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
| № п/п | Наименование факторов | Обозначение | Единица измерения | Диапазон варьирования факторов |
| 1 | Температура прессования | Х1 | 0С | 160-180 |
| 2 | Продолжительность прессования | Х2 | мин/мм | 7-13 |
| 3 | Содержание кислоты | Х3 | % | 10-20 |
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.