Важнейшей задачей в лесной индустрии является комплексное и рациональное использование заготовляемой и перерабатываемой древесины. С этой целью в последние годы активно развиваются производства связанные с переработкой древесных отходов. Термин "отходы древесины" следует принимать условно, так как такие отходы являются отличным вторичным сырьём, которое успешно используется, прежде всего, заводами по производству древесных плит, а широчайший спектр предприятий занимающихся переработкой древесины становится не только потребителем подобных плит, но и источником сырья для производства новых.
Таким образом, изготовление и применение древесных плит успешно
справляется с решением одной из важнейших задач лесной отрасли - комплексного
использования сырья, то есть получения большего количества лесных материалов
при сохранении неизменным объёма лесозаготовок. Было установлено, что
производство 1 млн. м2 древесноволокнистых плит, позволяет
сэкономить 54 тыс. м3 деловой древесины. Именно этим фактором можно
объяснить столь широкий спектр использования этих плит. В частности, в
производстве мебели, строительстве, изготовлении тары, машиностроении.
1. Сырьё для производства древесноволокнистых плит и требования к нему
В производстве древесных плит используют различные виды сырья, кои применяют в виде щепы.
Низкокачественная древесина - это круглое древесное сырьё, кое по своему качеству не может быть использовано, как лесоматериал. К такому виду сырья относят древесное сырьё для технологической переработки и древесное сырьё тонкомерное.
Древесные отходы - это обрезки или остатки при переработке лесоматериалов. Например, во время лесозаготовок образуются лесосечные отходы, в лесопильном производстве отходы лесопиления. Отходы получаются также при переработке пиломатериалов в фанерном, целлюлозно-бумажном и лесохимическом производствах.
В качестве источников щепы получаемой из древесных отходов используются:
· отходы лесопиления и лесозаготовки
( опилки, горбыли, пни, рейки, торцовые обрезки, обрезки досок )
· отходы фанерного производства
( шпон-рванину, карандаши, срезки фанеры )
· отходы мебельного производства
( обрезки, стружку, опилки, древесную пыль )
В используемой технологической щепе допускается гнили до 5%, коры до 12%. Такая щепа должна иметь влажность не менее 40%, а минеральные примеси должны полностью отсутствовать. При использовании круглых лесоматериалов, допускается наличие всех видов пороков, за исключением наружной трухлявой гнили и участков обугленной древесины. При этом древесину очищают от сучков, высота оставленной части коих не должна превышать 1 см. При использовании не ровных лесоматериалов, допускается наличие кривизны. При этом доля простой кривизны может составлять до 8%, а сложной до 4%.
Древесноволокнистые плиты - листовой материал, изготовленный в процессе горячего прессования или сушки массы из древесного волокна, сформированного в виде ковра. Древесные волокна представляют собой отдельные клетки или группы клеток древесины. В настоящее время существуют различные технологические схемы производства древесноволокнистых плит. В виду сего такие плиты классифицируют по следующим основным признакам:
1. По плотности
· мягкие (имеют плотность от 100 до 400 кг/м3, обладают высокой пористостью и малой теплопроводностью)
· полутвёрдые (имеют плотность 400 - 800 кг/м3, по свойствам напоминают толстый картон)
· твёрдые (имеющие плотность от 800 - 950 кг/м3, такие плиты характеризуются высокими показателями физико-механических свойств)
· сверхтвёрдые (имеют плотность более 950 кг/м3, а показатели физико-механических свойств таких плит выше, чем у аналогичных твёрдых плит)
2. По способу производства
· Мокрый способ производства
· Сухой способ производства
· Полусухой способ производства
· Мокросухой способ производства
3. По внешним характеристикам
· Односторонней гладкости (при мокром способе производства лицевая сторона гладкая, а обратная - сетчатая)
· Двусторонней гладкости (получается при сухом способе производства, когда лицевая и оборотная стороны гладкие)
4. По виду лицевой поверхности
· С необлагороженной лицевой поверхностью
· С лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы
· С подкрашенным лицевым слоем
· С подкрашенным лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы
· С рельефным рисунком
· С профилированной поверхностью
5. По механической обработке
· Рустованные с продольными и поперечными канавками
· С перфорированными круглыми или щелевидными отверстиями
6. По назначению
· Общего назначения
· Для автомобильных деталей
· Для полов
· Для устройства санитарно-технических кабин
7. По специальным свойствам
· Огнестойкие
· Биостойкие
· Атмосферостойкие
· Звукоизоляционные
8. По виду отделки
· С эмалевым покрытием
· Покрытие из синтетической плёнки
· Покрытые декоративной бумажно-смоляной плёнкой
3. Свойства древесноволокнистых плит
Как указывалось ранее, древесноволокнистые плиты производят в основном из низкокачественной древесины и отходов различных деревоперерабатывающих производств. Они представляют собой анизотропный материал, то есть материал свойства коего различаются по направлениям, несмотря на это они обладают более высокими физико-механическими показателями, чем исходное сырьё для них.
К общим свойствам относят: размеры, цвет и характеристику поверхности плит. Размер плит напрямую зависит от размера оборудования на коим их производят и от плотности конечной плиты. Цветовая гамма может варьироваться в зависимости от применяемых красителей, если красители не используются то цвет будет меняться от светлого до тёмно-коричневого, в зависимости от исходного сырья.
Физические свойства
К этим свойствам относят: плотность, влажность, влагопоглощение, разбухание, усадка, линейное удлинение, теплопроводность, звукопоглощение. Важнейшим из перечисленных параметров является плотность. Плиты, как и исходное сырьё для их изготовления является пористым материалом и имеет множество микрокапилляров, поэтому они способны поглощать воду. С ростом плотности плиты уменьшается количество этих капилляров и их размеры, что приводит к уменьшению водопоглощения. Также с увеличением плотности увеличивается и их прочность, что повышает их эксплуатационную способность, как конструкционного материала. У плит с низкой плотностью количество микрокапилляров сохраняется достаточно в большом количестве, поэтому такие плиты обладают низкими прочностными характеристиками, но высокими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами.
Механические свойства
К таким свойствам относятся: прочность на изгиб, прочность при растяжении и сжатии пласти, модуль упругости, тврдость. Прочность плит на изгиб это параметр во многом завясящий от связующего вещества, при использовании специальных пропиток и повышенном расходе связующего компонента предел прочности при изгибе возрастает.
Технологические свойства
Основными свойствами из этой категории являются: податливость плит при обработке резанием, способность к пробиванию, склеиваемость, возможность обработки поверхности с применением различных видов отделки. Податливость при обработке резанием зависит от следующих факторов: физико-механических свойств материала и резца, геометрических параметров резца, режимов и размеров обработки. Большая часть плит обладает хорошей пробивной способностью и склеиваемостью, особенно мягкие плиты.
Специфические свойства
К этой группе свойств относят: биостойкость, огнестойкость, стойкость к
действию химикатов. Биостойкость характеризуется способностью плит
противостоять разрушению со стороны микроорганизмов. Огнестойкость - это
способность не разрушаться под действием высоких температур. Древесные плиты
горючи, как и древесные материалы. Для придания им огнестойкости в состав
добавляют антипирены или покрывают плитами негорючими плёнками. Стойкость плит
к действию химикатов не одинакова. Твёрдые плиты, обладают устойчивостью к по
отношению к слабым растворам кислот и щелочей, концентрированным растворам
органических кислот, спиртам, растительному и минеральному маслам,
углеводородам, но они не стойки к концентрированным минеральным кислотам и
щелочам. При действии последних происходит набухание плит. Твёрдые плиты
обладают наибольшей стойкостью, по сравнению с другими видами плит.
Такой способ производства является наиболее часто применимым. Технология получения плит таким способом начинается с приёма исходного древесного сырья, которое направляется на рубительную машину (3), циклон (4) и сортировку (5), как показано на рисунке (приложение 1). Крупная щепа после сортировки доизмельчается на дезинтеграторе (6) и снова идёт на сортировку. Кондиционная щепа либо идёт через моющую установку (16), а от туда загрузочным конвейером уже идёт на производство, либо идёт в бункер запаса (15). Химические добавки идут в ёмкости (7) и (9), а после из них готовят рабочие растворы связующего и осадителя. В эмульсаторе (11), производят парафиновую эмульсию, при этом парафин из ёмкости (8), эмульгатор (10) и вода предварительно в него загружены. Древесноволокнистую массу получают на дифибраторе (19), куда щепа поступает из расходного бункера (18). Полученную массу дополнительно измельчают на рафинаторе (20), а после направляют в массные бассейны (21) и (22). Далее масса в ящике непрерывного склеивания (23) смешивается с химическими добавками, а после уже направляется на отливную машину (24). Сформированный "ковёр" режется на полотна и укладывается на сетку с поддоном и идёт в горячий гидравлический пресс (25). Полученные плиты подаются в камеру термообработки (29), а от туда в камеру увлажнения (30).
Для получения сверхтвёрдых плит, после гидравлического пресса, перед термообработкой плиты идут в пропиточную машину (32), где пропитываются маслом из ёмкости (31). Завершается процесс получения твёрдых и сверхтвёрдых плит обрезкой на необходимые форматы на устройстве (36) и транспортировкой электропогрузчиком (37) на склад готовой продукции.
При получения плит таким способом мы также начинается с приёма исходного древесного сырья, которое направляется на рубительную машину (3) и проходя через циклон идёт на сортировку (4), как показано на рисунке (приложение 2). После сортировки щепа попадает в бункер щепы (5), а от туда направляется в пропарочный котёл (6). Перед шаровым затвором котла в щепу впрыскивают парафин в расплавленном виде для придания гидрофобных свойств. После котла щепа направляется на рафинёр (7), а после него уже идёт на сушку, в сушилку I и II ступени, обозначенных соответственно цифрами (10) и (11). В качестве сушильного агента используют горячий воздух и смесь топочных газов с воздухом. На первой ступени сушка проводится в течении 4 - 5 сек, а на второй в течении 8 - 15 сек. После каждой из ступеней сушки волокно проходило через циклон, с целью удаления из него сушильного агента. После сушки волокно идёт на вакуум-формующую машину (15), а от туда попадает на ленточно-валковый пресс (16). После предварительного прессования полотно нарезается на плитки, кои идут на окончательное прессование в форпресс (21), после коего мы получаем древесноволокнистую плиту, которая последовательно проходя ряд ножей, нарезается на отдельные древесноволокнистые плитки, которые в итоге идут на склад готовой продукции.
Такой способ производства получил не слишком большое распространение, в силу наличия дополнительной трудоёмкой операции - сушки древесноволокнистых полотен. Однако при производстве специальных плит (огнестойких, биостойких и др.) этот способ является наиболее приемлемым. При мокросухом способе транспортировка волокнистой массы и формирование ковра происходит в водной среде, как при мокром способе производства. Но до операции горячего прессования плит древесноволокнистые полотна проходят через роликовую сушилку, где высушиваются практически до абсолютно сухого состояния. Одна из возможных схем такого способа производства приведена в приложении 3. Технологический процесс должен обеспечить получение качественных древесноволокнистых плит без добавления связующих агентов, поэтому важнейшим фактором производства является - приготовление хорошо разработанной волокнистой массы. Для решения этой задачи используют термическую обработку щепы перед её размолом на волокна. Иногда для интенсификации процесса прессования сухие древесноволокнистые полотна предварительно обрабатывают токами высокой частоты. Процесс прессования ведут аналогично с сухим способом производства плит.
Ещё одна из технологических схем, заключающаяся в следующем. Размол щепы производят на дефибраторах. Одновременно с процессом приготовления волокна в размольную камеру дефибратора впрыскивают парафиновую эмульсию и раствор сульфата алюминия. Связывающий агент - фенолформальдегидную смолу вводят в выходящую из дефибратора волокнистую массу под давлением. Сушат волокно в потоке горячего воздуха при 130-140 0С до относительной влажности 10-15%. Высушенное волокно попадает в пневматический сепаратор, где волокна тонкого помола отделяют от волокон грубого помола. Волокна тонкого помола используют для обкладочных слоёв ковра, волокна грубого помола вновь идут на пневмосепаратор, откуда более тонкая часть волокна идёт на создание среднего слоя плиты. Оставшееся волокно грубого помола отправляется на дополнительный размол на дисковой мельнице. Полученное таким образом волокно направляется для формирования среднего слоя. Подпрессовка волокна производится ленточно-валковым прессом. После уплотнения ковра его режут на полотна, а после поверхность полотна увлажняют водой. Древесноволокнистое полотно укладывают на подкладной транспортный лист с металлической обезвоживающей сеткой, а после направляют в горячий гидравлический пресс. Прессование ведут при давлении 7 МПа и температуре 230 0С. Полученные плиты вакуумный перекладчик отделяет от транспортных листов, и направляют на обработку горячим воздухом при 155-165 0С на 3 - 4 часа. После этого плиты направляют в среду насыщенного влагой воздуха - на кондиционирование. После этого плиты нарезаются и направляются на склад готовой продукции.