новая папка 2 / 45388

Т Е Х Н О Л О Г И Я ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ И ПЛАСТИКОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Методические указания к лабораторному практикуму

для студентов специализации 24040605

Санкт-Петербург

2008

Рассмотрены и рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией

факультета химической технологии и биотехнологии Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии 20 февраля 2008 г.

С о с т а в и т е л ь кандидат технических наук, профессор С. Д. Каменков

О т в . р е д а к т о р доктор технических наук, профессор А. А. Леонович

Р е ц е н з е н т

кафедра технологии древесных композиционных материалов СПбГЛТА

Методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний, полученных студентами при изучении курса «Технология древесных плит и пластиков специального назначения». Лабораторный практикум предусматривает изготовление и испытание огнезащитных, ударопрочных древесных плит, а также декоративных бумажных и древесных слоистых пластиков и дает возможность студентам овладевать практическими навыками изготовления и испытания плит и пластиков специального назаначения.

Темплан 2008 г. Изд. №186.

2

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 Изготовление огнезащищенной древесностружечной плиты

Горючесть всех видов древесных плит зависит от их плотности, однородности, компонентного состава, породного состава древесного сырья. Древесностружечные плиты имеют большую по сравнению с древесиной скорость выгорания по толщине. Наличие в составе плиты связующих веществ приводит к повышению дымообразования и токсичности продуктов горения.

Пожарную опасность плит как строительного материала определяют по НПБ 244. По горючести, определяемой в шахтной печи на большеформатных образцах, материалы подразделяются на 4 группы: слабогорючие (Г1), умеренногорючие (Г2), нормальногорючие (Г3), сильногорючие (Г4). Способность воспламеняться и распространять пламя для полимерных материалов определяется испытанием образца, наклоненного в сторону от радиационной печи и запальной горелки. По мере удаления пламени от источника нагревания процесс замедляется и прекращается. Способность к воспламенению и распространению пламени оценивают индексом распространения пламени J. Дымообразующую способность оценивают коэффициентом Dm по плотности дыма, образующегося в камере при пламенном горении и тлении. По этому показателю материалы подразделяют на три группы: с малой дымообразующей способностью (Д1), с умеренной (Д2) и с высокой (Д3). Токсичность продуктов горения определяют затравкой белых мышей по числу погибших и выживших с расчетом показателя токсичности НCL50. материалы подразделяют на 4 группы токсичности: малотоксичные (Т1), умерено токсичные (Т2), высоко опасные (Т3), чрезвычайно опасные (Т4).

Группу огнезащитной эффективности составов и веществ для древесных материалов определяют испытанием образцов в пламени газовой горелки в керамическом коробе по потерям массы: I группа – до 9 %, II группа – до 25 %, при потере массы более 25 % считается, что средство не обеспечивает огнезащиту. В исследовательских целях используют для испытания огневую трубу вместо керамического короба с обязательной регистрацией самостоятельного горения материала.

Антипирены должны отвечать следующим основным требованиям:

—эффективно снижать горючесть древесинного вещества;

—проявлять огнезащитное действие только при температуре, превышающей температуру горячего прессования;

—не ухудшать физико-механических свойств плит;

—не представлять опасности для людей при изготовлении и эксплуа-

тации;

—не придавать плитам токсичности и не менять их внешнего вида.

3

Работой предусматривается изготовление однослойной древесностружечной плиты на основе карбамидоформальдегидной смолы. Плиты изготавливаются из стружки, полученной из древесины березы на лабораторном стружечном станке и дополнительно измельченной в молотковой мельнице. Влажность стружки должна находиться в пределах 3…6%. Для качественного распыления связующего с помощью пневматической форсунки необходимо, чтобы его вязкость была в пределах 13…2 с по ВЗ-4. Для снижения вязкости перед распылением смола разбавляется водой до концентрации 52…56%.

Вкачестве антипирена в работе используется амидофосфат КМ, синтезированный при соотношении азот: фосфор, равном 3. Расход амидофосфата составляет 10…22% от массы абс. сухой древесины. Антипирен наносится на сырую стружку методом пневматического распыления. Во время горячего прессования в результате термогидролитического превращения из амидофосфата выделяется аммиак. Аммиак замедляет процесс отверждения смолы

иухудшает физико-механические свойства плит. Для снижения количества аммиака, выделяющегося в процессе прессования, в связующее вводится формальдегид в количестве 1…2% от массы абс. сухого амидофосфата.

Вкачестве катализатора процесса отверждения смолы (отвердителя) используется муравьиная кислота в количестве 0,1…0,2% от массы абс. сухой смолы.

4

1. Масса готовой древесностружечной плиты, г:

mпл lbh пл 10 6 ,

где l, b, h – длина, ширина и толщина плит, мм; ρПЛ – плотность плит, кг/м3. 2. Расход абс. сухой стружки, г:

где Wпл – влажность готовой плиты, %; Р – содержание абс. сухой смолы, %; А – содержание абс. сухого антипирена, %.

3. Расход, абс. сухой смолы, г:

4. Расход абс. сухого антипирена, г:

5. Расход стружки заданной влажности, г:

где Wст – влажность стружки, %.

6. Расход связующего заданной концентрации, г:

где С – концентрация связующего, %.

7. Расход антипирена заданной концентрации, г:

где СА – концентрация антипирена, %. 8. Расход товарной смолы, г:

где Стс – концентрация товарной смолы, %.

5

9. Расход формалина, г:

mф mСА Ф ,

Сф

где Ф – содержание формальдегида в стружечно-клеевой массе, %; СФ – концентрация формалина, %.

10. Расход отвердителя (муравьиной кислоты), г:

mот = mссм ∙О,

где О – содержание отвердителя, %.

11. Расход воды для разбавления товарной смолы, г:

Рассчитанные расходы сухой стружки, товарной смолы, антипирена, отвердителя и воды умножаются на коэффициент 1,4, учитывающий потери этих компонентов при смешивании, формировании и обрезке плиты по формату.

Выполнение работы

Определение влажности стружки

Определение влажности производится на анализаторе влажности МL50. На пульте анализатора необходимо установить программу сушки №1. Для установки программы нажать клавишу PROGRAM . В левом верхнем

углу дисплея анализатора высветится номер программы. Клавишами

установить нужный номер программы. Нажать клавишу ENTER . Анализатор автоматически переходит в режим взвешивания. Устано-

вить чашку для образца на держатель. После появления индикации веса нажать клавишу SELECT . После появления на индикаторе массы 0,000 поместить на чашку пробу стружки, используя индикатор уровня.

Нормальный диапазон массы образца

–+

6

Проба стружки должна быть распределена на чашке ровным слоем. Закрыть крышку нагревателя. После стабилизации нажать клавишу

START . Если изменение уровня содержания влаги в минуту (скорость сушки) достигнет заданного программой значения (значения завершения), измерения прекращаются, и раздается звуковой сигнал. На дисплей выводится результат (абсолютная влажность, %). Открыть крышку нагревателя и извлечь пробу с помощью держателя чаши.

Нанесение антипирена на стружку

Рассчитанное количество стружки с определенной влажностью взвешивают на технических весах с точностью до 1 г. Рассчитанный расход антипирена по массе переводят в объем и отмеряют мерным цилиндром с точностью до 1 см3. Взвешенную стружку загружают в смеситель и на нее с помощью пистолета-распылителя наносят отмеренное количество антипирена. По окончании нанесения антипирена стружку выгружают из смесителя и размещают на кюветах равномерным слоем. Кюветы со стружкой переносят в сушилку с принудительной циркуляцией воздуха. Сушку ведут при температуре 105±5°С до влажности 3…6%. В процессе сушки стружку на кюветах периодически (через 45...60 мин) переворачивают.

Смешивание стружки со связующим

Перед смешиванием стружки со связующим рассчитывают влажность осмоленной стружки, %, по формуле

где Wстр – влажность стружки, обработанной антипиреном перед смешиванием со связующим, %; К – концентрация связующего, %; Р – содержание связующего, %.

Непосредственно перед смешиванием приготавливают раствор связующего. Расчетное количество товарной смолы взвешивают на технических весах с точностью до 1г. В товарную смолу добавляют воду для разбавления до концентрации 52…56%. Воду отмеряют мерным цилиндром с точностью до 1 см3. После перемешивания в течение 5 мин в разбавленную смолу вводят расчетное количество формалина и отвердителя. Формалин отмерят мерным цилиндром с точностью до 1 см3, отвердитель – пипеткой

сточностью до 0,05 см3. После введения указанных компонентов связующее перемешивают в течение 5 мин.

Обработанную антипиреном стружку загружают в смеситель и на нее

спомощью пистолета-распылителя наносят приготовленное связующее.

7

Формирование и холодная подпрессовка стружечного брикета

Формирование брикета ведут в деревянной рамке размером 220×220 мм, установленной на металлический поддон. Настил ковра и равномерное распределение осмоленной стружки по площади и высоте производят вручную.

Для уменьшения толщины и придания формоустойчивости сформированный брикет подвергают подпрессовке в холодном прессе. В рамку на сформированный брикет устанавливают деревянный поршень. Поддон с рамкой помещают в холодный пресс. Удельное давление подпрессовки 1 МПа. Продолжительность выдержки брикета под давлением 30 с. По окончании холодной подпрессовки поддон с рамкой извлекают из пресса, снимают рамку и накрывают брикет вторым металлическим поддоном. Поддоны с брикетом переносят в горячий пресс.

Горячее прессование

Между поддонами устанавливают дистанционные планки для получения плиты заданной толщины. Прессование плиты ведут при температуре 180 ± 5°С при удельном давлении 2,3…2,4 МПа. Продолжительность выдержки плиты в прессе, в зависимости от влажности осмоленной стружки и содержания антипирена, принимают из расчета 0,35…0,5 мин/мм готовой плиты. Циклограмма прессования представлена на рис. 1.

Руд

Рис. 1. Циклограмма прессования:

τ1,τ2,τ3 – продолжительность выдержки плит под давлением; τ4 – продолжительность выдержки плит в сомкнутом прессе без давления;

τвыд – продолжительность выдержки плит в прессе

8

Расчет манометрического давления производят по формуле

где Руд – удельное давление, МПа; Sпл – площадь плиты, см2; Sплун – площадь плунжера, см2.

Продолжительность каждой ступени выдержки плит под давлением составляет примерно 30% от общей продолжительности прессования. τ4 – составляет 30…45 с.

По окончании времени прессования плиту извлекают из пресса и кондиционируют при комнатной температуре не менее 5 суток.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2 Испытание огнезащищенной древесностружечной плиты

Лабораторная работа предусматривает огневые испытания и определение физико-механических свойств плит

Огневые испытания

Огнезащищенную древесностружечную плиту раскраивают на образцы длиной 150 мм, шириной 35 мм. В образцах на расстоянии 25 мм от края высверливают отверстие для подвешивания образца на крючок. Для испытаний берут шесть образцов. Испытания проводят на приборе «огневая труба». Схема прибора представлена на рис. 2.

Рис. 2. Прибор «огневая труба»:

1 – камера горения; 2 – спиртовая горелка; 3 – смотровое зеркало; 4 – штатив; 5 – держатель образца

9

Прибор «огневая труба» состоит из камеры горения, представляющей собой стальную трубу с внутренним диаметром 50 мм, длиной 165 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Камеру горения закрепляют на штативе. Держатель образца представляет собой стальной крючок. Предварительно взвешенный с точностью до 0,01 г образец подвешивают на крючок в вертикальном положении по центру трубы. Нижний конец образца должен выступать из трубы на 5 ± 1 мм. Расстояние между нижним концом образца и верхней точки горелки должно составлять 5 ± 1 мм. Горелку с высотой пламени 40 ± 5 мм устанавливают под образец по его центру и одновременно включают секундомер. По секундомеру фиксируют время зажигания, обеспечивающее устойчивое горение образца. Максимальное время зажигания образца не должно превышать 2,5 мин. После возгорания образца горелку удаляют и определяют время самостоятельного горения и тления. Остывший до комнатной температуры образец вынимают из прибора и взвешивают. Потерю массы каждого образца при горении, %, рассчитывают по формуле

где m1 – масса образца до испытаний, г; m2 – масса образца после испытаний, г.

По рассчитанной потере массы определяют группу огнезащитной эффективности антипирена.

Определение показателей физико-механических свойств плит

Определение плотности плит

Плотность плит определяют на образцах размерами 100×100×10 мм. Образцы взвешивают с точностью до 0,01 г и определяют их линейные размеры. Длину и ширину образца измеряют в двух местах параллельно кромкам образца с точностью до 0,1 мм. За результат принимают среднее арифметическое из двух измерений. Толщину образца измеряют в четырех точках, указанных на рис. 3, с точностью до 0,1 мм. За результат принимают среднее арифметическое из четырех измерений.

Плотность образца рассчитывают с точностью до 1 кг/м3 по формуле

blhm 1000 ,

где m – масса образца, г; l, b, h – длина, ширина и толщина образца, см.

10