Современные технология и оборудование для производства композиционных материалов Методические указания

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЯ

ИОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

Казань Издательство КНИТУ

2018

1

УДК 674-419.3,691.54,67.02

ББК 35.11:30.3я7

С56

Печатаются по решению методической комиссии факультета технологии и переработки каучуков и эластомеров

Рецензенты:

д-р техн. наук Е. Ю. Разумов гл. инженер ООО «ХимТех» А. З. Халитов

Составители:

доц. А. А. Макаров, доц. Г. М. Бикбулатова, ассист. А. Е. Яковлева, А. Р. Валеева

Приведены краткие теоретические сведения о современных технологиях и оборудовании для производства композиционных материалов, описания материальной части и лабораторных установок, методика проведения, порядок обработки результатов эксперимента, требования к оформлению отчета и контрольные вопросы.

Предназначены для магистров очной формы обучения по направлению 18.04.01 «Химическая технология», изучающих дисциплину «Современные технология и оборудование для производства композиционных материалов».

Подготовлены на кафедре «Химическая технология древесины».

УДК 674-419.3,691.54,67.02

ББК 35.11:30.3я7

2

3

Введение

Одной из наиболее важных проблем деревообрабатывающей промышленности является переработка и использование древесных отходов. В качестве основного решения данной проблемы, рассматривается использование отходного древесного сырья в производстве композиционных материалов. Древесные композиты – это материалы, полученные в результате объединения разного сырья. Основным компонентом древесного композита является дерево. Количество древесных отходов, а также вид связующего компонента определяют основные характеристики композитного материала.

Композиционные древесные материалы можно разделить на две подгруппы: клееная древесина и материалы на основе измельченной древесины.

Понятием клееная древесина охватывается три вида материалов

– слоистая клееная древесина, массивная клееная древесина и комбинированная клееная древесина. Композиционные материалы на основе измельченной древесины: древесностружечные плиты (ДСтП), древесноволокнистые плиты (ДВП), древесные плиты на основе мелкой дисперсной фракции (МДФ), OSB-плиты, арболит, фибролит, плиты цементно-стружечные и цементостружечные, ксилолит и древесно-полимерный композит (ДПК).

4

Практическая работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ МИНЕРАЛЬНО-ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: определить фракционный состав и геометрическую форму частиц древесного наполнителя трех видов; подготовить наполнитель для получения масс древесных прессовочных.

Краткие теоретические сведения

Древесные наполнители используют в производстве композиционных материалов, таких как арболит, цементностружечные плиты, фибролит, ксилолит и др. Сырьевая база для их получения не ограничена, поскольку ежегодный объем различных древесных отходов в странах СНГ достигает 150 млн. м3. Свойства композиционных материалов во многом зависят от качества древесного наполнителя: размера и площади поверхности частиц, их объемной доли, породного состава и пористости частиц, характера их распределения в изделии и др. Основными показателями, влияющими на технологические свойства древесного наполнителя, являются фракционный состав, размер и форма частиц.

Размеры частиц измеряют с помощью ситового анализатора. В этом случае определяют геометрические параметры совокупности частиц наполнителя, размеры которых ограничены максимальным и минимальным диаметрами сит, используемых для фракционирования, что характеризует его дисперсность. При укладке древесных частиц в процессе формования материала образуются пустоты между частицами. Пористость получаемого материала зависит от крупности частиц, степени уплотнения и других факторов. Чем ниже пористость, тем выше плотность композиционного материала, которая колеблется в пределах от 800 до 1200 кг/м3. С увеличением плотности композитов повышается его прочность и уменьшается водопоглощение. На свойства композиционных материалов существенно влияет влажность наполнителя, которая зависит от породы и условий хранения. При переработке сильно увлажненного, а также не высушенного сырья частицы древесины получаются низкого

5

качества, что оказывает неблагоприятное действие на однородность композита.

Наиболее часто в качестве наполнителя используют опилки, стружку, дробленку, волокно. Неоднородность измельченной древесины по величине частиц приводит к изменению удельного объема пресс-материала и отрицательно сказывается на его сыпучести, т. е. способности равномерно высыпаться из бункера, а также вызывает неравномерный прогрев наполнителя при переработке. Создание композиционных материалов с заранее заданным комплексом технологических и эксплуатационных характеристик не возможно без учета особенностей строения, химического состава и свойств древесного наполнителя, что и определяет важность проведения испытаний показателей его качества.

Практическая часть

Оборудование и материалы: древесные опилки влажностью 6 – 12%; древесная стружка; дробленка (измельченный шпон, отходы пластика); набор сит 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; микроскоп оптический; лупа с 3–4-кратным увеличением; вибростол; технические весы.

Порядок выполнения работы

Определение фракционного состава Фракционированию подвергают древесные частицы,

предварительно высушенные при температуре (100 ± 5)ºС. Навеску древесных частиц в количестве около 50 г помещают на верхнее сито. Комплект сит устанавливают на вибростол и закрепляют установочными гайками. Время фракционирования одной навески составляет 5 мин. По окончании рассева сита разбирают, каждую фракцию взвешивают с точностью до 0,01 г. Количественное содержание фракций в навеске выражают в процентах к общей массе. Номер фракций обозначается размерами сит, между которыми она была собрана, например 10/7, 7/5 и т. д. Фракционирование проводят не менее трех раз, окончательный результат вычисляют как среднее арифметическое. Полученные данные для каждого наполнителя представляют в виде гистограммы «доля фракции – номер фракции». Пример построения и вид гистограммы приведен на рис. 1.

6

Таблица 1 Подготовка наполнителя к изготовлению масс древесных

прессовочных

Все последующие лабораторные работы выполняются с одним из видов наполнителя (по заданию преподавателя). Подготовка наполнителя заключается в получении определенного фракционного состава и влажности. Влажность наполнителя, используемого при получении изделий, не должна превышать 8–10%, что обеспечивается сушкой его при температуре (103 ± 2)ºС. Требуемую фракцию наполнителя получают с помощью набора сит.

Контрольные вопросы

1.Основные показатели древесного наполнителя.

2.Фракционный состав древесного наполнителя.

3.На какие качества композиционного материала влияет его пористость?

8

Библиографический список

1.Мурзин В.С. Технология композиционных материалов и изделий: учебное пособие. – Воронеж: УОП ГОУ «ГЛТА», 2008. – 65с.

2.Наназашвили И.Х.. Строительные материалы из древесноцементной композиции. 2-е издание. – Л.: Стройиздат, 1990. – 415с.

Практическая работа №2

ПОЛУЧЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ИЗ МАСС ДРЕВЕСНЫХ ПРЕССОВОЧНЫХ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ

Цель работы: получить образцы из МДП в форме брусков размером 120×15×10 мм и дисков диаметром 50 мм, толщиной 3 мм прямым прессованием.

Краткие теоретические сведения

Массы древесные прессовочные (МДП) представляют собой термореактивные пластические массы, получаемые обработкой измельченной древесины феноло-, карбамидо- и меламиноформальдегидными смолами и специальными добавками – смазывающими, отверждающими и окрашивающими веществами. Их изготавливают как на спирто-, так и на водорастворимых смолах.

Для превращения отходов древесины в специальный продукт - наполнитель измельчают, сушат и сортируют. Затем частицы древесного наполнителя дозируют и совмещают с подготовленным связующим. Полученную пресс-массу сушат, стандартизуют, упаковывают. [1]

Согласно ГОСТ 11368 — 79 массы древесные прессовочные подразделяются на три типа: МДПК — из частиц шпона (крошки), МДПС — из стружки, МДПО — из опилок. Масса транспортируется в ящиках или мешках, учитывается в килограммах. [2]

Переработку пресс-композиций – масс древесных прессовочных в изделия называют формованием. В его основе лежат операции горячего прессования МДП, в результате которых получают изделия в виде плит различного профиля, погонажных и штучных деталей. Способы формования композиционных материалов классифицируют по следующим признакам.

1. В зависимости от направления усилия прессования относительно пласти изделия различают: плоское, экструзионное,

9

комбинированное прессование. Детали и изделия из измельченной древесины получают преимущественно способом прямого прессования

(рис. 2).

2.В соответствии со степенью ограничения рабочего пространства, в котором происходит сжатие древесной композиции, выделяют: формование между плитами пресса, в каландрах, в канале (экструзия), в пресс-формах.

3.По характеру процессов формования различают: периодический, непрерывный ,пульсирующий способы.

4.В зависимости от организации процесса формования выделяют одно-, двух- и многопозиционный методы.

Рис. 2 – Схема прямого прессования: 1 – пуансон; 2 –

изделие; 3 – матрица; 4 - выталкиватель

Основными технологическими факторами, определяющими режим прессования, являются: давление, температура и продолжительность прессования. Величина удельного давления при прямом прессовании изделий из измельченной древесины составляет от 30 до 50 МПа и зависит от способа и принципа прессования, сложности и плотности изделий, вида измельченной древесины, расхода связующего и влажности пресс-материала. Температура пресс-формы при прямом прессовании изделий из МДП достигает (145 ± 5) С̊. Продолжительность прессования обусловлена толщиной и плотностью изделий, температурой прессования, временем отверждения связующего, видом обогрева прессформы и составляет от 0,5 до 1,0 мин на 1 мм толщины изделия. Основное оборудование для производства изделий из МДП – гидравлические прессы. Пресс-формы устанавливают на плиты пресса. Пресс-форма в простом случае состоит из верхней выступающей части, оформляющей внутреннюю

10