CC BY
35
УМЕНЬШЕНИЕ ПОКОРОБЛЕННОСТИ ТРЕХСЛОЙНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ ЗА СЧЕТ АСИММЕТРИИ ВЛАЖНОСТИ СЛОЕВ
Плотников С.М. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ)
Outcomes of elimination of a warping of three-layer wallboards are introduced at the expense of making the given disbalance of humidity of skins. Magnitudes of necessary disbalance are obtained depending on a denseness ofplates, their format and by time of measuring of a sagging deflection.
Одними из распространенных дефектов древесностружечных плит является их покоробленность. Она может образоваться в готовой плите вследствие комплекса неизбежных технологических погрешностей: подсыхания поверхности стружечного ковра при транспортировке, просеивания мелких фракций внутрь ковра, более раннего отвержения связующего нижних слоев при загрузке стружечных пакетов в пресс, асимметрии температур прессующих плит и др.
В научной литературе достаточно подробно исследовано коробление плит, возникающее вследствие воздействия климата и влияния односторонней влажности на плиту. При этом коробление измерялось в течение длительного времени (до нескольких суток и даже месяцев) и не было связано с вышеперечисленными технологическими погрешностями.
Анализ коробления древесностружечных плит, вызванного асимметрией их конструкции, проведен в [1]. При этом покоробленность измерялась в динамике, непосредственно после выгрузки плит из пресса. Измерения показали, что процесс коробления протекает во времени по экспоненциальному закону, который можно аппроксимировать выражением:
t
дед = ди1-е^), (!)
где Af« - конечное (установившееся) значение стрелы прогиба плиты на пересечении диагоналей при t =
t - время между выгрузкой плиты из пресса и моментом измерения
ее стрелы прогиба, мин.
Тк - постоянная времени коробления.
Среднее значение постоянной времени коробления Тк составляет 10,5 мин. (погрешность ± 5%), причем данный параметр практически не зависит от плотности плит и причин, вызвавших коробление. Стрела прогиба [мм] в центре трехслойной плиты толщиной 16 мм с соотношением слоев 1:3:1 и базой измерения 400 • 400 мм через 20 минут после выгрузки ее из пресса составила:
Af20 = 0,067 • AU0'935 • р1"485 (2)
при стандартном отклонении sR = 0,023 мм и массой определенности 93%. При этом середина плиты изгибалась в сторону более сухого слоя.
Здесь р - плотность плиты, г/см3;
AU - разность влажности наружных слоев стружечного пакета.
Уравнения регрессии (2) справедливо для реальных значений толщины изготовляемых плит от 10 до 20 мм и реальных значений плотности плит от 0,5 до 0,9 г/см . Значения стрелы прогиба в зависимости от асимметрии влажности наружных слоев исходного пакета и плотности изготовляемой плиты через 20 минут после выгрузки ее из пресса представлены на рисунке 1.
Af, мм
р, г/см
20
15 ЛЦ%
0.4 5
2
Рисунок 1 - Стрела прогиба в середине плиты 420 • 420 мм
Преобразовав (2), можно решить обратную задачу, т.е. получить значение разности влажности наружных слоев Ли, необходимую для компенсации поко-робленности определенной величины. Однако в это значение необходимо ввести поправки, связанные с форматом плиты и с моментом измерения стрелы прогиба.
Поправка на момент измерения покоробленности составляет:
х, _ 0,851
1 — --(3)
(1-е 'э)'
Коэффициент 0,851 отражает тот факт, что уравнение регрессии (2) справедливо для периода, соответствующего 20 минутам после выгрузки плиты из пресса. При подстановке в (3) t = 20 мин. получим Ki = 1. Чтобы уравнение регрессии (2) имело допустимую массу определенности, время t должно быть не менее 5 мин.
Величина Af подчиняется условию подобия: для квадратной плиты с длиной сторон L [мм] стрела прогиба отличатся в L/400 от стрелы прогиба плит, для которых получено уравнение (2), т.е. для плит с длиной сторон 400 мм. Таким обра-
400
зом, поправка на формат плиты составляет: К2 = ——. Для плиты неквадратной
L
формы вместо L подставляют среднее арифметическое между длиной и шириной плиты.
Значение асимметрии влажности наружных слоев стружечного пакета, необходимой для устранения покоробленности плиты со стрелой прогиба Af [мм], находится из выражения [2]:
ди(%) = ^ -К2 -14,93 • Др70 -с и88 . (4)
При этом более влажным формируют наружный слой, в сторону которого изогнута середина готовой плиты, сохраняя неизменной среднюю влажность наружных слоев формируемого ковра. Например, при изгибе середины измеряемой плиты вверх задают влажность верхнего ^ и влажность нижнего ^ наружных слоев соответственно:
ив=иСР^р, ин=иСР-^р,
т.е. дополнительно увлажняют верхний наружный слой и делают менее влажным нижний наружный слой. При изгибе середины измеряемой плиты вниз задают обратное соотношение влажности, сохраняя неизменной среднюю влажность наружных слоев:
В результате заданной асимметрии влажности в наружных слоях пакета стружка в них находится на разной стадии разбухания. При прессовании такого пакета (ковра) связующее в слоях отверждается не одновременно, в образующейся плите появляются внутренние механические напряжения. Так как плита не может деформироваться в прессе, то данные напряжения начинают уравновешиваться сразу после раскрытия пресса за счет коробления плиты: середина плиты выгибается в сторону более сухого слоя. При правильном внесении влаги в стружечный ковер конечное значение происходящего коробления по величине будет равно конечному значению покоробленности, вызванной технологическими погрешностями, а по направлению - противоположно ему.
Для подтверждения эффективности данного способа снижения покороблен-ности в лабораторных условиях было изготовлено две серии плит (по 10 плит в каждой серии).
Серия А: Трехслойная из промышленно изготовленной сосновой стружки
2 3
толщиной 16 мм, форматом 420Ч20 мм , плотностью 0,7 г/см . Влажность верхнего и нижнего наружных слоев исходных пакетов составляла 10% и 40% соответственно, внутреннего слоя - 10%, массовое соотношение слоев 1:3:1. Плиты прессовались при одинаковой температуре верхней и нижней прессующих плит, равной 160 оС.
Серия Б: Параметры и условия изготовления те же, что и для серии А, но температура верхней и нижней плит пресса устанавливалась соответственно 180 и 140 оС - средняя температура прессования также составляла 160 0С.
После выгрузки плиты из пресса плиты выдерживались в вертикальном состоянии, охлаждаясь до 30 оС, после чего измерялась стрела их прогиба. Для плит серии А средняя по 10 измерениям стрела прогиба составила 3,9 мм (середина выгнута вверх), для плит серии Б - 0,5 мм (середина выгнута вниз). Таким образом, искусственно вызванная покоробленность в плите А за счет разности влажности наружных слоев исходного пакета была снижена за счет заданного температурного дисбаланса прессующих поверхностей. Данный результат можно трактовать иначе: покоробленность плиты, вызванная разностью температур при
прессовании, была скомпенсирована дисбалансом послойной влажности исходного стружечного пакета.
Представленный способ устранения покоробленности можно отнести к активному способу, т.к. он предусматривает определенное изменение технологического параметра непосредственно в процессе изготовления плит. Преимуществом такого способа, например, по сравнению с выдержкой плит в штабеле или несимметричным калиброванием наружных слоев плит, является возможность проведения его автоматически, без вычислений задаваемого значения AU. При этом сигналы с датчиков стрелы прогиба, размещенных на участке обрезки или кондиционирования плит, подаются на блок управления влажности наружных слоев. Затраты на систему автоматического управления и установку дополнительного смесителя наружного слоя окупаются за счет улучшения качества изготовляемых плит.
Литература
1. Plotnikov S., Niemz P. Untrsuchungen zum Einfluß ausgewählter technologischer Parameter auf den Plattenverzug von Spanplatten // Holztechnologie.- Leipzig.- 1988.- № 6. - S.311-313.
2. А.с. 1653960 СССР, МПК В 27 N 3/02. Способ изготовления древесностружечных плит / Плотников С.М.; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка №4697655; заявл. 29.05.1989; опубл. 07.06.1991. Бюл.№ 21.
