CC BY
49
ЗАВИСИМОСТИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВП ОТ СОДЕРЖАНИЯ УЛОВЛЕННОГО ВОЛОКНА В ОСНОВНОЙ КОМПОЗИЦИИ
Рубинская А.В., Матыгулина В.Н. (Лф СибГТУ, г. Лесосибирск, РФ)
In given work are considered questions to catching secondary wood filament and return him(it) in the main production. The Offered method pressure dispersion flotation for peelings of circulating water from polluting material, catching secondary wood filaments, are received mathematical dependencies to efficiency peelings circulating waterfrom technological parameterflotation machines.
На современном этапе перед промышленностью древесноволокнистых плит (ДВП) остро стоит проблема более полного удовлетворения возрастающих потребностей в продукции. Реально обозначена проблема снижения расхода сырья, материалов и энергии без снижения качества готовой продукции, а в ряде случаев - и повышения определенных показателей ДВП. Постоянный рост стоимости основного сырья, его дефицитность требуют нового подхода к вопросам его комплексного использования.
Исходя из этого, важнейшей составной частью экологической политики де-ревоперерабатывающих предприятий, производящих ДВП мокрым способом, наряду с контролем и сокращением промышленных отходов, является их утилизация. В особенности, древесные волокна, которые в значительном количестве содержатся в сточных водах данного производства. Наличие древесных волокон в промышленных стоках ухудшает работу комплекса очистных сооружений данных предприятий. Утилизация производственных отходов тесно связана с возможностью снизить загрязнение биосферы, повысить эффективность производства продукции, сохранить лесные массивы.
Для решения существующей задачи на предприятиях лесного комплекса предлагается улавливание вторичных древесных волокон с помощью флотации диспергированными пузырьками воздуха, что, на наш взгляд, является наиболее приемлемым и эффективным в условиях данных производств, по сравнению с существующими способами.
В результате очистки оборотной воды образуется волокносодержащий осадок, состоящий, в основном, из древесных волокон, который необходимо утилизировать или возвращать в основную композицию. Таким образом, были проведены исследования по изучению возможностей использования осадка, образующегося при флотационной очистке оборотных вод производства ДВП.
Для установления предельно возможной массовой доли уловленного волокна в составе исходной древесноволокнистой композиции без снижения ее качества и качественных показателей готовой продукции экспериментально в промышленных условиях определяли плотность плит, и набухание плит, при исходной толщине 3,2 мм. Для этого, согласно плану эксперимента и выбору основных характеристик моделей, был реализован четырехфакторный эксперимент по выявлению зависимостей физико-механических показателей плит от
массовой доли уловленного древесного волокна, массовой доли парафиновой эмульсии, массовой доли осадителя и температуры древесной массы. Выбор массовой доли парафиновой эмульсии и раствора серной кислоты в качестве входных факторов обусловлен тем, что необходимо выявить возможность возврата уловленного волокна в основное производство без добавления в основную массу добавок, так как уловленное волокно уже содержит на своей поверхности гидрофобную добавку и осадитель. Выбор температуры уловленной массы в качестве входного фактора обусловлен тем, что в производственных условиях получения древесноволокнистой плиты при работе флотатора, уловленная масса будет подаваться в бассейн, откуда далее будет поступать в бак для проклейки и на отливочную машину. В таких условиях температура древесной массы может быть различной, тем самым может повлиять на показатели качества плиты.
Общее число опытов В-плана для четырехфакторного эксперимента равно N = 24 + 2 • 4 = 24 опыта.
Зависимости физико-механических показателей ДВП от исследуемых параметров, с учетом введения уловленного волокна в состав основной древесноволокнистой композиции, представлены следующими выражениями:
- плотности: Pl=-4618,64-60,88c-
769,549p+2539,844k+30,5159t+28,035cp+0,669ck+0,3726ct-
-342,187pk+8,125pt-2,6145^+2,066^+1281 -257,422^-0,3163Г2; (1)
- набухания за 24 ч:
N =-379,459-10,5986c-356,887p+235,899k+1Д225t-3,317cp+1,8142ck--0,0296ct-107,906pk+0,5825pt+0,223kt+0,56c2+608,416p2 -20,47^-0,022^; (2)
Графические зависимости, построенные по полученным моделям, показывающие влияние входных факторов на выходную величину, представлены на рисунках 1 и 2.
Коэффициенты в математических моделях, стоящие перед факторами и их взаимодействиями, говорят о значимости варьируемых параметров и их влиянии на качественные показатели древесноволокнистых плит. Оценка значимости коэффициентов проводилась в соответствии с методикой, с помощью ^ критерия Стьюдента. Значимые коэффициенты регрессии были пересчитаны на ЭВМ. Для этого в матрицу расчёта коэффициентов регрессии вводились только столбцы, соответствующие значимым коэффициентам.
Анализируя полученные уравнения, можно отметить, что, несомненно, наибольшее влияние на плотность и набухание плит по толщине оказывают количество уловленной древесноволокнистой массы, массовой доли парафиновой эмульсии и осадителя. Температура массы играет меньшую роль, но все равно коэффициенты, стоящие перед этим фактором, говорят о значимости его при исследовании данного процесса.
Зависимость плотности древесноволокнистых плит от массовой доли уловленного древесного волокна, массовой доли, гидрофобной добавки, осадителя и температуры древесной массы представлена шестью функциями отклика для
анализа влияния исследуемых факторов и их парных взаимодействий на выходную величину.
На рисунке 1, а, б, в изображены зависимости плотности древесноволокнистых плит от добавления уловленного древесного волокна, парафиновой эмульсии, осадителя и температуры уловленной массы. На рисунке 1, в поверхность функции отклика наглядно показывает, что вышеперечисленные факторы оказывают весьма существенное влияние на величину плотности плит. Данная зависимость носит практически линейный характер и начинает возрастать при содержании уловленного из оборотной воды волокна более 7 % в исходной древесноволокнистой композиции, так как при увеличении массовой доли вторично используемого волокна увеличивается содержание очень мелкого волокна.
Для плит марки Т по ГОСТ 4598-86 плотность должна быть не менее 800
3 3
кг/м и не более 1000 кг/м в зависимости от выпускной группы - А или Б. Так, при значении массовой доли осадителя 0,03 % и при массовой доле уловленного волокна в основной композиции от 3,5 до 10,5 % плотность меняется в следующих пределах от 880 до 960, при значении количества осадителя более 0,05 % и при содержании уловленного волокна более 7 % значение плотности выходит за пределы верхнего ограничения плотности по ГОСТ, то есть более 1000
-5
кг/м . Такая же картина наблюдается на графиках рисунка 1, а и б.
Как известно, наличие мелких волокон в составе основной древесноволокнистой композиции служит наполнителем межволоконного пространства и тем самым увеличивает плотность плит. Далее необходимо проанализировать влияние массовой доли парафиновой эмульсии на плотность плит. Из графика на рисунке 1, а видно, что при взаимодействии фактора массовой доли уловленного волокна и массовой доли парафиновой эмульсии на выходную величину влияние наличия парафиновой эмульсии незначительно.
Это можно увидеть из тех условий, что при минимальном значении с, равном 3,5 %, при массовой доли гидрофобной добавки от 0,6 до 0,8 % изменение
-5
плотности находится в следующих пределах: от 930 до 960 кг/м значение
-5
плотности не превышает 1000 кг/м при р, равной 0,7 %, и при с, равной 7%, в составе основной композиции.
Таким образом, из анализа графических зависимостей можно сделать вывод о том, что количество парафиновой эмульсии не должно превышать 0,7 %, но практически при любом содержании осадителя (в пределах рассматривае-
-5
мых значений) значение плотности будет изменяться от 930 до 1000 кг/м .
В некоторых случаях при максимальных значениях факторов плотность
-5
плит превышает 1000 кг/м , что уже не соответствует плитам марки Т, а соответствует плотности сверхтвердых плит, то есть, не изменяя технологический процесс производства ДВП, можно получать сверхтвердые плиты.
Анализ представленных зависимостей свидетельствует о возможности получения древесноволокнистой композиции с уловленным волокном, гидрофобной добавкой и различной температурой уловленной древесноволокнистой массой, соответствующей, по основным реологическим показателям, предъяв-
ленным требованиям и оказывающей сравнительно малое влияние на качественные показатели готовой ДВП.
□ 1060 Ш 1020 Ш 980
□ 940 Ш 900
□ 860 _
б
Рисунок 1 - Зависимость плотности древесноволокнистых плит от исследуемых факторов
Зависимость набухания плит по толщине от массовой доли уловленного волокна, доли парафиновой эмульсии, доли осадителя и температуры уловленной древесноволокнистой массы представлена на рисунке 2. Как следует из экспериментальных данных, представленных на рисунке 2, а, б, в изменение условий структурообразования и обезвоживания древесноволокнистой массы при содержании уловленного волокна более 7 % отрицательно влияет на качественные показатели ДВП по набуханию плит по толщине. То есть, при содержании массовой доли уловленного волокна с,%, от 3,5 до 7 % значение набухания составляет не более 23 %, а именно от 19 до 22 %. Далее при увеличении значения рассматриваемого фактора количества уловленного волокна (с, %) более 7 %, наблюдается резкое увеличение набухания плит, так как гигроскопичность ДВП и связанные с ней процессы усадки и набухания обуславливаются тем, что узлы макромолекулярного каркаса являются гидрофильными. Преобразование и исключение этих макромолекулярных узлов обеспечивает соответствующие гидрофобные свойства.
Анализируя данные зависимости, можно сделать следующий вывод: добавляя в основную композицию уловленное волокно, массовая доля которого будет превышать 7%, невозможно получить плиты с удовлетворяющими показателями набухания плит по толщине. Естественно и закономерно то, что большое содержание мелких древесных волокон в составе древесноволокни-
стой композиции отрицательно влияет на набухание плит в силу того, что мелкие волокна, являясь в плите наполнителем, впитают влаги больше, чем волокно больших размеров, тем более, что они заполняют практически все межволоконное пространство.
■ 40
□ 35
□ 30
□ 25
□ 20
□ 15
в
Рисунок 2 - Зависимость набухания древесноволокнистых плит по толщине от исследуемых факторов
Анализируя данные зависимости, можно сделать вывод, что для получения значения набухания плит по толщине не более 23 % необходимо выбрать следующие параметры: к=0,03-0,05 % и ^С=40-50 °С.
Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали, что качество волокна, уловленного флотатором, соответствует волокну основной композиции. Расчеты показали, что максимальное количество уловленного волокна не будет превышать 7 % и составит, по расчетам, 3-4 % от общего объема волокна, тем самым возвращать в основное производство можно все уловленное в результате очистки оборотной воды древесное волокно. Исследования также показали, что уловленное в результате флотационной очистки из оборотной воды древесное волокно можно и следует возвращать в основное производство перед отливочной машиной, не нарушая технологического процесса производства древесноволокнистых плит и не изменяя температурный режим прессования плит.
