Производство мягких древесностружечных плит

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Братский государственный университет»

Кафедра «Строительное материаловедение и технологии»

Технология стеновых, отделочных и

 изоляционных материалов

Курсовой проект

Производство мягких древесностружечных плит

Выполнил:

ст. гр. СТ-01-2                                                                                                                С.В. Рожнев

Проверил:

к.т.н., доцент                                                                                                                  А.В. Косых

Братск 2005.

Содержание

 TOC o "1-3" h z u Введение. h - 4 -

Древесные плиты. ДВП. h - 5 -

Основные понятия. h - 5 -

Сырье для производства ДВП.. h - 5 -

Технология производства мягких (изоляционных) ДВП.. h - 7 -

Технологическая схема производства мягких (изоляционных) ДВП.. h - 8 -

Стадия приготовления щепы.. h - 9 -

Стадия получения древесного волокна. h - 9 -

Стадия подготовки волокнистой массы.. h - 10 -

Стадия формования. h - 11 -

Стадия тепловой обработки. h - 11 -

Применение. h - 12 -

Список литературы.. h - 13 -

Введение

Повышенный интерес к древесным композиционным материалам (композитам) обусловлен рядом причин: низкой стоимостью древесного сырья, малыми затратами труда и энергии при производстве древесных композиционных материалов и изделий из них, ценными, а в отдельных случаях и уникальными, свойствами этих композитов, непрерывной возобновляемостью древесных ресурсов и др.

По данным Отдела леса и лесных продуктов продовольственной сельскохозяйственной комиссии Организации Объединенных Наций (ФАО ООН), производство в мире только трех древесных композиционных материалов в объемных единицах превосходит производство сталей, пластмасс и алюминия.

Композиционные материалы состоят из двух или более компонентов (фаз), между которыми имеется граница раздела.

Понятие композиционного материала в широком смысле, безусловно, включает и природные материалы, например древесину. Таким образом, древесными композиционными материалами должны быть названы материалы, состоящие из древесины или ее частиц и одного или нескольких других компонентов (металла, полимера, минерала), между которыми имеется граница раздела.

В древесном композите граница раздела между компонентами может проходить по наружной поверхности и по внутренней поверхности, т.е. по поверхности сосудов, волокон и пор древесины.

Увеличение производства древесных композитов в значительной мере определяется тем, что объем потребления материалов на планете каждые 11 лет удваивается, а запасы сырья для производства традиционных материалов ограничены и не восстанавливаются.

В этих условия особенно пристальное внимание обращено на древесные материалы. Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира 50 млрд. т, прирост промышленной древесины составляет 3,5–4 млрд.т в год, а добывается в мире лишь 1,1–1,3 млрд. т в год. Из всего лесного массива используется около 7,5% древесины, причем в так называемых «отходах» оказывается не менее 30% промышленной древесины. Следовательно, сейчас в мире образуется 330–1200 млн. т (ориентировочно 660–2400 млн. плотных кубометров) «отходов» древесины, из которых можно изготавливать композиционные материалы в количествах, равных выпуску стали, алюминия и пластмасс, вместе взятых по массе. Эта сырьевая база не иссякнет и в дальнейшем, так как лес непрерывно возобновляется и жизнь на планете возможна лишь при наличии леса, дающего кислород и защищающего людей экологически. Возобновляемость и высокая экономическая эффективность − основные факторы, гарантирующие древесным композитам положение материалов будущего. Их дополняют невысокая плотность (50–1400 кг/м3), достаточная прочность (до 300 МПа).

Древесные пластики (wood plastics, holzplaste, plastiques du bois) – материалы на основе древесины, подвергнутой термической обработке под давлением (пластификации). Древесные пластики делятся на: 1) древесину прессованную (пластифицированную); 2) древесно-слоистые пластики; 3) древесную пресскрошку; 4)древесные плиты (древесноволокнистые и древесностружечные).

Древесные плиты. ДВП.

Основные понятия

Древесноволокнистыми плитами называются листовые материалы, сформированные из переплетных древесных волокон. Изготавливают их из древесных отходов или из низкокачественной древесины. В отдельных случаях в зависимости от условий снабжения предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и древесину в круглом виде. Наиболее распространенные способы изготовления плит – мокрый и сухой. Промежуточными между ними, причем менее распространенными, будут мокро-сухой и полусухой способы.

Мокрый способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в водной среде и горячем прессовании нарезанных из ковра отдельных полотен, находящихся во влажном состоянии (при относительной влажности 60–70%).

Сухой способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность 5–8%.

Полусухой способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность 16–18 %.

Мокро-сухой способ основан на формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде, сушке полотен и горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к нулю.

В процессе изготовления плит любым из названных способов древесину сначала измельчают в щепу, а затем щепу превращают в волокна, из которых формируют ковер. Ковер разрезают на полотна. Сухие полотна прессуют в твердые плиты. Влажные полотна или прессуют, получаю твердые или полутвердые плиты, или сушат, получая мягкие (изоляционные) плиты.

В волокнистую массу для придания водостойкости вводят различные эмульсии (парафиновые, смоляные, масляные) и осадители (сернокислый алюминий). Плиты формируются на отливочных машинах. Влажность плит после отливок достигают 70%. По этому изоляционные плиты поступают на сушку, а твердые и полутвердые прессуют в горячих многоэтажных прессах (t 135 –180 0C). Твердые и сверх твердые плиты затем проходят закалку при t 150 – 170 0C с последующим увлажнением до 5 – 7% (по массе).

В основу деления плит на виды и марки положены средняя плотность и прочность при изгибе. В зависимости от средней плот­ности ДВП разделяют на виды: мягкие (М) со средней плотно­стью не более 350 кг/м3; полутвердые (ПТ) — не менее 400 кг/м3; твердые (Т) — не менее 850 кг/м3 и сверхтвердые (СТ) — не ме­нее 950 кг/м3.

В зависимости от прочности при изгибе ДВП разделяют на марки: М-4; М-12; М-20; ПТ-100; Т-350; Т-400; СТ-500. В услов­ном обозначении марки цифры отражают величину прочности при изгибе в кгс/см2 или в МПа, если цифровые индексы уменьшены в 10 раз.

Существенный показатель качества сверхтвердых, твердых и полутвердых плит – гигроскопичность. Стандарт допускает величину набухания плит после суточного нахождения испытываемых образцов в воде: для твердых и полутвердых – не более 20%, а для сверхтвердых не более 12%. Водопоглощение же установлено: для сверх твердых плит – 15%, для твердых – 30%, для полутвердых – 40%. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают значительно меньшей гигроскопичностью 10 – 12% так как при их изготовлении применяют фенолформальдегидные смолы.

Сырье для производства ДВП

Сырьем для ДВП могут служить любые волокнистые ма­териалы растительного происхождения, если их волокна достаточ­но длинные, гибкие и прочные: все виды древесины, стебли пше­ницы, хлопчатника, кукурузы, кенафа и др. Однако основными видами сырья, широко используемыми в производстве, являются: неделовая древесина, т.е. непригодная для строительных и иных целей (долготье и коротье); отходы лесопиления (горбыль, рейка, вырезки); отходы спичечного и фанерного производства (шпон некондиционный, брак соломки и лом коробки); бумажная маку­латура.

Целесообразность применения того или иного вида сырья зависит, прежде всего, от того, есть ли оно в данном районе, от стоимости, условий доставки к месту переработки.

Основное сырье — древесина — состоит из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, образующих оболочку клеток, а также из смол, эфирных масел, дубильных и красящих веществ, заполняющих клетки. Целлюлоза — химически стойкое вещество, не растворяющееся в воде и гидролизующееся при давлении 1...1,5 МПа и температуре 180°С. Строение ее кристаллическое, состоит она из кристаллитов — мицелл в виде палочек длиной 500...700 А и толщиной 50...60 А. Мицеллы и фибриллы составляют клетки удли­ненной волокнообразной формы. В древесине лиственных пород такие клетки, занимающие 60...65% объема, называют волокнами либриформа, их длина около 1 мм; в древесине хвойных пород содержание волокнообразных клеток — трахеид — длиной 3...10мм достигает 90...95% по объему. Трахеиды длиннее, толще и проч­нее, чем волокна либриформа, поэтому в производстве ДВП пред­почтение отдается древесине хвойных пород.

Лигнин — аморфное вещество, представляющее собой сложное сочетание нескольких химических соединений. Химически он ме­нее стоек, чем целлюлоза, но не гидролизуется. В производстве ДВП лигнин повышает выход массы и в процессе прессования способствует образованию дополнительных связей между волок­нами. Гемицеллюлоза по составу близка к целлюлозе и состоит из пентозанов и гексозанов. Гексозаны при горячем прессовании гидролизуются и способствуют образованию смолоподобных про­дуктов.

Технология производства мягких (изоляционных) ДВП

Технология древесноволокнистых плит доволь­но сложна и энергоемка. Процесс производства ДВП можно раз­делить на две практически самостоятельные части: получение древесных волокон путем последовательного измельчения древе­сины и переработка волокон в изделия.

Получение древесных волокон — процесс весьма многодельный и энергоемкий, он включает следующие последовательно осущест­вляемые операции: снятие коры с древесины (окоривание), рас­пиловку дровяного долготья, колку толстых чураков, рубку дре­весины в щепку, размол щепы и получение волокнистой массы. Далее производят подготовку волокнистой массы путем ее сор­тировки, сгущения и проклейки.

Формование изоляционных ДВП осуществляют мокрым спо­собом из гидромасс, который основан на свободном их обезвожи­вании с последующим вакуумированием и подпрессовкой. Произ­водственный процесс заканчивается сушкой изделий.

Прочность мягких ДВП обеспечивается только за счет пере­плетения древесных волокон, (свойлачиваемое), поэтому к дре­весному волокну для этого типа продукции предъявляют повышенные требования. Для обеспечения лучшей свойлачиваемости волокна должны иметь высокую удельную поверхность и быть до­статочно длинными, поэтому в данном случае предпочтение отда­ется древесине хвойных пород.

Технологическая схема производства мягких (изоляционных) ДВП

Неделовая древесина или отходы

(склад)

Окоривание древесины

(корообдирочный барабан)

Распиловка долготья

(балансирные пилы)

Распиловка долготья

(балансирные пилы)

Раскалывание чураков

(механические колуны)

Приготовление щепы

(рубильные машины)

Получение волокна

(дефибраторы, рафинеры)

Получение гидромассы

(массные бассейны)

Сгущение гидромассы

(сгустители)

Проклейка гидромассы

(массные бассейны)

Проклеивающие

вещества

Формирование полотна

(отливочные машины)

Раскройка полотна на плиты

(ножи продольной и поперечной резки)

Сушка изделия

(многоярусная сушилка)

Механическая обработка

(форматные станки)

Механическая обработка

(форматные станки)

Склад готовой продукции

Стадия приготовления щепы

Приготовление щепы осуществляют из предварительно окорен­ной древесины. Окоривание поступившего на завод сырья (длин­номерной древесины, коротья, отходов лесопиления и т. п.) про­изводят в корообдирочных барабанах, водоструйных корообдирках или на ножевых корообдирочных станках. Кора ухудшает внеш­ний вид изделия, увеличивает его водопоглощение при содержании ее в массе свыше 17% существенно снижает механическую прочность.

Освобожденная от коры древесина поступает на грубое из­мельчение. Длинноразмерную древесину распиливают дисковыми пилами с горизонтальной (балансирные пилы) или вертикальной (маятниковые пилы) качающейся рамкой. Толстые чураки раска­лывают на дровокольных станках с неподвижным или движущим­ся поступательно-возвратно клином. Полученные заготовки дли­ной 1500 мм измельчают в щепу на специальных рубильных машинах, рабочим органом которых является массивный стальной диск толщиной 100 мм и более и диаметром до 3000 мм, на ко­тором закреплены ножи. В зависимости от диаметра диска ко­личество ножей может изменяться от 10 (при диаметре 2000 мм) и более. Диск приводится во вращение электромотором, его час­тота вращения 585 мин-1.

Древесину легче рубить вдоль волокон, чем поперек, поэтому поленья подаются к диску под углом 35... 45° по специальному на­клонному лотку.

Для нормальной работы размольных агрегатов необходимо получать щепу одинаковых размеров: длина вдоль волокон 20...25 мм, поперек волокон 15...30 мм и толщина 3...5 мм. Из ру­бильной машины щепа выходит неодинаковая по величине, по­этому она сортируется на вибрационных плоских или барабанных ситах. Отсортированная щепа подается на мелкое измельчение к размольным агрегатам. Предварительно ее промывают в промы­вочном баке и затем на обезвоживающем винтовом конвейере, где щепу дополнительно промывают, свежей водой.

Стадия получения древесного волокна

Получение древесного волокна осуществляют одним из трех способов: механическим, термомеханическим или химико-механи­ческим.

Необходимость размола заключается в получении тонких воло­кон с длиной, обеспечивающей хорошую свойлачиваемость при фор­мировании ковра. Качество получаемого волокна (толщина и дли­на) зависит от породы применяемой древесины и способа его получения.

Качество волокна оценивается по скорости обезвоживания гид­ромассы. С учетом этого сконструирован прибор, с помощью ко­торого по скорости свободного водоотделения определяют тонкость помола волокна в градусах Шопера-Риглера (°ШР) — автора при­бора.

В зависимости от применяемого вида древесины, способа раз­мола и типа размольной машины получаемое волокно может иметь средний диаметр 30...50 мкм и среднюю длину от сотых долей мил­лиметра до 3...4 мм. Слишком короткие волокна не могут быть использованы для получения мягких ДВП, поэтому выбор спосо­ба размола и типа размольной машины при их производстве име­ет решающее значение.

Механический способ получения волокна основан на истирании чураков быстровращающимися рифлеными дисками без прогрева или с прогревом древесины, с применением химических веществ и других средств, облегчающих размол древесины. Процесс раз­вертывания удельной поверхности древесноволокнистой массы при этом способе размола связан с большой затратой энергии. Как правило, в размольные аппараты добавляют большое коли­чество подогретой воды для облегчения размола и повышения выхода кондиционной волокнистой массы. Механический способ размола не нашел широкого применения вследствие больших за­трат электроэнергии (800 кВт на 1 т сухой волокнистой массы) и невозможности переработки древесины в виде щепы.

Термомеханический способ размола древесины основан на двустадийной обработке щепы: предварительном разогреве ее горя­чей водой (не ниже 70°С) или паром высокого давления с темпе­ратурой 170...190°С и последующем истирании ее между вращаю­щимися с разной скоростью или в разные стороны рифлеными дисками. Разогрев щепы обычно производят в специальной каме­ре размольной машины (дефибратора или рафинатора). Под воз­действием теплоты и влаги лигнин древесины размягчается, ос­лабляя связи между волокнами; легко гидролизуемые углеводы гидролизуются и расщепление древесины на волокна существен­но облегчается.

Древесное волокно, получаемое этим способом, характеризу­ется ненарушенной структурой при высокой тонкости помола. В зависимости от требуемой тонкости волокон размол осуществляют в одну или две стадии. При производстве мягких ДВП не­обходим двустадийный размол.

Для первичного помола применяют дефибраторы или быстро­ходные рафинеры — машины с быстровращающимися рифлеными дисками, а для повторного — рафинаторы, голлендеры, обеспечи­вающие тонкий размол при более мягком воздействии на древе­сину. Термомеханический способ наиболее распространен в прак­тике приготовления древесноволокнистой массы, для него харак­терно получение массы с высоким содержанием длинных и тон­ких волокон при сравнительно небольшом расходе электроэнергии (200...260 кВт на 1 т сухого волокна), что достигается за счет термовлажностной обработки щепы.

Химико-механический способ основан на различной растворимости компонентов древесины в слабом растворе щелочи и реа­лизуется в два этапа: проваривание древесной щепы в слабощелочном растворе и механический размол проваренной щепы. При варке древесины в слабощелочном растворе происходит полное постепенное растворение лигнина и частичное гемицеллюлозы и инкрустирующих веществ, соединяющих волокна. Это существен­но облегчает размол древесины и обеспечивает получение элас­тичных длинных волокон, пригодных для производства высокока­чественных мягких плит.

Однако этот способ не получил широкого применения вслед­ствие сложности химической подготовки сырья перед размолом и малого выхода волокна (до 80%).

Полученную при первичном размоле древесную массу разбав­ляют водой до концентрации 0,3...0,5% и подвергают мокрой сор­тировке путем пропускания гидромассы через плоские сита с раз­мером отверстий 5...6 мм. Недомолотые частицы сгущают до 4...5% и направляют на повторный размол. Гидромассу из конди­ционных волокон направляют на вторичный помол, для ко­торого широко используют голендоры непрерывного действия, в которых получают эластичное и хорошо гидратированное волокно.

Стадия подготовки волокнистой массы

Подготовка волокнистой массы для формования плит включа­ет повышение концентрации волокон до 2,5...3% с целью умень­шения емкости массовых бассейнов и снижения электроэнергии, потребной на ее перекачку, и проклейку массы.

Сгущение гидромассы производят в особых аппаратах — сгу­стителях, из которых ее затем перекачивают или направляют са­мотеком в массовые бассейны, оборудованные смесительными ме­ханизмами. Проклейку волокнистой массы (обработка ее эмуль­сиями химических веществ) производят при непрерывном переме­шивании гидромассы для улучшения свойств готовых изделий. Прочность ДВП повышают введением в гидроволокнистую массу водных эмульсий окисляющихся масел (льняного, конопляного и др.) либо синтетических (фенолоформальдегидных и др.) смол. Повышения водостойкости достигают введением гидрофобных эмульсий, в основном парафиновой, канифольной, битумной, в ко­личестве до 2%. Эмульсия осаждается на волокно в кислой среде (pH — 4...5); для получения такой среды в гидромассу вводят серную кислоту (1%) или сернокислый глинозем (0,5%). Повы­шения биостойкости ДВП добиваются введением в гидромассу ан­тисептиков (фтористого и кремнефтористого натрия, крезола и др.). Огнестойкость повышают за счет введения антипиренов (серно­кислого аммония, железоаммонитофосфата и др.).

Следует отметить, что введение перечисленных водораствори­мых добавок эффективно при сухом способе производства ДВП, т. е. твердых их разновидностей. При мокром же способе (при получении мягких ДВП) эффект проклейки заметно снижается, так как при обезвоживании ковра во время формования изделий часть добавок уходит из массы с отжимными водами.

Стадия формования

Формование мягких ДВП осуществляют на отливочных маши­нах непрерывного и периодического действия. Обезвоживание во­локнистой гидромассы на отливочных машинах происходит последовательно путем свободной фильтрации воды через сетку, отсо­са вакуумированием и отжима подпрессовкой.

При свободной фильтрации взвешенные в воде волокна сбли­жаются и переплетаются, возникают силы сцепления друг с дру­гом, т. е. происходит свойлачивание. При этом гидромасса обез­воживается и на сетке машины формируется ковер с относитель­ной влажностью 90...92%. Дальнейшее понижение влажности и уплотнение ковра происходят вакуумированием и отжимом (до влажности 60...70%).

Наибольшее распространение для формования ДВП получили длинносетчатые отливочные машины непрерывного действия. Про­цесс формирования на этих машинах осуществляется следующим образом. Гидромасса через щель поступает на непрерывно дви­жущуюся ленту отливочной машины, огражденную бортами. Для улучшения переплетения волокон на отливочных машинах уста­навливают вертикальный вибратор. Свободная фильтрация воды прекращается при достижении концентрации волокна в массе 7...10%, далее масса поступает в отсасывающую часть машины, оборудованную вакуум-насосами, где ее концентрация увеличивается до 12...16%. Дальнейшее обезвоживание ковра происхо­дит между двумя сетками в прессовой части машины, включаю­щей несколько прессов с постепенно возрастающим давлением. Проходя через прессы, масса уплотняется, ее толщина уменьша­ется, а влажность достигает конечной величины 55...70%. Отфор­мованный таким образом ковер с помощью пил поперечной и про­дольной резки раскраивается на плиты заданных размеров, ко­торые направляются на тепловую обработку.

Стадия тепловой обработки

Тепловую обработку мягких ДВП производят в трехзонных многоэтажных роликовых сушилках непрерывного действия, ра­ботающих по принципу противотока с рециркуляцией теплоноси­теля. Длина роликовых сушилок может колебаться от 30 до 90 м. Чаще используют сушилки длиной 30 м. Продолжительность суш­ки при температуре теплоносителя 130...160°С составляет 3 ч. В конце сушки предусмотрена зона охлаждения.

Следует отметить, что производство ДВП является энергоем­ким. В среднем на 1 т плит затрачивается 550 ...650 кВт-ч элект­роэнергии, 4...4,5 т пара и около 110 кг условного топлива. Вы­сокая энергоемкость объясняется большими затратами электро­энергии, идущими на помол древесины. В процессе производства затрачивается значительное количество топлива на тепловую об­работку сырья и сушку изделий.

Применение

Изоляционные плиты используют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и междуэтажных перекрытий, утепления кровель (особенно в деревянном домостроении), акустической отделки специальных помещений (радиостудий, машинописных бюро, концертных залов и т.п.). Стандартные изоляционные плиты применяют для дополнительного утепления стен, потолков и полов, а также для увеличения прочности стенных каркасов. Они могут быть применены для внутреннего покрытия и потолков перед окончательной отделкой. Ветрозащитные изоляционные плиты применяются для уплотнения и упрочнения внешних стен, потолков и крыш зданий. Их также применяют в качестве выравнивающих слоев под твердые покрытия полов и звукоизоляционных прокла­док.

Изготовление ДВП – один из перспективных способов использования древесных отходов и неделовой древесины.

Список литературы

1.         Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий: Учеб. для вузов по спец. “Пр-во строит. изделий и конструкций”. − М.: Высш. шк., 1989.

2.         Вигдорович А.И., Сагалаев Г.В., Поздняков А.А. Древесные композиционные материалы машиностроения: справочник. М: Машиностроение, 1991.

3.         Ковальчук Л.М. Производство деревянных клеевых конструкции. М: Лесная промышленность, 1987.

4.         Поташев О.Е., Лапшин Ю.Г. Механика древесных плит М: Лесная промышленность, 1980.

5.         Ребрин С.П., Мерсов Е.Д., Евдокимов Е.Г. Технология древесноволокнистых плит. М: Лесная промышленность, 1982.

6.         Эльберт А.А. Химическая технология древесностружечных плит М: Лесная промышленность, 1984.