Решение проблемы склеивания хвойного ш п о н а Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ СКЛЕИВАНИЯ ХВОЙНОГО ШПОНА

© А.А.Залипаев , А.Б.Чубов, В.П.Кондратьев УДК 674.093.26

Санкт-Петербургская лесотехническая академия

Склеивание хвойного шпона в производстве строительной фанеры при пониженной температуре является перспективным направлением. Разработанный отвердитель к фенолоформальдегидной смоле позволяет склеивать шпон при температуре 95±3°С без потери производительности. Преимуществом склеивания при такой температуре является ликвидация брака от расслоения фанеры, уменьшение упрессовки, упрощение гидросхемы и управления горячим прессом.

The coniferous crossbar coagglutination in the low temperature building plywood production is a perspective trend. The developed phenol-formaldehyde resin hardener allows to paste crossbars together at the temperature of 95 + 3 °C without quality loss. Advantage of such low-temperature coagglutination includes the plywood flaking reject elimination, low degree of volume reduction, simplifying the hydroscheme and controlling an ardent press.

Лиственница в России занимает самые большие площади среди всех пород - около 40% площади лесов. В них сосредоточено 33% всего нашего запаса древесины. Годичный прирост этих лесов составляет до 180 млн. м3. В лесных культурах наиболее распространены

лиственницы сибирская и европейская. Несмотря на широкие возможности использования

древесины лиственницы, ее доля в общем объеме лесозаготовок мала и не соответствует ресурсам 121.

Лиственница малосучковата, обладает высокой плотностью и прочностью, стойкостью к гниению. Эти достоинства древесины лиственницы, в совокупности с большими запасами, являются определяющими при ее использовании в качестве сырья для

изготовления фанеры конструкционного

назначения

Фанера из хвойных пород используется в строительстве в качестве несущих и ограждающих конструкций. Фанеру из древесины хвойных пород производят некоторые предприятия, расположенные в Архангельске, Сыктывкаре, Великом Устюге, Братске и других городах.

Важным показателем хвойной фанеры, как конструкционного материала, кроме

биостойкости, является водостойкость. Она в свою очередь определяется типом применяемого клея.

Фенолоформальдегидные смолы и клеи на их основе обеспечивают соединения повышенной водостойкости и получили наибольшее

распространение. В России это марки смол СФЖ-3014, СФЖ-3093, СФЖ-3013, Финляндия - Exter А, Exter В, Германия ВакеШе HW2452, HW2453, HW2456, в Норвегии Dynosol 8-576, 8-176. Это смолы горячего отверждения и требуют относительно высокой температуры склеивания, В производстве фанеры общего назначения температура плит пресса обычно ПО - 130°С. При применении таких температур для изготовления фанеры из хвойных пород возникает расслоение пакета по причине низкой паропроводности хвойного шпона,

Согласно ГОСТ 16483.34 - 77 в качестве одной из характеристик древесины рекомендуется коэффициент газопроницаемости Кг, м2/(сМПа). Наибольшие значения

коэффициента газопроницаемости хвойных пород древесины Кг для азота в радиальном направлении установлены /4/ у сосны (заболонь) Кг = 2,2х10"3, а наименьшая у лиственницы (ядро) КГ = 0,5Х10".

Опасность расслоения усугубляется вследствие отклонений ведения

технологического процесса:

- повышенная влажность шпона;

- низкое содержание сухих веществ смолы;

- излишний расход клея;

- высокая скорость снижения давления в конце процесса склеивания;

Как следует из вышеизложенного применение древесины лиственницы в качестве сырья для фанерной промышленности сопряжено с определенными трудностями,

Хвойные бореалъной зоны. 2003. Выпуск I

Естественным путем решения проблемы расслоения является склеивание шпона при пониженной температуре - температуре, при которой не возникает избыточного парогазового давления внутри пакета (92 - 98°С). Склеивание при такой температуре, с использованием традиционных клеев, ведет к увеличению продолжительности процесса, следовательно, к снижению производительности горячего пресса. Для сохранения производительности пресса при использовании пониженных температур главной задачей является разработка клея высокой реакционной способности.

Работа в данном направлении проводилась рядом специалистов: В.П. Кондратьевым

(ЦНИИФ), Б.В.Ермолаевым, С.Г. Каратаевым, А.Б. Чубовым (С-ПбГЛТА), Т.А. Казакевич (БрИИ).

Разработаны активные отвердители-ускорители фенолоформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол на основе калия углекислого, комбинированного

отвердителя, резорциновых смол, меламина, аммония хлористого. Однако эти разработки, в основном, были направлены на сокращение продолжительности прессования и повышения прочности, а не на снижение температуры склеивания.

Работа в направлении снижения температуры склеивания до 105 - 110°С при сохранении продолжительности склеивания была проведена в Братском индустриальном институте. Т.А. Казакевич разработан состав клея, в качестве отвердителя которого, применен кремнеземный дисперсионный порошок /1/.

Однако окончательным решением вопроса предотвращения расслоения является снижение температуры склеивания до 94 - 98 °С, при которой парообразование не вызывает избыточного давления в пакете.

Таблица 1 - Уровни варьирования факторов

Выходными параметрами процесса являлись предел прочности при скалывании, упрессовка пакета и влажность фанеры. В результате реализации плана получены уравнения регрессии (таблица 2).

В СПбГЛТА совместно с ЗАО «ЦНИИФ» были проведены исследования по разработке состава клея. Оптимизация состава симплекс методом позволила разработать отвердитель РПК-3615 для фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014.Время желатинизации такого клея при температуре 95°С составляет 5мин. По сравнению с временем желатинизации смолы СФЖ-3014 при этой температуре (40 мин), реакционная способность разработанного клея выше в 8 раз. Вязкость клея по ВЗ-4 составляет 80 - 120с. в течение 6 часов, что вполне

приемлемо для его использования в производственных условиях.

Результаты этого этапа исследований явились весомой предпосылкой для проведения работ по склеиванию шпона при изготовлении фанеры при пониженной температуре.

На 1 этапе работы поставлена задача установления возможности получения фанеры соответствующей требованиям ГОСТ 3916.2-96 при склеивании за время, указанное в существующих технологических инструкциях.

Исследования проводились с применением шпона сибирской лиственницы толщиной 2,5 мм, форматом 300x300 мм. Характеристика поверхности и влажности шпона соответствует требованиям ГОСТ 99-96. Принятая для склеивания толщина фанеры - 15 мм.

Переменные факторы и пределы их изменения приняты с учетом того, что деформативность пакета склеиваемого при пониженных температурах уменьшается (таблица

!)•

Установление влияния этих факторов на процесс склеивания проводилось методом полного факторного эксперимента (ПФЭ). Уровни варьирования факторов выбирались с учетом результатов предыдущих исследований /1/, и провед енных предварительных

экспериментов.

Несмотря на меньшую деформативность пакета, из уравнения 1 следует, что достаточная прочность достигается даже при минимальных значениях принятых факторов.

Факторы Ед. изм. Обозначения Нижний уровень Верхний уровень

В код. виде В нат. виде

1. Расход клея г/м2 х, Q 140 170

2. Давление на 1 этапе МПа Х2 Pi 1,2 1,9

3. Давление на 2 этапе МПа хз р 2 0,6 1,2

4. Продолжительность 1 этапа % Х4 т, 40 70

Таблица 2 - Результаты реализации плана ПФЭ

№ п/п Выходной параметр Уравнения регрессии в кодированном / натуральном виде

1 Предел прочность при скалывании, МПа тк = 1,91 + 0,14Х2 + 0,07Х3 + 0,04Х4 гск = 0,944 + 0,4Р, + 0,237Р2 + 0,0037/,

2 Упрессовка, % У = 11,15 + 0,18Х, + 2,65Х2 + 0,5Лз + 0,74Х4 У = -6.65 + 0.0120 + 7.57Р, +\. 66Р2 + 0.057/,

> 1 Влажность фанеры, % W = 10.2 + 0.715Х, + 0.075Х2 + 0.075Х, + 0.015Л4 Ж= 2.2 + 0.050 + 0.21Р, + 0.25Р2 + 0.0017/,

При этом прочность фанеры (по уравнению) превышает требуемую по ГОСТ 3916.2-96 (тСкТШ= 1,68МПа,тст1 = 2,19МПа).

Однако полученные параметры склеивания можно рассматривать только в качестве предпосылки возможности реализации процесса склеивания при пониженной температуре по следующим причинам.

Для исследования использовался шпон малого формата. Это не позволило учесть возможную неравномерность нанесения клея и распределения давления по площади пакета, что, безусловно, имеет место при склеивании большеформатного шпона.

Для уменьшения влияния топографии и структуры шпона на выходные параметры подбирались образцы с относительно однородной структурой, без пороков. Шероховатость такого шпона находилась в пределах 180 - 220 мкм.

В реальных условиях шпон имеет значительно более низкие характеристики -шероховатость до 320 мкм, разнородность структуры поверхности шпона, особенно в околосучковой зоне, здоровые сучки размером до 60 мм, выпадающие сучки размером до 100 мм и другие пороки древесины и дефекты обработки в соответствии с ГОСТ 99-96. Эти пороки и дефекты, безусловно, снижают прочностные показатели фанеры. В связи с этим полученные параметры склеивания нельзя считать окончательными.

Минимальное значение упрессовки пакетов по уравнению 2 (таблица 2) составляет 7,11%, что на 7,59% меньше, чем упрессовка пакетов склеенных при установленных режимах.

Из приведенных данных можно заключить, что склеивание при пониженных температурах ведет к некоторой экономии расхода древесины на изготовление фанеры.

Влажность фанеры из уравнения 3 (таблица 2) находится в пределах 9,23% - 10,96%.

Верхний предел влажности незначительно (0,96%) превышает значение влажности фанеры в соответствии с ГОСТ 3916.2-96. Это превышение имеет место при верхнем значении расхода клея (170 г/м2), которое больше рекомендованного технологическим регламентом /3/. В тоже время из уравнения 1 (таблица 2) следует, что расход клея в принятых для исследования пределах не оказывает существенного влияния на прочность склеивания шпона, даже в условиях его меньшей деформативности. В связи с этим расход клея можно принять рекомендованный /3/ в пределах 150 - 160 г/м2. Влажность фанеры в этих

условиях составит 9,69 - 9,9%.

Полученные результаты испытаний

образцов фанеры всех толщин, склеенных при пониженной температуре (92 - 98°С) и давлении 1,0 - 1,2 МПа по показателям влажности и

пределу прочности при скалывании свидетельствуют, что фанера соответствует ГОСТ 3916.2 - 96 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород».

Разработанные параметры условий и

режимов склеивания шпона в производстве

фанеры из древесины лиственницы обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с существующей технологией горячего склеивания:

1)исключается брак от расслоения фанеры;

2) увеличивается производительность

горячего пресса на 15 - 20%;

3) снижается упрессовка пакетов на 5 - 7%;

4) снижаются затраты на тепловую энергию на 10-15%;

5) упрощается гидравлическая схема и управление горячим прессом;

Библиографический список

1) Казакевич Т.Н. Склеивание хвойного шпона при пониженных температурах: Автореф. лис. канд. техн. наук /ЛТА. - С-Пб., 1998. - 200 с.

2)Лиственница. Larch. Род Larix //

Дерево.Яи 2003.- №1-2......С26 39.

3) Производство фанеры. Руководящие

технико-технологические материалы РДЗ-2000. ЦНИИФ.С-Пб., 2000. - 202 с.

4)Харук Е.В. Проницаемость древесины

жидкостями и газами. - Новосибирск: Наука, 1976. 190 с.

Поступило в редакцию 20 мая 2003 г.