CC BY
33
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РАСХОДА ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО И РАСЧЕТНОЙ
ПЛОТНОСТИ КОСТРОПЛИТ
С.А. УГРЮМОВ, доц. каф. механической технологии древесины КГТУ, канд. техн. наук
Сырьем для производства костроплит служит костра, образующаяся при первичной обработке льна. Ее использование в плитном производстве имеет большое значение, поскольку при этом экономятся древесные ресурсы и эффективно утилизируются отходы льнопроизводства.
Костроплиты изготавливаются по технологии производства древесно-стружечных плит, при этом одной из важнейших операций в технологическом процессе является ос-моление наполнителя, которое производится с целью покрытия всех частиц оптимальным количеством связующего. Сложность осмоле-ния заключается в том, что на относительно большую удельную поверхность частиц костры необходимо равномерно нанести сравнительно небольшое количество клеевого состава, неравномерное распределение которого приводит к снижению физико-механических показателей плит и к повышенному расходу клеевых материалов.
При осмолении величина расхода клея влияет на прочность соединения и самого плитного материала. Если расход меньше технологической нормы, то уменьшается прочность склеивания, так как клея не хватает для покрытия всей поверхности частиц
и создания клеевых мостов требуемой толщины.
При увеличении расхода клеевых материалов не всегда повышается прочность склеивания, иногда она даже снижается, потому что в утолщенном клеевом шве больше вероятность возникновения внутренних напряжений и образования микротрещин вследствие усадки клея при отверждении. Чрезмерный расход клея отражается и на стоимости готовой продукции, так как в плитном производстве стоимость клея составляет порядка 23,5 % общей себестоимости производства [1].
Оптимальная толщина клеевой прослойки, а следовательно, и величина расхода клея зависят от множества факторов - породы и плотности наполнителя, формы и размера частиц, шероховатости их поверхности, вязкости и концентрации клея, плотности укладки частиц в структуре материала, температуры прессования и др.
Нормы расхода связующего при производстве плит на основе древесных частиц широко исследованы и нормированы [1]. При использовании в качестве наполнителя плитного материала костры льна нормы расхода связующего мало изучены.
План эксперимента с выходными величинами
Таблица
№ оп. Управляемые факторы Выходные величины
количество связующего, % плотность плиты, кг/м3 предел прочности при изгибе, МПа предел прочности при отрыве, МПа разбухание по толщине, % объемное разбухание, % водопоглощение, %
1 10 650 14,2 0,27 59,1 60,8 110,2
2 16 650 13,3 0,31 47,2 48,9 83,5
3 10 750 9,7 0,24 80,2 82,6 120,3
4 16 750 11,0 0,26 53,2 54,8 94,2
5 10 700 13,8 0,29 63,5 65,2 125,1
6 16 700 14,0 0,28 44,2 45,7 88,7
7 13 650 14,8 0,30 50,4 52,1 90,6
8 13 750 10,2 0,25 56,1 57,4 93,9
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008
107
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 1. Зависимость прочностных показателей костроплиты от количества связующего и плотности: а - выходная величина - предел прочности при изгибе, МПа; б - выходная величина - предел прочности при отрыве перпендикулярно пласти, МПа
С целью выявления влияния количества связующего на свойства костроплит и определения рациональной нормы расхода связующего был реализован план второго порядка. При постановке опытов в качестве связующего был использован клей на основе фенолформальдегидной смолы СФЖ-3013, количество которого варьировалось от 10 до 16 % относительно массы абсолютно сухой стружки. Поскольку свойства плитных материалов напрямую зависят от плотности упаковки частиц, в эксперименте кроме расхода связующего варьировалась плотность готовой костроплиты от 650 до 750 кг/м3. Матрица планирования эксперимента с основными выходными величинами представлена в таблице.
Рис. 2. Зависимость физических показателей костроплиты от количества связующего и плотности: а - выходная величина - разбухание по толщине, %; б - выходная величина - объемное разбухание, %; в - выходная величина - водопоглощение, %
После математической обработки результатов эксперимента в соответствии с рекомендациями [2] получены следующие математические модели в кодированных обозначениях факторов:
для предела прочности плиты при изгибе
5>и) = 14,4 + 0,1*1 - 0,45*!2 -- 1,9Х2 - 1,9*22 + 0,6*1*2 ;
108
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
для предела прочности плиты при отрыве перпендикулярно пласти
У1(о0) = 0,29 + 0,008 Х - 0,005Х2 -- 0,015Х2 - 0,015Х22 - 0,005Х^Х2; для разбухания плиты по толщине У1(Р) = 47,2 - 9,7Х1 + 6,7Х12 +
+ 5,5Х2 + 6,1Х22 - 3,8ХХ2; для объемного разбухания плиты ЭД) = 48,4 - 9,7Х1 + 7,0Х12 +
+ 5,5Х2 + 6,3Х22 - 4,0ХХ2; для водопоглощения плиты:
^(AWJ = 97,1 - 14,9Х1 +
+ 9,8Х12 + 4,0Х2 - 4,9Х22 + 0,2Х1Х2. Графические зависимости выходных величин от управляемых факторов представлены на рис. 1, 2.
Анализ полученных результатов показал, что наибольшее влияние на прочностные показатели костроплиты оказывает ее расчетная плотность.
Как известно, при производстве традиционных древесно-стружечных плит с увеличением плотности материала физикомеханические свойства возрастают. Однако по результатам эксперимента наилучшие показатели качества костроплиты достигаются при относительно небольшой ее плотности (порядка 650-700 кг/м3). Вероятно, при слишком плотной упаковке частиц костры происходит их механическая деформация и частичное разрушение с появлением многочисленных микро- и макротрещин, что негативно сказывается на прочностных показателях и отношении к действию воды. Кроме этого, поскольку частицы костры отличаются от древесных меньшими размерами (особенно по толщине), при прессовании происходит их упаковка с меньшим количеством воздушных пустот. В результате этого затрудняется выход парогазовой смеси, выделяющейся при горячем прессовании материала, которая разрушающе действует на образованные клеевые связи.
Производство костроплит с относительно небольшой плотностью положительно сказывается на экономических показателях производства, поскольку при этом снижается количество применяемого наполнителя (костры) и количество связующего, а также облегчается готовый материал.
На физические показатели костроплит наибольшее влияние оказывает количество введенного связующего. При введении максимального количества клея заметно снижаются показатели разбухания и водопоглощения, что вполне объяснимо, поскольку при этом возрастает количество клеевых мостов и изоляционных слоев на поверхности частиц наполнителя. Физические показатели довольно высоки: среднее значение разбухания составляет 47,2 %, водопоглощение - 97,1 %. Это объясняется большой впитываемостью фенольной смолы, поскольку ее концентрация относительно невелика (порядка 45 %), и сложностью ее распределения по частицам костры, удельная поверхность которых выше по сравнению с древесными частицами.
Применение фенолформальдегидных смол в производстве костроплит с традиционным расходом (порядка 10-15 %) не является экономически оправданным, так как при больших затратах на применение дорогого связующего не удается получить высоких показателей качества материала. Целесообразно использовать более дешевые карбамидные смолы. Для повышения прочностных и особенно физических свойств костроплит необходимо вводить в состав связующего модифицирующие добавки.
Библиографический список
1. Справочник по производству древесно-стружечных плит // И.А. Отлев, Ц.Б. Штейнберг, Л.С. От-лева и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 384 с.
2. Пижурин, А.А. Исследования процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесная пром-сть, 1984. - 232 с.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2008
109
