Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Модифицирование древесных плит. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 122 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

О терминах

Термины используются в тех значениях, которые отвечают теме или распространены в научной литературе по химии и технологии древесноплитных материалов. Приведены в порядке приоритетности. Некоторые термины из-за узкого отношения только к конкретному принципу разъясняются в тексте. Другие, и их большинство, не требуют пояснений. Часть терминов относится к научным исследованиям и техническому творчеству.

Модифицирование – мероприятие (процесс, процедура) видоизменения объекта для достижения целевых свойств, структуры, технологии древесноплитных материалов. Не следует в этом смысле употреблять существительное модификация, как относящееся к уже достигнутым качественно различным разновидностям базового вида.

Принцип – основное исходное положение, основное правило деятельности, руководящий посыл для достижения конкретного результата модифицирования; указывает в общем виде на достигаемый результат.

Древесноплитный материал – подразделяется на конкретные виды древесных плит: ДСП, OSB, ДВП, MDF (распространена аббревиатура в кириллице – ОСП и МДФ). «Материал» – введен, чтобы подчеркнуть в последующем его обязательное использование для получения изделий или конструкций. Для краткости используется термин плита, когда из контекста однозначно ясно, какой вид имеется в виду.

Алгоритм

номерно направленных действий для достижения заданного результата (несколько отличается от принятого в математике строгого порядка операций).

Древесный композиционный материал (композит) – аналог древес- ноплитного материала. К нему прибегают при изучении механизма образования и поведения при эксплуатации (так называемой службе) древесных плит. Понятие «композит» значительно шире, но методологически пользование соответствующим научным аппаратом продуктивно.

Древесное волокно – полуфабрикат, получаемый разделением древесины на частицы, приближающиеся к её анатомическим элементам, путём размола нагретого волокнистого сырья преимущественно по межклеточному веществу, реализуемого в производстве ДВП с использованием типового оборудования – рафинеров или дефибраторов.

Связующее – в технологии древесных плит употребляется без второй половины термина «вещество», представляет собой в подавляющем большинстве термореактивный олигомер с введенным непосредственно перед использованием катализатором поликонденсации (отвердителем) и в вариантах с другими добавками. Термин возник как обозначение вещества, обеспе-

– относится к изобретательству и обозначает порядок пла-

чивающего связывание, соединение структурных элементов в относительно монолитный материал без разделения на механизмы такого связывания с образованием водородных связей и ван-дер-ваальсового взаимодействия. Адгезия за счет применения адгезива (клея) создателям термина казалась не вполне достаточной, хотя использование понятия «склеивание» даже при отсутствии сплошного клеевого шва было бы уместнее. Тогда следовало употреблять клей вместо связующее, как это принято в механической технологии древесины и многих отраслях промышленности.

Модифицирующее средство – одно- или многокомпонентный агент, специально синтезированный или полученный простым смешением (растворением) компонентов и предназначенный для изменения какого-либо целевого параметра древесноплитного материала. Синонимы – модификатор, добавка. Последним как пониженным разговорным регистром заменяют для краткости в контексте расширенное выражение «входящее в рецептуру модифицирующее средство».

Структурный элемент – представляет собой древесную частицу, стрэнд, техническое древесное волокно; в отличие от анатомического понятия используется при рассмотрении механизма плитообразования соответственно ДСП, OSB, ДВП или MDF.

Метод исследования – совокупность приемов, способов и правил, которые исследователь применяет для получения новых знаний и фактов для решения поставленной задачи и выработки практических рекомендац

Методика – последовательность решений частной задачи на основе выбранного метода исследований.

Проблема – констатация недостаточности достигнутого уровня знаний для объяснения и практического использования способа, состава, явления, факта, показателя, устройства.

Задача – частная проблема, решаемая уже известными методами для достижения цели.

Предмет исследования – совокупность проблем и задач, решаемых наукой в конкретной области.

Объект исследования – процесс, явление или устройство, порождающее проблемную ситуацию и служащее для изучения или совершенствования в соответствии с целью. Объектом может быть образец древесной плиты, модификатор, устройство, технология.

Качество – степень, с которой совокупность собственных характеристик выполняет требования на данную продукцию.

Менеджмент качества – скоординированная деятельность по руководству и управлению организацией применительно к качеству, включает

ий.

разработку политики и целей, планирование качества, управление и улучшение его.

Анализ – метод исследования для всестороннего изучения объекта, свойств и связей его составных частей.

Способ – набор действий для реализации принципа или для достижения цели.

Патент – государственный охранный документ, удостоверяющий приоритет, авторство и исключительное право на соответствующий объект интеллектуальной собственности.

Лицензия – предоставление лицензиаром права на использование объекта патентного права другому лицу (лицензиату) в установленных договором пределах.

Ноу-хау – секрет производства, включающий сведения любого характера (производительного, технического, технологического, рецептурного и др.), имеющие действительную или потенциальную коммерческую тайну.

1. Модифицирование

Модифицирование – видоизменение всего материала или его частей (или его исходных компонентов) для придания нового целевого комплекса свойств конкретному виду древесных плит. К модифицированию плит относятся мероприятия и химические реакции, направленные на повышение качества в рамках базовых свойств древесных плит, а также энерго- и ресурсосберегающие процессы при изготовлении композиционных материалов, обусловленные действием модифицирующих средств.

Модифицирование вызвано к жизни возрастающими требованиями традиционных потребителей и расширением областей использования плит. Ограничения экологического характера и общие проблемы безопасности жизнедеятельности определяют необходимость увеличения долговечности, био- и огнезащищенности плит, повышения их санитарно-гигиенических характеристик.

Для мебели общественного назначения (например, школьных парт, лабораторных столов) требуются «вандалоустойчивые» плиты – ударопрочные, с высокой динамической вязкостью, хорошо удерживающие шурупы. Такие плиты получают с использованием бифункциональных олигомеров определенной гибкости. В готовом материале в макромолекулах связующего сохраняется сегментальная подвижность в режиме вынужденной эластичности, что обеспечивает диссипацию механической энергии.

Достижение целевых функций обеспечивает:

x создание нового вида древесных композиционных материалов с задан-

ными целевыми свойствами;

x повышение уровня потребительских свойств вырабатываемых древе-

сных плит;

x реализацию энерго- и ресурсосберегающих процессов при изготовле-

нии стандартной продукции;

x исследования в качестве задела

Разнообразие требований к модифицированным плитам предполагает для их производства довольно гибкую организацию технологического процесса. Такая диверсификация производственного цикла должна основываться на доступных мероприятиях по изменению производственной программы. Например, вместо одного модификатора на том же оборудовании должна быть предусмотрена возможность введения другого с получением соответственно другого заданного результата. Это потребует некоторых дополнительных мощностей или дополнительных устройств, но компенсируется новой ценой на продукцию, обладающую требуемыми по условиям конкретного применения свойствами.

для будущих разработок.

Полученное и реализованное решение открывает дополнительные конкурентные преимущества. Достижение целевых свойств зачастую сопровождается изменениями базовых показателей продукции. Присутствие модификатора в структуре древесных частиц или в связующем в процессе изготовления плит оказывает разнонаправленное действие на механизм образования материала. Химические превращения древесного вещества происходят более глубоко в ДВП, тогда как при горячем прессовании ДСП влияние добавок сильнее сказывается на процессах отверждения и прочности связующего.

При реализации разработок, направленных на модифицирование древесноплитных материалов, следует иметь в виду, что проектировщики опасаются известного обстоятельства: любая производственная линия с гибкой технологией будет стоить дороже, чем линия технологии для одного вида продукции разных марок. Заказчики также выдвигают ТЗ на проектирование без учета дополнительных затрат на создание резервов, которые должны содержаться в научных исследованиях, в проектировании, в производстве и финансировании. Такие резервы должны быть экономически обсчитаны, доказаны как дающие определенный эффект с учетом тенденций развития рынка и особенно в потенциальных областях потребления плитной продукции, в новых видах плит. Здесь речь идет не только о создании новых видов плит, но и об изыскании новых областей их применения, об инновационных решениях и конкурентоспособности строящихся предприятий в расчете на будущее при неопределенности рынка. Мощные преуспевающие фирмы могут позволить себе работать на будущее, успешно реализуя действующие производства. Однако и менее крупным предприятиям вполне возможно выступить лидером, если в их распоряжении находятся креативные решения по созданию модифицированных плит без больших капитальных вложений.

Создатели новых видов плит, действующие с опережением, когда разработчик или фирма чувствуют перспективу и стремятся занять соответствующую нишу в производстве и сбыте, защищают свой «клондайк» плотным забором патентов и ноу-хау. Однако требуется дорогостоящее квалифицированное юридическое сопровождение, что посильно только крупным фирмам.

Понятно, что специальные виды плит вначале будут иметь ограниченный спрос. В гибкой технологической линии должен быть предусмотрен быстрый переход на разные виды продукции – от традиционных базовых материалов к новым по мере поступления заказов и освоения рынка. Создание резервных мощностей, рассчитанных на производство различных

видов новой продукции, требует дополнительных капиталовложений, запасов по энергетике, теплоснабжению и др. Но эти затраты относительно невелики, дополнительные расходы на диверсификацию производства окупятся устойчивостью предприятия в изменяющемся рынке материалов, конъюнктурой производства, быстротой перехода на новые виды продукции.

Ставка на новаторство таит в себе риск и даже ошибку, ставка на традицию гарантирует отставание и даже уход с поля конкурентной борьбы.

1.1. Цели модифицирования

Модифицирование для придания новых заранее заданных свойств базовому материалу (стандартным плитам) проводится в соответствии с требованиями прямого заказа (если он есть) или в расчете на перспективную потребность. В этом случае существенное изменение комплекса свойств приводит к новому виду древесного композиционного материала. Например, ДСП позиционируются как огнезащищенные в соответствии с требованиями СНиП или стандарта по пожарной безопасности строительных материалов. При достижении такой цели это качество создают часто путем использования реагентов, относительно которых известно их соответствие функциональному назначению на близких по природе объектах, например, используют антипирены, зарекомендовавшие себя при обработке древесины или других целлюлозных материалов. Однако введение их в композицию древесных частиц или подготовленного волокна до горячего прессования плит – как наиболее рациональный прием для поточного производства – требует учета специфики образования структуры плит, в первую очередь, в условиях воздействия таких параметров изготовления как температура и давление. И нужно знание особенностей этой специфики в присутствии предполагаемых к использованию реагентов.

Рецептурный подход предлагает целевые решения искать на основе использования соответствующих добавок к целевому реагенту с тем, чтобы уменьшить его отрицательное действие на основные потребительские качества древесных плит, а само модифицирование адаптировать к существующему технологическому процессу. Масса публикаций и патентов основывается на этих дополнительных добавках, выбранных по компенсирующему действию. Это можно видеть на примере огнезащиты древесных плит, когда к фосфорсодержащему реагенту добавляют различные компоненты, пытаясь включить вещество результирующей рецептуры в механизм образования плиты.

Модифицированием потребительское качество обеспечивается не всегда и не по всем стандартным показателям. Приходится иногда чем-то жертвовать. Например, для целей повышения теплоизолирующих свойств

древесных плит нужно снизить их плотность. Это, естественно, повлечет за собой снижение прочности. Главное – обеспечить решение целевой задачи с минимизацией потерь или с изысканием рентабельной компенсации. Модифицирование должно сделать приемлемым найденное решение, а с использованием функции желательности выйти на оптимальные рецептурные и технологические параметры.

Помимо совместного эффекта у потребителя за счет применения модифицированных плит заданного качества и у изготовителя за счет их производства, проведенное модифицирование плит может преследовать цель получения экономического эффекта сугубо только у изготовителя. Решение в этом варианте лежит в использовании таких модификаторов, которые рентабельно способствуют энергосбережению на стадиях размола древесного сырья и горячего прессования плит, сохраняя качество продукции на требуемом стандартом уровне.

Модифицирование в целях ресурсосбережения осуществляется за счет расширения сырьевой базы, компенсируя сокращение расхода традиционного сырья использованием неликвида, или новых его источников. Это относится и к древесному компоненту плит, и к связующему, и к добавкам специального назначения.

1.2. Подходы к проблеме

Проблема придания заданных свойств древесным плитам, повышения их уровня качества с энерго- и ресурсосбережениями может рассматриваться с позиции химии древесины и синтетических полимеров, с физико-химической позиции, с учетом закономерностей тепло- и массопереноса при горячем прессовании. Возможны комплексные подходы с привлечением других смежных наук.

Объектом модифицирования, в первую очередь, является древесное вещество, доля которого в абс. сух. плитах составляет порядка 85…90 мас.%. В ДВП мокрого способа производства эта доля повышается до 97…99 мас.%. К решению проблемы правильнее всего подходить, исходя из реакционной способности древесных компонентов в отношении модифицирующих средств. Следует изыскать такие средства и такие условия, чтобы необходимые взаимодействия и превращения произошли в рамках операций технологического процесса, особенно при горячем прессовании древесных плит. В этом случае будет достигнута стабильность свойств и долговечность создаваемого материала, а также обеспечена рентабельность продукции.

Возможен менее эффективный вариант, когда модифицирующее средство не вступает во взаимодействие с древесным комплексом при

изготовлении древесных плит, а присутствует в виде инертного наполнителя до тех пор, пока не возникнет необходимость в «работе» этого средства. Так происходит, например, при огнезащите плит некоторыми антипиренами, действие которых проявляется только при возгорании материала. Однако в таком варианте потребуются специальные мероприятия, чтобы минимизировать отрицательное влияние такого средства на основные физико-механические свойства создаваемого с его использованием древесноплитного материала.

Во всех случаях следует учитывать воздействие внешней среды на модифицированный материал при его службе в конкретной конструкции или изделии. Сюда относятся переменная влажность воздуха, возможное прямое попадание воды, температурный диапазон, особенно многократный переход в область отрицательных температур, возможность нагревания, воздухообмен и другие воздействия. Неблагоприятная среда приводит к частичной миграции модифицирующего средства из структуры материала. Не исключены также превращения модификаторов с изменением исходной кислотности, повышением способности агрессивного воздействия продуктов их деструкции на лабильные компоненты древесины. «Тяжелые» условия службы сопровождаются микодеструкцией древесного комплекса. В этом случае древесные плиты нуждаются в биозащите специальными антисеп-

тиками.

Незакрепленное средство подвержено воздействию внешней среды в значительно большей степени, чем вступившее в химическое взаимодействие с функциональными группами какого-либо компонента древесного комплекса. Как следствие, это приведет к возможному отрицательному влиянию модификатора на свойства материала, проявляющемуся во времени. В этой связи в задачи решения проблемы должны входить обязательные вопросы стабильности качества с определением долговечности материала в условиях его службы в деревянном домостроении, судостроении и других областях применения.

Вследствие микодеструкции в условиях службы плит по IV классу (а для OSB на изоцианатном связующем по IX классу плит и мероприятия по повышению водостойкости. Максимальный класс службы всех плит не выше X, поскольку разрушение материала в условиях превышения класса происходит в результате механохимических, а не биологических причин.

После того как успешно проведена обработка древесного комплекса найденным реагентом или некоторой химической системой и достигнут результат по целевому показателю, следует проверить влияние такой обработки на все стандартные показатели плит. Например, добивались повышения

) требуется биозащита

водостойкости. Обработали субстрат в виде древесных частиц реагентом, состоящим из биполярных соединений. Функциональная группа соединения вступит во взаимодействие с компонентами древесного комплекса, гидрофобный хвост модифицирующих молекул обеспечит гидрофобность древесных частичек. Их водопоглощение при погружении в воду резко уменьшится, но прочно склеить эти частички в одну плиту не получится. В результате общая прочность образца окажется низкой, поскольку водорастворимая смола не смачивает древесину, а поэтому падает и адгезия и, как итог, прочность.

Второй аспект касается поведения образца во времени – или используем термин – долговечности. Модифицирующая система в условиях эксплуатации может подвергаться гидролитической деструкции. С частичным её разложением изменится кислотность среды в материале, а это в свою очередь инициирует деструкцию древесного комплекса и потерю прочности. Значит, требуется не только достичь целевого показателя, но и получить уверенность в заданной долговечности материала. Для этого модифицирование можно считать выполненным, если ускоренное старение подтвердило заданную долговечность. Ускоренное старение плит включает нагревание, водопоглощение при кипячении, замораживание, оттаивание. Один из рекомендуемых режимов: выдержка в воде при температуре 20 ± ± 2 °С в течение 72 ч, замораживание при –18 °С 24 ч, нагрев при 70 ± 2 °С в течение 70 ч.

1.3. Композиционные материалы

В разработке принципов модифицирования древесноплитных материалов следует использовать современные достижения в прогрессивной области авиационных материалов и ракетостроения. Легкие металлические сплавы уступают место более надежным. Новые создаваемые для этого материалы имеют обстоятельную научную базу, замечательные эксплуатационные подтверждения. Фундаментальные научные исследования выполнены на материалах с высоким содержанием полимерной фазы и волокнами различной (в том числе неорганической) природы. Их называют полимерными композиционными материалами, или просто композитами.

Композиты имеют полимерную матрицу. Матрица – непрерывная полимерная фаза, в объеме которой расположены частицы наполнителя, имеющие четко выраженную границу раздела с полимером, а также закономерное распределение усиливающих наполнителей. Анизотропия свойств композита – необходимое условие получения высокопрочных полимерных

материалов. В этом отношении древесина служит примером природных армированных структур.

По размерам и функции армирующей фазы композиты можно подразделить на три класса: дисперсно-упрочненные, упрочненные частицами и армированные волокнами. Роль полимерной матрицы оказывается различной. В первом классе матрица является основным механическим элементом, а наполнитель (например, древесная мука) служит для экономии полимерного вещества и повышения жесткости материала за счет снижения подвижности полимерных цепей. При армировании волокнами в композитах третьего класса матрица распределяет усилия между волокнами, которые служат основным механическим элементом.

Функция матрицы в композитах, упрочненных частицами, промежуточная между первым и третьем классами. Нагрузка распределяется между матрицей и частицами. В частности, ДСП относятся к этому классу, однако обнаруживают особенности, связанные с относительно большими и сильно различающимися размерами древесных частиц и низким содержанием связующего. Тем не менее, дискретная полимерная матрица соединяет частицы в единый каркас и перераспределяет возникающие напряжения между ними.

Древесные плиты можно рассматривать в качестве композитов еще и потому, что древесные частицы (или волокна) сами являются природным композитом, имеют выраженную границу раздела фаз со связующим и анизотропны, поскольку в основном ориентированы параллельно пласти. Нарушение ориентации частицы и сплошности матрицы можно отнести к дефектам структуры.

Некоторые посылы и положения для модифицирования древесных плит использованы под влиянием научной литературы по композитам, исследования по которым выполнены на значительно более высоком уровне, чем проводимые разработки по древесным плитам. Развитие теории и практики производства древесных плит, их модифицирование для улучшения свойств и совершенствования технологии сохранят свою актуальность благодаря возобновляемой сырьевой базе и отсутствию разумной альтернативы.

1.4. Актуальность принципов

Приведенные примеры реализации принципов и соответствующие отсылки позволяют в первом приближении ознакомиться инвесторам с информацией для решения возникшей задачи, для последующего изучения с тем, чтобы приступить к оценке рыночных возможностей продукта. Покупателями новых разработок являются, как правило, крупные и средние фирмы. К сожалению, консервативная их позиция, частично обусловленная тради-

<<< < Предыдущая 12 / 122 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]