CC BY
53
ПРИМЕНЕНИЕ КОСТРЫ ЛЬНА В ПРОИЗВОДСТВЕ КЛЕЕНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
С.А. УГРЮМОВ, Костромской государственный технологический университет
В настоящее время в производстве плитных материалов в качестве основного сырья находят применение древесные дискретные частицы. Кроме этого, имеется возможность использования других целлюлозосодержащих природных материалов, способных склеиваться традиционными синтетическими смолами.
В данной работе рассматривается вопрос применения в производстве плит отходов льноперерабатывающей промышленности, а именно костры льна.
Льняная костра является эффективным материалом для изготовления плит. Это объясняется рядом ее положительных свойств.
1. Льняная костра содержит много стойких химических соединений - лигнин, целлюлоза, высокополимерные пентозаяы. Так, в льняной костре содержится до 64 % целлюлозы [1,2], тогда как в древесине лиственных пород ее содержится до 47 % , в хвойных породах - до 58 % [3].
2. Частицы костры образуют фрак-цию, пригодную для использования в плитном производстве.
3. Частицы костры способны склеиваться, поскольку в состав костры входит, как основной компонент, целлюлоза. В костре древесные волокна расположены параллельно длине частиц, чего не наблюдается у других видов сырья. Костра имеет гладкую малопористую поверхность, поэтому при склеивании ее частиц требуется немного смоляного клея. Толщина отдельных кост-ринок незначительна, что позволяет получать плиты с гладкой поверхностью без дополнительной обработки (шлифования), или с незначительной обработкой
4. Стоимость костры, как сырья, гораздо ниже стоимости древесины, поэтому с
экономической точки зрения, ее использование будет способствовать снижению цены на готовые плиты.
5. С технологической точки зрения, использование костры позволит уменьшить затраты на производство плит за счет изменений в технологическом процессе. На стадии подготовки сырья костра не требует дополнительного измельчения, поскольку размеры частиц соответствуют требованиям для производства плит. Костра реализуется льноперерабатывающими предприятиями с начальной влажностью от 12 % до 30 %, что позволяет снизить затраты на сушку по сравнению с затратами на сушку древесных частиц.
Актуальность данного направления обусловлена кроме этого тем, что в настоящее время наблюдается значительный рост производства и переработки льна, особенно в районах Костромской области, что обусловлено повышенным интересом к производству льняных тканей и одежды, обладающей высокими гигиеническими свойствами. В связи с этим возрастает объем образующихся отходов (костры), которая используется в основном в качестве топлива производственных котельных.
Костра, предназначенная для производства плит, должна быть очищена от волокна, пыли, песка, корней. В количественном отношении примеси в костре составляют (в процентах от массы неочищенной костры) [2]:
- пыль и песок - 3,0.. .8,0;
- короткое волокно - 2,5.. .5,0;
- корни - 12,0... 17,0.
Наличие минеральной пыли в костре при производстве плш приводит к преждевременному износу оборудования, снижает активность катализатора в процессе на поверхности, плит темных пятен и
верхности, плит темных пятен и увеличивает расход клея.
Присутствие волокна в костре вызывает образование в плитах местных пороков, которые ухудшают ее качество. В результате возникает значительная разнотолщинность плит после прессования, а также наблюдается значительное различие прочности. Кроме того, наличие волокна вызывает больший расход клея, а также способствует образованию на поверхности плит темных пятен.
Корни стеблей, резко выделяющиеся по форме и по размерам, ухудшают качество плит и их внешний вид.
В связи с этим содержание в костре веществ, ухудшающих свойства плит, должны быть ограничены. Очищенная от примесей и перемешанная до полной однородности костра составляет около 75 % от исходной ее массы [1].
На качественные показатели плитных материалов оказывают влияние множество факторов. Анализ литературы [4] показал, что наиболее существенное влияние на свойства плит оказывают следующие факторы:
- температура и время прессования, поскольку от этих показателей зависит степень отвердевших функциональных групп применяемой смолы;
- количество связующего, гак как от этого показателя зависит прочность соединения частиц наполнителя друг с другом.
Эти факторы в данном эксперименте были приняты в качестве управляемых. Для исследования влияния основных технологически х факторов на свойства плит из костры был поставлен В-план второго порядка, Уровни варьирования факторов выбраны исходя из режимов прессования традиционных ДСтП на основе карбамидных смол и представлены в табл. 1.
Матрица планирования эксперимента с выходными величинами представлена в табл. 2.
Эксперимент проводился с использованием в качестве связующего карбамидо-формальдегидной смолы марки КФ-НФП при следующих постоянных факторах:
- удельное давление прессования - 2 МПа;
количество добавляемого отвердителя (МНдО) - 1 % от массы абсолютно сухой смолы;
влажность костры - 3 %;
- плотность прессуемых плит - 600 кг/м3.
После математической обработки результатов получены следующие математические модели:
а) в кодированном обозначении факторов:
- для предела прочности плиты при статическом изгибе:
У= 12,5+1,37Х1 + 0,73Х2+2,16Х3-
- 4,52 Х]2 + 0,38 Х\ Х2-
- 0,12 X, Х3 + 0,23 Х22 + 1,02 Х2Х3;
- для разбухания за 24 часа:
У “ 9,35 - 3,49 Х2 4,49 Хз +
+ 4,475 Х22 +5,19 Х32;
- для водопоглощения за 24 часа:
У = 99,23 - 9,9 X, - 9,37 Х2 - 19,12 Х3 -
- 8,25 Х2Х3 + 20,3 Хз2;
- для разбухания за 2 часа:
У = 5,83 - 0,38 X, - 2,09 Х2 - 3,03 Х3 +
+ 1,58 X,2 - 0,65 Х\ Х2 +
+ 2,28 Х22 + 0,56 Х2Хз + 2,75 Х32;
- для водопоглощения за 2 часа:
У = 60,76 - 3,75 Хх - 7,22 Х2 - 11,26 Х3 +
+ 7,83 Х22 - 3,34 Х2Х3 + 7,39 Х32.
б) в натуральном обозначении факторов:
- для предела прочности плиты при статическом изгибе:
ои = - 235,85 + 3,4 I - 54,74 т - 0,204 Р--0,01 *2 + 0,19*т-......0,01 I Р г 23,0 х 2 . 2,04 т Р ■
- для разбухания за 24 часа:
Р$ = 195,9 392,87 х - 9,20 Р + 447,5
Г +0,21 Р2;
- для водопоглощения за 24 часа:
А}Гвд = 480,24 - 0,5 1 + 263,3 т - 29,70 Р -
- 16,5 х Р + 0,81 Р2 ;
- для разбухания за 2 часа:
Ря = 187,85 - 1,07 I - 176,86 г - 5,45 Р +
+ 0,004 *2 - 0,33 ? х + 228,0 х 2 +
+ 1,12 хР + 0,11 Р2;
- для водопоглощения за 2 часа:
352,9 - 0,19 Г - 565,0 т - 11,40 Р +
+ 783,0 т2 - 6,68 х Р + 0,29 Р2.
Таблица 1
Управляемые факторы и уровни их варьирования
Обозначение Интервал Уровни варьирования
Наименование факторов Нату- ральное Кодиро- ванное варьирования Нижний с-1) Основной (0) Верхний (+1)
Температура прессования, г Хх 20 130 150 170
Время прессования, мин /1 мм толщины плиты X Хг 0.1 0.3 0.4 0.5
Количество связующего, % р 1 А'3 5 15 20 25
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента
№ опы- та Управляемые факторы в кодированном обозначении Управляемые факторы в натуральном обозначении Предел прочности при изгибе, Разбухание по толщине, % Водопо- глощение, О/ /0
XI Х2 Х5 г,° С т, мин Р, % МПа За2 ч. За 24 ч. За 2 ч. За 24 ч.
1 -1 -1 -1 130 0.3 15 5.03 19.83 28.63 102.91 163.5
2 +1 -1 -1 170 0.3 15 Н 7.0 17.96 27.81 86.81 132.48
3 -1 +1 -1 130 0.5 15 1 4.0 13.44 21.84 87.21 152.47
4 +1 +1 -1 170 0.5 15 7.3 12.17 20.64 81.93 128.7
5 -1 -1 +1 130 0.3 25 8.03 ^ 9.66 15.49 80.67 129.52
6 +1 -1 +1 170 0.3 25 “1 9.4 ' 12.03 Г 23.25 72.99 112.19
7 -1 +1 +1 Изо”' 0.5 25 ' 10.97 8.68 9.18 60.8 95.83
8 +1 + 1 +1 170 0.5 25 14.0 4.96 7.91 40.52 65.91
9 -1 0 0 130 Пи 20 6.1 6.92 9.33 59.93 95.33
10 +1 0 0 170 0.4 1 20 10.0 7.55 11.74 ' 65.28 98.25
И 0 -1 0 150 0.3 20 12.6 8.73 12.34 66.61 101.13
12 0 +1 0 150 0.5 20 13.0 7.34 12.9 64,71 101.8
13 0 0 -1 150 0.4 1 <; ж 11.2 У.4 14.4 70.49 116.97
14 0 0 +1 Г 150 0.4 25 13.8 7.87 12.31 63.06 98.64
расход связующего - 25 %.
Полученные уравнения регрессии в натуральном обозначении факторов позволяют спрогнозировать значения физико-механических свойств плит при любых сочетаниях управляемых факторов.
Литература
1. Марков В.В. Первичная обработкам льна и других .лубяных культур. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 375 с.
2. Справочник по заводской первичной обработке льна. - М.: Легкая к пищевая промышленность, 1984. -511 с.
3. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М.: Лесная промышленность, 1986. -386 с.
4. Справочник по производству древесностружечных плит // Под ред. Отлева И.А. - М.: Лесная промышленность, 1990.-384 с.
Анализ полученных результатов показал, что наиболее существенное влияние на физико-механические свойства плит из костры льна оказывает третий управляемый фактор - количество связующего, второй по значимости - температура прессования, продолжительность прессования оказывает наименьшее влияние. Определение оптимальных режимов прессования плит было произведено путем вычисления экстремальных значений полученных математических моделей, исходя из чего можно рекомендовать следующий рациональный режим производства костроплит:
- температура прессования -150 °С;
- давление прессования - 2 МПа;
время выдержки под давлением - 0,5 мин на 1 мм толщины плиты;
