ТПАП

41

Слоистые древесные пластики (ДСП) представляют собой слоистый материал, изготовленный из листов лущеного шпона, пропитанных фенолоили крезолоформальдегидными смолами и склеенных между собой в процессе термической обработки под высоким давлением.

ДСП предназначены для изготовления втулок и вкладышей подшипников, червячных передач, зубчатых колес и др. Основная область применения - машиностроение.

Гнутоклееные заготовки из шпона – это слоистый материал, которому в процессе склеивания придают требуемую форму.

Для повышения эстетических свойств изделий заготовки облицовывают шпоном строганым, пленками на основе бумаги и другими листовыми материалами.

Использование клееных заготовок дает возможность снизить расход древесины за счет большего полезного выхода в 2-3 раза, сократить число операций механической обработки, сборки, иногда совместить склеивание с отделкой.

Гнутоклееные заготовки разделяются на два основных вида: заготовки прямолинейной формы и криволинейной; могут быть замкнутые; симметричные и несимметричные.

Клееные прямоугольные заготовки – плиты специального назначения, склеенные из специально раскроенного шпона.

Криволинейные заготовки с кривизной любого радиуса представляют собой материал, изготовленный из шпона толщиной 0,55-2,2 мм, склеенного синтетическими смолами в процессе горячего склеивания с одновременным гнутьем.

4.2. Сырье и клеи

Эксплуатационные требования к клеям:

1. Клей должен создавать прочное клеевое соединение, т.е. он должен иметь высокую адгезию к древесине и высокие когезионные свойства. Адге-

42

зия – это связь между клеем и подложкой. Когезия – связь между частицами внутри данного клея;

2. Водостойким; 3.Влагостойким (атмосферостойким);

4.Биостойким;

5.Термостойким;

6.Эластичным;

7.Нейтральным к древесине (не разрушать ее);

8.Долговечным.

Клей – вещество, способное при определенных условиях переходить в твердое состояние, прочно удерживая при этом соединенные материалы.

В деревообрабатывающей промышленности применяются в качестве клеевых веществ высокомолекулярные соединения природного и синтетического происхождения.

Кприродным соединениям относится целлюлоза, каучуки, глютин, получаемый из подкожного слоя, костей и хрящей животных; казеин, получаемый из молока, и альбумин, - из крови животных. Эти клеи являются клеями животного происхождения, еще их называют белковыми.

Ксинтетическим полимерам относятся синтетические смолы. По способу получения они делятся на две основные группы:

Конденсационные образуются в результате реакции поликонденсации не менее двух химических веществ. Это КФС, ФФС, меламиноформальдегидная.

Полимеризационные образуются в результате реакции полимеризации одного или нескольких веществ мономеров. Это поливинилацетатная дисперсия, полихлорвинил, синтетические каучуки.

Наибольшее распространение в деревообрабатывающей промышленности получили карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе.

Эти клеевые соединения неустойчивы к одновременному воздействию тепла и влаги, поэтому не применяются при эксплуатации в атмосферных ус-

43

ловиях. Наиболее распространенными являются следующие марки смол: КФ- О; КФ-Ж; КФ-Б; КФ-БЖ; малотоксичная М-70.

Карбамидоформальдегидные жидкие смолы имеют ограниченный срок хранения, т.к. в них не прекращается процесс конденсации, приводящий к повышению вязкости

Поэтому существуют порошкообразные смолы. Жидкие смолы высушивают в определенных условиях до твердого состояния. Они значительно дольше сохраняют свою жизнеспособность, удобны при транспортировке, приготовление клеев не вызывает затруднений. Высушивание производится путем распыления смолы в потоке горячего воздуха. Срок хранения 2-3 года.

Наиболее распространенный тип клеев на основе карбамидоформальдегидных смол – двухкомпонентные: смола и отвердитель.

Клеи холодного отверждения приготавливаются с использованием растворов кислот (щавелевой, ортофосфорной и др.).

На 100 м.ч. смолы от 4 до 10 м.ч. кислоты (5 10 % раствора), т.е. количество отвердителя устанавливается для каждой партии смолы.

Для горячего отверждения чаще всего используют хлористый аммоний(NH4Cl) в соотношении в м.ч.100 : 1. При взаимодействии формальдегида с NH4Cl образуется соляная кислота, что вызывает увеличение кислотности. При концентрации водородных ионов 2,5-4,0 происходит желатинизация клея.

Фенолоформальдегидные смолы обеспечивают получение наиболее прочных и водоупорных клеевых соединений, способных переносить переменные воздействия температуры и влажности.

Вместе с тем отметим недостатки: высокая стоимость сырья, повышенная токсичность, темный цвет клеевого шва и др.

В зависимости от назначения фенольные смолы могут быть клеящие и пропитывающие. Клеящие смолы из-за высокой стоимости сырья изготавливают раздельно для горячего и холодного склеивания.

Наибольшее применение получили следующие марки смол:

44

СФЖ-3011 - используется как однокомпонентный клей, т.е. не требует отвердителя. Высокотоксичная. Обязательно подсушивание клеевого слоя после нанесения на склеиваемую поверхность.

СФЖ-3013 - ограниченной токсичности, используется для склеивания фанеры ФСФ (клей многокомпонентный).

СФЖ-3014 – для производства ДСтП и ДВП. С-50 – пропиточная.

СБС-1 – (лак бакелитовый) спирторастворимая.

В состав многокомпонентных клеев входят наполнители и ускорители. Наполнители – мел, древесная мука, лигнин, пшеничная мука и др. Ускорители – параформ, резоцин, уротропин, резоцин-форм. Смола Р-1. Едкий натр уменьшает содержание свободного фенола.

Пленочные фенольные клеи (пленка бакелитовая) изготавливаются на основе пропиточных смол С-50, СБС-1 и бумаги.

Бакелитовая пленка представляет собой сульфатную бумагу толщиной 30-40 мкм, массой 1 м2 – 18-22 г, пропитанную смолой С-50.

Для изготовления пленочного клея бумагу пропитывают смолой на пропиточной машине и подсушивают в сушильном агрегате для удаления влаги и частично летучих веществ. Поликонденсация клея при этом углубляется, но он сохраняет клеящие свойства, растворимость и способность плавиться при повышенной температуре.

Фенолоформальдегидные смолы холодного отверждения отличаются более высоким содержанием сухих веществ, повышенной вязкостью и повышенным содержанием свободного фенола и формальдегида. Они применяются для склеивания при нормальной температуре и с подогревом массивной древесины.

Для отверждения этих смол необходим отвердитель: керосиновый контакт или бетанафталинсульфокислота; наполнители: древесная мука, лигнин.

Марки смол: СФЖ-309; СФЖ-3016; СФЖ-3015. На 100 м.ч. смолы – 20-25 м.ч. отвердителя.

45

Меламиноформальдегидные и карбамидомеламиноформальдегидные смолы соединяют в себе положительные свойства карбамидных и фенольных смол. Обладают способностью переходить в нерастворимое и неплавкое состояние, высокой водо-, свето-, тепло- и химической стойкостью.

Имеют минимальную продолжительность желатинизации при температуре больше100 оС, дают бесцветный клеевой шов, обладают меньшей, чем у фенольных смол токсичностью.

Но широкому применению меламиноформальдегидных смол препятствует высокая стоимость исходного продукта – меламина.

Марки: МС, пропиточная МП – фенольная; ММС, пропиточная ММП – карбамидная.

Поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) – водная дисперсия поливинилацетата – жидкость белого цвета, состоящая из мелких частиц поливинилацетата размером 1-3 мкм, растворенных в воде. При концентрации 50 % концентрация водородных ионов равна 4,5÷6.

ПВАД обладают высокой клеящей способностью, химической нейтральностью, быстро затвердевают при нормальной температуре и может склеиваться при минимальном давлении. Клеевой шов не затупляет режущий инструмент.

Максимальная прочность достигается при 100 м.ч. ПВАД на 8-10 м.ч. пластификатора.

Недостатки: размягчается под воздействием влаги и при температуре менее 40 о С; под действием длительной нагрузки возникает явление текучести.

4.3. Технология изготовления лущеного шпона. Оборудование.

Сырьем для изготовления шпона и фанеры служат кряжи и их отрезки (чураки), отвечающие определенным размерным и качественным требованиям.

46

Для клееной фанеры применяются чураки длиной от 0,8 до 3,2 м, а для строганого шпона – от 1,5 м и выше.

Размеры поперечного сечения сырья принципиального значения не имеют. Минимально допустимый размер обуславливается экономической целесообразностью разработки сырья, а максимально допустимый – размерами оборудования. Принято использовать сырье диаметром от 18 см и выше, для строганого шпона – 22-26 см и выше.

Качественные требования сводятся к ограничению как пороков древесины (сучков, ненормальной окраски и гнилей, трещин, червоточин и т.д.), так и дефектов формы (в первую очередь кривизны).

Применяют следующие породы древесины:

-для изготовления клееной фанеры – березу, ольху, бук, липу, осину, сосну, ель, кедр, пихту, лиственницу;

-для изготовления древесных слоистых пластиков – березу;

-для изготовления строганого шпона – дуб, бук, орех, клен, ясень, карагач, каштан, чинар, бархат, яблоню, грушу, тополь, черешню, белую акацию, березу, ольху.

Заготовка, доставка и хранение сырья (кряжей) на фанерных предприятиях производится способами, аналогичными уже рассмотренным. Подготовка сырья к производству шпона заключается в разделке кряжей на чураки, гидротермической обработке и окорке.

4.3.1. Разделка кряжей на чураки является одной из важнейших операций.

Существует три способа разделки: по наибольшей массе, по наибольшему качественному выходу и комбинированный. Целью первого способа является получение из каждого кряжа чураков, имеющих наибольшую кубатуру, независимо от их качества. При разделке по второму способу задаются целью получить высокосортные чураки, не считаясь с объемным выходом. Оба эти способа в чистом виде не применяются. Наиболее целесообразным

47

является комбинированный способ, в основу которого положено получение наибольшей массы при сохранении наибольшего качественного выхода.

Поперечное распиливание сырья состоит из двух, обычно совмещенных на практике операций – разметки кряжей и распиловки их на чураки.

Разметка заключается в определении на кряже линий пропила с учетом вырезки дефектных мест, чтобы получить наибольшее количество лучших по качеству чураков при наименьших потерях древесины.

Распил должен производиться при строгом соблюдении перпендикулярности плоскости реза к оси ствола и правильности длины чурака.

Кряжи в зависимости от размеров распиливают на круглопильных балансирных и маятниковых станках, поперечно-пильных станках с возвратнопоступательным движением пил или цепными пилами.

Существует станок «лисий хвост» с возвратно-поступательным движением пилы, применяемый для разделки сырья диаметром от 70 до 150 см.

Общие потери древесины при разделке кряжей на чураки составляют 1- 3 % в зависимости от породы древесины.

Производительность круглопильных станков в чураках в смену определяется по формуле

КM – коэффициент использования машинного времени; КД – коэффициент использования рабочего времени; ДЧ – диаметр чурака, м;

n – среднее число пропилов на один чурак.

Кряжи разделываются на чураки с припуском по длине на обработку. Для получения фанеры размером 1525х1525 мм заготавливают чурак

длиной 1600 мм, то есть с припуском 75-80 мм.

48

4.3.2. Гидротермическая обработка древесины.

В процессе лущения и строгания шпона в нем возникают растягивающие напряжения поперек волокон, величина которых может определяться по формуле

Процесс резания рассматривается как процесс получения тонкого слоя

древесины, который должен быть плотным и гладким (не иметь трещин).

В процессе резания снимаемый слой изгибается, изменяя первоначальную форму, в результате чего на левой, растянутой стороне шпона возможны

трещины.

Чтобы избежать трещин, искусственно усиливают деформативность древесины. Для этого чураки и ванчесы подвергают гидротермической обра-

ботке (увлажнение и нагрев).

Чем больше влажность древесины, тем больше ее пластичность. Сухая

древесина обладает значительной хрупкостью.

Нагревание древесины (до определенного предела) придает волокнам хорошие пластические свойства. Высокие температуры действуют отрицательно на качество шпона, т.к. вследствие сильного размягчения волокон при

резании возникает «махристость» поверхности.

Рекомендуемая температура для нагрева древесины перед лущением и

строганием:

Береза, бук, ольха - 20-30 оС;

Гидротермические обработки можно производить нагревом в воде провариванием или пропариванием.

Проваривание производится в горячей или теплой воде в специальных бассейнах (открытых и закрытых), оборудованных механизмами для загрузки и выгрузки чураков. Этот способ прост и не требует больших затрат на его организацию, применяется главным образом для лущения.

Пропаривание применяется в основном при изготовлении строганого шпона, когда варка недопустима из-за изменения цвета древесины. Пропаривание производят в парильных камерах, автоклавах, парильных ямах.

Гидротермическую обработку перед лущением можно производить по мягкому и жесткому режимам.

Мягкий: температура - 35 … 40 о С, продолжительность нагрева 2-3 суток; жесткий: температура - 70 … 80 о С, продолжительность нагрева 2-15 час.

Гидротермическую обработку перед строганием производят в течение более длительного времени: температура насыщенного пара 120-130 о С, продолжительность обработки 4-10 час.

Продолжительность гидротермической обработки вообще зависит от диаметра чурака, породы древесины, температуры нагревающей среды, начальной и конечной температуры древесины.

4.3.3. Окаривание - снятие коры с чураков перед лущением предохраняет режущий инструмент от затупления и порчи, уменьшает его износ, а также повышает производительность лущильного станка.

Основными требованиями окаривания являются чистота и сохранение заболонной части древесины чурака (сниматься должна только кора и луб).

Сырье окаривают на окорочных станках различного типа или на лущильных станках упрощенной конструкции.

Роторные окорочные станки ОК63Ф; финские ВК-26.

50

Часовая производительность роторных окорочных станков определяется по формуле

Для окорки древесины твердых пород и больших размеров наиболее пригоден ручной электрифицированный фрезерный инструмент. Частота вращения его ножевой головки 1500 мин-1. Максимальная толщина снимаемого слоя 15 мм.

Окаривание на лущильных станках осуществляется при отведенной линейке, т.е. без обжима. Окаривание производится на специально выделенном для этой цели лущильном станке, и дальше их передают на другие лущильные станки для переработки.

По такому методу окаривание совмещают с обрезкой до цилиндра. Получаемые неполноформатные листы шпона разделываются на ножницах прямо у станка. Достоинствами данного способа являются дополнительный отбор сырья в виде кусков, меньшая изнашиваемость (затупление) ножа, повышение производительности лущильных станков. Недостатком - увеличенный выход кусков при вторичной вставке чурака в лущильный станок.

Второй метод заключается в том, что операцию окаривания совмещают непосредственно с лущением на этом же станке, то есть окоренный чурак не вынимают. Для предупреждения быстрого затупления ножа чураки предварительно тщательно промывают.

4.3.4. Лущение шпона – это процесс резания древесины, когда чураку сообщаетя вращательное движение, а режущему инструменту – поступательное в направлении оси вращения чурака. Процесс получения тонкой ленты подобен разматыванию рулона бумаги (рис. 7).