|
"Хвойные бореальной зоны" 2003г.,№1, с.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ СКЛЕИВАНИЯ ХВОЙНОГО ШПОНА
Залипаев А.А., Чубов А.Б., Кондратьев В.П.
Санкт-Петербургская лесотехническая академия
Склеивание хвойного шпона в производстве строительной фанеры при пониженной температуре является перспективным направлением. Разработанный отвердитель к фенолоформальдегидной смоле позволяет склеивать шпон при температуре 95±3°С без потери производительности. Преимуществом склеивания при такой температуре является ликвидация брака от расслоения фанеры, уменьшение упрессовки, упрощение гидросхемы и управления горячим прессом.
The coniferous crossbar coagglutination in the low temperature building plywood production is a perspective trend. The developed phenol-formaldehyde resin hardener allows to paste crossbars together at the temperature of 95 + 3 °C without quality loss. Advantage of such low-temperature coagglutination includes the plywood flaking reject elimination, low degree of volume reduction, simplifying the hydroscheme and controlling an ardent press.
Лиственница в России занимает самые распространение. В России это марки смол СФЖболыиие площади среди всех пород - около 40% 3014, СФЖ-3093, СФЖ-3013, Финляндия - Exter площади лесов. В них сосредоточено 33% всего A, Exter В, Германия Bakelite HW2452, HW2453, нашего запаса древесины. Годичный прирост HW2456, в Норвегии Dynosol S-576, S-176. Это этих лесов составляет до 180 млн. м3. В лесных смолы горячего отверждения и требуют культурах наиболее распространены относительно высокой температуры склеивания, лиственницы сибирская и европейская. Несмотря В производстве фанеры общего назначения на широкие возможности использования температура плит пресса обычно ПО - 130°С. древесины лиственницы, ее доля в общем объеме При применении таких температур для лесозаготовок мала и не соответствует ресурсам изготовления фанеры из хвойных пород
121. возникает расслоение пакета по причине низкой
Лиственница малосучковата, обладает паропроводности хвойного шпона, высокой плотностью и прочностью, стойкостью к Согласно ГОСТ 16483.34 - 77 в качестве гниению. Эти достоинства древесины одной из характеристик древесины лиственницы, в совокупности с большими рекомендуется коэффициент газопроницаемости запасами, являются определяющими при ее Кг, м2/(сМПа). Наибольшие значения использовании в качестве сырья для коэффициента газопроницаемости хвойных изготовления фанеры конструкционного пород древесины Кг для азота в радиальном назначения направлении установлены /4/ у сосны (заболонь)
Фанера из хвойных пород используется в Кг = 2,2x10"3, а наименьшая у лиственницы (ядро) строительстве в качестве несущих и КГ = 0,5Х10". ограждающих конструкций. Фанеру из Опасность расслоения усугубляется древесины хвойных пород производят некоторые вследствие отклонений ведения предприятия, расположенные в Архангельске, технологического процесса: Сыктывкаре, Великом Устюге, Братске и других - повышенная влажность шпона; городах. - низкое содержание сухих веществ смолы;
Важным показателем хвойной фанеры, как - излишний расход клея; конструкционного материала, кроме - высокая скорость снижения давления в биостойкости, является водостойкость. Она в конце процесса склеивания; свою очередь определяется типом применяемого Как следует из вышеизложенного клея. применение древесины лиственницы в качестве
Фенолоформальдегидные смолы и клеи на сырья для фанерной промышленности сопряжено их основе обеспечивают соединения повышенной с определенными трудностями, водостойкости и получили наибольшее
Хвойные бореалъной зоны. 2003. Выпуск J
Естественным путем решения проблемы расслоения является склеивание шпона при пониженной температуре - температуре, при которой не возникает избыточного парогазового давления внутри пакета (92 - 98°С). Склеивание при такой температуре, с использованием традиционных клеев, ведет к увеличению продолжительности процесса, следовательно, к снижению производительности горячего пресса. Для сохранения производительности пресса при использовании пониженных температур главной задачей является разработка клея высокой реакционной способности.
Работа в данном направлении проводилась рядом специалистов: В.П. Кондратьевым (ЦНИИФ), Б.В.Ермолаевым, С.Г. Каратаевым, А.Б. Чубовым (С-ПбГЛТА), Т.А. Казакевич (БрИИ).
Разработаны активные отвердителиускорители фенолоформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол на основе калия углекислого, комбинированного отвердителя, резорциновых смол, меламина, аммония хлористого. Однако эти разработки, в основном, были направлены на сокращение продолжительности прессования и повышения прочности, а не на снижение температуры склеивания.
Работа в направлении снижения температуры склеивания до 105 - 110°С при сохранении продолжительности склеивания была проведена в Братском индустриальном институте. Т.А. Казакевич разработан состав клея, в качестве отвердителя которого, применен кремнеземный дисперсионный порошок /1/.
Однако окончательным решением вопроса предотвращения расслоения является снижение температуры склеивания до 94 - 98 °С, при которой парообразование не вызывает избыточного давления в пакете.
Таблица 1 - Уровни варьирования факторов
В СПбГЛТА совместно с ЗАО «ЦНИИФ» были проведены исследования по разработке состава клея. Оптимизация состава симплекс методом позволила разработать отвердитель РПК-3615 для фенолоформальдегидной смолы марки СФЖ-3014.Время желатинизации такого клея при температуре 95°С составляет 5мин. По сравнению с временем желатинизации смолы СФЖ-3014 при этой температуре (40 мин), реакционная способность разработанного клея выше в 8 раз. Вязкость клея по ВЗ-4 составляет 80 - 120с. в течение 6 часов, что вполне приемлемо для его использования в производственных условиях.
Результаты этого этапа исследований явились весомой предпосылкой для проведения работ по склеиванию шпона при изготовлении фанеры при пониженной температуре.
На 1 этапе работы поставлена задача установления возможности получения фанеры соответствующей требованиям ГОСТ 3916.2-96 при склеивании за время, указанное в существующих технологических инструкциях.
Исследования проводились с применением шпона сибирской лиственницы толщиной 2,5 мм, форматом 300x300 мм. Характеристика поверхности и влажности шпона соответствует требованиям ГОСТ 99-96. Принятая для склеивания толщина фанеры - 15 мм.
Переменные факторы и пределы их изменения приняты с учетом того, что деформативность пакета склеиваемого при пониженных температурах уменьшается (таблица
!)•
Установление влияния этих факторов на процесс склеивания проводилось методом полного факторного эксперимента (ПФЭ). Уровни варьирования факторов выбирались с учетом результатов предыдущих исследований /1/, и проведенных предварительных экспериментов.
Факторы |
Ед. изм. |
Обозначения |
Нижний уровень |
Верхний уровень |
|
В код. виде |
В нат. виде |
1. Расход клея |
г/м2 |
х, |
Q |
140 |
170 |
|
2. Давление на 1 этапе |
МПа |
Х2 |
Pi |
1,2 |
1,9 |
|
3. Давление на 2 этапе |
МПа |
х3 |
р2 |
0,6 |
1,2 |
|
4. Продолжительность 1 этапа |
% |
х4 |
т, |
40 |
70 |
|
Выходными |
параметрами |
процесса |
Несмотря |
на |
меньшую |
деформативность |
являлись |
предел |
прочности |
при |
скалывании, |
пакета, из уравнения 1 следует, что достаточная |
упрессовка |
пакета |
и |
влажность |
фанеры. |
В |
прочность достигается |
даже |
при |
минимальных |
результате |
реализации |
плана |
получены |
значениях принятых факторов. |
уравнения регрессии (таблица 2). |
|
|
Таблица 2 - Результаты реализации плана ПФЭ
№ п/п |
Выходной параметр |
Уравнения регрессии в кодированном / натуральном виде |
1 |
Предел прочность при скалывании, МПа |
тск = 1,91 + 0,14Х2 + 0,07Х3 + 0,04Х4 гск = 0,944 + 0,4Р, + 0,237Р2 + 0,0037/, |
2 |
Упрессовка, % |
У = 11,15 + 0,18Х, + 2,65Х2 + 0,5^з + 0,74Х4 У = -6.65 +0.0120+ 7.57Р, +\.66Р2 + 0.057/, |
-> j |
Влажность фанеры, % |
W = 10.2 + 0.715Х, + 0.075Х2 + 0.075Х, + 0.015^4 W = 2.2 + 0.050 + 0.21Р, + 0.25Р2 + 0.0017/, |
При этом прочность фанеры (по уравнению) превышает требуемую по ГОСТ 3916.2-96 (т сктш= 1,68МПа,тсктах = 2,19МПа).
Однако полученные параметры склеивания можно рассматривать только в качестве предпосылки возможности реализации процесса склеивания при пониженной температуре по следующим причинам.
Для исследования использовался шпон малого формата. Это не позволило учесть возможную неравномерность нанесения клея и распределения давления по площади пакета, что, безусловно, имеет место при склеивании большеформатного шпона.
Для уменьшения влияния топографии и структуры шпона на выходные параметры подбирались образцы с относительно однородной структурой, без пороков. Шероховатость такого шпона находилась в пределах 180 - 220 мкм.
В реальных условиях шпон имеет значительно более низкие характеристики шероховатость до 320 мкм, разнородность структуры поверхности шпона, особенно в околосучковой зоне, здоровые сучки размером до 60 мм, выпадающие сучки размером до 100 мм и другие пороки древесины и дефекты обработки в соответствии с ГОСТ 99-96. Эти пороки и дефекты, безусловно, снижают прочностные показатели фанеры. В связи с этим полученные параметры склеивания нельзя считать окончательными.
Минимальное значение упрессовки пакетов по уравнению 2 (таблица 2) составляет 7,11%, что на 7,59% меньше, чем упрессовка пакетов склеенных при установленных режимах.
Из приведенных данных можно заключить, что склеивание при пониженных температурах ведет к некоторой экономии расхода древесины на изготовление фанеры.
Влажность фанеры из уравнения 3 (таблица 2) находится в пределах 9,23% - 10,96%. Верхний предел влажности незначительно (0,96%) превышает значение влажности фанеры в соответствии с ГОСТ 3916.2-96. Это превышение имеет место при верхнем значении расхода клея (170 г/м2), которое больше рекомендованного технологическим регламентом /3/. В тоже время из уравнения 1 (таблица 2) следует, что расход клея в принятых для исследования пределах не оказывает существенного влияния на прочность склеивания шпона, даже в условиях его меньшей деформативности. В связи с этим расход клея можно принять рекомендованный /3/ в пределах 150 - 160 г/м2. Влажность фанеры в этих условиях составит 9,69 - 9,9%.
Полученные результаты испытаний образцов фанеры всех толщин, склеенных при пониженной температуре (92 - 98°С) и давлении 1,0 - 1,2 МПа по показателям влажности и пределу прочности при скалывании свидетельствуют, что фанера соответствует ГОСТ 3916.2 - 96 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород».
Разработанные параметры условий и режимов склеивания шпона в производстве фанеры из древесины лиственницы обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с существующей технологией горячего склеивания:
1)исключается брак от расслоения фанеры;
2) увеличивается производительность горячего пресса на 15 - 20%; 3) снижается упрессовка пакетов на 5 - 7%; 4) снижаются затраты на тепловую энергию
на 10-15%; 5) упрощается гидравлическая схема и управление горячим прессом;
I) Казакевич Т.Н. Склеивание хвойного шпона при пониженных температурах: Автореф. лис. канд. техн. наук /ЛТА. - С-Пб., 1998. - 200 с.
2)Лиственница.Larch. Род Larix // Дерево.Яи2003. №1-2.С26-39.
3) Производство фанеры. Руководящие технико-технологические материалы РДЗ-2000. ЦНИИФ.С-Пб., 2000. - 202 с.
4)Харук Е.В. Проницаемость древесины жидкостями и газами. - Новосибирск: Наука, 1976. 190 с.
|
