88-1
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Физико-механические процессы при изготовлении и обработке ДВП и композиционных материалов
Методические указания для практических работ студентов
по направлению подготовки магистра 250400.68 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств
магистерская программа «Технология деревообработки»
Воронеж 2015
46
УДК 674.093.26 – 419.3+674.81+674.028.9:630*824.8
Лавлинская О.В. Физико-механические процессы при изготовлении и обработке ДВП и композиционных материалов [Текст]: методические указания для практических работ студентов по направлению подготовки магистра 250400.68 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, магистерская программа «Технология деревообработки» / О.В. Лавлинская; ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». –
Воронеж, 2015. – 72 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № от _______________)
Рецензент – к.т.н., инженер-конструктор ОАО ХК «Мебель Черноземья», И.М. Чеботарева
Ольга Викторовна Лавлинская
Физико-механические процессы при изготовлении и обработке ДВП и композиционных материалов
Методические указания для практических работ студентов
по направлению подготовки магистра 250400.68 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств
магистерская программа «Технология деревообработки»
Подписано в печать 00.00.2015 . Формат 60x84 1/16. Объём __п.л. Усл. п.л. __. Уч.-изд. л. __. Тираж ___ экз. Заказ №
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»
394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
2
Введение
Учебным планом лесопромышленного факультета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», по направлению подготовки магистра 250400.68 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, магистерская программа «Технология деревообработки», предусмотрено изучение курса «Физико-механические процессы при изготовлении и обработке ДВП и композиционных материалов».
В результате освоения дисциплины студент должен знать современный подход к вопросу оценки основных физико-химических и механических процессов протекающих при производстве древесноволокнистых плит и композиционных материалов; цели, сущности, способы осуществления основных технологических процессов производства ДВП и композиционных материалов; режимы, основные виды и принцип работы оборудования; правила пользования стандартами и другой нормативной документацией.
Студент должен уметь проводить анализ технологических схем, операций, режимов, принципов работы оборудования при производстве ДВП и композиционных материалов и на этой основе совершенствовать технологии и оборудование для производства конкурентноспособной продукции; производить оценку основных свойств древесных материалов, используя современную испытательную аппаратуру.
Студент должен владеть навыками пооперационного контроля технологических режимов и качества работы оборудования на всех участках технологического процесса; методами анализа причин возникновения дефектов выпускаемой продукции и способами их устранения.
3
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
Требования к древесноволокнистым плитам по российским стандартам
ГОСТ 4598-86 и другие нормативные документы определяют следующие требования к древесно-волокнистым плитам мокрого способа производства (табл.1.1):
Таблица 1.1 Физико-механические показатели ДВП мокрого способа производства
|
|
|
Норма для плит марок |
|
|
|
|||
Наименование |
|
|
Т, Т-П, |
|
|
|
|
|
|
СТ |
Т-В |
Т-С, Т-СП |
НТ |
М-1 |
М-2 |
М-3 |
|||
показателей |
СТ-С |
Т-СВ |
ГруппаА |
|
|
|
|
|
|
Группа Б |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
|
Плотность, кг/м3 |
950… |
850... |
850… |
800… |
Не |
200... |
200.. |
100.. |
|
|
1100 |
1100 |
1100 |
1050 |
менее |
400 |
300 |
200 |
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изгибе, МПа: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нижняя граница - Тн |
47 |
40 |
38 |
33 |
15 |
|
1,8 |
1,1 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разбухание по толщине |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
за 24 ч, %, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхняя граница - Тв |
13 |
10 |
20 |
23 |
30 |
|
Не нормируется |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Влажность, %: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нижняя граница - Тн |
3 |
4 |
4 |
4 |
3 |
|
Не нормируется |
||
верхняя граница - Тв |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
||
Водопоглощение за 2 ч, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхняя граница-Тв |
|
Не нормируется |
|
|
|
34 |
|
|
|
Водопоглощение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лицевой поверхностью за |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 ч, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхняя граница - Тв |
7 |
7 |
11 |
13 |
Не нормируется |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
растяжении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перпендикулярно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пласти, МПа, |
0,32 |
0, 30 |
0,30 |
- |
Не нормируется |
|
|||
нижняя граница - Тн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент тепло- |
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
проводности,Вт/(м·К) |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
0,13 |
|
0,09 |
0,07 |
0,05 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечания:
1.Норма показателя водопоглощения лицевой поверхностью относится к плитам с лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы, и к плитам марки СТ.
4
2.Средний уровень физико-механических показателей твердых плит для последовательности партий приведен в приложении (ГОСТ 4598 - 86).
3.По требованию потребителя значение показателя нижней границы влажности плит марок Т, Т-П, Т-С, Т-СП группы А может быть принято 5 %.
СТ – твердые плиты повышенной прочности (сверхтвердые) с необлагороженной лицевой поверхностью; СТ-С – сверхтвердые с лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы;
Т – твердые плиты с необлагороженной лицевой поверхностью; Т-С – твердые плиты с лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы; Т-П – твердые плиты с подкрашенным лицевым слоем;
Т-СП – твердые плиты с подкрашенным лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы; М-1, М-2, М-3 – мягкие плиты.
Требования к плитам сухого способа производства приведены в табл.1.2.
Таблица 1.2 Физико-механические показатели ДВП мокрого способа производства
Наименование |
|
|
Норма для плит марок |
|
|
||||
показателей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПТс-220 |
Тс-300 |
|
Тс-350 |
Тс-400 |
|
Тс-450 |
СТс-500 |
||
|
|
|
|||||||
Плотность, кг/м3, не |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
менее |
600 |
800 |
|
800 |
|
800 |
|
900 |
950 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при изгибе, МПа, не |
21,8 |
29,4 |
|
34,4 |
|
39,2 |
|
44,1 |
49,0 |
менее |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Водопоглощение за |
Не норм. |
35 |
|
35 |
|
30 |
|
30 |
20 |
24 ч, %, не более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разбухание по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
толщине за 24 ч, %, |
30 |
25 |
|
25 |
|
20 |
|
20 |
15 |
не более |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Влажность, % |
Не норм. |
5±3 |
|
5±3 |
|
5±3 |
|
5±3 |
5±3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
физико-механических свойств |
ДВП |
проводится в |
соответствии с ГОСТ 19592-80 "Плиты древесноволокнистые. Методы испытаний".
5
Образцы должны иметь параллельные кромки, гладкие и без сколов, и прямые углы без повреждений.
Отклонения от номинальных размеров образца по длине и ширине должны быть не более ± 0,5 мм, а по толщине образца – равными отклонениям по толщине плит. Образцы длиной более 100 мм должны иметь отклонения по длине не более ± 1 мм.
Перед испытаниями все образцы, кроме предназначенных для определения влажности, необходимо кондиционировать, то есть выдержать при температуре 20 ± 2 °С и относительной влажности воздуха 65 ± 5 % до момента достижения постоянной массы (равновесной влажности). Масса образца считается постоянной, если при двух очередных взвешиваниях, проведенных с 24-часовым промежутком, отклонение массы не будет превышать 0,1 %.
|
|
|
Таблица 1.3 |
|
Физико-механические показатели плит МДФ |
||||
|
|
Марки |
|
|
Наименование показателей |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ПСП-А |
|
ПСП-Б |
|
|
|
|
|
|
Плотность, кг/м³ |
760…860 |
|
760…860 |
|
Предел прочности при статическом изгибе, МПа |
|
|
|
|
(не менее) |
25,0 |
|
20,0 |
|
Предел прочности при растяжении |
|
|
|
|
перпендикулярно пласти, МПа (не менее) |
0,60 |
|
0,55 |
|
Удельное сопротивление нормальному отрыву |
|
|
|
|
наружного слоя, МПа (не менее) |
0,80 |
|
0,60 |
|
Набухание по толщине за 24 часа, % (не более) |
15,0 |
|
25,0 |
|
|
|
|
|
|
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
Требования к древесным плитам по европейским стандартам
Европейский комитет по стандартизации (технический кабинет «Древесные плитные материалы») разработал систему стандартов на древесные плиты всех видов. Эти стандарты постепенно получают статус национальных, становятся обязательными к соблюдению не только на европейском, но и на мировом рынке. Стандарты отличаются особой
6
полнотой и охватывают практически весь диапазон их возможного применения.
Перечислим типы древесных плит из измельчённой древесины и соответствующие европейские стандарты, регламентирующие их производство:
•древесностружечные, ДСтП - EN 312
•из ориентированной крупноразмерной стружки, OSB - EN 300
•цементно-стружечные (на цементном связующем), ЦСП - EN 634
•древесноволокнистые твёрдые мокрого способа изготовления, ДВП-Т - EN 622-2
•древесноволокнистые полутвёрдые мокрого способа изготовления,
ДВП-ПТ - EN 622-3
•древесноволокнистые пористые (изоляционные) мокрого способа изготовления, ДВП-М - EN 622-4
•древесноволокнистые средней плотности сухого способа изготовления, MDF - EN 622-5.
Характеристика древесных плит
Соответственно особенностям применения каждый тип плит подразделяется на виды:
•Плиты общего назначения. Не рассчитаны на восприятие внешних нагрузок и должны эксплуатироваться в сухих помещениях (со средней температурой воздуха 20 °С, влажностью воздуха до 65 %).
•Плиты общего назначения влагостойкие. Не рассчитаны на восприятие внешних нагрузок, могут эксплуатироваться при повышенной влажности воздуха (до 85 %).
•Плиты конструкционные. Способны нести внешнюю нагрузку, должны эксплуатироваться в сухих помещениях.
•Плиты конструкционные влагостойкие. Способны нести внешнюю нагрузку, могут эксплуатироваться при повышенной влажности воздуха.
•Плиты конструкционные атмосферостойкие. Способны нести внешнюю нагрузку, пригодны к эксплуатации в атмосферных условиях, а также в контакте с водой или водяным паром.
•Плиты особо прочные. Обладают определёнными прочностными характеристиками, должны эксплуатироваться в сухих помещениях.
7
• Плиты особо прочные влагостойкие. Обладают определёнными прочностными характеристиками, могут эксплуатироваться при повышенной влажности воздуха.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3
Расчет сырья и материалов в производстве ДВП
1. Расчет индивидуальных специализированных норм расхода древесного сырья (Нi i-го вида)
а) для сырья тонкомерного, отходов лесозаготовок, дров для отопления
Нт = |
П(100 ++qсум. ) |
104 , м3 сырья, |
|
||
|
рм рщ рл ρс.усл. |
где П – чистый (полезный) расход абсолютно сухого волокна, кг/тыс.м2; qсум. – суммарные технологические отходы волокна, %;
рм – выход древесно-волокнистой массы, %; рщ – выход сортированной щепы, %;
рл – выход древесины при разделке лесоматериалов, %; ρс.усл. – условная плотность древесного сырья, кг/м3.
б) для отходов лесопиления и деревообработки, в том числе карандаши, шпон-рванина, опилки
Но = |
|
П(100 |
+qсум. ) |
10 |
4 , м3 сырья/тыс. м2 ДВП, |
|
(100 |
+iкор. ) |
рм рщ ρс.усл. |
||||
|
|
|
где iкор – содержание коры в щепе из отходов лесопиления и деревообработки, %.
в) для щепы технологической из стволовой древесины, тонкомерных деревьев и сучьев
8
Нщ = П(100 +qсум. ) , м3 сырья/тыс.м2 ДВП.
рм ρс.усл.
г) для отходов целлюлозно-бумажного производства (ЦБП)
|
|
П(100 +qсум. ) |
3 |
2 |
|
НЦБП |
= |
|
, м сырья/тыс.м ДВП. |
||
100ρс.усл. |
|||||
|
|
|
|
2. Пересчет индивидуальных специфицированных норм расхода для ДВП сухого способа производства с 1 тыс. м2 физических плит на условные плиты толщиной 3,2 мм
Этот пересчет производят по формуле
Нi(усл) = |
Нi |
, |
|
Кпересч. |
|||
|
|
где Кпересч. – коэффициент пересчета на условные плиты, принимается по табл.26 (таблицы см. в приложении).
3. Определение нормообразующих для расчета индивидуальных специализированных норм расхода древесного сырья
Чистый расход абсолютно сухого волокна определяют по формуле
П = |
107 |
S |
пл. |
ρ |
пл. |
, |
кг/тыс.м2, |
||
(100 |
+ W |
|
|
|
|||||
|
|
)(100 + D) |
|
|
|||||
|
|
|
пл. |
|
|
|
|
|
где Sпл. – толщина плиты, м; ρпл. – плотность плиты, кг/м3;
Wпл. – влажностьплиты, прикоторойопределяласьплотностьплиты, %; D – суммарное содержание упрочняющих, гидрофобных и других специальных добавок, % к абсолютно сухой массе волокна.
9
В производственных условиях Sпл., ρпл., Wпл. принимаются по среднегодовым (среднеарифметическим) данным цеховой лаборатории;
Для ДВП мокрого способа производства:
М
D = 0,7∑Dm im ,
m
где Dm – содержание добавки (кроме осадителя) к абсолютно сухой массе волокна, %.
Максимально допустимые значения добавок в зависимости от породного состава сырья, вида плит, используемых материалов приведены в табл.16…24.
М – число добавок;
im – доля плит с m-той добавкой.
Коэффициент 0,7 характеризует удержание упрочняющих, гидрофобных и других специальных добавок в ДВП.
Для ДВП сухого способа:
D = ∑Dm im .
Если содержание материала в плите определено нормативнотехнической документацией (НТД) в % к массе плиты, то чистый расход волокна определяют по формуле:
П = |
10 |
7 S |
пл. |
ρ |
пл. |
К |
D |
|
, кг/тыс.м2, |
|
(100 |
+ W |
|
|
|
|
) |
||||
|
)(100 + D |
m |
|
|||||||
|
|
|
пл. |
|
|
|
|
|
|
где КD – коэффициент, учитывающий количество материалов, содержание которых рассчитано от массы плит, %.
КD = 100 −D′м , 100
10