Добрый день, председатель и члены государственной экзаменационной комиссии. Виды древесных композиционных материалов совершенствуются с каждым днем благодаря различным добавкам, которые повышают те или иные свойства материала. Также благодаря этому ДКМ находят широкий спектр применения в разных областях. С целью расширения ассортимента продукции, выпускаемой на ОАО «Борисовский ДОК», нами принято решение вводить вторичный наполнитель в твердое биотопливо, которым является углеродное волокно.

Для осуществления данной цели были проведены испытания в условиях кафедры ХПД. Исследования были учтены в разработке технологической схемы ОАО «Борисовский ДОК». Все материальные расчеты также велись с учетом углеродного волокна.

ПЛАКАТ 1

На плакате 1 представлена блок-схема проведения эксперимента. Первым этапом исследований были анализ исходного древесного сырья и его последующее фракционирование, а также был произведен анализ углеродного волокна. Были определены влажность и зольность. В результате фракционирования было получено 7 фракций, амплитуда составила 3 мм, а время фракционирования – 5 минут.

Вторым этапом был произведен отбор требуемых фракций древесных частиц для последующего изготовления твердого биотоплива, затем смешение древесного сырья с углеродным волокном и увлажнение композиции водой.

Конечным результатом второго этапа является собственно получение твердого биотоплива в виде брусков и гранул. Отличительная особенность получения данных видов ДКМ заключается в том, что прессование происходило на разном оборудовании – на грануляторе – для гранул – и на гидравлическом прессе – для брусков.

На заключительном третьем этапе были проведены испытания образцов твердого биотоплива на физико-механические свойства, где для гранул были определены: влажность, зольность, механическая прочность при истирании, а для брусков был определен предел прочности при изгибе.

ПЛАКАТ 2

На плакате 2 представлены виды углеродных волокон. Углеродное волокно – материал, являющийся отходом ОАО «СветлогорскХимволокно», состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. УВ являются продуктом термической обработки ПАН волокна при 250 град. и состоят преимущественно из углерода и водорода. УВ разделяют на 3 вида: полиакрилонитрильные, вискозные (на основе пеков) и пироуглеродные волокна. ПАН и вискозные волокна выпускаются в промышленных масштабах и находят большое применение.

Пироуглеродные волокна широко не распространены, так как о них мало что известно.

По типу УВ подразделяются на высокопрочные и высокомодульные. Высокопрочные углеродные волокна получаются при температурах ниже 1400 ℃, а высокомодульные − при температуре 1800−3200℃.

По текстуре УВ подразделяются на коротко- и длинноволокнистые. Коротковолокнистые могут быть изотропными либо же анизотропными. Изотропные материалы не зависят от направления, то есть атомы углерода внутри структуры УВ направлены хаотично, а анизотропных УВ, наоборот, соблюдается четкое направление атомов и нитей.

Длинноволокнистые углеродные волокна имеют разную степень анизотропии, которая зависит от параллельного или перпендикулярного расположения волокон.

Далее представлена структура углеродного волокна. Внешняя поверхность волокна не содержит трещин и дефектов, благодаря чему углеродное волокно может впитывать различные вещества из окружающей среды, например, воду, как было выяснено при увлажнении УВ в ходе проведения эксперимента.

Внутри волокна могут быть обнаружены микротрещины, крупные и мелкие поры, микровключения, которые могут являться зародышами разрушения структуры.

Ну и на основе всех имеющихся данных по виду и типу углеродных волокон нами выбраны именно полиакрилонитрильные волокна, так как они лучше всего изучены и обладают лучшими физико-механическими свойствами по отношению к древесным частицам.

ПЛАКАТ 3

На плакате 3 представлена характеристика древесного сырья и углеродного волокна. В качестве древесного сырья для получения твердого биотоплива используются отходы лесопиления. Влажность для такого вида сырья составляет 30­—60%, зольность менее 1% и насыпная плотность 350-400 кг/м³.

Углеродное волокно используется на основне полиакрилонитрила и, как было сказано ранее, является отходом. Его характеристики… Важно заметить, что УВ обладает низкой зольностью, что играет положительную роль в получении твердого биотоплива. С точки зрения охраны окружающей среды углеродные волокна относятся к 4 классу опасности - малоопасные.

Для дальнейшего получения твердого биотоплива были взяты фракции древесных частиц 2,0 и 1,0 мм, углеродного волокна 1,0 мм.

ПЛАКАТ 4

На плакате 4 представлено получение лабораторных образцов твердого биотоплива. Твердое биотопливо – биотопливо, производимое из малоценной и низкокачественной древесины, а также отходов древесного сырья, образующихся в процессе его переработки.

Твердое биотопливо было изготовлено в виде брусков и гранул. Бруски изготавливались в условиях кафедры ХПД на гидравлическом прессе в специальной пресс-форме. Гранулы изготавливались на грануляторе в условиях кафедры ТДП (технология деревообрабатывающих производств). Полученные образцы представлены на плакате. ПОСТАРАТЬСЯ СКАЗАТЬ ПРО СЛОЖНОСТЬ. Добавление УВ 2% по отношению к а.с. древесине.

ПЛАКАТ 5

На плакате 5 представлены физико-механические показатели твердого биотоплива. В первой таблице приведены результаты испытаний образцов в виде брусков. ТУТ ГОВОРЮ ПРО ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ ЧТО ПРОЧНОСТЬ С УВ ВЫШЕ.

На следующей таблице приведены результаты образцов в виде гранул. Теплотворная сопобность у пеллет без УВ составляет 18 МДж/кг, а у пеллет с УВ составила 20 МДж/кг. Это говорит о том, что пеллеты с углеродным волокном содержат в себе больше углерода в своем составе и обладают меньшей влажностью.

Влажность меньше, зольность тоже ниже. Пеллеты с углеродным волокном обладают лучшей прочностью на истирание, что увеличивает их транспортабельность.

Также на данном плакате приведены результаты спектроскопического анализа гранул, который был выполнен в центре физико-химических исследования в БГТУ. ИК-спектроскопия позволяет определить структурный состав материалов. В области 3000–4000 см^-1 , где происходят валентные колебания ОН-связей, практически не наблюдается изменений. Однако, для образцов пеллет с углеродным волокном полоса поглощения в этой области имеет несколько более широкий контур со сдвигом его максимума в сторону больших частот, что указывает на возможность образования новых водородных связей. В области 1400–1450 см^-1 не наблюдается изменений по структуре лигнина, так как древесный состав пеллет идентичный.

Все материалы опубликованы и доложены в конференциях.

ПЛАКАТ 6

Переходим к модернизациям технологического оборудования. На плакате 6 представлен доизмельчитель крупной фракции древесных отходов. Он необходим для того, чтобы доизмельчать крупную фракцию, которая отсеивается на стадии сортировки, и возвращать уже доизмельченную фракцию обратно на стадию сортировки сырого древесного сырья. Таким образом, уменьшается количество отходов производства и улучшается однородность состава гранул.

Принцип работы: сырье поступает через наклонный загрузочный патрубок. Машины с наклонным патроном применяют для измельчения коротких лесоматериалов, поступающих к диску под действием силы тяжести. Наклонный патрон составляет с горизонтом угол  равный 45°.

Рабочий орган этой машины выполнен в виде плоского вращающегося в вертикальной плоскости диска 2, оснащенного ножами 4. Количество ножей равно 8 штукам, этого количества хватает для получения измельченного сырья требуемого качества. Образовавшаяся щепа удаляется из кожуха 5 с помощью воздушного потока, создаваемого лопатками 9. НА ВСЯКИЙ: частота оборотов: 700–900 об/мин. Двигатель: 47 кВт.

ПЛАКАТ 7

На плакате 7 представлен бункер-дозатор, который позволяет наиболее эффективно и с необходимой точностью вводить углеродные волокна в композицию. Его объем составляет 5,4 м³, мощность двигателя 5,5 кВт. Древесное сырье поступает с циклона, углеродное волокно подается оператором. Через форсунки композиция смачивается водой для повышения пластификации. Шнек перемешивает древесные частицы и углеродное волокно с частотой вращения 1500 об/мин, далее композиция удаляется через разгрузочный патрубок на стадию гранулирования. Уже в самом грануляторе идет однородное перемешивание с помощью вращающихся вальцов.

На плакате 8 представлена технологическая схема ОАО «Борисовский ДОК» с учетом предлагаемых модернизаций. Технологическая схема состоит из участков: склад сырья, на который поставляется щепа и опилки от цеха лесопиления; сепаратора, который отделяет тяжелые неметаллические частицы и крупную фракцию от кондиционной; Крупная фракция в свою очередь поступает на доизмельчитель, где сырье измельчается до требуемых размеров и поступает обратно на стадию сортировки сырого сырья; Измельчение сырья на молотковой мельнице; Сушка, где сырье сушится до влажности 9–12%. После смесь воздуха, водяного пара и опилок поступает в циклон, где происходит отеделение опилок от смеси воздуха и водяного пара. Затем сухое измельченное сырье попадает в бункер-дозатор, где происходит его смешение с водой и углеродным волокном. После композиция попадает в пресс-гранулятор, где происходит гранулирование сырья. Далее гранулы попадают в охладитель, где охлаждаются с 90–95 град. до 20–25 град. Далее стадия упаковки в биг-бэги и склад готовой продукции.

На плакате 9 представлены основные технико-экономические показатели цеха ТДГ с учетом предложенных модернизаций. Как видно из таблицы увеличивается годовой выпуск продукции и в то же время снижается себестоимость и материалоемкость продукции. Прирост прибыли составил 667 тыс. руб.