CC BY
40
УДК 674.613
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ
ПЛИТ ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ Е. М. Разиньков
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
mtd.vm.@mail.ru
В настоящее время техническими требованиями ГОСТ 10632-2007 [1] предусмотрено получение древесно-стружечных плит (ДСтП) толщиной от 3 до 40 (и более 40 мм) с градацией 1 мм. Плиты должны использоваться для производства бытовой мебели и мебели для общественных помещений, а также изделий, эксплуатируемых внутри вне помещений. При этом для каждой толщины плиты предусмотрены свои прочностные показатели. Плотность плит должна находиться от 560 до 820 кг/м3.
Плиты указанной выше плотности получаются очень дорогими, поскольку
33
расход сырья на 1 м3 составляет около 2 м3 сырья/м3 плит. Расход смолы (в пересчете на сухое вещество) довольно большой и составляет 75-80 кг/м3 плит, что естественно увеличивает токсичность плит. Плиты получаются тяжелыми.
Мы исходим из того, что при экс-
плуатации плит (особенно толстых, толщиной 32 и более мм) в качестве ненесущих конструкций, плотность таких плит может быть и ниже. Такие плиты можно применять в столешницах, в качестве «крыши» кухонной мебели и др. Можно производить более легкие плиты плотностью намного ниже, чем 550 кг/м3 и они также будут выдерживать требуемую нагрузку при своей эксплуатации. Такие плиты могут иметь меньшие показатели прочности. В доказательство приведем следующие аргументы.
В табл. 1 приведены прочностные показатели плит в зависимости от их толщины.
Таблица 1
Прочностные показатели плит в зависимости от их толщины
Толщина плиты, мм Предел прочности при изгибе для плит марок П-А (П-Б), МПа Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты для плит марок П-А (П-Б), МПа
14-20 13,0 (11,5) 0,35 (0,24)
21-25 11,5 (10,0) 0,30 (0,20)
26-32 10,0 (8,5) 0,25 (0,17)
33-40 8,5 (7,0) 0,20 (0,14)
Свыше 40 7,0 (5,5) 0,20 (0,14)
Как видно из этой таблицы, чем тол-
ще толщина плиты, тем требуемые по
ГОСТ прочностные показатели ниже. Это связано с тем, что, несмотря на более низкую прочность более толстых плит, эти плиты выдерживают ту же нагрузку, что и более тонкие плиты, но с более высокими прочностными показателями.
Если рассмотреть величину нагрузки,
которую должны выдерживать плиты до своего разрушения при изгибе, то в табл. 2 приведены величины разрушающей нагрузки при требуемых показателях предела прочности при изгибе плит марки П-А (лучшей марки плиты) разной толщины.
Таблица 2
Величины разрушающей нагрузки при требуемых показателях предела прочности при
изгибе плит разной толщины
Толщина плиты, мм Предел прочности при изгибе для плит марки П-А , МПа Величина разрушающей нагрузки Р (Н) для плит марок П-А(П-Б)
14-20 13,0 425-867
21-25 11,5 845-1198
26-32 10,0 1127-1707
33-40 8,5 1543-2267
40 7,0 1867
Величины разрушающей нагрузки в табл. 2 рассчитаны из формулы, определяющей величину предела прочности плит при изгибе по ГОСТ 10635.
Из табл. 2 следует, что толстые плиты (например, 40 мм) при эксплуатации их в качестве ненесущих конструкций должны выдерживать неоправданно большую нагрузку (845 Н). Эта нагрузка превышает более чем в 2 раза нагрузку для плит тол-
щиной 20 мм. А ведь из опыта эксплуатации плит известно, что плиты даже толщиной 20-21 мм можно использовать в оговоренных выше конструкциях мебели.
Таким образом, если принять для толстых плит максимальную разрушающую нагрузку, равную 845 Н, то требуемые значения предела прочности плит при изгибе существенно уменьшатся (табл. 3).
Таблица 3
Требуемые значения предела прочности при изгибе плит разной толщины_
Толщина плиты, мм Предел прочности при изгибе для плит марки П-А(П-Б), МПа
21-25 8,1-11,5
26-32 5,0-7,5
33-40 3,2-4,7
40 3,2
Плиты такой прочности можно производить значительно меньшей плотности.
Теперь встает ряд основных технологических вопросов: 1) Какой минимально
возможной плотности можно производить плиты с тем, чтобы значения их прочности при изгибе укладывались в значения табл. 3; 2) Что изменится в режиме горячего
прессования таких плит (давлении, температуре, продолжительности выдержки в горячем прессе).
Для исследования зависимости предела прочности плит при изгибе от их плотности были изготовлены плиты плотностью от 200 до 800 кг/м3, толщина плит составляла 16 и 40 мм. Параметры режима горячего прессования представлены в табл. 4. Плиты толщиной 16 мм прессовали без использования способа «парового удара», а толщиной 40 мм - с использованием «парового удара», поскольку этот способ эффективен для плит толщиной более 25
мм [2]. Для этого на две поверхности стружечного брикета пневмораспылением наносили воду из расчета 200 г/м3.
Температура прессования плит составляла 170 °С. Давление прессования и продолжительность прессования для плит плотностью 600, 700 и 800 кг/м3 устанавливали исходя из рекомендаций [2]. Для плит плотностью ниже 600 кг/м3 эти параметры устанавливали исходя из результатов своих предварительных экспериментов. Параметры режима прессования для плит плотностью 200-800 кг/м3 приведены в табл. 4.
Таблица 4
Параметры режима горячего прессования плит_
Продолжительность Продолжительность
Плотность плиты, кг/м3 Давление прессования, МПа прессования плит толщиной 16 мм, мин/мм толщины (мин) прессования плит толщиной 40 мм, мин/мм толщины (мин)
200 1,5 0,14 (2,24) 0,10 (4,00)
300 1,6 0,18 (2,88) 0,14 (5,6)
400 1,7 0,22 (3,52) 0,18 (7,2)
500 1,8 0,26 (4,16) 0,22 (8,8)
600 1,9 0,31 (4,96) 0,27 (10,8)
700 2,3 0,35 (5,60) 0,30 (12,0)
800 2,3 0,44 (7,04) 0,37 (14,8)
Искомые зависимости приведены на рис. 1.
Плотность,
Рис. 1. Зависимость предела прочности при изгибе от плотности плит различной толщины: верхняя кривая - для плит толщиной 16 мм, нижняя кривая - для плит толщиной 40 мм
Как видно из представленных графиков, кривая зависимости прочности от плотности плит толщиной 40 мм проходит ниже кривой для плит толщиной 16 мм. Разница в прочности плит толщиной 40 мм составляет около 1,6 МПа независимо в основном от плотности плит. Это, возможно, связано с термодеструкцией смолы в наружных слоях плит толщиной 40 мм, что приводит к падению прочности плит. Однако этот вопрос требует дальнейшего изучения. Полученные графические зависимости позволяют ответить на вопрос, какой минимально возможной плотности можно получать толстые плиты (в данном случае толщиной 40 мм)? Для этого на рис. 1 проведена горизонтальная линия на уровне 3,2 МПа, которая регламентирует минимально возможную прочность толстых плит. Из точки пересечения с кривой толщины плиты 40 мм опускали перпендикуляр к оси абсцисс и получали, таким образом, минимальное значение требуемой плотности плит. Такой плотности было значение 280 кг/м3.
Если говорить об экономической эффективности производства толстых плит 40 мм плотностью 300 кг/м3, то из табл. 4 видно следующее. Продолжительность прессования таких плит (5,6 мин) находится на уровне продолжительности прессования плит толщиной 16 мм, т.е. плит, используемых в настоящее время для мебели, в т.ч. и для крышек столов кухонной мебели. Давление прессования плит толщиной 40 мм ниже, чем плит толщиной 1 6 мм. Температура прессования плит толщинами 40 и 16 мм одинаковая.
Смолы на производство 1 м3 плит плотностью 300 кг/м3 расходуется в 2 раза меньше, чем на производство плит толщиной 16 мм, поскольку расход смолы рассчитывается от массы абсолютно сухой стружки. Токсичность полученных толстых плит должна быть ниже, поскольку в 1 м3 плиты смолы в 2 раза ниже, чем в плите толщиной 16 мм. И при всем этом расход древесного сырья на производство 1 м3 плит снижается более чем в 2 раза. Все это в сумме может дать экономию
около 0,4 тыс. р./м2 плит при расчете экономии на 1 м2 плит. При расчете экономии на 1 м3 эта величина может составить около 1,2 тыс. р./м3 плит. В зависимости от мощности цеха ДСтП (в среднем 70 тыс. м3 плит в год) экономия предприятия может составить около от 28 до 84 млн р. в год.
Библиографический список
1. ГОСТ 10632-2007. Плиты древес-но-стружечные. Технические условия, 12 с.
2. Шварцман Г.М., Щедро Д.А. Производство древесностружечных плит / М.: «Лесная пром-сть», 1987, 319 с.
