Производство мягких древесностружечных плит

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО 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. PAGEREF _Toc104788466 h — 4 -
Древесныеплиты. ДВП.PAGEREF _Toc104788467 h — 5 -
Основные понятия. PAGEREF _Toc104788468 h — 5 -
Сырье для производства ДВП… PAGEREF _Toc104788469 h — 5 -
Технологияпроизводства мягких (изоляционных) ДВП… PAGEREF _Toc104788470 h — 7 -
Технологическая схема производства мягких (изоляционных)ДВП… PAGEREF _Toc104788471 h — 8 -
Стадия приготовления щепы… PAGEREF _Toc104788472 h — 9 -
Стадия получения древесного волокна. PAGEREF _Toc104788473 h — 9 -
Стадия подготовки волокнистой массы… PAGEREF _Toc104788474 h — 10 -
Стадия формования. PAGEREF _Toc104788475 h — 11 -
Стадия тепловой обработки. PAGEREF _Toc104788476 h — 11 -
Применение. PAGEREF _Toc104788477 h — 12 -
Списоклитературы… PAGEREF _Toc104788478 h — 13 -
Введение
Повышенный интерес к древесным композиционнымматериалам (композитам) обусловлен рядом причин: низкой стоимостью древесногосырья, малыми затратами труда и энергии при производстве древесныхкомпозиционных материалов и изделий из них, ценными, а в отдельных случаях иуникальными, свойствами этих композитов, непрерывной возобновляемостьюдревесных ресурсов и др.
По данным Отдела леса и лесных продуктовпродовольственной сельскохозяйственной комиссии Организации Объединенных Наций(ФАО ООН), производство в мире только трех древесных композиционных материаловв 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, состоящиеиз древесины или ее частиц и одного или нескольких других компонентов (металла,полимера, минерала), между которыми имеется граница раздела.
В древесном композите граница раздела междукомпонентами может проходить по наружной поверхности и по внутреннейповерхности, т.е. по поверхности сосудов, волокон и пор древесины.
Увеличение производства древесных композитов взначительной мере определяется тем, что объем потребления материалов на планетекаждые 11 лет удваивается, а запасы сырья для производства традиционныхматериалов ограничены и не восстанавливаются.
В этих условия особенно пристальное внимание обращенона древесные материалы. Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира 50 млрд.т, прирост промышленной древесины составляет 3,5–4 млрд.т в год, а добывается вмире лишь 1,1–1,3 млрд. т в год. Из всего лесного массива используется около7,5% 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, изкоторых можно изготавливать композиционные материалы в количествах, равныхвыпуску стали, алюминия и пластмасс, вместе взятых по массе. Эта сырьевая базане иссякнет и в дальнейшем, так как лес непрерывно возобновляется и жизнь напланете возможна лишь при наличии леса, дающего кислород и защищающего людейэкологически. Возобновляемость и высокая экономическая эффективность − основныефакторы, гарантирующие древесным композитам положение материалов будущего. Ихдополняют невысокая плотность (50–1400 кг/м3), достаточная прочность(до 300 МПа).
Древесные пластики (woodplastics, holzplaste, plastiquesdubois) – материалы на основе древесины, подвергнутойтермической обработке под давлением (пластификации). Древесные пластики делятсяна: 1) древесину прессованную (пластифицированную); 2) древесно-слоистыепластики; 3) древесную пресскрошку; 4)древесные плиты (древесноволокнистые идревесностружечные).
Древесныеплиты. ДВП.Основные понятия
Древесноволокнистымиплитами называются листовые материалы, сформированные из переплетных древесныхволокон. Изготавливают их из древесных отходов или из низкокачественнойдревесины. В отдельных случаях в зависимости от условий снабжения предприятиясырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и древесину в кругломвиде. Наиболее распространенные способы изготовления плит – мокрый и сухой.Промежуточными между ними, причем менее распространенными, будут мокро-сухой иполусухой способы.
Мокрый способ основан наформировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в водной среде игорячем прессовании нарезанных из ковра отдельных полотен, находящихся вовлажном состоянии (при относительной влажности 60–70%).
Сухой способ основан наформировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде игорячем прессовании полотен, имеющих влажность 5–8%.
Полусухой способ основан наформировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде игорячем прессовании полотен, имеющих влажность 16–18 %.
Мокро-сухой способ основанна формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде, сушкеполотен и горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к нулю.
В процессе изготовленияплит любым из названных способов древесину сначала измельчают в щепу, а затем щепупревращают в волокна, из которых формируют ковер. Ковер разрезают на полотна.Сухие полотна прессуют в твердые плиты. Влажные полотна или прессуют, получаютвердые или полутвердые плиты, или сушат, получая мягкие (изоляционные) плиты.
В волокнистую массу для придания водостойкости вводятразличные эмульсии (парафиновые, смоляные, масляные) и осадители (сернокислыйалюминий). Плиты формируются на отливочных машинах. Влажность плит послеотливок достигают 70%. По этому изоляционные плиты поступают на сушку, атвердые и полутвердые прессуют в горячих многоэтажных прессах (t135–180 0C). Твердые и сверх твердые плиты затем проходят закалку при t150 – 170 0C с последующим увлажнением до5 – 7% (по массе).
В основу деления плит на виды и марки положены средняяплотность и прочность при изгибе. В зависимости от средней плот­ности ДВПразделяют на виды: мягкие (М) со средней плотно­стью не более 350 кг/м3;полутвердые (ПТ) — не менее 400 кг/м3; твердые (Т) — не менее 850кг/м3 и сверхтвердые (СТ) — не ме­нее 950 кг/м3.
В зависимости от прочности при изгибе ДВП разделяют намарки: М-4; М-12; М-20; ПТ-100; Т-350; Т-400; СТ-500. В услов­ном обозначениимарки цифры отражают величину прочности при изгибе в кгс/см2 или вМПа, если цифровые индексы уменьшены в 10 раз.
Существенный показатель качества сверхтвердых, твердыхи полутвердых плит – гигроскопичность. Стандарт допускает величину набуханияплит после суточного нахождения испытываемых образцов в воде: для твердых иполутвердых – не более 20%, а для сверхтвердых не более 12%. Водопоглощение жеустановлено: для сверх твердых плит – 15%, для твердых – 30%, для полутвердых –40%. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают значительно меньшейгигроскопичностью 10 – 12% так как при их изготовлении применяютфенолформальдегидные смолы. Сырье для производства ДВП
Сырьем для ДВП могутслужить любые волокнистые ма­териалы растительного происхождения, если ихволокна достаточ­но длинные, гибкие и прочные: все виды древесины, стебли пше­ницы,хлопчатника, кукурузы, кенафа и др. Однако основными видами сырья, широкоиспользуемыми в производстве, являются: неделовая древесина, т.е. непригоднаядля строительных и иных целей (долготье и коротье); отходы лесопиления(горбыль, рейка, вырезки); отходы спичечного и фанерного производства (шпоннекондиционный, брак соломки и лом коробки); бумажная маку­латура.
Целесообразностьприменения того или иного вида сырья зависит, прежде всего, от того, есть лионо в данном районе, от стоимости, условий доставки к месту переработки.
Основное сырье —древесина — состоит из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, образующих оболочкуклеток, а также из смол, эфирных масел, дубильных и красящих веществ,заполняющих клетки. Целлюлоза — химически стойкое вещество, не растворяющееся вводе и гидролизующееся при давлении 1...1,5 МПа и температуре 180°С. Строениеее кристаллическое, состоит она из кристаллитов — мицелл в виде палочек длиной500...700 А и толщиной 50...60 А. Мицеллы и фибриллы составляют клетки удли­неннойволокнообразной формы. В древесине лиственных пород такие клетки, занимающие60...65% объема, называют волокнами либриформа, их длина около 1 мм; вдревесине хвойных пород содержание волокнообразных клеток — трахеид — длиной3...10мм достигает 90...95% по объему. Трахеиды длиннее, толще и проч­нее, чемволокна либриформа, поэтому в производстве ДВП пред­почтение отдается древесинехвойных пород.
Лигнин — аморфноевещество, представляющее собой сложное сочетание нескольких химическихсоединений. Химически он ме­нее стоек, чем целлюлоза, но не гидролизуется. Впроизводстве ДВП лигнин повышает выход массы и в процессе прессованияспособствует образованию дополнительных связей между волок­нами. Гемицеллюлозапо составу близка к целлюлозе и состоит из пентозанов и гексозанов. Гексозаныпри горячем прессовании гидролизуются и способствуют образованию смолоподобныхпро­дуктов.
Технологияпроизводства мягких (изоляционных) ДВП
Технологиядревесноволокнистых плит доволь­но сложна и энергоемка. Процесс производстваДВП можно раз­делить на две практически самостоятельные части: получениедревесных волокон путем последовательного измельчения древе­сины и переработкаволокон в изделия.
Получение древесныхволокон — процесс весьма многодельный и энергоемкий, он включает следующиепоследовательно осущест­вляемые операции: снятие коры с древесины (окоривание),рас­пиловку дровяного долготья, колку толстых чураков, рубку дре­весины вщепку, размол щепы и получение волокнистой массы. Далее производят подготовкуволокнистой массы путем ее сор­тировки, сгущения и проклейки.
Формованиеизоляционных ДВП осуществляют мокрым спо­собом из гидромасс, который основан насвободном их обезвожи­вании с последующим вакуумированием и подпрессовкой.Произ­водственный процесс заканчивается сушкой изделий.
Прочность мягких ДВПобеспечивается только за счет пере­плетения древесных волокон,(свойлачиваемое), поэтому к дре­весному волокну для этого типа продукциипредъявляют повышенные требования. Для обеспечения лучшей свойлачиваемостиволокна должны иметь высокую удельную поверхность и быть до­статочно длинными,поэтому в данном случае предпочтение отда­ется древесине хвойных пород.
Технологическаясхема 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 щепыосуществляют из предварительно окорен­ной древесины. Окоривание поступившего назавод сырья (длин­номерной древесины, коротья, отходов лесопиления и т. п.) про­изводятв корообдирочных барабанах, водоструйных корообдирках или на ножевых корообдирочныхстанках. Кора ухудшает внеш­ний вид изделия, увеличивает его водопоглощение присодержании ее в массе свыше 17% существенно снижает механическую прочность.
Освобожденная от корыдревесина поступает на грубое из­мельчение. Длинноразмерную древесинураспиливают дисковыми пилами с горизонтальной (балансирные пилы) иливертикальной (маятниковые пилы) качающейся рамкой. Толстые чураки раска­лываютна дровокольных станках с неподвижным или движущим­ся поступательно-возвратноклином. Полученные заготовки дли­ной 1500 мм измельчают в щепу на специальныхрубильных машинах, рабочим органом которых является массивный стальной дисктолщиной 100 мм и более и диаметром до 3000 мм, на ко­тором закреплены ножи. Взависимости от диаметра диска ко­личество ножей может изменяться от 10 (придиаметре 2000 мм) и более. Диск приводится во вращение электромотором, его час­тотавращения 585 мин-1.
Древесину легче рубитьвдоль волокон, чем поперек, поэтому поленья подаются к диску под углом 35…45° по специальному на­клонному лотку.
Для нормальной работыразмольных агрегатов необходимо получать щепу одинаковых размеров: длина вдольволокон 20...25 мм, поперек волокон 15...30 мм и толщина 3...5 мм. Из ру­бильноймашины щепа выходит неодинаковая по величине, по­этому она сортируется навибрационных плоских или барабанных ситах. Отсортированная щепа подается намелкое измельчение к размольным агрегатам. Предварительно ее промывают в промы­вочномбаке и затем на обезвоживающем винтовом конвейере, где щепу дополнительно промывают,свежей водой.Стадия получения древесного волокна
Получение древесноговолокна осуществляют одним из трех способов: механическим, термомеханическимили химико-механи­ческим.
Необходимость размолазаключается в получении тонких воло­кон с длиной, обеспечивающей хорошуюсвойлачиваемость при фор­мировании ковра. Качество получаемого волокна (толщинаи дли­на) зависит от породы применяемой древесины и способа его получения.
Качество волокнаоценивается по скорости обезвоживания гид­ромассы. С учетом этогосконструирован прибор, с помощью ко­торого по скорости свободного водоотделенияопределяют тонкость помола волокна в градусах Шопера-Риглера (°ШР) — автора при­бора.
В зависимости отприменяемого вида древесины, способа раз­мола и типа размольной машиныполучаемое волокно может иметь средний диаметр 30...50 мкм и среднюю длину отсотых долей мил­лиметра до 3...4 мм. Слишком короткие волокна не могут бытьиспользованы для получения мягких ДВП, поэтому выбор спосо­ба размола и типа размольноймашины при их производстве име­ет решающее значение.
Механический способполучения волокна основан на истирании чураков быстровращающимися рифленымидисками без прогрева или с прогревом древесины, с применением химическихвеществ и других средств, облегчающих размол древесины. Процесс раз­вертыванияудельной поверхности древесноволокнистой массы при этом способе размола связанс большой затратой энергии. Как правило, в размольные аппараты добавляютбольшое коли­чество подогретой воды для облегчения размола и повышения выходакондиционной волокнистой массы. Механический способ размола не нашел широкогоприменения вследствие больших за­трат электроэнергии (800 кВт на 1 т сухойволокнистой массы) и невозможности переработки древесины в виде щепы.
Термомеханическийспособ размола древесины основан на двустадийной обработке щепы:предварительном разогреве ее горя­чей водой (не ниже 70°С) или паром высокогодавления с темпе­ратурой 170...190°С и последующем истирании ее между вращаю­щимисяс разной скоростью или в разные стороны рифлеными дисками. Разогрев щепы обычнопроизводят в специальной каме­ре размольной машины (дефибратора илирафинатора). Под воз­действием теплоты и влаги лигнин древесины размягчается,ос­лабляя связи между волокнами; легко гидролизуемые углеводы гидролизуются ирасщепление древесины на волокна существен­но облегчается.
Древесное волокно,получаемое этим способом, характеризу­ется ненарушенной структурой при высокойтонкости помола. В зависимости от требуемой тонкости волокон размолосуществляют в одну или две стадии. При производстве мягких ДВП не­обходимдвустадийный размол.
Для первичного помолаприменяют дефибраторы или быстро­ходные рафинеры — машины с быстровращающимисярифлеными дисками, а для повторного — рафинаторы, голлендеры, обеспечи­вающиетонкий размол при более мягком воздействии на древе­сину. Термомеханическийспособ наиболее распространен в прак­тике приготовления древесноволокнистоймассы, для него харак­терно получение массы с высоким содержанием длинных и тон­кихволокон при сравнительно небольшом расходе электроэнергии (200...260 кВт на 1 тсухого волокна), что достигается за счет термовлажностной обработки щепы.
Химико-механическийспособ основан на различной растворимости компонентов древесины в слабомрастворе щелочи и реа­лизуется в два этапа: проваривание древесной щепы вслабощелочном растворе и механический размол проваренной щепы. При варкедревесины в слабощелочном растворе происходит полное постепенное растворениелигнина и частичное гемицеллюлозы и инкрустирующих веществ, соединяющихволокна. Это существен­но облегчает размол древесины и обеспечивает получениеэлас­тичных длинных волокон, пригодных для производства высокока­чественныхмягких плит.
Однако этот способ неполучил широкого применения вслед­ствие сложности химической подготовки сырьяперед размолом и малого выхода волокна (до 80%).
Полученную припервичном размоле древесную массу разбав­ляют водой до концентрации 0,3...0,5%и подвергают мокрой сор­тировке путем пропускания гидромассы через плоские ситас раз­мером отверстий 5...6 мм. Недомолотые частицы сгущают до 4...5% инаправляют на повторный размол. Гидромассу из конди­ционных волокон направляютна вторичный помол, для ко­торого широко используют голендоры непрерывногодействия, в которых получают эластичное и хорошо гидратированное волокно.Стадия подготовки волокнистой массы
Подготовка волокнистоймассы 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 гидромассыпроизводят в особых аппаратах — сгу­стителях, из которых ее затем перекачиваютили направляют са­мотеком в массовые бассейны, оборудованные смесительными ме­ханизмами.Проклейку волокнистой массы (обработка ее эмуль­сиями химических веществ)производят при непрерывном переме­шивании гидромассы для улучшения свойствготовых изделий. Прочность ДВП повышают введением в гидроволокнистую массуводных эмульсий окисляющихся масел (льняного, конопляного и др.) либосинтетических (фенолоформальдегидных и др.) смол. Повышения водостойкостидостигают 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 гидромассувводят серную кислоту (1%) или сернокислый глинозем (0,5%). Повы­шениябиостойкости ДВП добиваются введением в гидромассу ан­тисептиков (фтористого икремнефтористого натрия, крезола и др.). Огнестойкость повышают за счетвведения антипиренов (серно­кислого аммония, железоаммонитофосфата и др.).
Следует отметить, чтовведение перечисленных водораствори­мых добавок эффективно при сухом способепроизводства ДВП, т. е. твердых их разновидностей. При мокром же способе (приполучении мягких ДВП) эффект проклейки заметно снижается, так как приобезвоживании ковра во время формования изделий часть добавок уходит из массы сотжимными водами.
Стадия формования
Формование мягких ДВПосуществляют на отливочных маши­нах непрерывного и периодического действия.Обезвоживание во­локнистой гидромассы на отливочных машинах происходитпоследовательно путем свободной фильтрации воды через сетку, отсо­савакуумированием и отжима подпрессовкой.
При свободнойфильтрации взвешенные в воде волокна сбли­жаются и переплетаются, возникаютсилы сцепления друг с дру­гом, т. е. происходит свойлачивание. При этомгидромасса обез­воживается и на сетке машины формируется ковер с относитель­нойвлажностью 90...92%. Дальнейшее понижение влажности и уплотнение коврапроисходят вакуумированием и отжимом (до влажности 60...70%).
Наибольшеераспространение для формования ДВП получили длинносетчатые отливочные машинынепрерывного действия. Про­цесс формирования на этих машинах осуществляетсяследующим образом. Гидромасса через щель поступает на непрерывно дви­жущуюсяленту отливочной машины, огражденную бортами. Для улучшения переплетенияволокон на отливочных машинах уста­навливают вертикальный вибратор. Свободнаяфильтрация воды прекращается при достижении концентрации волокна в массе7...10%, далее масса поступает в отсасывающую часть машины, оборудованнуювакуум-насосами, где ее концентрация увеличивается до 12...16%. Дальнейшееобезвоживание ковра происхо­дит между двумя сетками в прессовой части машины,включаю­щей несколько прессов с постепенно возрастающим давлением. Проходячерез прессы, масса уплотняется, ее толщина уменьша­ется, а влажность достигаетконечной величины 55...70%. Отфор­мованный таким образом ковер с помощью пилпоперечной и про­дольной резки раскраивается на плиты заданных размеров, ко­торыенаправляются на тепловую обработку.Стадия тепловой обработки
Тепловую обработкумягких ДВП производят в трехзонных многоэтажных роликовых сушилках непрерывногодействия, ра­ботающих по принципу противотока с рециркуляцией теплоноси­теля.Длина роликовых сушилок может колебаться от 30 до 90 м. Чаще используют сушилкидлиной 30 м. Продолжительность суш­ки при температуре теплоносителя 130...160°Ссоставляет 3 ч. В конце сушки предусмотрена зона охлаждения.
Следует отметить, чтопроизводство 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, идущимина помол древесины. В процессе производства затрачивается значительноеколичество топлива на тепловую об­работку сырья и сушку изделий.
Применение
Изоляционные плитыиспользуют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок имеждуэтажных перекрытий, утепления кровель (особенно в деревянномдомостроении), акустической отделки специальных помещений (радиостудий, машинописныхбюро, концертных залов и т.п.). Стандартные изоляционные плиты применяют длядополнительного утепления стен, потолков и полов, а также для увеличенияпрочности стенных каркасов. Они могут быть применены для внутреннего покрытия ипотолков перед окончательной отделкой. Ветрозащитные изоляционные плитыприменяются для уплотнения и упрочнения внешних стен, потолков и крыш зданий. Ихтакже применяют в качестве выравнивающих слоев под твердые покрытия полов извукоизоляционных прокла­док.
Изготовление ДВП – один изперспективных способов использования древесных отходов и неделовой древесины.
Список литературы
1.        ГорловЮ.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий: Учеб.для вузов по спец. “Пр-во строит. изделий и конструкций”. − М.: Высш.шк., 1989.
2.        ВигдоровичА.И., Сагалаев Г.В., Поздняков А.А. Древесные композиционные материалымашиностроения: справочник. М: Машиностроение, 1991.
3.        КовальчукЛ.М. Производство деревянных клеевых конструкции. М: Лесная промышленность,1987.
4.        ПоташевО.Е., Лапшин Ю.Г. Механика древесных плит М: Лесная промышленность, 1980.
5.        РебринС.П., Мерсов Е.Д., Евдокимов Е.Г. Технология древесноволокнистых плит. М:Лесная промышленность, 1982.
6.        ЭльбертА.А. Химическая технология древесностружечных плит М: Лесная промышленность,1984.