония, пентахлорфенолята натрия.

Технология изготовления ДВП мокрым способом производства. Изготовленная в рубительной машине щепа обязательно сортируется на трехуровневых ситах: размер верхнего сита 39x39, нижнего 5x5 мм. Крупную фракцию доизмельчают на дезинтеграторах. В производство ДВП идет щепа без мятых кромок, с длиной частиц 10-35 мм, с толщиной не более 5 мм, с углом среза 30-60 градусов. Содержание гнили допускается не более 5 %, минеральных включений не более 1 % , коры не более 15 %.

Оптимальная влажность щепы перед размолом 50-70 %, при истирании она снижается примерно на 30%.

Основой изготовления качественных плит является высокое качество древесного волокна, однородность свойств и геометрических размеров. Первичный горячий размол щепы осуществляется в дефибраторах, вторичный – в рафинёрах или конических мельницах. Внешний вид системы размола Defibrator приведен на рис/ 8.38. Она состоит из пропарочного бункера (камеры), со шнековым питателем, подогревателя, шнековой подающей системы и размольной установки. Пропарочный бункер предназначен для выравнивания температуры и влажности массы щепы с повышением температуры до 80-90⁰С. Воздействие пара на щепу делает ее менее ломкой, смягчает реакцию на динамические нагрузки. В зону размола могут подаваться добавки специального назначения: гидрофобизаторы, модификаторы и др.

Рис. 8.38 Система размола Defibrator

Степень размола массы измеряется на аппарате «Дефибратор-секунда», характеризуется в градусах помола и имеет обозначение ДС. Для твердых плит степень помола должна быть в пределах 22-28 ДС, для мягких 28-35 ДС.

На рисунке 8.39 видно, как различаются волокна, вышедшее из дефибратора и рафинера.

Рис.8.39 Древесные волокна после размола:

а) в дефибраторе; б) в рафинере

Древесноволокнистый ковер формируется в воздушной среде по сухому способу производства или в водной среде по мокрому способу производства. Взаимодействие сформированных в ковер древесных волокон между собой происходит в условиях горячего прессования при изготовлении твердых, полутвердых ДВП или при сушке (для мягких плит).

При мокром способе производства (рис. 8.40) готовую массу помещают в массный бассейн, где концентрация волокна перед отливом устанавливается в пределах 0,9-1,8 %. Обезвоживание ковра происходит последовательно фильтрацией, отсосом и отжимом. Горячее прессование происходит на поддонах с использованием сеток для создания условий удаления воды и пара. Температура прессования плит 200-215⁰С, давление 5,0-5,58 МПа на фазе отжима с последующим снижением на фазе сушки и повышением на заключительной фазе – закалке.

Рис. 8.40 Схема технологического процесса твердых и сверхтвердых плит:

1 – щепа; 2 – круглая древесина и кусковые отходы; 3 – рубительная машина; 4 - циклон; 5 – сортировка щепы; 6 – дезинтегратор; 7 – ёмкость для связующего; 8 – ёмкость для парафина; 9 – ёмкость для серной кислоты; 10 – мешки с эмульгатором; 11 – эмульсатор; 12; 13; 14 – расходные ёмкости соответственно для осадителя, парафиновой эмульсии и связующего; 15 – бункер щепы; 16 – установка для мойки щепы; 17 – ленточные конвейеры; 18 – расходный бункер для щепы дефибратора; 19 – дефибратор; 20 – рафинатор; 21 - рафинаторный бассейн; 22 – массный бассейн;

Сверхтвердые плиты получают введением дополнительной операции пропитки отпрессованных плит маслами, после чего плиты поступают на термообработку. Термообработку отпрессованных плит в специальных камерах проводится при температуре 160-170⁰С.

Схема получения мягких ДВП по мокрому способу производства, аналогична схеме получения твердых плит. Однако, отсутствуют такие операции как горячее прессование плит окончательная термообработка (рис. 8.41).

Производство ДПВ по мокрому способу организуется таким образом, чтобы минимизировать потребление воды. Объем сбрасываемых стоков находится на уровне 3 м³/т плит.

Рис. 8.41 Схема технологического процесса изготовления мягких плит:

1 – конвейер для подачи щепы; 2 – дефибратор; 3 – рафинатор; 4 - мельница третьей ступени размола; 5 – промежуточный массный бассейн; 6 - расходный массный бассейн; 7 – ящик непрерывной проклейки; 8 – отливная машина; 9 – загрузочное устройство; 10 – роликовая сушилка; 11 – форматно-обрезная установка; 12 – штабель плит склада готовой продукции.

Технология изготовления ДВП по сухому способу производства. На схеме по сухому способу производства ДПВ (рис. 8.42) видно, что древесно-приготовительное отделение, типичное для производства других видов плит. Кондиционная щепа поступает в пропарочную камеру, раствор связующего распыляется на волокно при выходе из размольной установки. Сушку волокна проводят в две ступени. На подпрессованный волокнистый ковер наносят отделочный слой. Плиты прессуют в позиционных прессах при высокой температуре – 220-260⁰С. Максимальное давление прессования составляет 6,5-7,5 МПа. Камера кондиционирования выполняет две функции: увлажнения и охлаждения.

Для повышения прочности и водостойкости плит, отпрессованных на фенолоформальдегидном связующем проводят термообработку ДВП, и только после этого их подают на кондиционирование.

Технология изготовления MDF. Схема технологического процесса изготовления плит MDF включает три основных этапа: выработка древесного волокна, формирование ковра и горячее прессование (рис. 8.43).

Для изготовления плит используется круглая древесина, кусковые отходы и технологическая щепа как хвойных, так и лиственных пород, аналогично другим видам древесноволокнистых плит. Сырье проходит переработку в древесно-подготовительном отделении, где установлены окорочные станки, рубительные машины, системы транспорта щепы и коры. Для очистки щепы от инородных включений кроме операции окорки круглых лесоматериалов, предусмотрена операция мойки щепы.

Основой изготовления качественных плит MDF является также высокое качество древесного волокна, которое получают, как и при сухом способе производства древесноволокнистых плит, методом Defibrator [20].

Выработанное волокно поступает на сушку, которая осуществляется в пневмосушилках с ограниченной температурой теплоносителя – не более температуры начала терморазложения компонентов древесного комплекса, составляющая 180⁰С. Основные типы используемых сушилок – традиционные одноступенчатые и прогрессивные двухступенчатые, в которых процесс сушки происходит более мягко, чем в первых, а также позволяет минимизировать риск преждевременного отверждения связующего и пересушивания волокна.

Рис. 8.42 Схема производства ДВП по сухому способу:

1 – рубительная машина; 2 – циклон; 3 – щепосортировочная установка; 4 – дезинтнгратор; 5 – бункер хранения щепы; 6 – расходный бункер щепы; 7 – пропарочный аппарат; 8 – расходные баки парафина и связующего; 9 - размольная установка; 10 – циклон сушилки первой ступени; 11 – сушилка второй ступени; 12 – формирующая машина; 13 – ленточный пресс предварительной подпрессовки; 14 – формующая головка отделочного слоя; 15 – пила поперечной резки; 16 – пила продольной резки; 17 – загрузочная этажерка; 18 – пресс; 19 – разгрузочная этажерка; 20 – камера кондиционирования; 21 – продольная резка; 22 – поперечная резка; 23 – накопитель плит; 24 - автопогрузчик

Рис. 8.43 Технологическая схема производства MDF

Процесс сушки в трубе-сушилке осуществляется путем подачи сырого волокна в поток горячего воздуха.

При движении волокна от размольного агрегата к сушилке через форсунки или дисковые распылители в поток массы распыляется водный раствор связующего.

Качество формирования волокнистого ковра определяет однородность показателей MDF. Формирование ковра осуществляется при помощи механической станции формирования ковра. Масса из бункера-дозатора поступает на разбрасывающие ролики и по направляющей пластине проходит к распределительным роликам. Для равномерности ковра по ширине установлены выравнивающие ролики, а уравнивающие ролики делают поверхность ковра гладкой и толщину ковра равномерной (рис. 8.44).

Рис. 8.44 Компоновка формирующей машины в производстве MDF и внешний вид волокнистого ковра на выходе из нее (Siempelkamp)

Сформированный ковер поступает на подпрессовку для уменьшения толщины и увеличения его плотности. При этом еще из ковра удаляется значительная часть воздуха. Подпрессовка осуществляется на необогреваемом прессе ленточно-вальцового типа. Плотность ковра после данной операции составляет порядка 550 кг/м³

Высокопроизводительные современные предприятия осуществляю прессование MDF в прессах непрерывного действия, которые обеспечивают высокую точность по толщине и стабильное качество плиты. Максимальное давление прессования составляет 5 МПа в начале процесса и снижается постепенно до 1,5 МПа. Пресс имеет зону охлаждения в конечной фазе прессования плит. Это уменьшает давление парогазовой смеси внутри плиты и исключает образование пузырей и расслоение при выходе плиты из пресса.

Послепрессования обработка MDF аналогично применяемой в производстве ДСтП. Шлифование плит после проходных прессов проводится только для удаления глянца и выравнивания возможной неплоскостности. Припуск на шлифование в многоэтажных прессах назначают до 1,6 мм.