Исследование влияния режимных факторов прессования древесностружечной плиты на разбухание

Исследование влияния режимных факторов прессования древесностружечной плиты на разбухание

2

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

Кафедра технологии лесопиления и деревообработки

КУРСОВАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Научные исследования в деревообработке»

на тему:

«Исследование влияния режимных факторов прессования древесностружечной плиты на разбухание»

Студентки Боженовой М.С.

Руководитель курсовой

работы Пятков В.Е.

Москва - 2006

Глава 1. Теоретические сведения

Выходная величина - разбухание ДСтП Уразб, %

Пресс - самое дорогое оборудование в производстве плит, поэтому уменьшение времени прессования позволяет лучше использовать пресс. С 1950 г. Время прессования сильно сократили за счет улучшения связующего и усовершенствования самих прессов. Например, при толщине плиты 19 мм время прессования сократили с 15 до 3-5 мин при использовании карбамидных связующих. Таким образом, пропускная способность пресса более чем удвоилась.

При прессовании следует учитывать ряд факторов, а именно: тип связующего, отвердители связующего, температуру плит пресса, породу древесины и геометрию частиц, влажность пакета, распределение и передачу тепла, время смыкания плит пресса, удельное давление прессования, его распределение по толщине плиты, давление пара в пакете во время прессования, а также предварительное и последующее отверждение связующего.

1.1 Вид связующих и отвердителя

Карбамидные и меламинокарбамидные связующие отверждаются гораздо быстрее и стоят дешевле, чем связующие на фенольной основе. Поэтому фенольные связующие используют лишь тогда, когда это абсолютно необходимо из-за более медленного режима прессования. В карбамидные связующие для более быстрого отверждения добавляют отвердитель. Последние достижения в области использования фенольных связующих также сделали возможным ускорять их время отверждения. И все же карбамидные связующие отверждаются быстрее.

1.2 Время прессования

При использовании фенольных связующих требуются высокие температуры плит пресса, от 182 до 204 0С. Высокие температуры плит в прессе ускоряют отверждение и карбамидных связующих, но можно с успехом использовать и более низкие. В прошлом многие заводы работали при температурах близких к 143 0С, и сейчас такие температуры используются. Однако новые виды прессов конструируют так, что они могут работать при гораздо более высоких температурах, в частности, если это одноэтажные прессы, где время прессования особенно важно. Тепло от пресса пополняется также теплом, получаемым за счет реакции поликонденсации при отверждении связующего.

1.3 Порода древесины и геометрические размеры частиц

Важные факторы, влияющие на уплотнение плит - порода древесины и конфигурация частиц. Породы, которые легко поддаются уплотнению требуют для уплотнения более низкого давления, чем породы, трудно поддающиеся уплотнению, как, например дуб. Легко уплотняемые породы имеют тенденцию герметизировать поверхность плиты, что приводит к вздутиям и расслаиваниям, так как пар не может найти выхода на лицевых сторонах пакета во время прессования.

Геометрия частиц влияет на выбор давления, так как более крупные частицы, которые должны слиться воедино, требуют большего давления в процессе уплотнения, чем более мелкие. К мелким частицам относят такие, которые проходят через сито -20 меш, и некоторые более мелкие волокна. Однако мелкие фракции пород с высокой плотностью трудно поддаются уплотнению так, чтобы получилась гладкая поверхность, как в случае применения мелких частиц, используемых при производстве ДСтП из мягких пород древесины. Между мелкими частицами древесины высокой плотности, используемых для наружных слоев, можно обнаружить пустоты, так как они не поддаются уплотнению и не соединяются вместе.

1.4 Уровень влажности в ковре и распределение влаги

Вероятно, наиболее важные факторы, обусловливающие свойства той или иной плиты - его влагосодержание, распределение влажности и время смыкания плит пресса. Влажность ковра в момент поступления в пресс для горячего прессования очень важна для прессования композиционных плит. Во-первых, остается определенная влажность в частицах после того, как их высушили. В зависимости от характера технологической линии она составляет 2-5 % в пересчете на абсолютную сухую массу древесины. Этот уровень всегда держат выше, если используют порошковое связующее. Сохранение, по возможности, уровня влажности по верхнему пределу при смешивании со связующим предупреждает проникновение его внутрь частиц и потерю его как связующего.

Во-вторых, есть влага, попадающая в частицы как составная часть жидкого связующего. Карбамидные связующие обычно содержат около 65 % сухих веществ. Их можно наносить с такой концентрацией или (из производственных соображений там, где пытаются получить лучшее распыление) разбавленными до 55-60 %. Фенолформальдегидные связующие используют в самой различной концентрации.

Так как фенольные связующие добавляют обычно в размольное оборудование, избыточное содержание влаги можно удалить во время сушки. Для ДСтП фенолформальдегидные связующие выпускали с 40 %-ным содержанием сухих веществ, так что влага составляла 60 %. Во многих случаях это избыточное количество влаги увеличивало конечное влагосодержание ковра более чем на 10-11 % - максимум того, что допускают многие установки в тех случаях, когда требуется более высокий уровень содержания влаги. Так как при производстве ДСтП не проводят дополнительной сушки, это значительно ограничивает количество фенольных связующих, которые можно было добавлять в частицы. В последние годы разработаны новые составы фенолформальдегидных связующих с содержанием сухих веществ 53 %. Это не просто фенольные связующие, в них используют новую добавку для снижения влагосодержания и улучшают их рабочие характеристики и отверждение. Содержание фенолов осталось в пределах 40 %.

Третий источник влаги в ковре - реакция поликонденсации во время отверждения связующего. Как правило, две молекулы связующего соединяются и отделяют одну молекулу воды, так что в результате образуется дополнительная влага.

Четвертый тип влаги может вызвать трудности при прессовании плит. Это пар, образующийся во время горячего прессования из самой древесины.

Как и в любой операции склеивания, избыточная влага может препятствовать или тормозить адгезию двух частиц древесины. Большинство ДСтП можно склеивать при влажности древесных частиц от 2 до 18 %. Полусухая твердая плита может содержать до 30 % влаги в ковре. При высоком уровне содержания влаги может потребоваться дополнительное время прессования. При низком влагосодержании трудности могут возникнуть в смыкании плит пресса, так что не удается получить требуемую толщину плиты. Очень важным вспомогательным фактором при смыкании плит пресса является влага в ковре, которая во время горячего прессования превращается в пар. Этот пар пластифицирует частицы древесины и позволяет уплотнять пакет в прессе при относительно низком давлении по сравнению с подпрессовкой. Плиты прессуют при влажности стружечно-клеевой смеси от 7 до 16 %, в зависимости от конкретных рабочих параметров. Капризные породы, такие, как красный кедр и желтая сосна, трудно прессуются при содержании влаги в пределах 11-12 %.

Одноэтажные прессы требуют очень короткого времени прессования для достижения экономичности. Таким образом, влажность пакета сохраняют на уровне 7 %. Более высокое давление необходимо для уплотнения пакета, а избыточные количества влаги не препятствует быстрому действию клея.

Уровень влажности и ее распределение тесно связаны с передачей тепла в прессе для горячего прессования. Высокочастотная система нагревания отлична в том отношении, что весь пакет можно нагревать одновременно, в то время как при контактном нагреве тепло передается от пластей к середине пакета.

Температура в центре плиты низкой плотности быстро повышается и достигает температуры близкой к температуре точки кипения воды, в то время кА температура плит высокой плотности сначала повышается медленно, но повышается в течение всего времени прессования. Увеличение влажности ускоряет начальное повышение температуры и приводит к тому, что температура в среднем слое плиты низкой плотности быстрее выравнивается, а температура в среднем слое плит высокой плотности быстрее повышается. С другой стороны, на плиты высокой плотности мало влияет увеличение температуры во внутреннем слое в начале цикла прессования. Увеличение температуры происходит на более поздней стадии цикла, не ограничивая влияние горизонтального потока пара. В тонких плитах увеличение температуры во внутреннем слое происходит быстрее во время прессования из-за того, что они близко расположены к плитам пресса.

Отверждение связующего, особенно во внутреннем слое плиты, может быть задержано избытком влаги. Более высокое влагосодержание наружных слоев пакета способствует пластификации частиц древесины и дает плотные твердые лицевые стороны. Уровень влагосодержания в 16 % очень хорош для этих целей. Такое высокое влагосодержание в наружных слоях имеет и другое преимущество - оно задерживает отверждение связующего в наружных слоях и предотвращает, таким образом, проблему преждевременного отверждения. Однако более высокое содержание влаги в пакете приводит к более низкой плотности плиты во внутреннем слое, более низкой прочности, возможности вздутий и расслоений и прилипанию поддона к плите. Время смыкания плит пресса, различное содержание влаги и ее распределение в пакете имеют большое значение для распределения плотности по толщине профиля готовой плиты, а также для физических и механических ее свойств. Если частицы из той или иной породы древесины уплотняются легко, может появиться необходимость снизить содержание влаги в пакете.

Можно назвать следующие преимущества низкого влагосодержания ковра: отсутствие прилипания к поддону и более однородное распределение плотности по толщине плиты. Недостатки: более высокое водопоглощение, более шероховатые лицевые стороны из-за снижения пластификации частиц древесины, более медленная теплопередача к внутреннему слою плиты, более продолжительное время полного смыкания плит пресса при определенном давлении, а также трудности с показателем липкости связующего.

Трудно определить оптимальные условия для содержания влаги в пакете и ее распределения в последующий период производства. Если учитывать содержание влаги только во время прессования, то оптимальным является 10-12 %. Однако линии с одноэтажным прессами работают на уровнях 6,5-7 %. Проблема недостаточного влагосодержания для получения хорошего склеивания частиц при использовании стандартных клеев следует преодолевать изменением состава связующего. Более высокое влагосодержание в пакете может потребовать продолжительности прессования, хотя достоинства связующего позволяют преодолеть ряд других трудностей.

1.5 Давление пара в плите

Внутреннее соединение в плите в горячем состоянии в момент выхода из пресса должно быть достаточно высоким для того, чтобы противостоять любому давлению пара, которое существует внутри плиты при открытии пресса. Относительно низкая температура в внутреннем слое плиты в обычных случаях не дает очень высокого давления пара. С повышением температуры во внутреннем слое там быстро увеличивается давление пара. Увеличение давления пара может вызвать расслаивание и вздутие.

Расслоение определяют как четкое расхождение частиц во внутреннем слое плиты. Это может быть результатом низких температур плит пресса, недостаточного давления, низкого качества связующего или сочетания этих факторов. Некоторые из этих факторов могут вызвать разнотолщинность. Вздутия в плите образуются, когда давление пара летучих продуктов (влаги, пара и других веществ) больше, чем сила внутреннего сцепления в плите. Вздутие обычно имеет место в центре плиты, так как в этой области плита наиболее слабая. Многие участки плиты могут иметь хорошее сцепление наряду с вздутиями в разных местах. Раньше причиной вздутия считали закупорку поверхностей пакета. Следует также отметить, что плотность и порода древесины и плотность плиты также могут быть причиной такого явления.

1.6 Время полного смыкания плит пресса, удельное давление и распределение плотности по толщине плиты (профиль плотности)

Один из самых важных факторов в определении свойств плит - время смыкания плит пресса. Это время тесно связано с содержанием влаги, а также с рядом других факторов. Время полного смыкания определяют как время, необходимое для уплотнения пакета до конечной толщины плиты, как только плиты пресса вступают в контакт с поверхностью пакета. Ряд профилей плотности можно получить в плите, изменяя эти факторы. Как только наступает дисбаланс температуры, давления или влагосодержания, профиль становится не симметричным, а сдвинутым. Такого явления следует избегать, так как это влияет на свойства плиты и плита коробится. Как только тепло от плит пресса начинает проникать в пакет, происходят два явления, определяющие конечный профиль плотности (наряду с давлением). Во-первых, передается тепло с наружных слоев к внутреннему. Во-вторых, влага превращается в пар, а пар смягчает древесные частицы и облегчает процесс сжатия. Такая пластификация сначала происходит на наружных слоях. С увеличением скорости смыкания плит пресса, когда пакет достиг почти конечной толщины (за 1 мин или меньше), мягкие наружные слои прессуются до большей плотности. Внутренний слой все еще холодный и сопротивляется давлению. Когда достаточное количество тепла достигает внутреннего слоя для его пластификации, наружные слои приобрели более высокую плотность и связующее отвердело, так что удерживает эти слои при большей плотности. При более медленном смыкании плит пресса требуется меньшее давление и, следовательно, меньшее сжатие в наружных слоях. Кроме того, связующее в наружных слоях может отверждаться до того, как произойдет уплотнение. Таким образом, наружные слои довольно жесткие. При более низкой плотности во время последующего этапа времени смыкания плит пресса происходит пластификация и уплотнение промежуточных и внутренних слоев, когда связующее еще жидкое. Профиль плотности может быть изменен предварительным прессованием. Предварительное прессование пакета до конечной толщины приводит к тому, что будут исключены колебания плотности по всей толщине плиты.

Качество поверхности плит можно улучшать повторным дополнительным прессованием при 371 0С в течение нескольких секунд. Такая высокая температура потребует дополнительного пресса, но зато не потребуется прикладывать столь высокое давление.

1.7 Предварительное и последующее отверждение связующего

Более низкая плотность плиты на ее пласти происходит, возможно, за счет полного отверждения связующего до достижения окончательной толщины плиты в процессе прессования. Большая часть этой более мягкой поверхности удаляется во время процесса шлифования. Мягкие поверхности связаны с предварительным отверждением или высыханием связующего, вызываемым в первый момент, когда горячие плиты пресса вступают в контакт с пакетом. При обычных температурах 163-191 0С отверждение связующего в наружном слое происходит почти мгновенно до того, как пакет уплотнен до конечной толщины. Хотя предварительное отверждение можно снять увеличением влажности наружного слоя, это может увеличить время прессования.

Вспомним относительно медленное смыкание плит в первых многоэтажных прессах для изготовления плит. Получали очень мягкие наружные поверхности и шлифованием снимали с наружных слоев до 3.2 мм. Многие многоэтажные прессы были модификацией прессов для производства фанеры, приспособленных для производства композиционных плит. Они смыкались снизу, что сначала закрывались нижние этажи, а потом верхние. В 16-этажном прессе это приводило к тому, что каждая плита имела различный профиль плотности, а следовательно, и различные свойства. Этот недостаток был ликвидирован в результате разработки системы одновременного смыкания плит пресса, так что все плиты прессуются идентично.

Последующее отверждение может быть и полезно и вредно. С одной стороны, оно выгодно для штабелирования в горячем состоянии плит с фенольным связующим; здесь отверждение заканчивается после выгрузки из пресса. С другой стороны, укладка плит в горячем состоянии с карбамидным связующим может привести к разрыву связей связующего в результате гидролиза, что вызывается воздействием температуры, влагосодержания и времени. Гидролиз происходит там, где молекулы связующего расщепляются, правда, по этому поводу существуют различные мнения. Одни считают, что такое явление происходит исключительно в древесине, так как она более чувствительна к потере прочности, другие считают, что разрыв происходит на плоскости соединения древесины со связующим.

Страницы: 1, 2, 3