CC BY
6
УДК 674.817-41
Хвойные бореальной зоны. 2021. Т. XXXIX, № 1. С. 66-72
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАЗМОЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ*
В. Н. Матыгулина1, Н. Г. Чистова1, 2, Е. М. Лыткина2
1 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31 ^Красноярский институт железнодорожного транспорта -филиал Иркутского государственного университета путей и сообщения Российская Федерация, 660028, г. Красноярск, ул. Новая Заря, 2 Е-mail: caress-lsib@rambler.ru
Исследования в области производства композиционных материалов являются актуальными, так как их производство в значительной мере способствует решению проблемы комплексного использования древесного сырья. Высокие качественные показатели физико-механических свойств готовых плит делают их незаменимыми материалами в производстве мебели, строительстве и других областях промышленности.
В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований, отражающих зависимость прочностных показателей древесноволокнистых плит сухого и мокрого способа производства от конструктивных и технологических параметров размольных установок различной модификации. Эксперименты были реализованы на лабораторных установках и в производственных условиях на действующем промышленном оборудовании. По результатам обработки многофакторных экспериментов было получено математическое описание зависимости предела прочности твердых древесноволокнистых плит сухого и мокрого способа производства от зазора между размалывающими дисками, износа сегментов, частоты вращения подающего шнека и концентрации древесноволокнистой массы. Полученные регрессионные модели адекватны процессу и могут быть применены на практике для прогнозирования прочностных характеристик древесноволокнистых плит в зависимости от параметров процесса размола.
В результате анализа расчетных и графических зависимостей, полученных на основании исследований в производственных условиях на действующем оборудовании, можно определить, какие параметры на размольном оборудовании необходимо установить, чтобы получить необходимые физико-механические показатели древесноволокнистой плиты.
Ключевые слова: древесноволокнистые плиты, размол, сухой и мокрый способ производства, MDF, предел прочности при статическом изгибе, предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти.
Conifers of the boreal area. 2021, Vol. XXXIX, No. 1, P. 66-72
INFLUENCE OF THE PARAMETERS OF THE GRINDING PLANTS FOR STRENGTH PROPERTIES OF WOOD-FIBER PLATES OF VARIOUS DENSITY
V. N. Matygulina1, N. G. Chistova1, 2, Ye. M. Lytkina2
1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsk^ rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Krasnoyarsk Institute of railway transport -branch of Irkutsk state University of ways and communications 2, Novaya Zarya St., Krasnoyarsk, 660028, Russian Federation
Research in the field of the production of composite materials is relevant, since their production greatly contributes to solving the problem of the integrated use of wood raw materials. High quality indicators of the physical and mechanical properties of finished boards make them irreplaceable materials in furniture production, construction and other industries.
This paper presents the results of experimental studies reflecting the dependence of the strength indicators of dry and wet fiberboards on the design and technological parameters of grinding plants of various modifications. The experiments were carried out in laboratory facilities and in production conditions on existing industrial equipment. Based on the results of processing multifactorial experiments, a mathematical description was obtained of the
* Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России на выполнение коллективом научной лаборатории «Глубокой переработки растительного сырья» проекта «Технология и оборудование химической переработки биомассы растительного сырья» (Номер темы ЕЕЕЕ-2020-0016).
dependence of the ultimate strength of dry and wet solid fibreboards on the gap between the grinding discs, wear of the segments, the frequency of rotation of the feeding auger and the concentration of wood fiber pulp. The obtained regression models are adequate to the process and can be applied in practice to predict the strength characteristics of fibreboard depending on the parameters of the grinding process.
As a result of the analysis of the calculated and graphical dependencies obtained on the basis of studies in production conditions on the operating equipment, it is possible to determine which parameters on the grinding equipment must be set in order to obtain the necessary physical and mechanical indicators of the fibreboard.
Keywords: fibreboard, grinding, dry and wet production, MDF, static bending strength, tensile strength perpendicular to the face.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в мировом производстве твердых древесноволокнистых плит (ДВП) наблюдается отрицательная динамика. Так, в 2018 г. выпуск древесноволокнистых плит составил 17,1 млн м3, тогда как в 2013 г. производство составляло 23,7 млн м3 (-28 %), относительно показателя 2017 г. объем производства ДВП снизился на 6 %. Такие показатели являются отражением состояния мировой экономики, снижением спроса на продукцию, сокращением производственных мощностей. В то же время по итогам 2018 г. была зафиксирована положительная динамика производства древесноволокнистых плит средней плотности (МБР) на 1 %. Мировое производство плит МБР, являющихся разновидностью древесноволокнистых плит, непрерывно росло в 2014-2016 гг. Прирост производства в 2016 г. к уровню 2014 г. составлял 13 %, однако, в 2017 г. производство плит сократилось на 1,2 % к уровню предыдущего года [1-3].
Начавшийся мировой финансовый кризис также сказался на темпах роста отечественного производства древесных плит. Тем не менее, одним из благоприятных факторов является основная ориентация продукции древесноплитных заводов на внутренний рынок. Согласно РОССТАТ, российский рынок плитной продукции на протяжении 2014-2016 гг. переживал период затяжного спада, ежегодно снижаясь на 1-2 %. Однако в 2017 году произошло восстановление рынка и обозначилась тенденция активного роста. Объемы выпуска ДВП в целом по России за 2018 год превысили 649 млн усл. м2. За 2018 г. производство плит ДВП увеличилось на 11,9 %, годом ранее рост выпуска плит ДВП составил около 4,5 %. Объемы выпуска российских плит МБР в 2017 г. показали высокий рост - годовые объемы выпуска выросли более, чем на 14 %. Наивысший темп прироста объемов производства МБР наблюдался в 2014 г. - 70 %, тогда объем производства МБР составлял около 1,9 млн м3 плит [1-3].
В основном производство древесноволокнистых плит всех видов базируется на сухом и мокром способах изготовления. Несмотря на то, что мокрый способ наиболее освоен промышленностью, ему присущ ряд недостатков: большое водопотребление, ограниченность использования лиственных пород древесины, небольшая номенклатура выпускаемых изделий [4; 5], поэтому сухой способ в настоящее время получил широкое распространение.
Производство древесноволокнистых плит - сложный технологический процесс. На качество древесного волокна, а также готовых плит существенное влияние оказывают различные переменные факторы (по-
родный состав и качество технологической щепы, вид и количество применяемого связующего, параметры прессования и размола, и многое другое).
Высокие качественные показатели физико-механических свойств готовых плит делают их незаменимыми материалами в производстве мебели, строительстве и многих других областях применения. Прогнозирование этих свойств за счет применяемой технологии производства возможно лишь при глубоком понимании физико-химических процессов, протекающих на разных стадиях производства плит. Изучение физико-химических основ образования древесных плит позволяет не только вникнуть в суть происходящих явлений и определить влияние технологических факторов на качественные свойства получаемых материалов, но и управлять технологией с целью получения материалов с заданными свойствами.
Многочисленные исследования показывают, что физико-механические свойства древесноволокнистых плит различной плотности зависят от степени помола древесноволокнистой массы. Технологические, конструктивные и энергосиловые параметры размола влияют на длину волокон, их гибкость, пластичность, ориентацию в плите, развитие межволоконных связей и другие характеристики, оказывающие существенное влияние на качественные показатели ДВП [6-8].
Цель настоящей работы - исследование прочностных характеристик ДВП мокрого и сухого способов производства при регулировании основных конструктивных и технологических параметров размалывающих установок.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В настоящей работе исследовалось влияние основных технологических и конструктивных параметров размольных установок на прочностные характеристики древесноволокнистых плит сухого и мокрого способов изготовления. Эксперименты были реализованы на лабораторных установках и в производственных условиях на действующем промышленном оборудовании предприятий Ангаро-Енисейского региона.
В качестве исходного сырья для экспериментов использовалось древесное волокно, получаемое из технологической щепы, выработанной из древесных отходов смешанного хвойного породного состава, соответствующей стандартам ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая. Технические условия». При изготовлении плит сухим способом использовали следующие основные материалы: смола карбамидофор-мальдегидная марки КФ-МТ-15, отвечающая требо-
ваниям ТУ 6-06-12-88 «Смола карбамидоформальде-гидная, марка КФ-МТ-15. Технические условия»; аммоний хлористый технический ГОСТ 2210-73Е «Аммоний хлористый. Технические условия»; карбамид марки А в соответствии с ГОСТ 2081-92 «Карбамид. Технические условия»; а также парафины нефтяные ГОСТ 23683-89 «Парафины нефтяные твердые. Технические условия».
Процессы подготовки древесноволокнистых отходов в производстве ДВП мокрым и сухим способом идентичны. Приготовление основной древесноволокнистой массы при мокром способе производства ДВП осуществляется в две ступени: в дефибраторе ЯТ-50 -первая ступень размола, затем масса, имеющая степень помола 11-14 ДС подается на вторую ступень размола в рафинатор КЯ-50 и разрабатывается там до необходимой степени помола (18-20 ДС), а в производстве ДВП сухим способом размол щепы происходит в одну степень в рафинере РЯ-42, степень помола составляет (200-260 ПВ).
Главной характеристикой, по которой оценивают качество плит, является ее прочность. Данный показатель характеризует способность твердых тел противостоять разрушению и сохранять целостность под действием внешних сил [4; 5]. В зависимости от вида деформации при испытании определяют разрушающие напряжения при растяжении перпендикулярно пласти и при статическом изгибе. При испытании твердых древесноволокнистых плит сухого и мокрого
способа производства исследовались разрушающие напряжения при статическом изгибе, а для MDF также прочность перпендикулярно пласти.
Прочностные показатели готовых образцов древесноволокнистых плит различной плотности определяли стандартными методами, разработанными для контроля качества продукции и проведения производственного процесса. Предел прочности при статическом изгибе и при растяжении перпендикулярно пласти определялись по ГОСТ 10633-2018 [9]. Классификацию образцов плит по физико-механическим свойствам выполняли, руководствуясь требованиями ГОСТ 4598-2018, ГОСТ 34026-2016 [10; 11].
Для решения поставленных задач и с целью оценки влияния технологических характеристик размалывающих машин на прочностные характеристики древесных плит, спланированы и реализованы многофакторные эксперименты по В-плану второго порядка и по униформ-ротатабельному плану. Реализация описанной схемы регрессионного и математического анализа и оценка степени влияния каждого входного технологического фактора на выходные величины осуществлена с применением программы Microsoft Excel 2007 и пакета программ STATISTICA - 6 [12; 13].
Входные и выходные параметры эксперимента, а также уровни и шаги варьирования исследуемых факторов представлены в таблице, их диапазоны варьирования соответствовали реальным производственным условиям.
Входные и выходные параметры эксперимента, уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов для мокрого и сухого способа производства ДВП
Параметр Обозна- Интервал варьи- Уровень варьирования фактора
чение рования фактора -1 0 +1
Входные параметры эксперимента, реализованного по В-плану второго порядка, (управляемые факторы) для дефибратора, рафинатора/рафинера:
Износ сегментов, мм/мм Хь L/h 0,34/1,07 1,17/1,15 1,51/2,22 1,85/3,29
Зазор между размалывающими дисками, мм Х2, Z 0,05/0,15 0,05/0,25 0,1/0,40 0,15/0,55
Частота вращения выносного шнека, мин-1 Х3, n 1,7/10 12/20 13,7/30 15,4/40
Концентрация древесноволокнистой массы, % Х4,с 0,5/- 2,5/- 3/- 3,5/-
Выходные параметры эксперимента (контролируемые факторы)
Предел прочности твердой ДВП при статическом изгибе, МПа
Y1, Y2,
Y3, Pr
Входные параметры эксперимента, реализованного по униформ-рототабельному плану, _(управляемые факторы) для рафинера:_
Уровень варьирования фактора
-1,682 -1 0 +1 +1,682
Износ сегментов, мм Хь L/h - 1,15 1,58 2,2 2,86 3,29
Зазор между размалывающими дисками, мм Х2, Z - 0,25 0,31 0,40 0,49 0,55
Частота вращения выносного шнека, мин Х3, n - 20 28 36 44 50
Выходные параметры эксперимента (контролируемые факторы):
Предел прочности МОЕ при статическом изгибе, МПа Y4, PrMDF - - - - - -
Предел прочности МОЕ при растяжении перпендикулярно пласти, МПа Y5, рграст MDF - - - - - -
Оценка значимости коэффициентов математических моделей проводилась в соответствии с методикой [12; 13] с помощью ^критерия Стьюдента. Проверка моделей с помощью Р-критерия Фишера показала их адекватность. Полученные математические модели с натуральными обозначениями факторов адекватны при доверительной вероятности 95-99 %, величина достоверности аппроксимации составила 0,9901 < Я2 < 0,9986.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ,
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
По результатам обработки многофакторных экспериментов, реализованных вышеуказанным планам, было получено математическое описание зависимости прочностных характеристик твердых древесноволокнистых плит и древесноволокнистых плит средней плотности от технологических и конструктивных параметров размалывающих машин. Регрессионные зависимости, описывающие влияния технологических и конструктивных параметров процесса размола на прочность древесноволокнистых плит, в нормализованном (1-5) и натуральном виде (6-10) представлены ниже.
У! = 40,50 - 1,4 ■ X] - 1,27 ■ X2 + 0,87 ■ Xз -
- 0,70 ■ X!2 - 0,05 ■ X22 - 0,05 ■ X32 -
- 0,7 ■ X] ■ X2 + 0,13 ■ X] ■ X3 + 0,13 ■ X2 ■ X3, (1)
У2 = 41,56 - 0,86 ■ X] - 0,07 ■ X2 - 0,09 ■ X., -
- 0,06 ■ X!2 - 0,1 ■ X22 - 3,56 ■ X42 +
+ 0,24 ■ X! ■ X2 - 0,11 ■ X! ■ X4 - 0,56 ■ X2 ■ X4, (2)
У3 = 45,76 - 0,21 ■ X! + 0,79 ■ X2 - 0,8 ■ X3 -
- 3,41 ■ X!2 - 0,71 ■ X22 + 0,54 ■ X32 -
- 1,18 ■ X! ■ X2 - 1,5 ■ X! ■ X3 + 1,4 ■ X2 ■ X3, (3)
У4 = 32,86 - 1,15X1 - 0,74 ■ X2 - 0,32 ■ X3 -
- 1,78 ■ X!2 - 1,47 ■ X22 - 0,97 ■ X32 +
+ 0,23 ■ X! ■ X2 - 0,70 ■ X! ■ X3 - 0,08 ■ X2 ■ X3, (4)
У5 = 0,65 - 0,03 ■ X! - 0,02 ■ X2 - 0,01 ■ X3 -
- 0,04 ■ X!2 - 0,04 ■ X22 - 0,03 ■ X32 +
+ 0,01 ■ X! ■ X2 - 0,01 ■ X! ■ X3 - 0,001 ■ X2 ■ X3, (5)
Ргд = 1,5 + 0,3 • Ь/И + 48,4 • 7 + 0,9 • п -
- 0,04 • Ь/И2 - 20 • 72 - 0,02 • п2 - 3,5 • Ь/И • 7 +
+ 0,02 • Ь/И • п + 0,2 • 7 • п, (6)
Ргр = - 72,7 - 3,4 • Ь/И + 67,6 • 7 +
+ 87,8 • с - 42,5 • 72 - 14,2 • с2 + 1,2 • Ь/И • 7 -
- 0,06 • Ь/И • с - 22,5 • 7 • с, (7)
РгРАФ = 26,9 + 20,2 ■ Ь/И + 18,9 ■ 7 -
- 0,5 ■ п - 2,98 ■ Ь/И2 + 31,7 ■ 72 + 0,005 ■ п2 -
- 7,3 ■ Ь/И ■ 7 - 0,14 ■ Ь/И ■ п + 0,9 ■ 7 ■ п, (8)
РгМСР = -37 + 21,5 ■ Ь/И + 137,4 ■ 7 + 1,3 ■ п -
- 4,3-(Ь/И)2 - 188,25 ■ 72 - 0,01 ■ п2 +
+ 3,9 ■ Ь/И ■ 7 - 0,14 ■ Ь/И ■ п - 0,1 ■ 7 ■ п, (9)
Рг1р,аст = -1,01 + 0,39 ■ Ь/И + 4,08 ■ 7 + 0,03 ■ п -
^ МБР ' ' ' '
- 0,09-(Ь/И)2 - 5,7 ■ 72 - 0,0004 ■ п2 + 0,15 ■ Ь/И ■ 7 -
- 0,002 ■ Ь/И ■ п - 0,002 ■ 7 ■ п. (10)
Проверка данных уравнений по критерию Фишера показала, что они адекватны процессу и могут быть применены на практике для прогнозирования прочностных характеристик готовых древесноволокнистых плит.
Анализируя полученные уравнения можно отметить, что на показатель предела прочности плит наибольшее влияние оказывают переменные факторы -величина рабочего зазора и концентрация древесноволокнистой массы, а также совместные (парные) взаимодействия этих факторов с другими параметрами. Несколько меньшее влияние оказывает степень износа поверхности сегментов и частота вращения выносного шнека. Повышение концентрации массы, износа поверхности сегментов, уменьшение зазора увеличивает прочность плит, причем величина рабочего зазора является фактором почти в два раза более значимым и эффективным. Благоприятными для прочности плит являются следующие взаимодействия: увеличение концентрации с уменьшением износа поверхности сегментов, уменьшение износа поверхности сегментов с увеличением рабочего зазора, уменьшение частоты вращения внутреннего шнека с увеличением концентрации массы.
Также была получена графическая интерпретация функций откликов, построенных по полученным уравнениям. В настоящей работе, в качестве примера, представлены графические зависимости прочностных характеристик плит от параметров размола технологической щепы на рафинаторе для мокрого способа производства ДВП, а также предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти для древесноволокнистых плит средней плотности. В производстве ДВП мокрым способом значения прочностных показателей и их зависимости от параметров размалывающих машин несколько иные в количественных значениях, а в качественных идентичны сухому способу производства ДВП, о чем свидетельствуют коэффициенты в уравнении. То есть при размоле щепы на дефибраторе и рафинере графики будут иметь тот же рисунок, и лишь их количественные значения будут отличны.
Рассмотрим графические зависимости прочности плиты от параметров рафинатора при размоле волокна (уравнение (2)), с фиксированием износа сегментов (Ь/И) на максимальном уровне (90 %) (рис. 1). Влияние величины износа сегментов при изменении концентрации массы на прочность плиты имеет при данных условиях четко выраженный линейный характер. Например, при с = 3,0 %, ъ = 0,04 мм прочность плиты равна Рг = 42,3 МПа, а при 7 = 0,08 мм и с = 3,0 % -Рг = 41,2 МПа. Влияние же концентрации на прочность плиты более сложное, до значения концентрации массы с = 3,0 % значения прочности увеличиваются - при с = 2,4 % и г = 0,10 мм значение прочности составит Рг = 36,7 МПа, при с = 2,6 % и т = 0,10 мм значение прочности будет равно Рг = 39,6 МПа - затем, с дальнейшим увеличением концентрации массы, величина прочности плиты будет снижаться - при с = 3,2 % и 7 = 0,10 мм, Рг = 40,5 МПа, а при с = 3,4 % и 7 = 0,10 мм, Рг = 37,64 МПа.
Парное влияние можно проследить по следующим значениям прочности плиты: с = 3 %, х = 0,1 мм,
Рг = 41,7 МПа; с = 2,6 %, 7 = 0,14 мм, Рг = 38,7 МПа; с = 3,2 %, 7 = 0,04 мм, Рг = 39,1 МПа.
Анализ графиков показывает, что полученные плиты имеют довольно высокую прочность при статическом изгибе и что заданную прочность плиты можно получить практически во всем выбранном диапазоне изменения исследуемых факторов. Восходящая ветвь кривой параболы отражает нарастание прочности плит вследствие развития межволоконного взаимодействия. Оно сопровождается превращениями компонентов, снижающими собственную прочность древесных волокон. Нисходящая ветвь отражает состояние, когда снижение прочности древесных волокон начинает ограничивать рост прочности плит.
Прочность МБР при растяжении перпендикулярно пласти является одной из ее основных характеристик, поскольку плиты в конструкциях часто работают на растяжение. Прочность наружных слоев зачастую более высокая, чем внутреннего, поэтому при растяжении в направлении толщины, то есть перпендикулярно пласти, напряжения распределяются иначе, чем при статическом изгибе и слабым местом оказывается средний слой. Прочность при растяжении перпендикулярно пласти в большей степени зависит от качества клеевого соединения, чем при изгибе, в то же время с ростом длины частиц древесного волокна до определенной величины увеличиваются эти оба прочностных показателя. Таким образом, можно сделать вывод, что параметры древесного волокна существенно сказываются на прочности плиты при растяжении перпендикулярно пласти. Об этом свидетельствует и полученная нами математическая модель (5) и по-
строенные по ней графические зависимости (рис. 2). В работе исследовалась плита толщиной 16 мм.
Анализ графиков показывает, что наибольшее влияние на прочность плиты при растяжении перпендикулярно пласти оказывают зазор между размалывающими дисками и степень их износа. Чтобы получить МБР с пределом прочности при растяжении перпендикулярно пласти не менее 0,5 МПа, как указано в технических условиях, необходимо устанавливать зазор между дисками на рафинере в интервале от 0,27 до 0,48 мм; частота вращения не должна превышать 44 мин1, а износ сегментов Ь/И = 1,15-3,0. Плиты с максимальной прочностью при растяжении перпендикулярно пласти, равной 0,62 МПа, можно достичь при 7 = 0,32-0,44 мм; Ь/И = 1,58-2,35 и п = 28-36 мин-1.
Исследование прочностных характеристик плит показало, что на изменение сопротивления плиты статическому изгибу существенное влияние оказывает гибкость волокон, их строение, толщина, влажность и фибриллирование, получаемые в результате установления оптимальных технологических и конструктивных параметров размалывающих машин.
Несмотря на дальнейшее развитие межволоконного взаимодействия с увеличением продолжительности воздействия на плиту, прочность материала закономерно снижается. Следовательно, чтобы повысить прочностные характеристики плит, необходимо создать условия развития межволоконного взаимодействия при сохранении прочности самих древесных волокон. Например, обеспечить достаточную поверхность контакта регулированием вязкоупругих свойств при пропарке щепы или меняя режимы размола.
а б
Рис. 1. Прочность ДВП мокрого способа производства (размол древесного волокна): а - от концентрации и износа гарнитуры; б - от износа гарнитуры и зазора между дисками
б
Рис. 2. Прочность МБР при растяжении перпендикулярно пласти:
а - от частоты вращения шнека и износа гарнитуры; б - от частоты вращения шнека и зазора между дисками
а
ш \
Ч ^ t '^к
^ V ЯгпН
а б
Рис. 3. Срез древесноволокнистых плит мокрого и сухого способов изготовления: а - плита (мокрый способ, увеличение 1500 крат); б - плита (сухой способ, увеличение 1500 крат)
Из представленных кривых зависимостей следует, что прочность плиты обуславливается, прежде всего, развитием сил связи, изменением длины волокна, их гибкости, пластичности, прочности и ориентации волокна в плите, оптимальные значения которых неизбежно получаются лишь при размоле щепы и волокна, а также от сил связи между волокнами, которые обеспечивают, прежде всего, показатели размола. Они, в свою очередь, зависят от технологических, конструктивных и энергосиловых параметров размола.
На рис. 3 представлены фотографии срезов древесноволокнистых плит, изготовленных мокрым и сухим способами, при увеличении 1500 крат.
На фотографиях хорошо видно поверхностное и внутреннее фибриллирование волокон, связеобразо-вание, блоки срастания. В начальной стадии, при указанных выше значениях режимных параметров размола, силы связи растут быстрее, чем уменьшается длина волокна, и поэтому прочностные свойства плит улучшаются (восходящая ветвь параболы). В дальнейшем средняя длина волокна уменьшается, фракционный показатель увеличивается быстрее, чем растут силы связи, и показатели качества ухудшаются (нисходящая ветвь параболы). При этом само волокно, под действием различных нагрузок, динамично разрушается и расщепляется, т. е. снижается его прочность. Таким образом, степень помола, при которой получены максимальные значения прочностных характеристик, зависит от вида волокна, технологических и конструктивных режимов его размола. Размол увеличивает контактную поверхность волокон при формовании и таким образом обусловливает повышение прочности плит. Установлено, что при испытании плиты на статический изгиб с увеличением степени помола древесной массы возрастает количество разорванных волокон в плите, изготовленной из этой массы. Дело в том, что в результате процесса размола древесных волокон силы связи между ними в готовой плите увеличиваются, а прочность самих волокон снижается.
Повышение толщины древесных волокон также отрицательно сказывается на прочности плит, так как тонкие волокна характеризуются большей удельной поверхностью по пласти. С ростом длины частиц до определенной величины увеличивается прочность плит при статическом изгибе. В то же время, чем
мельче древесные волокна, тем больше требуется содержание смолы по отношению к их массе, это опять же обусловлено тем, что впитывающая способность через торцовую поверхность на два порядка выше, чем через тангенциальную. Вследствие этого на торцах древесных волокон карбамидоформальдегидная смола концентрируется в большей степени, чем на остальной поверхности. Поэтому увеличивать степень помола выше определенного предела также нерационально.
ВЫВОДЫ
В настоящей работе определены аналитические зависимости прочностных характеристик древесноволокнистых плит, полученных мокрым и сухим способами: прочности при статическом изгибе (Pr, МПа) и прочности при растяжении перпендикулярно пласти
PfMDF , (МПа) от параметров размалывающих машин.
Полученные в работе уравнения, описывающие исследуемые процессы подготовки древесноволокнистых материалов, адекватны, по ним построены функции откликов в виде графических зависимостей, для которых выполняется основное требование: экспериментальные точки в совокупности лежат достаточно близко к кривой, являющейся графиком искомой зависимости.
Таким образом, анализируя расчетные и графические зависимости, полученные на основании исследований в производственных условиях на действующем оборудовании, можно определить, какие параметры на размольном оборудовании необходимо установить, чтобы получить необходимые физико-механические показатели древесноволокнистой плиты.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Древесные плиты и фанера сегодня: цифры, факты, проблемы и перспективы развития [Электронный ресурс]. URL: https://proderevo.net/industries/ wooden-plates/drevesnye-plity-i-fanera-segodnya-tsifry-fakty-problemy-i-perspektivy-razvitiya.html (дата обращения: 18.01.2021).
2. Анализ российского рынка древесноволокнистых плит (ДВП включая MDF/HDF) 2013-2018 гг. Прогноз до 2030 года. Консалтинговая компания «EVENTUS Consulting». М., 2019. 75 с.
3. Никольская В. Российский рынок древесноволокнистых плит // ЛесПромИнформ. 2016. № 6 (120).
4. Матыгулина В. Н. Подготовка древесноволокнистых полуфабрикатов в производстве древесноволокнистых плит сухим способом : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2007. 183 с.
5. Чистова Н. Г. Переработка древесных отходов в технологическом процессе получения древесноволокнистых плит : дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 2010. 415 с.
6. Schubert M., Lukovic M., Christen H. Prediction of mechanical properties of wood fiber insulation boards as a function of machine and process parameters by random forest // Wood Sci Technol. 2020. Vol. 54. Pp. 703-713. D0I:10.1007/s00226-020-01184-3.
7. Benthien J., Heldner S., Ohlmeyer M. Investigation of the interrelations between defibration conditions, fiber size and medium-density fiberboard (MDF) properties // European Journal of Wood and Wood Products, 2017. Pp. 215-232.
8. Benthien J., Bahnisch C., Heldner S., Ohlmeyer M. Effect of fiber size distribution on medium-denstiy fiberboard properties caused by varied steaming time and temperature of defibration process // WOOD AND FIBER SCIENCE, APRIL 2014, Vol. 46(2).
9. ГОСТ 10633-2018. Плиты древесно-стружечные и древесно-волокнистые. Общие правила подготовки и проведения физико-механических испытаний. М.: Стандартинформ, 2018. 14 с.
10. ГОСТ 4598-2018. Плиты древесноволокнистые мокрого способа производства. Технические условия. М. : Стандартинформ, 2018. 15 с.
11. ГОСТ 34026-2016. Плиты древесноволокнистые. Определение, классификация и условные обозначения. М. : Стандартинформ, 2017. 16 с.
12. Пижурин А. А. Основы научных исследований. М. : МГУЛ, 2005. 305 с.
13. Боровиков В. П., Боровиков И. П. STATISTICA. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М., 1998. 605 с.
REFERENCES
1. Panels and plywood today: figures, facts, problems and development prospects [Electronic resource]. URL: https://proderevo.net/industries/wooden-plates/drevesnye-
plity-i-fanera-segodnya-tsifry-fakty-problemy-i-perspek-tivy-razvitiya.html (date of visit: 18.01.2021).
2. Analysis of the Russian market of fiberboards (MDF including MDF / HDF) 2013-2018. Forecast until 2030. Consulting company "EVENTUS Consulting". M., 2019, 75 p.
3. Nikolskaya V. The Russian market of fiberboards // LesPromlnform. 2016, No. 6 (120).
4. Matygulina V. N. Preparation of fiberboard semifinished products in the production of dry fiberboard : dis. ... cand. techn. sciences. Krasnoyarsk, 2007, 183 p.
5. Chistova N. G. Processing of wood waste in the technological process of obtaining wood-fiber boards : dis. ... doct. techn. sciences. Krasnoyarsk, 2010, 415 p.
6. Schubert M., Lukovic M., Christen H. Prediction of mechanical properties of wood fiber insulation boards as a function of machine and process parameters by random forest // Wood Sci Technol. 2020. Vol. 54. Pp. 703-713. DOI: 10.1007/s00226-020-01184-3.
7. Benthien J., Heldner S., Ohlmeyer M. Investigation of the interrelations between defibration conditions, fiber size and medium-density fiberboard (MDF) properties // European Journal of Wood and Wood Products. 2017, Pp. 215-232.
8. Benthien J., Bähnisch C., Heldner S., Ohlmeyer M. Effect of fiber size distribution on medium-denstiy fiberboard properties caused by varied steaming time and temperature of defibration process // Wood and fiber science. 2014, Vol. 46(2).
9. GOST 10633-2018. Wood-chip and wood-fiber boards. General rules for preparing and conducting physical and mechanical tests. Moscow, 2018, 14 p.
10. GOST 4598-2018. Wood-fiber plates of the wet production method. Technical conditions. Moscow, 2018, 15 p.
11. GOST 34026-2016. Wood-fiber plates. Definition, classification and conventions. Moscow, 2017, 16 p.
12. Pizhurin A. A. Fundamentals of scientific research. Moscow, 2005, 305 p.
13. Borovikov V. P., Borovikov I. P. STATISTICA. Statistical analysis and data processing in the environment Windows. Moscow, 1998, 605 p.
© Матыгулина В. Н., Чистова Н. Г., Лыткина Е. М., 2021
Поступила в редакцию 29.09.2020 Принята к печати 15.01.2021
