Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и оборудование производства древесных плит и пластиков. Учебное пособие
.pdf
7. ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ЩЕПЫ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
При производстве древесных плит в качестве исходного сырья
используются: круглая неделовая древесины (дрова, низкосортный
пиловочник, тонкомер), технологическая щепа, опилки, горбыли,
рейки, торцовые обрезки, обрезки досок, шпон-рванина, карандаши,
срезки фанеры, обрезки, стружка, опилки, древесная пыль, ветви,
сучья, вершины, откомлевки и т.д. Также возможно применение
лубяных растений (соломы, тростника, костры льна и конопли),
отходов семян (подсолнечной лузги, хлопка).
Наиболее качественные древесные плиты получают в том
случае, когда основной обьем исходного сырья для производства
составляет специально изготовленная технологическая щепа, т.е. та
щепа, которая получается в результате поэтапного измельчения
крупномерной или кусковой древесины. Изготовление щепы
расширяет сырьевую базу производства древесных плит, бумаги,
целлюлозы и других продуктов, так как при этом используются
некондиционная и малоценная древесина, отходы
лесозаготовительных производств, лесопиления и деревообработки.
Щепу изготавливают из древесины хвойных (ель, сосна, кедр, пихта) и
лиственных пород (береза, ольха, липа, бук, осина, тополь).
Действие ГОСТ 15815-83 на технологическую щепу
распространяется на щепу из древесных отходов, предназначенную
для целлюлозно-бумажного и гидролизного производства, а также для
производства ДВП и ДСтП. В зависимости от назначения щепы, ее
размеры нормируются (табл. 7.1).
Для производства плит используют щепу технологическую,
изготовленную по ГОСТ 15815–83. В щепе допускаются гниль до 5 %,
в коре – до 15 % для ДВП и 12 % для ДСтП. Влажность щепы не менее
40 %. Минеральные примеси в щепе для ДВП допускаются не выше
1 %, а для ДСтП и вовсе не допускаются. Фракционный состав щепы
для ДВП должен содержать остаток на сите 30 мм не более 10 %, а на
поддоне – не более 1 %; для ДСтП на сите 50 мм не должно быть
остатка более 3 %, а на поддоне – более 7 %. Щепу транспортируют в
емкостях насыпью, хранят в конусообразных кучах, насыпанных на
твердую площадку.
- 61 -
Таблица 7.1
Размеры щепы в производстве древесных плит
Назначение
щепы
Параметры щепы
Длина, мм
Толщина, мм,
Производство ДСтП:
– плоского прессования
10–50
30
– экструзионного прессования
2–30
30
Производство ДВП:
– мокрым способом
10–30
5
– сухим способом
10–20
5
2,1703,00037,0
щ
2
щстр
lll
В составе сырья для производства древесно-стружечных плит
щепа составляет 73–75% от всего объема. Для производства ДВП
также используется в основном щепа и в небольшом количестве
отходы фанерного производства.
Наиболее прочные древесно-стружечные плиты получаются на
основе специально подготовленной щепы, из которой затем
вырабатывается резаная стружка. Прочность плит из специально
подготовленной (резаной) стружки значительно выше, чем плит из
дробленки, стружки-отходов от строгальных станков и опилок, при
одной и той же плотности и одинаковом количестве добавляемого
связующего.
Размеры щепы и будущей стружки связаны эмпирической
зависимостью
. (7.1)
При получении щепы формируется длина будущей стружки,
влияющая на прочность плит при статическом изгибе. С увеличением
длины стружки до 50 мм прочность плит увеличивается, при
дальнейшем же увеличении длины интенсивность повышения
прочности резко падает. Длинная стружка может вызывать
затруднения при транспортировании, смешивании со связующим,
формировании стружечного ковра, поэтому при производстве плит
длина стружки, как правило, не превышает 20 – 40 мм. С увеличением
ширины стружки прочность плит снижается, поэтому в практике
используют стружку шириной до 12 мм. Ширина стружки имеет
большое значение для получения требуемого класса шероховатости
поверхности плит.
- 62 -
Наибольшее влияние на механические свойства древесно-
стружечных плит оказывает толщина стружки, которая определяет
отношение площади поверхности к массе стружки. Но так как расход
смолы устанавливается по массе, то количество связующего,
приходящегося на единицу поверхности стружки, зависит от ее
толщины. С увеличением толщины стружки прочность плит
уменьшается, особенно резко прочность снижается, если толщина
стружки повышается до 0,6 мм.
Для изготовления древесно-стружечных плит следует
применять стружку с соотношением толщины, ширины и длины,
приблизительно равным соответственно 1:10:100. Если, например,
толщина стружки для наружного слоя равна 0,2 мм, то ширина ее
должна быть 2 мм, а длина – 20 мм.
При изготовлении древесно-волокнистых плит подготовка
кондиционной щепы – один из наиболее ответственных этапов
производства, включающий разделку крупномерного сырья с целью
выборки гнили, рубку и сортирование щепы, доизмельчение ее
крупных фракций, удаление металлических включений с помощью
электромагнитов, удаление минеральных примесей в результате
гидромойки щепы.
Оптимальная длина щепы для сухого способа производства
древесно-волокнистых плит составляет 15 – 18 мм. Наилучшим
исходным сырьем считаются круглые лесоматериалы и кусковые
отходы лесопиления, поскольку из них получается щепа хорошего
качества.
Принято считать, что при мокром способе производства
предпочтительна щепа из длинноволокнистой древесины хвойных
пород, однако большинство предприятий работает на смеси древесины
лиственных и хвойных пород. Для сухого способа производства
предпочтительна щепа из древесины лиственных пород, так как
получаемые из нее волокна со стабильными размерами обеспечивают
при воздушном формировании более равномерную плотность ковра.
Размеры щепы различны и варьируются в определенных
пределах. Для характеристики однородности или неоднородности
щепы по размерам устанавливают ее фракционный состав, т.е. щепу
разделяют на размерные группы с определением массы в группах
(в процентах от ее общей массы, принимаемой за 100 %).
Фракционный состав щепы определяют с помощью
лабораторного анализатора щепы, представляющего собой набор сит.
- 63 -
Сита вставляются друг в друга, образуя разборный цилиндр, внизу
Номер фракции и
размер отверстия на
сите
1
(…мм)
2
(…мм)
3
(…мм)
4
(… мм)
5
(…мм)
Масса фракции
щепы qфn, г
Процентное
содержание фракции в
щепе
,%
100
ф
фn
фn
G
qx
которого находится сплошной поддон, куда поступают самые мелкие
частицы. В основу работы анализатора положен гирационный
(эксцентриковый) принцип действия. При таком сортировании частиц
происходит разделение щепы по фракциям, главным образом по
длине. Анализатор приводится в действие электродвигателем через
фрикционную передачу и эксцентриковый вал. С помощью
фрикционной передачи можно регулировать частоту колебаний сит
(оптимальное число горизонтальных колебаний сит составляет 3 – 4 в
секунду).
Задание:
1. В лабораторный анализатор установить сита сверху вниз со
следующим диаметром отверстий:
а) 50 мм, 30 мм, 10 мм, 2 мм, поддон – для производства ДСтП;
б) 30 мм, 20 мм, 10 мм, 5 мм, поддон – для производства ДВП.
Из навески щепы отобрать кору и гниль, полученную навеску
взвесить. Подготовленную щепу поместить на верхнее сито
лабораторного анализатора щепы и фракционировать. Щепу,
оставшуюся на ситах, взвесить с точностью до 1 г. Полученные
значения занести в таблицу следующей формы:
Процентное содержание фракций в щепе определить по
формуле
где n – номер фракции; q
коры и гнили, г. Полученные значения заносят в эту же таблицу.
, (7.2)
– масса фракции щепы, г; Gф – навеска без
фn
- 64 -
1. Виды сырья для производства древесных плит.
2. Цель определения фракционного состава щепы.
3. Влияние качества технологической щепы на качество
стружки и волокна.
4. Методика определения фракционного состава щепы.
5. Устройство и принцип работы лабораторного анализатора
щепы.
Контрольные вопросы
- 65 -
8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
8.1. Особенности производства ДСтП
Древесно-стружечная плита (ДСтП) представляет собой
листовой материал, изготовленный путем горячего прессования
древесных частиц, смешанных со связующим. Древесная стружка
может быть получена в виде отходов деревообрабатывающих
производств, а также изготавливаться специально из низкосортной
древесины. Применяют древесину как лиственных, так и хвойных
пород. Основное количество плит производится из специально
изготовленных древесных частиц, так как такие плиты имеют
наиболее высокие показатели физико-механических свойств. Плиты из
дробленых отходов выпускают в ограниченном количестве, поскольку
при достаточно высокой прочности они обладают шероховатой
поверхностью. У плит из опилок низкая прочность по сравнению с
плитами из стружек и дробленых отходов, поэтому сейчас их
изготовление ограничено.
Породный состав оказывает большое влияние на физикомеханические свойства ДСтП, так как плиты на 85 – 90 % состоят из
сырья, получаемого измельчением крупномерной древесины.
Прочность древесно-стружечных плит тем выше, чем меньше
плотность исходной древесины.
При одинаковом содержании связующего древесностружечные плиты из хвойных и мягких лиственных пород древесины
(тополь, липа, ива) примерно на 20 % прочнее плит из березовой
древесины и на 40 % прочнее плит из буковой древесины. Таким
образом, из древесины с низкими показателями прочности получаются
плиты с более высокими прочностными показателями. Это
объясняется тем, что в период прессования плиты более тесная связь
между древесными частицами получается в случае, когда больший
обьем занимают стружки, т.е. когда плиты прессуются из стружек
легких древесных пород.
Когда требуется получить плиты высокой прочности, их
следует изготавливать из древесины хвойных или мягких лиственных
пород. Однако это не значит, что твердые лиственные породы
непригодны для производства плит. Из них также изготавливают
плиты высокого качества.
- 66 -
Чтобы повысить показатели механических свойств
трехслойных древесно-стружечных плит, при их изготовлении
рекомендуется для наружных слоев использовать древесину хвойных
и мягких лиственных пород, а для внутреннего слоя – древесину
твердых лиственных пород. При таком распределении сырья при
прочих одинаковых условиях получаются плиты с высокой
прочностью при статическом изгибе и разрыве перпендикулярно к
пласти. Благодаря тому что внутренний слой изготовлен из твердых
лиственных пород, повышается шурупоудерживающая способность.
Связующее – это вещество или смесь веществ, обладающих
способностью взаимно связывать древесные частицы при получении
из них плит в прессах для горячего прессования. В качестве
связующих веществ при производстве ДСтП применяют в основном
синтетические олигомерные продукты поликонденсационного типа.
Эти продукты (синтетические смолы) под воздействием отвердителей
и повышенной температуре склеивают древесные частицы между
собой, образуя древесно-стружечную плиту.
В качестве связующего вещества в производстве древесностружечных плит применяют главным образом
карбамидоформальдегидные и значительно реже фенолоформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы. При
добавлении одинакового количества этих связующих получаются
древесно-стружечные плиты практически с одинаковыми
показателями механических свойств. Плиты, изготовленные на основе
фенолоформальдегидных и меламиноформальдегидных смол,
обладают тем преимуществом, что имеют большую водостойкость.
Количество добавляемого связующего влияет на показатели
физико-механических свойств древесно-стружечных плит. Чем
больше связующего (в известных пределах) добавляется к стружке,
тем выше показатели физико-механических свойств древесностружечных плит. Однако стоимость связующего вещества составляет
25 – 30 % себестоимости плит, поэтому увеличение его расхода ведет
к повышению себестоимости плит. Нормы расхода связующего по
сухому остатку в зависимости от группы плит и породы применяемой
древесины по отношению к стружке в абсолютно сухом состоянии
приведены в табл. 8.1.
Норму расхода связующего увеличивают на 10 % для
наружных слоев, если в стружке более 15 % пыли, и для внутреннего
слоя, если используются только стружки-отходы.
- 67 -
Таблица 8.1
Нормы расхода связующего при производстве трехслойных
древесно-стружечных плит
Группа
плит
Норма расхода связующего по сухому остатку, %,
в зависимости от слоя и породы используемой древесины
Наружный слой плиты
Внутренний слой плиты
Ель,
сосна,
кедр,
пихта
Береза,
ольха,
липа
Бук,
осина
Ель,
сосна,
кедр,
пихта
Береза,
ольха,
липа
Бук,
осина
А
13,5
14,5
15,5
9,5
10,5
11,5
Б
11,5
12,5
13,5
8,0
9,0
10,0
Для плит плотностью 700 кг/м3 увеличение содержания
связующего от 6 до 12 % способствует повышению предела прочности
при статическом изгибе от 22,0 до 31,5 МПа. Примерно такое же
повышение прочности плит можно достичь за счет увеличения
плотности от 700 до 800 кг/м3. Таким образом, в тех случаях, когда
при использовании древесно-стружечных плит их плотность не имеет
значения, более целесообразно повышать их прочность за счет
увеличения плотности, а не за счет содержания связующего.
Древесно-стружечные плиты, применяемые в натуральном
виде и в виде готовых изделий в жилых и общественных зданиях,
должны удовлетворять определенным санитарно-гигиеническим
нормам, т.е. они не должны оказывать вредного воздействия на
человеческий организм. Одним из таких свойств, которым обладают
древесно-стружечные плиты, является токсичность – способность
плит выделять в окружающую среду вредные химические вещества в
количестве, превышающем допустимые концентрации. Предельно
допустимая концентрация формальдегида для атмосферного воздуха
установлена в размере 0,01 мг/м3, максимальная разовая – 0,035 мг/м3.
Древесно-стружечные плиты, полученные с применением
карбамидных смол, имеют существенный недостаток – в период
прессования плит и в течение длительного времени после
изготовления наблюдается выделение из них формальдегида, вредно
воздействующего на человеческий организм. Формальдегид – один из
компонентов карбамидных смол – во время синтеза, производства
смолы и затем в процессе отверждения связующего вещества при
- 68 -
горячем прессовании плит почти полностью вступает в реакцию с
карбамидом и связывается, но небольшая его часть остается
свободной. Поскольку формальдегид токсичен, то, чем больше в смоле
содержится свободного формальдегида, тем хуже санитарная
характеристика плит, так как с течением времени свободный
формальдегид выделяется из плит. Однако выделяется не только
свободный формальдегид, но также и формальдегид из отвердевшей
смолы, т.е. из готовых плит, под воздействием различных факторов,
как, например, повышение температуры и влажности окружающей
среды.
Улучшение санитарной характеристики плит в последние годы
достигнуто за счет совершенствования химических свойств
используемых синтетических смол, и в первую очередь за счет
снижения содержания свободного формальдегида. С этой целью
изменяют режим синтеза смол – молярное соотношение карбамида и
формальдегида, температуру и рН реакционной массы. Снижение
содержания формальдегида в смолах, а в конечном итоге и в плитах, в
первую очередь достигается за счет снижения молярного соотношения
карбамида и формальдегида с 1:1,3 до 1:1,1. Однако производство
малотоксичных смол при низком молярном соотношении ведет к
ухудшению некоторых показателей смол, а следовательно, и к
ухудшению физико-механических показателей плит. Это приводит к
необходимости увеличения расхода связующего или повышения
плотности плит, при этом увеличивается их материалоемкость и
стоимость. Установлено, что при снижении влажности осмоленной
стружки на 1 % содержание формальдегида в готовых плитах
уменьшается на 4,9 – 6,5 %. Наименьшее выделение свободного
формальдегида наблюдается при влажности осмоленной стружки 7 – 9 %.
С повышением температуры прессования резко возрастает
выделение формальдегида из плит в период прессования, что, в свою
очередь, приводит к уменьшению содержания формальдегида в
готовых плитах. Установлено, что с повышением температуры
прессования на 10 0С содержание свободного формальдегида в плитах
уменьшается в среднем на 4,3 %. Прессование следует вести при
высоких (180 – 220 0С) температурах, с тем чтобы в период горячего
прессования и при выгрузке плит из пресса было удалено (выделено)
наибольшее количество свободного формальдегида, а следовательно,
его содержание в готовых плитах осталось минимальным.
- 69 -
Установлено, что увеличение продолжительности прессования
Содержание сухого остатка, %
651
Показатель преломления
1,462
Содержание свободного формальдегида, %, не более
0,3
Вязкость условная при 2010С по ВЗ-4, с
20–50
Водородный показатель (рН)
6,5–8
Время желатинизации, ч:
при 20 0С
8–24
при 100 0С
35–55
в прессе на 1 с на 1 мм толщины плиты в диапазоне 12 – 20 с/мм
готовой плиты снижает содержание формальдегида в плитах в
среднем на 3,3 %. Температура и продолжительность прессования
тесно взаимосвязаны, поэтому с повышением температуры
прессования и сокращением продолжительности выдержки
выделяется примерно одинаковое количество формальдегида.
Также на содержание свободного формальдегида в плитах
оказывает влияние способ охлаждения плит после прессования. Самое
низкое содержание свободного формальдегида достигается при
медленном охлаждении плит в плотных штабелях. У плит,
охлажденных таким образом, содержание свободного формальдегида
на 44 % ниже, чем в плитах, охлажденных в веерном охладителе.
Однако известно, что охлаждение плит в плотных штабелях снижает
механические показатели плит. Также путем повышения сухого
остатка смолы от 50 до 70 % возможно снизить выделение из нее
формальдегида в 1,7 раза.
Выделим следующие значения технологических параметров,
оказывающих благотворное влияние на улучшение физикомеханических показателей и санитарно-гигиеническую характеристику
плит: высушивание стружки до минимально возможной влажности
1 – 3 %, использование смол с низким содержанием свободного
формальдегида и связующих с высоким сухим остатком (60 – 65 %),
использование осмоленной стружки низкой влажности для внутреннего
(6 – 8 %) и для наружных (10 – 12 %) слоев, прессование плит при
высоких температурах (180 – 220 0С).
В настоящее время в производстве ДСтП используется
карбамидоформальдегидная смола марки КФ-МТ со следующими
основными свойствами:
Для перевода жидкой смолы в твердое необратимое состояние
применяют отвердители кислотного типа (минеральные и
- 70 -
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]