Композиционные материалы в строительстве_уч.пособ. Композиционные материалы в строительстве
 Скачать 3.84 Mb.
|
|
ГЛАВА 6. ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 6.1. Классификация древесно-полимерных композиционных материалов Древесно-полимерные композиционные материалы (композиты) (ДПК) по типу со- ставных элементовподразделяют: − на крупноструктурные — массивная клееная древесина, слоистая клееная древесина; − мелкоструктурные — древесностружечные плиты, древесноволокнистые плиты сред- ней плотности (МДФ — от англ. Medium Density Fibreboard, MDF и т.п.; − комбинированные — могут включать крупноструктурные и мелкоструктурные элементы; − гибридные — включают древесные и недревесные элементы и частицы (пленка, фоль- га, стекловолокно, базальтовое волокно, минеральные порошки и т.д.). Крупноструктурные ДПК обладают выраженными анизотропными свойствами и достига- ют в размере нескольких метров. В мелкоструктурных ДПК размеры элементарных частиц меньше этих величин, вплоть до нанометров. Мелкоструктурные ДПК могут иметь как упоря- доченную, так и хаотичную структуру. В последнем случае их свойства более изотропны. В зависимости от конечной геометрической формы изделий древесно-полимерные ком- позиты изготавливаются в виде листов, профильных погонажных изделий, плит, досок, бру- сков и брусьев, а также изделий сложной формы. В качестве связующего (матрицы) в древесно-полимерных материалах могут применять- ся природные связующие, синтетические термореактивные и термопластичные смолы и ком- бинированные связующие. ДПК образуют группы легких и тяжелых пластиков, применение которых определяется их плотностью, количеством связующего и давлением прессования при производстве. 6.2. Сырьевые материалы До недавнего времени ДПК производили в основном из древесины и полимера. В неко- торые из них добавляли небольшое количество простейших гидрофобизаторов. В настоящее время внимание к применению разнообразных аддитивов-модификаторов быстро расширя- ется. Этому способствует количество проводимых научных исследований, но главным обра- зом — расширение областей использования ДПК и успехи химической промышленности. В качестве связующих для производства ДПК применяются синтетические и природные вещества. В зависимости от способа получения и способности сохранять свою структуру после нагревания синтетические связующие разделяют на поликонденсационные и полимеризацион- ные, термореактивные и термопластичные. Термореактивные смолы при нагревании необрати- мо переходят в нерастворимое твердое состояние. Термопластичные смолы способны много- кратно размягчаться при нагревании, а при охлаждении переходить в твердое состояние. В составе связующих, как правило, присутствуют различные технологические добавки: катализаторы отверждения, стабилизаторы (или замедлители), растворители, пластификато- ры, пенообразователи и др. Отвердители или катализаторы отверждения способствуют обра- зованию трехмерной структуры, повышают скорость отверждения полимера. Введение растворителей уменьшает концентрацию и вязкость полимера. Применение пластифицирующих добавок понижает хрупкость отвержденного полимера, а использование стабилизирующих добавок и пенообразователей увеличивает жизнеспособность композиции, снижает расход связующего и увеличивает его объем. В производстве ДПК наиболее широкое применение получили связующие горячего от- верждения на основе термореактивных синтетических смол, к которым относятся карбами- доформальдегидные (КФ-МТ; КФ-МТ (БП); КФ-МТ-ПС; КФ-МТ-15; КФ-МТ-05; КФ-НП; КФ-ЕС; КФ-А; СК-75), фенолоформальдегидные в виде жидких резолов (СФЖ-3011; СФЖ-3013; 63 СФЖ-3014; СФЖ-3024) и мочевиноформальдегидные смолы. Это синтетические смолы с вы- сокой адгезионной способностью к древесине, отверждаемые под действием высоких темпе- ратур и давления. Реакция отверждения ускоряется в присутствии различных катализаторов (оксид кальция и магния, минеральные и сульфокислоты). Отвержденные смолы нераство- римы и при повторном нагревании не подвергаются размягчению. Синтетические смолы получают реакцией поликонденсации фенола или мочевины с фор- мальдегидом. Плиты, изготовленные на таких связующих, имеют высокую водостойкость. Карбамидоформальдегидные связующие разрушаются под действием горячей воды, имею- щей температуру свыше 60 ℃. Физико-механические свойства древесно-стружечных плит за- висят от количества введенного связующего, содержание которого в многослойных и одно- слойных ДПК с использованием липы, березы, ольхи — 11 %; бука, осины — 12 % и хвойных пород дерева — 10 %. Полимерные связующие отличаются высокой стоимостью, увеличение их содержание приводит к повышению себестоимости продукции. В процессе синтеза фенолоформальдегидных смол вводят стабилизаторы, которые по- вышают срок хранения и обеспечивают стабильность свойств во времени. К ним относятся этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ), полиацетальгликоль с винилоксигруппами и по- лиацетальгликоль (ПАТ). Отвердителями фенолформальдегидных смол в технологии производства ДПК служат сульфокислоты изоцианаты и комбинированные отвердители на основе бихроматов и кар- бамидов. Изоцианаты — вещества органического происхождения, которые сокращают время от- верждения, уменьшают степень поглощения смолы древесиной. Сульфокислоты ускоряют время отверждения в 1,5–2 раза. Изделия, полученные на основе фенолформальдегидных олигомеров, имеют повышен- ную водостойкость, термостойкость и стойкость к атмосферным воздействиям. Для склеивания массивной древесины применяют клеи холодного отверждения на осно- ве смол СФЖ-3016; СФЖ-309 и ВИАМФ-9, а их отверждение происходит в присутствии сульфокислоты. Для защиты древесных композитов от воздействия воды применяют гидрофобные (водо- отталкивающие) добавки, которые препятствуют попаданию влаги внутрь изделия и вводят- ся в небольших количествах в древесноволокнистую массу в виде эмульсий. Для обеспечения прочностных показателей изделий на основе древесноволокнистых масс применяют упрочняющие добавки, вводимые в небольших количествах (менее 1,5 %). К ним относятся, черный технический альбумин и фенолоформальдегидные смолы (СФЖ- 3066, СФЖ-3014 и др.) и различные пропитывающие составы (пектол, сырое талловое масло, нефтяной гидрофобизатор), применяемые при изготовлении изделий по мокрому способу. Для защиты древесных волокон от грибковых поражений и насекомых применяются ан- тисептики, вводимые в количестве 1–2 % по массе сухого древесного заполнителя. Для производства ДПК применяются вещества, снижающие пожароопасность и носящие название антипиренов, в состав которых входят дициандиамид, ортофосфорная кислота и мочевина. 6.3. Клееная фанера Фанера получила широкое распространение и применяется в качестве конструкционно- го материала. Главной задачей при конструировании листа фанеры является обеспечение его равно- прочности в двух взаимно перпендикулярных направлениях, касательных плоскости листа. Существуют следующие виды фанеры и другой фанерной продукции: − фанера общего назначения (ГОСТ 3916.1–96 «Фанера общего назначения с наружны- ми слоями из шпона лиственных пород») применяемая для внутреннего потребления мебельной и радиотехнической промышленностью, в судостроении, вагоностроении, автомобилестроении (табл. 6.1); 64 − фанера авиационная (ГОСТ 102–75 «Фанера березовая авиационная. Технические ус- ловия»); − фанера бакелизированная (ГОСТ 11539–2014 «Фанера бакелизированная. Технические условия»); − фанера декоративная (ГОСТ 14614–79 «Фанера декоративная. Технические условия»); − фанерные плиты; − столярные плиты; − древесные слоистые пластики (ДСП); − гнутоклееные детали (заготовки — ГКЗ) (ГОСТ 21178–2006 «Заготовки клееные. Тех- нические условия»); − древесностружечные плиты (ГОСТ 10632–2014 «Плиты древесно-стружечные. Техни- ческие условия»); − древесноволокнистые плиты (ГОСТ 4598–86 «Плиты древесноволокнистые. Техниче- ские условия»); − массы древесные прессовочные (МДП) (ГОСТ 11368–89 «Массы древесные прессо- вочные. Технические условия»). Таблица 6.1 Марки фанеры общего назначения Марка Связующее ФСФ Синтетическое фенолоформальдегидное связующее ФК Синтетическое карбамидоформальдегидное связующее ФБА Белковое альбумино-казеиновое связующее Клееная фанера относится к древесно-слоистым композиционным материалам и обладает анизотропными свойствами. Она представляет собой слоистый материал, в котором листы шпона укладывают во взаимно перпендикулярных направлениях волокон. В соответствии с этим процесс усушки и разбухания сопровождается меньшими деформациями по сравне- нию с натуральной древесиной. Для придания прочности необходимо сохранить формоустойчивость фанеры, т.е. плоско- стность листа. Основной принцип создания фанеры как композиционного материала основан на правиле симметрии листа. Соблюдение данного принципа при производстве фанеры по- зволит значительно предотвратить ее деформацию. Однако он не будет действовать, если влажность листов шпона будет очень значительной, даже при соблюдении всех правил сбор- ки листа фанеры, и его деформация (коробление) будет неизбежна. Эти основные принципы симметрии заключаются в следующих правилах (рис. 6.1). Первое правило симметрии: плоскость симметрии листа фанеры должна совпадать с плос- костью симметрии центрального (среднего) слоя. Второе правило симметрии: с каждой стороны от плоскости симметрии на равном рас- стоянии должно находиться одинаковое число слоев (листов) шпона одинаковых толщины и направления волокон, одной и той же породы древесины и одинаковой влажности, изготов- ленных одним и тем же способом (лущением, строганием). Для полного выравнивания напряжений симметричные листы шпона в фанере должны быть обращены наружу одноименной стороной и по возможности подобраны из одинаково удаленных от центра чурака слоев древесины. Соблюдение первого правила симметрии требует нечетного числа слоев в фанере (рис. 6.1, а). Это требование основано на необходимости иметь наружные слои с одинаковым направле- нием волокон. При четном числе слоев наружные слои шпона будут иметь одинаковое на- правление волокон, но плоскость симметрии листа фанеры будет проходить через слой клея (рис. 6.1, б), не совпадая с плоскостью симметрии среднего слоя. В этом случае при изгибе скалывание будет происходить по клеевому слою, прочность которого может быть ниже проч- 65 ности древесины. При использовании клея, по прочности равного древесине, плоскость симмет- рии, проходящая по клеевому слою, не будет отрицательно влиять на прочность фанеры. а б Рис. 6.1. Сборка фанеры по принципу симметрии: а — трехслойной (нечетнослойной); б — четырехслойной (четнослойной); 1 —плоскость симметрии листа фанеры; 2 — плоскость симметрии центрального слоя; 3 —плоскость симметрии наружных слоев; 4 — плоскость симметрии четырехслойного листа фанеры Второе правило симметрии требует, чтобы слои шпона, находящиеся на равном расстоянии от плоскости симметрии, были одинаковой толщины. При нарушении этого правила в листах шпона различной толщины могут появляться неодинаковые напряжения при усушке и набуха- нии, что ведет к их короблению. То же самое наблюдается при несоблюдении симметричности в направлении волокон древесины (шпона). Если в трехслойной фанере один из наружных сло- ев положить не перпендикулярно среднему слою, а параллельно или под углом, лист фанеры может покоробиться. В первом случае он свернется в трубку, во втором будет покороблен по диагонали. Не менее важно, чтобы симметричные слои шпона в фанере были из древесины одной и той же породы. Если лист трехслойной фанеры составить из трех пород шпона одинаковой толщины (дуба, березы, сосны), фанера покоробится в сторону более слабой древесины (со- сны). Это объясняется разной степенью усушки и разбухания древесины отдельных пород. Усушка и разбухание поперек волокон березового шпона несколько больше, чем усушка со- снового, при одной и той же его толщине. При склеивании фанеры из разных пород древесины необходимо учитывать, что усушка шпона по толщине возрастает с увеличением толщины и падает по ширине листа с увеличе- нием его толщины. Соблюдение принципов симметрии при сборке листа фанеры в значительной степени устраняет ее деформацию. Однако если разница во влажности листов шпона при соблюдении всех правил сборки листа фанеры будет очень значительна, коробление фанеры неизбежно. Правильным подбором листов шпона по влажности считается такой подбор, при котором разность во влажности между наружными и внутренними слоями не будет превышать 3 %. Повышенная влажность в наружных слоях фанеры вызывает появление трещин при высыха- нии, так как клеевой слой препятствует равномерной усушке шпона по ширине. Деформация листа фанеры может произойти, если наружные слои изготовлены различны- ми способами, например один лущением, а другой строганием. Для выравнивания напряжений в разнородных по способу изготовления листах шпона подбирают средние слои шпона раз- 66 личной толщины и влажности. Толщина наружных слоев фанеры должна быть меньше, чем внутренних. Уменьшение толщины наружных слоев позволяет получать из чураков высокого сорта большее число листов высокосортного шпона. Рассмотренные принципы композиции фанеры в основном применимы и к конструкции других видов клееных материалов. По отношению к центральной оси симметрии, или к плоскости, проходящей посредине толщины листа фанеры, слои шпона должны располагаться в строго определенном порядке: с каждой стороны от центральной оси симметрии должно быть одинаковое число слоев шпона; симметрично расположенные слои шпона должны быть одинаковой толщины и оди- наковой влажности; симметрично расположенные слои шпона должны быть изготовлены из одинаковой породы древесины одним и тем же методом; симметрично расположенные слои шпона должны иметь одно и то же направление волокон. В последние десятилетия за рубежом приобрели большую популярность несколько ви- дов фанерных балок строительного назначения — многослойный брус из шпона, разрабо- танный в США (рис. 6.2) (от англ. LVL — Laminated Veneer Lumber). Подобно листовой фанере балки склеиваются из полос лущеного шпона и имеют ста- бильные прочностные и эксплуатационные показатели, превосходящие значения показателей пиломатериалов. Технология производства многослойного бруса из шпона в какой-то степени схожа с тех- нологией производства фанеры. Существует два типа производственных линий: с прессами пе- риодического и непрерывного действия, которые значительно отличаются друг от друга. Технология линия производства многослойного бруса из шпона с прессом периодического действия включает в себя следующие технологические операции: предварительную обработку древесины, лущение, сушку, склеивание шпона, нарезание шпона на полосы, формирование пакета шпона, горячее прессование, распиловку бруса, упаковку готовой продукции. Чаще всего на таких производствах используется пресс длиной 18,3 м. Длина готового бруса составляет от 2,5 до 18 м. Рис. 6.2. Многослойный брус из шпона 67 Гидротермическую обработку кряжи проходят в специальных бассейнах до снятия коры и раскроя на чураки. Обогрев бассейнов для гидротермической обработки происходит за счет тепла, подаю- щегося из сушилки. Выгрузка кряжей на транспортер осуществляется мостовым краном. После гидротермической обработки и окорки кряжи подвергают разделке на чураки тре- буемых размеров. Кора с помощью конвейера убирается с линии. Обрезки бревен дробятся и отсылаются в котельную. Лущение проводится на высокопроизводительной линии. Заболонный и ядровый шпон скла- дываются в отдельные карманы. Отходы и обрезки подаются прямо в барабанную дробилку. Для сушки шпона используются многоэтажные проходные сушилки. На этапе сушки осуществляется сортировка шпона и контроль его влажности. Сухие кусковые отходы, не- форматный шпон подаются на линию склеивания шпона. Высушенный шпон поступает на линию усования, где нарезается ус на кромках шпона с двух сторон и производится сорти- ровка по плотности. Усованный и отсортированный шпон подается на линию набора и под- прессовки пакетов. Подпрессованные заготовки поступают на линию горячего прессования, после чего го- товые плиты многослойного бруса из шпона раскраивают на линии обрезки и сортировки бруса в заданный размер и формируют в пачки. Пачки поступают на упаковочный станок, а затем на склад готовой продукции. Для производства многослойного бруса из шпона используют водостойкие композиции на основе фенолформальдегидных и метилендифенилдиизоцианатовых смол. Для линий, оснащенных прессами, важным отличием является то, что бесконечный пакет набирается непосредственно на рабочем конвейере линии. При этом для различных марок многослойного бруса из шпона компоновка листов по направлению волокон может быть различной, т.е. для наиболее распространенного случая листы шпона укладывают в пакет с одинаковым (параллельным) направлением волокон. Для некоторых марок часть листов располагается так, что их волокна перпендикулярны волокнам смежных слоев, как и в случае обычной клееной фанеры. Установленная непосредственно перед прессом непрерывного действия система предва- рительного подогрева с помощью микроволнового излучения служит для быстрого нагрева пресс-пакета, состоящего из многочисленных слоев шпона. Такой предварительный подогрев увеличивает производительность оборудования и особенно целесообразен в тех случаях, ко- гда необходимо изготовить толстые плиты за короткое время. Применяемые прессы анало- гичны прессам для производства ДСП. Многослойный брус из шпона имеет толщину 21–106 мм. Минимальная ширина бруса со- ставляет 40 мм, максимальная ширина при изготовлении с помощью непрерывного пресса — 1250 мм и 1800 мм для прессов периодического действия. Длина многослойного бруса из шпо- на составляет от 2,5 до 18 м, но для технологии с применением непрерывных прессов она может быть теоретически бесконечной. Широкий диапазон размеров позволяет создавать самые разнообразные легкие и проч- ные перекрытия и кровельные конструкции, включая конструкции больших размеров. Хо- рошие технологические свойства изделий обеспечивают короткие сроки возведения сложных кровельных конструкций, которые обладая небольшой массой, позволяют частично или пол- ностью исключить применение грузоподъемных механизмов. Многослойный брус из шпона широко применяется в стеновых каркасных конструкциях. Для этой цели используются дву- тавровые балки, получившие название I-beams и I-joists. Полка такой балки выполняется либо из древесины хвойных пород, но чаще из многослойного бруса из шпона, а стойку из ориенти- рованно-стружечной плиты (ОСП, OSB) или фанеры. В результате при одинаковой несущей способности I-beams существенно легче балок из обычной древесины, пиломатериалов или клееного бруса. I-beams выпускают длиной до 18 м. 68 6.4. Древесностружечные плиты Древесностружечные плиты (ДСП) представляют собой листовой материал, изготав- ливаемый горячим прессованием из древесных частиц толщиной 0,1–0,5 мм, длиной 5–40 мм, шириной 1–10 мм и связующего. Древесные частицы в таких плитах могут располагаться па- раллельно или перпендикулярно пласти, что оказывает влияние на их свойства. Существуют способы плоского и экструзионного прессования. При способе плоского прессования, который получил наибольшее распространение, древесные частицы располага- ют преимущественно параллельно пласти плиты. При этом прочность плиты во всех направ- лениях вдоль пласти плиты является одинаковой. В случае применения экструзионного прессования древесный наполнитель располагается перпендикулярно пласти плиты. При этом прочностные свойства плиты неодинаковы в различных направлениях. Такие плиты имеют большую прочность в поперечном направлении и низкую вдоль длины плиты. Плиты, изготовленные по способу экструзионного формования, могут прессоваться с образованием внутренних каналов и носят название многопустотных плит. В зависимости от содержания связующего и размеров древесного наполнителя по всему поперечному сечению плиты древесностружечные плиты разделяются на однослойные, трехслойные и многослойные В однослойных плитах размеры древесных частиц и содержание связующего по всему попе- речному сечению являются примерно одинаковыми. В трехслойных плитах размеры древесных частиц и содержание связующего внутреннего слоя отличается от двух наружных слоев. В мно- гослойных плитах внутренние слои отличаются ориентацией древесного наполнителя. В таких плитах внутренние и наружные слои расположены симметрично по отношению к среднему слою и отличаются от него типом или размером стружки и (или) других добавок. Древесностружечные плиты классифицируются по средней плотности на: − легкие плиты плотностью менее 550 кг/м 3 ; − средние плиты плотностью от 550 до 750 кг/м 3 ; − плиты с высокой плотностью, равной более 750 кг/м 3 Содержание формальдегида в связующем на 100 г в различных классах древесностру- жечных плит (в пересчете на абсолютно сухое состояние): − класс Е1 — менее 8 мг; − класс Е2 — 8–30 мг. В соответствии с ГОСТ 10632–2007 «Плиты древесно-стружечные. Технические усло- вия», по физико-механическим характеристикам древесностружечные плиты подразделяют на марки П-А и П-Б, а по качеству и виду поверхности — на I и II сорта. ДСП могут иметь обычную и мелкоструктурную поверхность. По гидрофобным свойствам различают обычные ДСП и ДСП повышенной водостойкости с шлифованной и нешлифованной поверхностью. Для производства ДСП служит специально изготовленная технологическая стружка (или щепа) из древесины хвойных и лиственных пород, которую изготовляют с использованием дисковых многоножевых рубительных машин. Сырьевыми материалами для этих целей вы- ступает окоренная и неокоренная круглая цельная древесина низких сортов или отходы ле- сопиления и деревообработки. В соответствии с ГОСТ 15815–83 «Щепа технологическая. Технические условия», для производства ДСП используется стружка со следующими геометрическими параметрами: − длина — 10–60 мм; − толщина — менее 30 мм. Согласно ГОСТ 15815–83, допускается содержание в стружке 0,6–1,0 % минеральных примесей, до 15 % коры, присутствие гнили — до 5 %. В роли связующих веществ применяются фенолоформальдегидные (СФЖ-3066, СФЖ-3014) и карбамидоформальдегидные (КФ-МТ-БП, КФ-НП КФ-МТ-15, КФ-0,15) смолы. Феноло- формальдегидные смолы имеют темный цвет и используются в производстве плит, предна- значенных для эксплуатации в условиях со значительными колебаниями влажности воздуха. Применяются специальные гидрофобные вещества для придания плитам водостойкости. 69 Производство древесностружечных плит состоит из следующих технологических пере- делов: − сортировки сырья, его окорки, разделки на заготовки заданного размера и изготовле- ние, т. е. подготовки древесного сырья к переработке на стружку; − изготовления стружки; − сушки стружки и ее классификации; − измельчения некондиционных грубых частиц; − смешения сортированной стружки со связующим; − формирования ковра, его прессования, охлаждения, обрезки плит; − шлифования плит, контроля качества и сортировки. Технологический процесс производства древесностружечных плит рассмотрен на при- мере схемы завода (рис. 6.3), в которой предусмотрено два технологических потока А и Б из- готовления и сушки стружки, один поток сортирования и измельчения стружки и три потока смешивания стружки со связующим. Подаваемые кранами 1 пачки долготья поступают на разобщители 2 потоков А и Б, которые выдают бревна поштучно в указанные потоки. Рис. 6.3. Технологическая схема производства ДСП: 1 — краны; 2 — разобщители; 3 — многопильный станок; 4, 8 — стружечные станки; 5 — рубительная машина; 6 — циклон; 7, 12, 13 — сепараторы; 9 — бункер щепы; 10 — бункеры влажной стружки; 11 — сушилки; 14 — дро- билка; 15, 18 и 20 — смесители; 16 — дозатор; 17, 19 и 21 — бункеры стружки; 22 — форматный станок; 23 — шли- фовальный станок; 24 — камера охлаждения; 25 — склад готовой продукции; 26, 29 — прессы; 27 — весы; 28 — пильный агрегат; 30 — формирующие машины; 31 — формирующий транспортер; А и Б — технологические потоки В потоке А долготье перерабатывается в щепу рубительной машиной 5. Полученная ще- па просеивается на ситовом сепараторе 7 (сортировке). Кондиционная щепа складируется в кучах, из которых она транспортируется в бункер 9, дозирующий щепу для переработки на центробежных стружечных станках 8. Полученная стружка поступает в бункера 10 влажной стружки. В потоке Б долготье после разобщителя 2 поступает на многопильный станок 3, где распи- ливается на заготовки длиной 1 м. Мерные заготовки подаются в стружечный станок 4. Заго- товки, диаметр которых превышает допускаемый стружечным станком, раскалываются на дро- вокольном станке; полученные поленья также перерабатываются на стружечном станке 4. 70 Стружка, полученная в обоих потоках А и Б, может подвергаться дальнейшей обработке раздельно или смешиваться. Стружка из бункеров 10 подается в сушилки 11, откуда посту- пает на ситовой сепаратор 12, в котором отделяется мелкая фракция стружки, предназначен- ная для наружных слоев плит. Эта фракция стружки поступает в бункер 21, остальные фрак- ции передаются в пневматический сепаратор 13, где воздушным потоком выделяется струж- ка для внутреннего и промежуточных слоев плиты. Эти частицы соответственно поступают в бункер 17 стружки для внутреннего слоя и бункер 19 стружки для промежуточных слоев. В пневматическом сепараторе отделяются также некондиционные грубые частицы, которые измельчаются в дробилке 14, после чего полученные фракции обычно повторно направляют- ся в ситовой или пневматический сепаратор. Схемы потоков сепарации и измельчения стружки, принятые в различных цехах произ- водства древесностружечных плит, могут значительно отличаться как по типам применяемо- го оборудования, так и по последовательности проведения операций в технологическом про- цессе. Например, в схеме, получившей в последнее время распространение, используются ситовые сепараторы, которые выделяют мелкую некондиционную фракцию, содержащую в основном минеральные частицы, фракцию для наружных слоев, фракцию для внутреннего слоя и крупную фракцию, поступающую в пневмосепаратор. Поток стружки промежуточно- го слоя в этом случае не требуется. Из бункера 17 сухой стружки для внутреннего слоя частицы поступают в дозатор 16, от- куда передаются в смеситель 15 для смешивания со связующим. Связующее подается в сме- ситель установкой клееприготовления. Для смешивания со связующим стружки для наруж- ных и промежуточных слоев используют смесители 18 и 20. Осмоленная стружка формирующими машинами 30 последовательно насыпается на ленту формирующего транспортера 31, представляющую собой последовательно перемещающиеся жесткие или гибкие поддоны или бесконечную резиновую или стальную ленту. Сформиро- ванный стружечный ковер распиливается пильным агрегатом 28 на отдельные пакеты, которые затем подпрессовываются одно- или двухэтажным прессом. При использовании подвижных прессов 29 или прессов непрерывного действия (гусеничных, ленточных или вальцовых) подпрессовывается бесконечный стружечный ковер. Полученные при подпрессовке брикеты взвешиваются на весах 27, а затем поступают в пресс 26 для горячего прессования. Отпрессованные плиты охлаждаются в камере 24, обре- заются на форматном станке 22 и укладываются в штабеля. После необходимой выдержки штабелей плиты шлифуют на станках 23. В зависимости от производительности завода, которая обусловливается участком фор- мирования — прессования плит, для осуществления технологических операций подготовки стружки может быть установлено по нескольку единиц одинакового оборудования, при этом суммарная их производительность должна быть не ниже заданной для завода. На заводе древесностружечных плит устанавливается несколько сотен единиц техноло- гического, транспортного и вспомогательного оборудования, для обеспечения надежной ра- боты которого завод разделен на отдельные участки. Эти участки могут работать некоторое время независимо один от другого, благодаря чему короткие остановки одного участка не вызывают перерыва в работе смежных с ним. На границах участков предусматриваются бункера или склады. Представленный на рис. 6.3 завод разделен на следующие участки с со- ответствующим оборудованием: − участок подготовки сырья: разобщители 2, рубительная машина 5, ситовой сепаратор 7 для щепы, склад щепы, приемные устройства бункера 9 щепы, многопильный станок 3 и накопители мерных заготовок; − участок изготовления стружки: выдающее устройство бункера 9 щепы, центробежные стружечные станки 8, стружечные станки 4 и приемные устройства бункеров 10 стружки; − участок сушки, сепарации и измельчения стружки: выдающие устройства бункеров 10 стружки, сушилки 11, ситовой 12 и пневматический 13 сепараторы, дробилка 14 и при- емные устройства бункеров 17, 19 и 21; 71 − участок смешивания стружки со связующим: выдающие устройства бункеров 17, 19 и 21, дозаторы 16, смесители 15, 18 и 20 и приемные устройства формирующих машин 30. − участок формирования, прессования, охлаждения и обрезки плит: формирующие ма- шины 30, формирующий транспортер 31 и другие конвейеры для поддонов или стру- жечных пакетов и брикетов, пресс для подпрессовки 29, пильный агрегат 28, весы 27, пресс для горячего прессования 26, камера охлаждения 24, форматный станок 22, шта- белеукладчик для плит и склад для выдержки штабелей плит; − участок первичной обработки плит: штабелеразгрузчики, шлифовальные станки, тол- щиномеры и штабелеукладчики. Технологическое оборудование соединяется между собой различными транспортными устройствами: ленточными и цепными конвейерами, транспортирующими бревна и мерные заготовки, ленточными и скребковыми конвейерами, а также пневмотранспортом, подаю- щими стружку. В технологическое оборудование для обработки щепы и стружки материал должен поступать равномерно и в заданных количествах в единицу времени. Транспортное оборудование также может принимать ограниченное количество древесных частиц. Поэтому из бункера щепа или стружка дозируется в заданном количестве. На заводах древесностружечных плит почти все оборудование работает в автоматиче- ском режиме. 6.5. Древесноволокнистые плиты Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливают в процессе горячего прессования или сушки массы из древесного волокна, сформированной в виде ковра. Существуют мокрый и сухой способ производства ДВП. При мокром способе производства при формировании ковра применяется вода, а при сухом — воздух. В соответствии с ГОСТ 4598–86 «Плиты древесноволокнистые. Технические условия», ТУ 13-444–83 по плотности различают сле- дующие виды ДВП: − мягкие (непрессованные) — плотностью 100–400 кг/м 3 ; − полутвердые — плотностью 600–800 кг/м 3 ; − твердые — плотностью 800–1050 кг/м 3 ; − сверхтвердые с плотностью 950–1100 кг/м 3 Только полутвердые ДВП изготавливаются сухим способом. При использовании мокрого способа толщина прессованных плит составляет 2,5–6 мм, в то время как, при сухом способе — 5,0–12 мм; толщина непрессованных плит — 8–16 мм. ДВП применяется для изготовления элементов мебели, в мебельном производстве в ка- честве панелей, плит, в деревянном домостроении, в радио- и приборостроении и др. Для производства ДВП используется технологическоая щепа, изготавливаемая как из цельной низкосортной круглой древесины, так и из кусковых отходов лесопиления и дерево- обработки (горбыли, рейки, карандаши, шпон-рванина от фанерного и спичечного произ- водств и др.). Технологическая щепа (ГОСТ 15815–83), предназначенная для производства ДВП, должна быть следующих размеров, мм: длина — 10–35 (оптимальная — 20), наибольшая толщина — не более 5. В щепе допускается наличие коры до 15 %, гнили до 5 % и минеральных приме- сей 0,5–1,0 %. Обугленные частицы и металлические включения в щепе не допускаются. В щепе для производства ДВП не должно быть мятых кромок, а угол среза должен состав- лять 30–60°. При производстве ДВП опилки в композиции сырья не используют. Чтобы придать плитам формоустойчивость, при их изготовлении применяют гидрофоб- ные (водоотталкивающие) вещества (парафин, дистиллятный гач, церезин и церезиновая композиция). Гидрофобные добавки вводят в древесноволокнистую массу в виде специально приготовленных и разбавленных горячей водой щелочных эмульсий. В качестве вспомога- тельных веществ для получения эмульсий применяют лигносульфонаты технические, гидро- ксид натрия (едкий натр), аммиак и некоторые другие. 72 После перемешивания с древесноволокнистой массой эмульсии осаждаются на древес- ных волокнах водными растворами осадителей, в качестве которых применяют серную ки- слоту или сернокислый алюминий. В качестве упрочняющих добавок используют фенолоформальдегидные смолы (СФЖ-3066, СФЖ-3014 и др.), черный технический альбумин (белковый клей, не водостойкий), пропиты- вающие составы. Пропитывающие составы применяют при производстве сверхтвердых ДВП мокрым спо- собом. Технологический процесс производства древесноволокнистых плит включает в себя: прием, складирование и подготовку древесного сырья, получение древесных волокон, прием и складирование химических веществ, приготовление проклеивающих составов, проклеива- ние древесноволокнистой массы, формирование ковра, форматную резку ковра, горячее прессование или сушку, термообработку и увлажнение плит, форматную резку и складиро- вание готовых плит. Производительность одной технологической линии современного завода древесново- локнистых плит обусловлена производственной мощностью головного агрегата — гидравли- ческого пресса для горячего прессования (или сушилки), для обеспечения которой на всех других технологических операциях устанавливают по нескольку единиц однотипного обору- дования. Суммарная производительность этого оборудования должна превышать заданную производительность завода. По ГОСТ 4598–86 сверхтвердые плиты имеют среднюю плотность не менее 950 кг/м 3 ; твердые — не менее 850 кг/м 3 ; полутвердые — не менее 400 кг/м 3 ; изоляционно-отделочные — 250– 350 кг/м 3 ; изоляционные — до 250 кг/м 3 Размеры плит, мм: длина — 1200–3600, шири- на — 1000–1800, толщина — 3–8. Важнейший показатель качества древесноволокнистых плит — предел прочности при изгибе. Временное сопротивление статическому изгибу по ГОСТ 4598–86 должно быть не менее, кгс/см 2 : для сверхтвердых плит — 500; для твердых плит — 400; для полутвердых плит — 150; для изоляционно-отделочных плит — 20; для изоляционных плит — 12. Существенный показатель качества сверхтвердых, твердых и полутвердых плит — гиг- роскопичность. ГОСТ 4598–86 допускает величину набухания плит после суточного нахож- дения испытываемых образцов в воде: для твердых и полутвердых — не более 20 %, а для сверхтвердых — не более 12%. Водопоглощение: для сверх твердых плит — 15 %, для твер- дых — 30 %, для полутвердых — 40 %. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают значительно меньшей гигроскопичностью — 10–12 %, так как при их изготовлении приме- няют фенолформальдегидные смолы. Коэффициент теплопроводности для изоляционных плит должен быть не более 0,06 Вт/(м∙ ℃) и для изоляционно-отделочных плит — 0,08 Вт/(м∙ ℃). Древесно-полимерные композиционные материалы отличаются экологической чистотой, высокой водостойкостью и морозостойкостью, биостойкостью, низкой себестоимостью, тех- нологичностью. Кроме того, отходы и изделия из разработанных экологически чистых дре- весно-полимерных композиций могут подвергаться повторной переработке термобариче- ским методами, что позволяет создать практически безотходный технологический процесс. Они могут быть использованы в строительной, мебельной, деревообрабатывающей, машино- строительной и других отраслях промышленности, в частности, в авто- и вагоностроении, в производстве тары, материалов для облицовки административных и жилых помещений, профильно-погонажных деталей, оконных и дверных блоков, теплоизоляционных плит, от- делочной плитки, наличников, подоконников, поручней, плинтусов, игрушек, опалубки. 73 |