261071
.pdfМ.А. Чижова, А.П. Чижов, А.И. Криворотова
ТЕХНОЛОГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
Часть 2
Технологии изготовления изделий из измельченной древесины
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
4 |
5 |
6 |
7 |
Красноярск 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Лесосибирский филиал
М.А. Чижова, А.П. Чижов, А.И. Криворотова
ТЕХНОЛОГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
Часть 2
Технологии изготовления изделий из измельченной древесины
Рекомендовано УМО по образованию в области лесного дела в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 250403.65 «Технология деревообработки»
Красноярск 2012
Чижова, М.А. Технология композиционных материалов и изделий. Часть 2. Технология изготовления изделий из измельченной древесины: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 250403.65 «Технология деревообработки»/ М.А.Чижова, А.П. Чижов, А.И. Криворотова. – Красноярск: СибГТУ, 2012. – 44 с.
ISBN 978-5-8173-0566-1
В учебном пособии приведены основные сведения о древесных пресс- массах и древесно - клеевых композициях. Рассмотрены физико- механические свойства, методы изготовления технологические свойства, технические характеристики, технология брикетирования опилок.
Учебное пособие можно использовать при написании разделов дипломного проектирования.
Рецензенты: старший инженер по оперативной работе главного коодинатора ОАО "Маклаковский комбинат" Ф.Т. Кабирова;
доц. Н.А. Романова (научно-методический совет СибГТУ).
ISBN 978-5-8173-0564-7
©Чижова М.А.,. Чижов А.П, Криворотова А.И., 2012
©ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2012
Содержание
Введение………………………………………………………………… |
4 |
|
|
|
|
|
1 Технология изготовления |
изделий |
из измельченной |
древеси- |
|||
ны…………………………………………………………………………. |
|
|
|
|
5 |
|
1.1 |
Основные сведения о древесных пресс-массах………………… 5 |
|
|
|||
1.2 |
Вспомогательные |
материалы и |
модифицирующие |
добав- |
||
|
ки…………………………………………………………………… |
|
|
|
|
7 |
1.3 |
Технология производства древесных пресс-масс………………. |
8 |
|
|||
1.4 |
Основные сведения о древесно-клеевых композициях………… |
9 |
||||
1.5 |
Технологический процесс изготовления древесно-клеевых ком- |
|||||
|
поций………………………………………………….…………… |
|
|
|
|
12 |
1.6 |
Физико-механические свойства изделий из древесных пресс- |
|||||
|
масс….................................................. |
............................................. 14 |
||||
1.7 |
Физико-механические свойства изделий из древесно-клеевых |
|||||
|
композиций………………………………………………………. |
|
|
|
15 |
|
2 Методы изготовления изделий из древесно-полимерных компози- |
||||||
ций…… |
|
|
|
|
|
18 |
2.1 |
Способы формирования изделий из древесно-полимерных ком- |
|||||
|
позиций…………………………………………………………….. |
|
|
|
18 |
|
2.2 |
Оборудование |
для |
переработки древесных |
|
пресс- |
|
|
масс………………………………………………………………… |
|
|
|
|
23 |
2.3Технологические свойства древесных пресс-масс……………... 25
2.4Основные показатели режима прессования изделий из масс
|
древесных прессовочных |
и древесно-клеевых |
компози- |
|
ций…………………………………………………………………. |
|
27 |
2.5 |
Область применеия и экономическая эффективность изделий из |
||
|
древесных пресс-масс……………………………………………. |
28 |
|
3Брикетирование древесных отходов…………………………………… 30 |
|
||
3.1 |
Общие сведения…………………………………………………… |
30 |
|
3.2Технология брикетирования опилок…………………………….. 32
3.3Особенности технологии брикетирования коры………….…….. 37
4 Охрана окружающей среды при производстве композиционных ма-
териалов и изделий……………………………………………..…… |
39 |
|
Заключение……………………………………………………………… |
41 |
|
Приложение А (Обязательное) Список ключевых слов……………… |
42 |
|
Библиографический список…..………………………………………… 43 |
|
ВВЕДЕНИЕ
В дисциплине "Технология композиционных материалов и изделий" студенты узнают о новых материалах на основе древесных частиц и мине- ральных вяжущих.
Во второй части учебного пособия студентам предлагается теорети- ческий материал о древесных прессовочных массах и древесно-клеевых композициях, а также методы изготовления изделий из древесно- полимерных композиций. Рассмотрены вопросы брикетирования древес- ных отходов и охраны окружающей среды.
Пособие оснащено всеми необходимыми табличными данными, гра- фическим материалом, схемами процессов производства.
Учебным планом предусмотрено 17 лекций по курсу "Технология композиционных материалов и изделий", из них по теме "Технология из- делий из измельченной древесины" – 6.
Лекционный курс рассчитан на девятый семестр, в течение семестра предусмотрено выполнение восьми лабораторных работ, из них 3 четырех- часовые, экзамен. Выполненные работы оформляются в соответствии с требованиями СТП 3.4.204.01 и защищается у преподавателя, ведущего за- нятия. Наличие полностью защищенных работ является допуском к экза- мену.
1 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Прессование изделий и деталей из измельченной древесины, обрабо- танной полимерными веществами, является одним из прогрессивных и экономически обоснованных способов использования отходов деревообра- ботки, в том числе и мелких (стружки, опилок, пыли). В качестве полимер- ного связующего наиболее широко применяются термореактивные олиго- меры, главным образом феноло-, карбамидо- и меламиноформальдегидные смолы и их модификации, также возможно использование термопластов, реактопластов и их сочетаний.
При решении проблемы использования отходов термопластов разра- ботаны способы получения изделий и деталей на основе древесных частиц с использованием поливинилацетата, полиметилметокрилата, полистирола, поливинилхлорида, фторопластов, полиэтилена, пропилена и т.д.
Изделия и детали из измельченной древесины могут изготавливаться по двум вариантам.
По первому варианту первоначально производятся массы древесные прессовочные (МДП), которые в последующем используются для изготов- ления деталей и изделий.
По второму варианту в едином технологическом цикле идет процесс изготовления древесно-клеевых композиций (ДКК) и формования деталей и изделий. По составу, свойствам, методам формирования и области при- менения получаемых изделий ДКК более разнообразны, чем МДП.
1.1 Основные сведения о древесных пресс-массах
Массы древесные прессовочные состоят из древесных частиц и ре- зольных фенолоформальдегидных олигомеров и их модификаций. В зави- симости от состава МДП подразделяются на типы и марки в соответствии с ГОСТ 11368-89. Состав древесных прессовочных масс по маркам пред- ставлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Состав МДП
Марка |
Древесный наполнитель |
Связующее |
Добавка |
1 |
2 |
3 |
4 |
МДПК-Б |
Частицы березового шпона размера- |
Бакелитовые лаки |
— |
|
ми, мм, не более: по длине 80, по ши- |
|
|
МДПК-Ба |
рине 10, по толщине 0,8 с содержани- |
|
Смесь стеарата |
|
ем частиц длиной 25 . . .80 мм |
|
кальция, жирных |
|
|
|
кислот |
Окончание таблицы 1.1
1 |
2 |
3 |
4 |
|
не более 10 % общей массы |
Водорастворимые |
и окиси цинка |
МДПК-В4 |
То же, но толщина частиц 1,8 мм |
фенолоформальде- |
|
|
|
гидные смолы или |
|
|
|
их смесь с фенолос- |
|
|
|
пиртами |
|
|
|
|
|
МДПК-В5 |
Частицы березового шпона размера- |
Водорастворимые |
Смесь измельчен- |
МДПК-Ва |
ми, мм, не более: по длине 50, по ши- |
фенолоформальде- |
ных отходов фто- |
|
рине 5, по толщине 1,8 с содержани- |
гидные смолы или |
ропластов Д и 4Д |
|
ем частиц длиной менее 2 мм не бо- |
их смесь с фенолос- |
и окиси цинка |
|
лее 5 % общей массы |
пиртами |
|
МДПК-Вг |
|
|
Скрытокристал- |
|
|
|
лический графит |
МДПС-М |
Стружки лиственных пород, смесь |
Карбамидоформаль- |
|
|
стружек лиственных и хвойных по- |
дегидные смолы |
|
|
род, смесь стружек с опилками раз- |
|
|
|
мерами, мм, не более: |
|
|
|
по длине 15, |
|
|
|
по ширине 5, |
|
|
|
по толщине 2 |
|
|
МДПО-Б |
Опилки лиственных пород, смесь |
Бакелитовые лаки |
|
|
опилок лиственных и хвойных пород |
|
|
|
древесины, прошедшие через сито с |
|
|
|
отверстиями 3 мм и менее |
|
|
МДПО-Ба |
|
|
Смесь стеарата |
|
|
|
кальция, жирных |
|
|
|
кислот и окиси |
|
|
|
цинка |
МДПО-В |
Опилки лиственных пород, смесь |
Водорастворимые |
|
|
опилок лиственных и хвойных пород |
фенолоформальде- |
|
|
древесины, прошедшие через сито с |
гидные смолы |
|
|
отверстиями 3 мм и менее |
|
|
МДПО-Ва |
|
|
Смесь измельчен- |
|
|
|
ных отходов фто- |
|
|
|
роплста 4Д и оки- |
|
|
|
си цинка |
Обозначения марок МДП содержат информацию о размере древес- ного наполнителя: МДПК - массы древесные прессовочные, содержащие шпон (крошку); МДПС - содержащие стружку; МДПО - содержащие опил- ки. Последняя буква в обозначении характеризует связующее: Б - бакели- товый лак; В - водорастворимые смолы, фенолоспирты и их смеси со смо- лой; М - карбамидо (мочевино) - формальдегидные смолы.
МДП основных марок перерабатывают в детали и изделия сложной конфигурации в пресс-формах методом горячего прессования без охлаж- дения под давлением.
Применяют детали и изделия в машиностроении в виде различных деталей машин и механизмов в основном конструкционного и антифрик- ционного назначения.
1.2 Вспомогательные материалы и модифицирующие добавки
Кроме наполнителей (древесных частиц) и связующих веществ (ФФС, КФС и МФС) при изготовлении древесных прессовочных масс применяются различные вспомогательные компоненты (смазки, красители, ускорители отверждения) и различные модифицирующие добавки, влияющие на свойства изделии. Они улучшают такие эксплуатационные характеристики, как ударную прочность, гидрофобностъ, антифрикцион- ные свойства.
Смазки
Добавляются в пресс-материал для уменьшения трения при заполнении пресс-форм, улучшения его таблетирования и для предотвращения прили- пания изделия к пресс-форме. Они также способствуют повышению теку- чести масс при прессовании. В качестве смазки используют олеиновую ки- слоту, стеарин, стеараты кальция и цинка, минеральные масла и др. Они добавляются в материал в количестве 1,3...2,6 % от абсолютно сухой массы древесины в жидком виде (олеиновая кислота) или же в виде мелкоиз- мельченных частиц и порошка (стеарин и стеараты).
Красители
Используются для улучшения декоративных свойств отдельных видов пресс-масс. Они должны обладать термической стойкостью, определенной дисперсностью, быть нетоксичными и не должны мигрировать из изделий. В качестве красителей применяются нигрозин, природные пигменты (охра, умбра, мумие), окиси металлов (кадмия, цинка, хрома, титана и др.) в ко- личестве 2.. .2,2 % от массы.
Антифрикционные добавки
Способствуют снижению коэффициента трения (алюминиевая пудра, кри- сталлический графит, медный купорос), такие полимеры, как фторопласты, полиамиды и др.
Работами ученых НИИ и вузов предложена рецептура древесных пресс-масс, содержащих в своем составе наравне с ФФС и КФС различные термопластичные полимеры, выполняющие роль высокомолекулярных пластификаторов (полиамиды, поливилхлориды, полистирол, поливинил- ацетат и др.) и синтетические каучуки, которые повышают ударную проч- ность, гидрофобность, антифрикционные свойства. В качестве частичной замены ФФС рекомендуются водорастворимые карбоксилсодержащие
каучуковые латексы, которые улучшают технологические и эксплуатаци- онные характеристики.
Применение совмещенных связующих, состоящих из фенольных и карбамидных или меламиновых олигомеров или продуктов их начальной конденсации, позволяет модифицировать свойства, снизить энергоемкость переработки и себестоимость готовых изделии.
Использование в композиции МДП гидролизного лигнина, лигно- сульфатов, таллового масла, таллового пека и других отходов химической переработки древесины значительно сокращает расход дефицитной ФФС, красителей, смазок, способствует расширению сферы применения МДП и получению значительного экономического эффекта.
1.3 Технология призводства древесных пресс-масс
Структура технологического процесса и применение оборудования при изготовлении пресс-масс различных марок зависит от состава пресс- композита (вида древесных частиц, типа связующего, наличия модифици- рующих добавок).
Технологический процесс производства пресс-масс из опилок состо- ит из следующих операций: сортировки опилок, их сушки, приготовления рабочего раствора смолы, дозирования компонентов композиции, их сме- шивания, сушки, упаковки и маркировки.
На рисунке 1.1. показана технологическая схема производства дре- весных пресс-масс из опилок с использованием смесительных бегунов. Катки бегунов размалывают опилки, превращая их в пучки волокон, что способствует более глубокой пропитке наполнителя раствором связующе- го вещества, красителя и модифицирующих добавок.
Смесь опилок хвойных и лиственных пород автосамосвалом достав- ляют в приемное отделение цеха, выгружают в приемник, которым они подаются в накопительный бункер 7. Далее опилки поступают на виброси- то 2 для сортировки. Промышленную фракцию опилок винтовым питате- лем 3 и элеватором 4 подают в бункер 5 сырых опилок, откуда с помощью тарельчатого питателя 6 они поступают в барабанную сушилку 7. Высу- шенные до влажности 10... 12 % опилки ковшовым элеватором 8 загружа- ют в бункер сухих опилок 9. Через весовой дозатор 10 и винтовой конвей- ерный ресивер 11 они поступают на пропитку в бегуны 12.
Пропиточный раствор смолы 28...35 %-й концентрации в количестве 25...35 % в пересчете на сухие вещества, а также необходимые компоненты композиции (олеиновую кислоту, уротропин, красители и возможные дру- гие модифицирующие добавки) приготавливают в емкостях, снабженных мешалками 13, дозируют через весовой дозатор 14 и распыляют на опилки в бегунах. Пропитку опилок водорастворимыми фенолоформальдегидны-
ми олигомерами в бегунах осуществляют при температуре 20...25° С в те- чение 30...40 мин. Сырая пресс-масса через люки бегунов и желоб с помо- щью наклонного конвейера подается в конвейерную сушилку 15. Для мар- ки МДПО-В сушка ведется горячим воздухом при температуре 90... 120° С до влажности 6... 10 %.
Сухая пресс-масса пневмотранспортом через циклон и винтовым конвейером подается в бункер 16. Готовую пресс-массу сортируют, упако- вывают в мешки 17, которые маркируют и отправляют на склад готовой продукции.
В других схемах для приготовления пресс-композиций используются червячно-лопастные смесители без обогрева или снабженные обогревом для более глубокого проникновения связующего в структуру древесины. Сушка сырой пресс-композиции может осуществляться в ленточных, бара- банных, пневматических и других сушильных агрегатах.
При совмещении операций пропитки измельченной древесины рас- твором олигомера с сушкой сырой пресс-массы используют пропиточно- сушильные агрегаты (ПСА) конструкции ЦНИИФ (рисунок 1.2). ПСА представляет собой вертикальный аппарат высотой 5 м, разделенный на 2 шахты. В нижней части одной из шахт происходит пропитка измельченной древесины 4, затем пропитанная масса с помощью цепного элеватора с ковшами 3 выгружается и поднимается наверх, при этом излишки смолы стекают по наклонной стенке в ванну 1. Пропитанная масса в верхней час- ти аппарата передается в сушильную шахту 5, где просыпаясь сверху вниз, высушивается нагретым воздухом, поступающим через патрубок 7. Дви- жение массы задерживается вращающимися мотовилами 6, представляю- щими собой валы с радиально расположенными лопастями. Высушенная масса наклонным конвейером 8 выгружается в приемный бункер готовой массы 9. Ковши цепного конвейера при движении вниз автоматически за- полняются древесиной из бункера 2 и транспортируют ее на пропитку.
Пропитку проводят 28...38 % - м спиртовым раствором фенолфор- мальдегидной смолы марок СБС-1 или ЛБС-3. За 9... 10 мин пребывания измельченной древесины в пропиточной ванне впитывается 25...30 % смо- лы (в расчете на сухие вещества). Продолжительность процесса изготовле- ния пресс-массы (от загрузки до получения готового материала) 45…50 мин, температура сушки на входе в сушильную шахту 100...110° С, на вы- ходе 60° С. Существуют и другие схемы производства древесных пресс- масс.
1.4 Основные сведения о древесно-клеевых композициях
Древесно-клеевые композиции представляют собой измельченную древесину различной структуры (специальная или станочная стружка,