CC BY
156
УДК 674.816.3 Г.П. Плотникова, С.В. Денисов, И.Н. Челышева
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
Выявлены основные закономерности влияния некондиционного сырья - отходов, гниющих на нижних складах деревообрабатывающих предприятий, - на качественные показатели древесно-стружечных плит. Ключевые слова: древесно-стружечные плиты, отходы, качественные показатели плит.
G.P. Plotnikova, S.V. Denisov, I.N. Chelysheva INCREASE OF PRODUCTION EFFICIENCY OF THE WOOD-PARTICLE BOARDS
The basic laws of influence of the sub-standard raw materials which are waste decaying in the bottom warehouses of the woodworking enterprises on the wood-particle board quality indicators are revealed.
Key words: wood-particle boards, waste, board quality indicators.
Современные предприятия по производству древесно-стружечных плит (ДСтП) на сегодняшний день испытывают острый дефицит сырьевой базы. Эту проблему руководители заводов пытаются решить в администрации округов, областей, краев, но, как правило, малорезультативно. Поэтому увеличение номенклатуры используемого сырья для производства древесно-стружечных плит без снижения качества последних представляется на сегодняшний день наиболее интересным. Существует множество небольших предприятий, занимающихся лесопилением, находящихся в непосредственной близости от железнодорожных путей. Отходы этих производств, как и лесозаготовок, остающихся на нижних складах, не используются, в лучшем случае - сжигаются, в большинстве случаев - остаются гнить в виде шлама. В плитных производствах они не используются, остаются резервным сырьем, так как не соответствуют приемочным требованиям по фракционному составу, содержанию синевы и гнили, а также наличие минеральных примесей. Первоочередное направление развития производства древесно-стружечных плит в настоящее время видится в более полном использовании низкосортной древесины и отходов сопутствующих производств, а также отходов, гниющих на нижних складах [1,2].
Целью работы является исследование возможности применения некондиционного сырья - отходов, гниющих на нижних складах деревообрабатывающих предприятий, в производстве древесно-стружечных плит при сохранении качественных показателей получаемой продукции.
Проведенные поисковые экспериментальные исследования по количественному соотношению добавляемых отходов гниющих заготовок (ОГЗ) в общей массе сырья позволили сделать вывод о возможности применения данного некондиционного сырья в производстве древесно-стружечных плит в количестве от 10 до 40% от общей массы сырья при введении последних во внутренний слой при формировании стружечного ковра. С учетом проведенных ранее исследований, дающих положительные результаты, принято решение дополнительно вводить стружку отход от оцилиндровки в количестве 20% от основного сырья - стружки, полученной из технологической щепы ПС ГОСТ 15815-83.
Изготовление стружки осуществлялось на центробежных стружечных станках. Дозирование клеевой массы и смешивание со стружечной массой проводилось на лабораторном мини-смесителе, а горячее прессование - на лабораторном мини-прессе - аналоге головной прессовой установки по работе гидравлической системы и программному обеспечению.
Приготовление стружечно-клеевой композиции осуществлялось следующим образом. Сырьевая смесь - стружка, полученная из технологической щепы марки ПС в количестве 40-70%, произведенная по ГОСТ 15815-83; стружка от оцилиндровки круглых лесоматериалов в количестве 20%; стружка, полученная из отходов гниющих заготовок в количестве 10-40%, высушивается до влажности 1,5-2,2% и смешивается со связующим на основе маломольной карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-10ПМ. Так как некондиционное сырье имеет кислотность на уровне рН=4,54, поэтому для компенсации уровня рН принято добавлять в связующее внутреннего слоя парафиновую эмульсию в количестве до 6% от массы смолы с введением 2,0-2,2% отвердителя - 20%-го водного раствора хлористого аммония.
Затем формируется ковер и производится горячее прессование при температуре 195±5 °С в течение
0,23-0,26 мин/мм плиты при давлении 2,3-2,4 МПа. Плотность полученных плит составляет 650 кг/м3. Плиты выдерживаются в течение 24 ч при комнатной температуре, раскраиваются на образцы и испытываются согласно ГОСТ 10632-2007.
Изменение кислотности от содержания некондиционного сырья в составе основного представлено в таблице 1.
Таблица 1
Зависимость кислотности сырья от процентного содержания некондиционной стружки
Процент добавления некондиционного сырья, % 10 20 30 40 50 60
рН 6,46 6,14 5,92 5,76 5,44 5,32
Анализ щепы, изготовленной из некондиционного сырья, проводился по методике ГОСТ 15815-83. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица2
Характеристики исходного сырья
Показатель Норма по ГОСТ 15815-83 Факт
Массовая доля, %:
коры Не более 15 3,1
гнили Не более 5 46,2
минеральных примесей Не более 0,5 3,16
остатков на сите с отверстиями диаметром:
30 мм Не более 5 14,7
5 мм Не менее 85 78,6
на поддоне Не более 10 6,7
Примечание: процент древесных частиц, пораженных синевой - 94-96%.
Качество готовой продукции оценивалось величиной предела прочности плит при статическом изгибе, при разрыве перпендикулярно пласти и параметром разбухания по толщине за 24 ч по методикам, описанным в стандартах [11-17].
При добавлении в стружечно-клеевую композицию некондиционного сырья во внутренний слой были получены следующие зависимости прочности образцов ДСтП при статическом изгибе (рис.1, 2):
Л
И
О
О
а
о
Т
В
Н
Л
н
В
н
и
8
Н
О
я
Т
©
а
Б
ч
и
о.
В
* При продолжительности прессования 4 мин
При продолжительности прессования 4,5 мин
При продолжительности прессования 5 мин
Содержание парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 3 мас.ч.
Содержание стружки из некондиционного сырья в составе композиции внутреннего слоя, %
Рис. 1. Зависимость прочности ДСтП при статическом изгибе от содержания стружки из некондиционного сырья
е
ю
о
к
с
е
ч
и
т
а
т
с
П
т
С
и
т
с
о
н
ч
о
р
п
л
е
д
е
р
П
При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 0 мас.ч.
■ При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 3 мас.ч.
При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 6 мас.ч.
Продолжительность прессования 4,5 мин
Содержание стружки из некондиционного сырья в составе композиции внутреннего слоя , %
Рис. 2. Зависимость прочности ДСтП при статическом изгибе от содержания парафиновой эмульсии во внутреннем слое
Согласно приведенным графическим зависимостям видно, что с увеличением содержания некондиционного сырья прочность при статическом изгибе уменьшается, но при этом полностью соответствует нормативам марки П-А по ГОСТ 10632-2007 (норма для толщины 16 мм - 13 МПа).
По требованиям международных и российских стандартов, регламентируемых БИ 312, ГОСТ 106322007: предел прочности при статическом изгибе принимается равным 12...15 МПа, а при растяжении перпендикулярно пласти 0,25МПа [3-5].
С увеличением продолжительности прессования (см. рис.1) увеличивается прочность ДСтП при статическом изгибе, что объясняется более глубокой степенью поликонденсации низкомольной карбамидо-формальдегидной смолы.
При добавлении некондиционного сырья в состав стружечно-клеевой композиции внутреннего слоя были получены следующие зависимости предела прочности ДСтП на нормальный отрыв (рис. 3, 4).
Л
И
£
■а
а
н
о
а
о
н
о
о
я
т
о
,
а
ч
и
п
а
,
В
0,41 -0,39 0,37 0,35 0,33 0,31 -0,29 -0,27 -0,25 -
0 10 20 30 40 50
Содержание стружки из некондиционного сырья в составе композиции внутреннего слоя , %
При продолжительности прессования 4 мин
При продолжительности прессования 4,5 мин
При продолжительности прессования 5 мин
Содержание парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 3 мас.ч.
Рис. 3. Зависимость прочности ДСтП на нормальный отрыв от содержания стружки
из некондиционного сырья
р
П
При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 0 мас.ч.
При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 3 мас.ч.
При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 6 мас.ч.
Продолжительность прессования 4,5 мин
Содержание стружки из некондиционного сырья в составе композиции внутреннего слоя , %
Рис. 4. Зависимость прочности ДСтП на нормальный отрыв от содержания парафиновой эмульсии во внутреннем слое
155
Согласно представленным зависимостям (см. рис. 3, 4) видно, что прочность на нормальный отрыв от содержания некондиционного сырья имеет экстремум на уровне 25-27%.
Также следует отметить, что прессование дСтП в диапазоне времени 4,0-4,5 мин позволяет получать плиты марки П-А по ГОСТ 10632-2007 (норма для толщины 16 мм - 0,35 МПа). Таким образом достигается снижение энергоемкости при производстве одного кубического метра готовой продукции на стадии прессования и увеличение производительности до 25% в сравнении с существующими технологическими режимами при производстве заданной толщины древесно-стружечных плит.
На основании результатов проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод о том, что введение до 3-х мас.ч. парафиновой эмульсии во внутренний слой дает положительный эффект компенсации низкого уровня рН сырьевого материала. При этом изготавливаемые образцы ДСтП уже при выдержке в прессе в течение 4 мин имеют достаточную прочность на нормальный отрыв, регламентируемую ГОСТ 10632-2007.
Как уже отмечалось, для изготовления древесно-стружечных плит на основе применения некондиционного сырья в качестве связующего использовалась низкомольная карбамидоформальдегидная смола марки КФ-10 ПМ с пониженным мольным соотношением. Доля метилольных групп в этих смолах невелика. Применяя окисленное сырье, можно предположить, что древесная масса образована меньшим значением степени полимеризации, следовательно, начальное содержание метилольных групп в самой древесине также невелико [7-10]. Следовательно, по времени процесс сшивания полимера и образования трехмерной сетки протекает гораздо быстрее. Полнота отверждения связующего во внутреннем слое достигается уже при продолжительности прессования в диапазоне 4-4,5 мин. Этим же объясняется существование экстремума прочностных показателей при содержании стружки из некондиционного сырья в пределах 25-35% от общей массы. Так как для производства древесно-стружечных плит используется быстро отверждающаяся низкомольная карбамидоформальдегидная смола, то увеличение продолжительности прессования плит до 5 мин и более (см. рис. 3 и 4) с наибольшей вероятностью может привести к термоокислительной деструкции химической структуры полимера.
При определении разбухания по толщине от содержания некондиционного сырья в составе стружечно-клеевой композиции были получены зависимости, представленные на рисунке 5.
о4
«
я
я
3
4
о
н
о
я
н
8
ч
св
и
ю
м
св
еь
* При продолжительности прессования 4 мин
При продолжительности прессования 4,5 мин
При продолжительности прессования 5 мин
Содержание парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 3 мас.ч.
Содержание стружки из некондиционного сырья в составе композиции внутреннего слоя, %
Рис. 5. Зависимость разбухания ДСтП по толщине от содержания стружки из некондиционного сырья
33 -Г
31 -
о4 29 -
е, н и э л о т 22 5 7 1 (
о п 23 -
е и н а И у 21 -
з а & 19 -
17 -
15 -
* При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 0 мас.ч.
При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 3 мас.ч.
к При содержании парафиновой эмульсии во внутреннем слое - 6 мас.ч.
Продолжительность прессования 4,5 мин
10
50
20 30 40
Содержание стружки из некондиционного сырья в составе композиции внутреннего слоя, %
Рис. 6. Зависимость разбухания ДСтП по толщине от содержания в составе композиции парафиновой
эмульсии во внутреннем слое
Согласно представленным графическим зависимостям (см. рис. 5 и 6) видно, что добавление стружки из некондиционного сырья до 25 % в состав стружечно-клеевой композиции способствует уменьшению разбухания ДСтП по толщине до показателя, сравнимого с показателями древесно-стружечных плит марки П-А ГОСТ 10632-2007 (норма для толщины 16 мм - 20%). С уменьшением продолжительности прессования ДСтП уменьшается величина разбухания по толщине. Так как разбухание ДСтП по толщине взаимосвязано с адгезионной прочностью конструкционного материала и когезионной прочностью связующего, то обоснование полученных зависимостей аналогично обоснованию изменения прочности древесно-стружечных плит на нормальный отрыв.
Выводы
1. Экспериментально установлена возможность использования некондиционного сырья для изготовления древесно-стружечных плит, соответствующих по качественным характеристикам требованиям международных и российских стандартов.
2. Использование стружечно-клеевой композиции на основе применения низкомольной карбамидо-формальдегидной смолы обеспечивает возможность снижения продолжительности прессования на 20-25%.
3. Предлагаемая технология обеспечивает возможность снижения материалоемкости производства ДСтП за счет применения некондиционного сырья в количестве 10-40%.
Литература
1. Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов: учеб. пособие для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 1985. - 216 с.
2. Воробьев В.А., Андрианов Р.А. Технология полимеров: учеб. для студентов высш. учеб. заведений. -
М.: Высш. шк., 1971. - 360 с.
3. Грибенчикова А.В. Материаловедение в производстве древесных плит и пластиков: учеб. для техникумов. - М.: Лесн. пром-сть, 1968. - 136 с.
4. Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке: учеб. для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 224 с.
5. Кардашов Д.А. Синтетические клеи: учеб. для вузов. - М.: Химия, 1976. - 504 с.
6. Маркевич Н.Ф. Физико-механические свойства древесно-стружечных плит из древесины разных по-
род. - М.: Деревообрабатывающая пром-сть, 1973.
7. Отлев И.А. Интенсификация производства древесно-стружечных плит. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. -188 с.
8. Отлев И.А. Оптимизация режимов прессования древесно-стружечных плит // Лесн. журн. - 1980. -№4. - С. 55
9. ФенгелД., Вегенер Г. Древесина. Химия, ультраструктура реакции: пер. с англ. А.В. Оболенской. - М.: Лесн. пром-сть, 1988. - 432 с.
10. Хрулев В.М.. Мартынов К.Я. Долговечность древесно-стружечных плит. - М.: Лесн. пром-сть, 1977. -168 с.
11. ГОСТ 15815-83. Щепа технологическая. Технические условия.
12. ГОСТ 10632-2007. Плиты древесно-стружечные. Технические условия.
13. ГОСТ 10632-89. Плиты древесно-стружечные. Технические условия.
14. ГОСТ 10633-78. Плиты древесно-стружечные. Общие правила подготовки и проведения физикомеханических испытаний.
15. ГОСТ 10634-88. Плиты древесно-стружечные. Методы определения физических свойств.
16. ГОСТ 10635-88. Плиты древесно-стружечные. Методы определения предела прочности и модуля уп-
ругости при изгибе.
17. ГОСТ 10636-90. Плиты древесно-стружечные. Метод определения предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты.
