Склеивание пакетов шпона

Лекция 9 Склеивание пакетов шпона Склеивание представляет собой процесс соединения при помощи клея поверхностей двух или более материалов в систему, работающую как единое целое. Для склеивания необходимо: наличие клеевого слоя между склеиваемыми поверхностями; создание контакта этих поверхностей с клеем в его жидкой фазе; превращение клея из жидкого вещества в твердое, обладающее высокой когезией и адгезией к склеиваемому материалу с образованием клеевого слоя без значительных внутренних напряжений в нем. Известны два способа склеивания: холодный, при котором собранные пакеты шпона склеивают без нагревания, т.е. при температуре 15 - 25C; горячий, при котором собранные пакеты шпона склеивают при нагревании до 100 - 150ºC. Применение фенолоформальдегидных смол предопределило разделение горячего способа на два вида: горячий с подсушкой намазанных слоев, при котором влажность листов шпона, покрытых и не покрытых клеем, и влажность пакета не превышает 12%; горячий без подсушки намазанных листов, при котором вследствие применения водных клеевых растворов возрастает влажность намазанных слоев по сравнению с ненамазанными, а влажность пакета увеличивается до 14 – 30%. Факторы режима склеивания и их влияние на качество клеевого соединения Для получения клееной слоистой древесины листы шпона, покрытые клеем, помещают в пресс и при определенных условиях выдерживают в нем. Эти условия называют режимом склеивания. Следовательно, режим склеивания представляет собой такое сочетание факторов, которое обеспечивает возможность экономического получения фанеры, отвечающей определенным качественным требованиям. К режиму склеивания могут быть отнесены и условия подготовки материалов к склеиванию. Для получения прочного клеевого соединения необходимо добиваться хорошего смачивания древесины клеем с образованием тонкого однородного по толщине сплошного клеевого слоя, в котором отсутствуют или сведены к минимуму внутренние напряжения. Основные факторы режима склеивания следующие: Состояние склеиваемого материала характеризуются величиной макро- и микронеровностей, имеющихся на поверхности шпона, чистотой этих поверхностей, влажностью и температурой древесины. Допустимая шероховатость шпона для хвойных пород не ниже 5-го класса, для лиственных – 6-го класса. Необходимо избегать попадания на древесину пыли, масла, влаги и т. п. Большое влияние оказывает влажность шпона. При низкой начальной влажности: 1. увеличивается диффузия растворителя в древесину, что повышает вязкость клея и снижает его смачивающую поверхность, затрудняя перенос на вторую поверхность; 2. уменьшается деформативность древесины и ухудшается контактирование ее с клеем; 3. увеличивается влажность поверхностных слоев за счет поглощения влаги из клея, что ведет к возрастанию внутренних напряжений при прессовании; 4. конечная влажность фанеры очень низкая, что создает опасность ее коробления. При высокой влажности шпона: 1. снижается вязкость нанесенного клея, создается опасность образования прерывистого клеевого слоя и замедляется процесс отверждения; 2. избыточная влага может быть причиной тепловой деструкции клея при горячем склеивании. Поэтому рекомендуется начальную влажность шпона поддерживать при склеивании карбамидоформальдегидными смолами – 10%, фенолоформальдегидными смолами – 7%, фенолоформальдегидными смолами с последующей подсушкой – 12%. Начальная температура древесины оказывает влияние на вязкость клея и на степень его поглощения древесиной. Если температура древесины больше температуры клея, то вязкость уменьшается. Если температура клея больше температуры древесины, увеличивается диффузия клея в древесину. Состояние и количество клея, наносимого на поверхность шпона, определяется его концентрацией, вязкостью и температурой. Для получения сплошного клеевого слоя из клея предварительно должен быть удален растворитель, количество которого зависит от концентрации клея. При низкой концентрации клея поглощается растворителя больше, что увеличивает влажность готовой фанеры. При горячем склеивании наличие в клее избыточной влаги может вызвать выпадение смолы из раствора, что снизит прочность клеевого соединения. Клей более низкой концентрации при прочих равных условиях имеет низкую вязкость. От начального значения вязкости клея зависят: а) способность клея смачивать склеиваемые поверхности, растекаться по ним; б) степень поглощения древесиной растворителя; в) скорость отвердения клея. Смачивание и растекание клея по поверхности шпона предопределяют величину его контакта с древесиной. Применение повышенной вязкости может привести к образованию пустот, микрополостей, уменьшающих контактную площадь склеивания. Низкая вязкость ведет к излишнему поглощению растворителя древесиной. Изменение первоначальной вязкости в ту или иную сторону может быть достигнуто: а) введением в клей наполнителей; б) вспениванием клея; в) изменением температуры клея. г) разведением смолы повышенной вязкости свежеприготовленной низковязкой смолой. Два первых пути повышают вязкость, два вторых ее снижают. Вязкость клея повышают выдержкой намазанных листов на воздухе. Однако длительность выдержки должна быть определенной. Излишняя выдержка ухудшает плавление клея и перенос его на вторую поверхность, вследствие чего возможно расслоение фанеры. Малая выдержка приводит к образованию пузырей из-за повышенной влажности. Повышение температуры клея, наносимого на древесину, улучшает ее смачивание, но этот эффект незначителен. Расход клея оказывает следующее влияние на качество клеевого соединения: при очень малом расходе клеевой слой может быть прерывистым и перенос клея на вторую поверхность неполным, что снижает прочность клеевого соединения, при очень большом расходе клея образуется утолщенный клеевой слой, что ведет при склеивании к внутренним напряжениям и пробитию клея на поверхность. Оптимальный расход клея определяется анатомическим строением древесины, состоянием склеиваемых поверхностей, вязкостью клея и его температурой. Температура склеивания. Склеить шпон можно как при комнатной температуре, так и при повышенной. Нагрев склеиваемого материала улучшает контакт клея с древесиной, снижает его вязкость, поэтому прочность фанеры при горячем склеивании выше, чем при холодном. При выборе температуры плит пресса учитывают слойность склеиваемого материала. Многослойную фанеру склеивают при более низкой температуре, так как выход влаги ограничен и затруднен. Склеивание шпона жидкими фенолоформальдегидными клеями, подсушенными до загрузки в пресс, ведут при температуре - 150C, без предварительной подсушки при 120 - 125ºC. Склеивание шпона бакелитовой пленкой при 150 - 155ºC. Склеивание карбамидоформальдегидными клеями тонких пакетов производится при температуре 140 - 150ºC, толстых пакетов ведут при 105 – 150ºC (с учетом слойности единичных листов). Высокая температура плит пресса при загрузке пакета опасна, так как приводит к преждевременному высыханию и отвердению клея. Следует учитывать термическое расширение одинаковым, чем больше эта разница, тем меньше должна быть температура плит пресса. Давление на склеиваемый материал. Давление при склеивании должно быть таким, чтобы можно было получить тонкий клеевой слой, не содержащий пузырьков воздуха. Величину давления выбирают с учетом свойств склеиваемой древесины и влажности склеиваемых поверхностей, их размеров, упруго-вязких свойств клея и количества содержащихся в нем продуктов. Давление должно быть тем больше, чем выше плотность древесины, ниже влажность, больше шероховатость, выше вязкость клея. Давление прессования поддерживают при холодном склеивании 0,7 – 1,4 Мн/м², при горячем склеивании 1,4 – 2,2 Мн/м². Давление плит пресса в период отвердения клея должно быть постоянным (0,5 – 0,65 времени прессования), затем оно плавно снижается для более плавного снятия напряжения. Операцию снижения давления проводят в два этапа: вначале снижают давление от максимума до 0,3 – 0,5 Мн/м² за 10 – 15 с, затем до 0 за 2 мин. Время склеивания. Для получения заданной прочности склеивания листов шпона их необходимо выдержать под давлением в течение определенного времени, называемого временем склеивания. Оно слагается из двух частей: а) времени, потребного на углубление поликонденсации клея до мо-мента начала образования в нем продуктов отвердения; б) времени, потребного на образование в клее такого количества продуктов отвердения, которое обеспечивает нарастание адгезивной связи между клеем и древесиной, и когезионной прочности клея до требуемых пределов. Дальнейший нагрев пакета после отвердения не желателен, так как он может привести к деструкции клея. Время склеивания пакета определяют опытным или расчетнографическим способами, а также с помощью прибора. Выдержка фанеры после выгрузки из пресса. Цель выдержки: а) повышение прочности клеевых соединений; б) доведение конечной влажности фанеры до требуемых пределов; в) гашение внутренних, влажностных, усадочных и температурных напряжений. Фанеру, склеенную фенолоформальдегидными смолами, выдерживают в плотных стопах для продолжения поликонденсации клея за счет аккумулированного тепла, доводя ее до необходимого предела. (При использовании клея С-1; С-35 – 1,5 – 2 часа; СФМ-2, ЦНИИФ В и др. до 24 ч.) Фанеру, склеенную карбамидоформальдегидными смолами в плотных стопах выдерживать нельзя, ее охлаждают воздухом (но не влажным), что способствует удалению из нее свободного формальдегида. Интенсификация процессов склеивания Ускорение процессов склеивания преследует цель повышения производительности клеильного оборудования, снижения трудозатрат, сокращения потребных площадей, что в конечном итоге приводит к снижению себестоимости изготовленной продукции. Наиболее длительно по времени холодное склеивание шпона, требующее выдержки пакетов под давлением в течение нескольких часов. Интенсификация процесса холодного склеивания фанеры, т.е. уменьшение времени склеивания, может быть достигнута одним из следующих способов. 1. Применением быстроотверждающегося клея. Если синтез мочевиноформальдегидной смолы заканчивать в кислой среде, т.е. получать продукт с низким значением pH, то смола после введения в нее 1% хлористого аммония будет иметь жизнеспособность 30 – 60 мин и, следовательно, сможет склеивать шпон холодным способом за указанное время. Однако применение такого клея создает определенные трудности ввиду непрерывного нарастания его вязкости. Клей в этом случае надо приготовлять небольшими порциями во избежание его преждевременной желатинизации. Создаются трудности и со сборкой пакетов шпона. 2. Раздельным нанесением смолы и отвердителя на подлежащие склеиванию листы шпона. В качестве отвердителя в этом случае может быть использован 10%-ный водный раствор щавелевой или ортофосфорной кислоты, наносимой на один из листов шпона в количестве 60 – 70 г/м². Расход смолы до 200 г/м². Время склеивания в этом случае будет составлять около 30 мин. Склеенная таким способом фанера требует перед обработкой выдержки в стопах в течение 24 часов при относительной влажности воздуха 35 – 65%. 3. Использованием карбамидного клея, имеющего приемлемую жизнеспособность (например, 4 ч), на поверхность которого безвоздушным распылением в виде аэрозоля наносится 10%-ный водный раствор щавелевой кислоты в количестве 10-12 г/м². Желательная жизнеспособность достигается введением в смолу определенного количества хлористого аммония, последующее напыление на ее поверхность небольшого количества более сильного отвердителя гарантирует быстрое ее отверждение. Использование трех описанных выше способов позволяет ускорить склеивание шпона без нагрева в 2 – 8 раз. 4. Нагревом склеиваемых пакетов шпона. Этот способ применяется при горячем склеивании пакета и является наиболее эффективным. Желательно, чтобы нагрев при этом был оптимальным, т.е. температура распределялась и изменялась равномерно по всему нагреваемому телу, а время нагрева было минимальным. Нагрев склеиваемых пакетов шпона может осуществляться кондуктивным и радиационным способами или токами высокой частоты (ТВЧ). При кондуктивном способе тепло нагреваемому материалу передается за счет его теплопроводности при соприкосновении с нагретым телом. Температура внутри тела оказывается распределенной неравномерно: она больше в зонах, прилегающих к нагревателям, и меньше в середине пакета. Изменение температуры во времени по сечению пакета также неравномерно. Поэтому данный способ предпочтительнее применять для нагрева сравнительно тонких пакетов шпона (например 3 – 20 мм). С ростом толщины склеиваемого пакета температуру нагревателей следует снижать во избежание термической деструкции клея в слоях, расположенных близко от нагревателей. Данный способ нагрева используется в прессах для горячего склеивания, между плитами которого зажимают подлежащие склеиванию пакеты шпона. Процесс склеивания пакетов шпона при кондуктивном нагреве по сравнению с вышеописанными способами ускоряется в 4 – 15 раз. Радиационный способ нагревания основан на поглощении телом инфракрасных (ИК) лучей, излучаемых нагретым телом. Они обладают свойством проникать на некоторую глубину в материал. Так, в древесину они проникают на глубину до 2 мм в зависимости от ее породы и влажности. В результате этого в материале создается аномальное распределение температуры: на некоторой глубине температура становится выше, чем на поверхности материала. Глубоко внутри она еще ниже. Поскольку глубина проникновения ИК-лучей в древесину сравнительно мала, данный способ целесообразно использовать только для нагрева тонких пакетов шпона. В частности, он удобен в комбинации с кондуктивным способом для нагрева таких пакетов шпона, склеиваемых в вакуумных прессах, нагрев эластичной диафрагмы которых другим способом трудно осуществить. Нагревание диэлектриков в поле токов высокой частоты (ТВЧ) основано на превращении части электрической энергии в тепловую вследствие образующихся диэлектрических потерь. При помещении пакета между пластинами конденсатора (электродами), к которым подведен ток высокой частоты, на молекулы древесины и клея начинают действовать силы, стремящиеся переместить их в соответствии с изменением направления поля. Величина угла поворота молекул и число поворотов предопределяют количество тепла, выделяемого в результате трения молекул друг о друга. Иначе говоря, главные причины нагревания материала в поле ТВЧ – различного рода поляризации диэлектрика (диапольная, структурная и др)  обусловлены поворотом молекул. Следует указать на необходимость согласования мощности, которую может поглотить склеиваемый материал, с мощностью, подводимой к электродам. Использование ТВЧ как средства интенсификации процесса склеивания позволяет сократить время склеивания по сравнению с другими способами нагревания во много раз. Но применение данного способа тормозится высокой стоимостью генераторов и сложностью их обслуживания. Режимы склеивания шпона при изготовлении фанеры горячим способом Для изготовления фанеры указанным способом используют сухой шпон, абсолютная влажность которого колеблется в пределах 6 – 10%. Пакет, составленный из шпона, намазанного клеем (способ нанесения клея зависит от технологии сборки пакетов), зажимается между горячими плитами пресса, вследствие чего его температура повышается и происходит ускоренное склеивание шпона. Толщина пакета, как правило, ограничивается 18 – 20 мм. Влажность фанеры, склеенной синтетическими клеями, имеющими относительно высокую концентрацию, не выходит за допустимые пределы. Качество получаемой фанеры достаточно высокое. Цвет почти не отличается от цвета натуральной древесины. Прочность при скалывании выше, чем у фанеры, склеенной холодным способом. Выше и водостойкость. В фанере могут быть внутренние напряжения, но применением ряда технологических приемов их можно снизить до допустимых пределов. Расход сырья на единицу продукции несколько выше, чем при холодном склеивании, так как имеет место уменьшение объема шпона на 7 – 9% вследствие его упрессовки. Для качественного склеивания шпона горячим способом необходимо выполнение определенных требований в отношении начальной его влажности, вязкости применяемого клея и его расхода. Цикл работы клеильного пресса состоит из следующих операций: 1. Загрузка пакетов шпона в пресс τ1. 2. Подъем стола пресса до закрытия промежутков τ2. 3. Создание рабочего давления на пакеты τ3. 4. Выдержка пакетов под давлением τ4. 5. Снижение давления τ5. 6. Опускание стола пресса τ6. 7. Выгрузка фанеры и пресса τ7. Продолжительность каждой из указанных операций зависит от конструкции и характеристики применяемых механизмов (операции 1, 2, 3, 6 и 7) или диктуется технологией данного вида изготовляемого материала (операции 4 и 5). Рассмотрим каждую из этих операций. 1. Загрузка пакетов в пресс. Продолжительность данной операции определяется по формуле: , (41) где l1 – ход толкателя загрузочной этажерки, равный размеру пакета шпона, совпадающему с направлением движения толкателя, увеличенному на 150 – 200 мм; u1 – скорость движения толкателя загрузочной этажерки. 2. Подъем стола пресса до закрытия промежутков. Продолжительность подъема стола определяется по формуле , (42) где h – высота рабочего промежутка пресса,м; ∑Sш – суммарная толщина пакета шпона, помещенного в один промежуток пресса,м; n – число этажей пресса; u2 – скорость подъема стола пресса м/с. 3. Создание рабочего давления на пакеты шпона. Для достижения требуемого контакта между клеем и склеиваемыми поверхностями шпона на помещенные в промежутки пресса пакеты должно быть создано определенное давление Pп (рис. 33,а). Это давление с учетом свойств применяемого клея и склеиваемого шпона, а также имеющих место отклонений от плоскостности плит прессов должно быть 1,8 – 2 МПа при склеивании лиственного шпона или 1,4 – 1,7 МПа при склеивании хвойного шпона. Если изготовляется комбинированная фанера (из березового и хвойного шпона) или фанера толщиной свыше 9 мм, давление в течение 50 – 70% времени склеивания поддерживается на уровне 1,7 – 2 МПа, а в оставшуюся часть времени – на уровне 1 – 1,2 МПа. Для доведения давления плит пресса на шпон до указанных величин требуется определенное время, зависящее от производительности насосов высокого давления, числа промежутков пресса, свойств и размеров склеиваемого материала и др. Для практических целей его можно определять по формуле: , (43) где τп – продолжительность подъема давления, отнесенная к одному этажу пресса (у прессов современной конструкции она 0,2 – 0,3 с); n – число этажей пресса. Сумма τ1, τ2, τ3 не должна быть больше определенной величины. При склеивании шпона карбамидным или фенольным клеем, при температуре плит пресса не выше 150ºC и толщине наружных слоев пакета не менее 0,8 мм это время не должно быть более 90 с. Выполнению этого требования способствует применение механизмов для одновременной и быстрой загрузки пакетов шпона во все промежутки пресса, устройство у прессов ускорительных цилиндров малого объема, использование симультанных механизмов. 4. Выдержка пакетов под давлением. Продолжительность выдержки пакетов под давлением (t4), т.е. склеивание шпона в зависимости от породы древесины, из которой изготовлен шпон, вида применяемого клея, слойности фанеры, температуры плит пресса и толщины склеиваемого пакета шпона приведена в табл. 14, 15. 5. Снижение давления плит пресса на пакет шпона. После окончания выдержки склеиваемых пакетов под давлением оно должно быть снято. Продолжительность операции снижения давления указана в последней графе табл. 14. Выполняется данная операция за два приема: вначале за время τ5 =10…15 с снижают давление плит пресса на пакет до Рс=0,3 – 0,4 МПа, а затем оставшуюся часть времени τ5 – до нуля. Если склеивают многослойные пакеты шпона по одному пакету в каждом промежутке пресса, то для уменьшения остаточной деформации (упрессовки) снижение давления (плавное или ступенчатое) может быть начато до окончания времени выдержки пакетов под давлением (рис.33,б) . В этом случае время склеивания делят на две части, первая из которых t=0,5-0,6t4. По прошествии указанного времени начинают снижать давление до Рс, после чего за предусмотренное режимом время t5 снижения давления понижают его до нуля. Рис. 33 . Два возможных варианта диаграммы изменения давления при горячем склеивании шпона Таблица 14 Технологические режимы склеивания шпона карбамидоформальдегидными клеями Толщина фанеры, мм Количество пакетов в одном промежутке Режимы склеивания шпона из древесины березы и других лиственных пород 1 2 3 4 5 6 3 4 3 13,2-13,8 125-130 1,8-2 4,0-3,5 1,0 3 5 3 16,5-17,2 125-130 1,8-2 5,5-4,0 1,0 4 3 3 12,5-13,5 125-130 1,8-2 4,0-3,5 1,0 4 4 3 16,6-18,0 125-130 1,8-2 6,0-4,5 2,0 5 2 4-5 10,5-11,5 115-120 1,8-2 5,5-4,0 1,5 5 3 4-5 15,9-17,25 115-120 1,8-2 9,0-6,0 1,5 6 2 5 12,9-13,2 115-120 1,8-2 6,5-4,5 1,5 8 1 5-7 8,75-9,0 110-115 1,8-2 6,0-4,0 2,0 9 1 7 9,7-9,8 110-115 1,8-2 6,5-4,0 2,0 10 1 7-9 11,0-11,4 110-115 1,8-2 7,0-4,5 2,0 12 1 9-11 12,8-13,2 110-115 1,8-2 8,0-5,0 2,0 15 1 11 16,5-17,1 110-115 1,8-2 10,5-6,5 2,0 18 1 13 19,5-20,1 110-115 1,8-2 13,0-9,0 2,0 сосны и других хвойных пород 1 2 3 4 5 6 5 2 3 10,8-11,6 115-120 1,5-1,7 4,0-4,0 2,0 5 3 3 16,2-17,4 115-120 1,5-1,7 7,0-6,0 2,0 6 2 3 13,2-14,0 115-120 1,5-1,7 5,5-5,0 2,0 8 1 5 9,0-9,8 110-115 1,5-1,7 5,0-4,0 2,0 9 1 5 10,2-11,0 110-115 1,5-1,7 5,5-4,5 3,0 10 1 5 11,4 110-115 1,5-1,7 6,0-4,5 3,0 12 1 7 13,8-14,2 110-115 1,5-1,7 9,0-6,5 3,0 15 1 9 17,8 110-115 1,5-1,7 11,0-8,0 3,0 18 1 11 20,9 110-115 1,5-1,7 14-10,5 3,0 Примечание: Номера граф обозначают: 1 – слойность фанеры; 2 – толщина пакетов в одном промежутке процесса, мм; 3 – температура плит пресса 0С; 4 – давление при склеивании, МПа; 5 – продолжительность склеивания, мин; 6 – продолжительность снятия давления (второй период), мин, не более. Таблица 15 Технологические режимы склеивания фанеры фенолоформальдегидными клеями Толщина фанеры, мм Количество пакетов в одном промежутке Режимы склеивания фанеры из древесины березы и других лиственных пород 1 2 3 4 5 6 а б в 3 4 3 13,8 120-125 1,8-2 9,0 8,0 11,,0 1,0 3 5 3 17,25 120-125 1,8-2 10,5 9,5 13,0 1,0 4 3 3 13,5 120-125 1,8-2 9,0 8,0 11,0 1,0 4 4 3 17,6 120-125 1,8-2 10,5 9,5 13,0 1,0 5 2 4-5 17,25-18,0 115-120 1,8-2 13,0 12,0 13,5 1,5 5 3 4-5 11,5-12,0 115-120 1,8-2 10,0 9,0 11,0 1,5 6 2 5 13,6 115-120 1,8-2 11,0 10,0 12,0 1,5 8 1 7 9,45 115-120 1,8-2 9,0 8,0 10,0 2,0 9 1 7 10,5 115-120 1,8-2 9,5 8,5 10,5 2,0 10 1 7 11,75 115-120 1,8-2 10,0 9,0 11,0 2,0 12 1 9 14,0-14,25 115-120 1,8-2 11,0 10,0 12,0 2,0 15 1 11-13 17,5-18,1 115-120 1,8-2 13,0 12,0 13,5 2,0 18 1 13-15 21,0-21,4 115-120 1,8-2 15,0 14,0 15,0 2,0 сосны и других хвойных пород 1 2 3 4 5 6 а б в 5 2 3 19,8 115-120 1,5-1,8 2,0 5 3 3 13,2 115-120 1,5-1,8 2,0 6 2 3 15,6 115-120 1,5-18 2,0 8 1 5 10,2 110-115 1,5-1,8 2,0 9 1 5 11,0 110-115 1,5-1,8 3,0 10 1 5 12,8 110-115 1,5-1,8 3,0 12 1 7 15,4 110-115 1,5-1,8 3,0 15 1 9 13,8 110-115 1,5-1,8 3,0 18 1 11 23,1 110-115 1,5-1,8 3,0 Примечание: I. Номера граф обозначают: 1 – слойность фанеры; 2 – толщина пакетов в одном промежутке процесса, мм; 3 – температура плит пресса 0С; 4 – давление при склеивании, МПа; 5 – продолжительность склеивания, мин; 6 – продолжительность снятия давлениия (второй период), мин, не более. II. Буквы «а», «б», «в» - клеи на основе смол СФЖ – 3013, СФЖ – 3014. «Экстер – А». 6. Опускание стола пресса. Продолжительность данной операции вычисляют по формуле: , (44) где У – величина упрессовки пакетов шпона, %; uв – скорость опускания стола пресса. 7. Выгрузка фанеры из пресса. Длительность данной операции определяют по формуле: , (45) где l2 – ход экстрактора разгрузочной этажерки, равный размеру листа необрезной фанеры, совпадающему с направлением движения экстрактора, увеличенный на 150 – 200 мм; u7 – скорость движения экстрактора. Цикл работы пресса равен . (46) В случае перекрытия во времени операций загрузки пакетов шпона в пресс и выгрузки из него необрезной фанеры τ1 должно быть исключено из цикла работы пресса. Упрессовка фанеры При склеивании пакетов шпона воздействие внешнего давления вызывает в пакете деформации в направлении приложенного прессующего усилия. Часть деформации, сохраняющейся после снятия внешнего давления, называется остаточной деформацией или упрессовкой шпона. При склеивании горячим способом слоистого материала влага, содержащаяся в древесине, и влага, вносимая в нее вместе с клеем, а также подводимая к ней от внешнего источника теплоты заметно увеличивают деформацию древесины. При последующей выдержке склеиваемого материала под давлением упругость древесины по мере удаления влаги постепенно снижается, т. е. упругие деформации перерождаются в пластические. Фиксации приданной материалу формы способствует и клей, проникший через трещины и вскрытые сосуды в древесину. Разницу между начальными и конечными размерами склеиваемого материала, отнесенную к его начальному размеру, принято называть упрессовкой и выражать в процентах. Рассчитать упрессовку можно по формуле: , (47) где ∑Sш – толщина пакета шпона до склеивания, мм; Sф – толщина фанеры, мм. Способность древесины упрессовываться может играть как положительную, так и отрицательную роль. В том случае, когда стремятся получить материал с улучшенными физико-механическими свойствам, как это имеет место при производстве бакелизированной фанеры, упрессовка (У=30…35%) полезна. При изготовлении фанеры, используемой в качестве обшивочного материала, большая упрессовка приводит к безвозвратным потерям части объема склеиваемого материала (У=5…20%). Поскольку после склеивания толщина слоистого материала должна находиться в заранее установленных пределах, оговоренных ТУ, и учитывая отсутствие каких-либо устройств, ограничивающих сближение плит пресса (например, дистанционных планок), приходится это явление уплотнения учитывать соответствующим подбором толщин шпона, из которого составляется склеиваемый пакет. Величина упрессовки зависит от породы древесины и ее влажности, давления на склеиваемый шпон, температуры древесины в момент прессования, времени выдержки под давлением, толщины шпона, положения листов шпона по отношению к плитам пресса и т. д. Сосновый и лиственный шпон уплотняется на 30 – 50% больше, чем шпон из березы. Этому, возможно, способствует содержание в смоле некоторых летучих веществ, оказывающих влияние на коэффициент внутреннего трения в древесине. Удлинение времени склеивания, сопровождающееся частичным испарением влаги, является причиной перерождения упругих деформаций в остаточные. Неравномерность нагрева пакета шпона по толщине влияет на различие в упрессовке его наружных и внутренних слоев, доходящее до 4 – 6%. Сильнее упрессовываются наружные слои шпона, так как они ближе расположены к горячим плитам пресса и более интенсивно нагреваются. Уменьшение потерь на упрессовку может быть достигнуто: 1. Склеиванием шпона по одному пакету в промежутке пресса, при котором выдержка пакетов под давлением уменьшается почти в 2 раза; 2. Склеиванием шпона при переменном давлении: когда вначале процесс ведется при полном давлении плит пресса на пакет, а после образования клеевых связей (0,55 – 0,65% общего времени склеивания) – при пониженном давлении. 3. Использованием прессов, обеспечивающих равномерное распределение по площади и достижение хорошего контакта между шпоном и клеем. Вакуумные прессы практически ликвидируют потери на упрессовку. Склеивание шпона при пониженном давлении Для надежного склеивания листов фанеры необходимо обеспечить плотный контакт клеевого слоя со смежными листами шпона. Поскольку и пакет шпона и плиты пресса имеют отклонения от плоской формы, указанный контакт может быть обеспечен либо за счет упрессовки материала, либо за счет копирования поверхности пакета шпона элементом, передающим на него давление прессования. Компенсация неточностей пакета шпона и плит пресса за счет упрессовки материала осуществляется в прессах с жесткими плитами. В этом случае при существующем состоянии технологии и оборудования для получения качественной продукции упрессовка фанеры должна находиться в пределах 8 – 10%. Для обеспечения указанной упрессовки давление прессования должно быть 1,8 – 2 МПа. Упрессовка 8 – 10% является безвозвратной потерей материала. Для ее снижения разработаны следующие способы склеивания фанеры при пониженном давлении. Склеивание фанеры в вакууме (рис 34). При создании вакуума в полости 6 давление атмосферного воздуха начинает передаваться на склеиваемый материал через диафрагму 3. Рис. 34. Схема устройства склеивания шпона с использованием вакуума: 1-плита; 2-канал для удаления воздуха; 3-диафрагма; 4-склеиваемый материал; 5-канал для подачи теплоносителя; 6-полость низкого давления Поскольку поперечная жесткость диафрагмы мала, она плотно прилегает к склеиваемому материалу независимо от формы его поверхности. Качественное склеивание фанеры достигается при разрежении в полости 6, равном 0,05 – 0,07 МПа, упрессовка материала при этом 0,5%. Указанный способ может быть применен и при склеивании гнутоклееных плит. Склеивание шпона в прессах с диафрагменными плитами (рис.35). Пакет диафрагменных плит смыкается вспомогательным механизмом, после чего внутрь плиты под требуемым давлением подается нагретое рабочее тело. Рис. 35. Схема склеивания шпона с использованием диафрагменных плит: 1 - основание плиты; 2- гибкий борт; 3- диафрагма; 4- склеиваемый материал; 5- канал для подачи теплоносителя Под действием внутреннего давления борт диафрагменной плиты разгибается и диафрагма плотно прижимается к склеиваемому материалу. Диафрагма представляет собой металлическую пластину толщиной 1-3мм. Для нагрева рабочего тела внутрь диафрагменной плиты встраивается змеевик для подачи теплоносителя. В качестве рабочего тела можно использовать пар, перегретую воду или термомасло. Благодаря тому, что диафрагма, имея малую поперечную жесткость, копирует форму поверхности склеиваемого пакета, давление прессования может быть снижено до 0,5 МПа, упрессовка фанеры при этом составляет 3 – 5% первоначальной толщины пакета. Продолжительность склеивания определяется технологической инструкцией. Склеивание шпона в прессах с применением упругих прокладок (рис. 36).Необходимый контакт между шпоном и клеевым слоем достигается за счет наличия между жесткими плитами пресса прокладки, модуль упругости которой значительно меньше модуля упругости склеиваемого материала. Таким образом, давление на пакет передается через упругую прокладку, деформация которой компенсирует отклонение от плоской формы пакета и плит. Рис. 36. Устройство для склеивания шпона с использованием эластичной прокладки: 1-плита; 2-канал для подачи теплоносителя; 3-эластичная прокладка; 4-предохранительный металлический лист; 5-склеиваемый материал Величина давления прессования при этом может быть снижена до 0,3 – 0,5 МПа. В качестве материала для прокладок используют силиконовый каучук или вторкаучук. Для снижения износа прокладок их рекомендуется облицовывать металлическими листами толщиной 0,5 – 1 мм. Склеивание шпона с помощью гибких электронагревательных пластин (рис.37). Основа электронагревательной пластины – проводящая бумага из волокна «Углен», которая при пропускании через нее тока нагревает пластину. Нагревательные пластины закладывают в стопу шпона непосредственно при ее сборке. Подготовленную таким образом стопу объемом 0,8 – 1 м3 загружают в однопролетный пресс (пресс для холодного склеивания), нагревательные плиты подключают к источнику питания и прогревают всю стопу до требуемой температуры. Поскольку нагревательные пластины тонкие и эластичные, они не разбивают всю стопу склеиваемого материала на отдельные пакеты. Весь материал прессуется как единое целое, поэтому даже при пониженной упрессовке стопа материала достаточно эластична, что при большей высоте стопы позволяет компенсировать имеющие место отклонения от плоской формы как шпона, так и плит пресса. Рис. 37. Гибкие электронагревательные пластины. 1-стеклоткань (по 2-3 слоя с каждой стороны); 2-бумага электроизоляционная пропиточная или бумага – основа (по2 слоя с каждой стороны); 3-бумага электропроводная из волокна «Углен»; 4-токопроводящие шины, фольга медная электролитическая (ФМЭ) Использование гладких электронагревательных пластин позволяет снизить давление прессования до 0,5 МПа, упрессовка при этом снижается до 4%; энергозатраты 40 – 50 кВт∙ч на 1 м3 фанеры. Основные технологические схемы склеивания шпона При склеивании шпона сухим горячим способом в многоэтажных прессах применяют три основные технологические схемы: 1. Склеивание по несколько листов в рабочем промежутке пресса при постоянном рабочем давлении в период термообработки; 2. Склеивание по одному листу в рабочем промежутке пресса при постоянном рабочем давлении в период термообработки; 3. Склеивание по одному листу в рабочем промежутке при переменном давлении. Каждой из трех схем присуще определенное сочетание условий осуществления процесса, определяющее особенности его развития и качество готовой продукции. Изготовление фанеры по одному листу в рабочем промежутке пресса имеет преимущества перед другими схемами в связи с симметричностью упрессовки фанеры относительно центральной оси и меньшей покоробленностью листов. Поскольку в цикл склеивания входят технологические (пьезотермическая обработка пакета и снятие давления) и вспомогательные (загрузка пакетов в пресс, смыкание плит пресса, механизированная выгрузка фанеры из пресса) операции, склеивание пакета по одному листу целесообразно в случае производства многослойной фанеры толщиной более 8 мм. Доля вспомогательных операций в цикле склеивания уменьшается с увеличением толщины фанеры (табл.16). Таблица 16 Параметры режима склеивания шпона по одному пакету • в промежутке пресса Марка клея Слойность фанеры Температура плит пресса,C Продолжительность, с выдержки пакета без давления выдержки пакетов под давлением при толщине, мм Снижения давления 3,2 4,25 5,3 6,4 КФ-МТ-Ф КФ-Б-Ф УБФ 3 5 3 150 140 150 15-20 20-25 - 25 - 20 30 - 20 35 55 - 40 65 - 25 35 25 • При склеивании фанеры толщиной менее 8 мм целесообразно склеивать в одном промежутке пресса по несколько листов (табл. 17). Третью технологическую схему, т. е. склеивание по одному пакету в промежутке пресса с переменным давлением, применяют при изготовлении многослойной фанеры толщиной более 8 мм. Максимальное давление сохраняют постоянным лишь в течение первых 55 – 65% общей продолжительности термообработки. В оставшееся время производят плавное или ступенчатое уменьшение давления, как описывалось ранее. Таблица 17 Количество пакетов, загружаемых в промежуток пресса Толщина фанеры Слойность Количество в одном промежутке, не более Толщина фанеры Слойность Количество в одном промежутке, не более 1,0 1,5 2,0 2,5 2,5 3,0 3,0 4,0 3 3 3 3 5 3 5 5 10 7 5 5 4 4 3 3 4,0 5,0 5,0 6,0 8,0 8,0 Более 8,0 3 5 3 – 4 Не более 7 3 5 – 7 Любая 4 2 3 2 2 1 1 Особенности склеивания шпона из древесины хвойных пород Особенности склеивания пакетов шпона из древесины хвойных пород обусловлены: пониженной паропроводностью древесины хвойных пород по сравнению с паропроводностью древесины лиственных пород; неодинаковой паропроводностью и влажностью шпона из ядровой и заболонной древесины; различием в строении весенней и летней частей годичных слоев. Особенности строения хвойной древесины являются причиной получения шпона с большей шероховатостью, что приводит к увеличению расхода клея, составляющему около 10% по сравнению с расходом на склеивание березового шпона. Одновременно это повышает влажность пакетов. Рекомендуемая влажность хвойного шпона не более 5%. Следует также применять более концентрированные и вязкие клеи. Особенности хвойных пород древесины определяют и температуру склеивания пакетов из хвойного шпона – не более 120ºC. При более высокой температуре вследствие интенсивного парообразования и низкой парогазопроводности пакетов увеличивается количество расклея, пузырей. В связи со значительной упрессовкой шпона из древесины хвойных пород давление при склеивании должно находиться в пределах 1,5 – 1,7 МПа. Пониженная газопаропроводность пакетов хвойного шпона обусловливает и увеличение продолжительности второго периода снижения давления. Особенности изготовления фанерных плит В зависимости от толщины фанерных плит применяют два режима склеивания  с охлаждением в прессе и без охлаждения. Плиты толщиной до 20 мм изготовляют без охлаждения пакетов в прессе, при толщине 22 – 24 мм – с воздушным охлаждением: за 5 – 10 мин до окончания выдержки прекращают доступ пара в плиты пресса. Продолжительность выдержки плит пресса дана в табл.18. При воздушном охлаждении плит продолжительность выдержки против указанной в табл. 18 увеличивается на 3 – 7 мин. Давление на склеиваемый пакет в начале прессования 1,9 – 2,2 МПа. После достижения требуемого уплотнения, обеспечивающего желаемую плотность плит, давление снижается сначала до 0,7 – 1 МПа, а затем до 0,5 МПа. Величину упрессовки пакета контролируют специальным движком, установленным на неподвижной части пресса и связанным с его столом. При изготовлении плит толщиной свыше 24 мм склеивание ведут с охлаждением плит пресса водой, для чего за 5 – 10 мин. до окончания выдержки, продолжительность которой указана в табл 19, прекращают в них доступ пара, а по истечении этого времени в плиты пресса подают холодную воду для снижения температуры до 50 – 60º. Давление на склеиваемый пакет после достижения плитами желаемой плотности и окончания охлаждения снижается до нуля в течение 2 мин. Таблица 18 Параметры режима склеивания пакетов при изготовлении фанерных плит толщиной до 24 мм Толщина склеиваемого пакета, мм Продолжительность склеивания клеями на основе смол, мин КФ-Ж-Ф, КФ-МТ-Ф при 105 – 110ºC СФЖ-3011 при 135 – 140ºC СФЖ-3014 При 120 – 125ºC 10 14 18 22 6,5 9,0 11,0 14,5 8,8 12,8 17,0 21,0 9,0 11,5 13,5 16,0 Таблица 19 Параметры режима склеивания пакетов при изготовлении фанерных плит толщиной до 56 мм Толщина склеиваемого пакета, мм Продолжительность склеивания клеями на основе смол, мин Толщина склеиваемого пакета, мм Продолжительность склеивания клеями на основе смол, мин СФЖ-3011 при 140-145ºC СФЖ-3013 СФЖ-3014 при 120-125ºC СФЖ-3011 при 140-145ºC СФЖ-3013 СФЖ-3014 при 120-125ºC 24 28 32 36 20 25 31 37 14,4 17,5 20,5 24,0 42 46 50 54 49 58 69 77 30,0 34,0 38,0 43,0 Режим склеивания шпона холодным способом При комнатной температуре склеивать шпон можно многокомпонентными феноло- или карбамидоформальдегидными клеями. Первые из них требуют выдержки склеиваемого пакета под давлением в течение 3 ч и более. Карбамидоформальдегидным клеем типа КФ-Б вязкостью 40 – 90 с по ВЗ-4 можно склеивать шпон за различное время в зависимости от вида и количества вводимого в смолу отвердителя. В табл, 20 приведены два варианта режима холодного склеивания шпона карбамидоформальдегидным клеем. При приготовлении клея по первому варианту в него вводят 20– 30 мас. ч. гипса на 100 мас. ч. клея, что позволяет получить фанеру влажностью, близкой к 10%. Для предотвращения выпадения гипса в осадок клей перед употреблением вспенивают до ρ=0,5…0,6 г/см3. При приготовлении клея по второму варианту в смолу сначала вводят такое количество хлористого аммония, при котором жизнеспособность клея была бы не менее 4 ч. Для быстрого отверждения такого клея на шпон наносят еще в виде аэрозоля раствор щавелевой кислоты. Таблица 20 Режим холодного склеивания шпона Вариант Начальная вла,жность шпона %, не более Отвердитель Расход клея, г/м2 Продолжительность сборки пакета, мин, не более Толщина пакета, мм, не более Продолжи-тельность склеивания, мин Вид количество мас. ч. на 100 мас./ч. смолы г/м2 1 2 10 8 Хлористый аммоний 10%-раствор щавелевой кислоты 1 - - 10 - 12 160-170 120-140 15 3,5 400 100 60 30 Возможность получения фанеры конечной влажностью не более 10% обеспечивается использованием шпона влажностью до 8%. Давление на склеиваемый материал зависит от конструкции применяемого пресса; при склеивании в вакуумных прессах Р=0,05 – 0,07 МПа, при использовании прессов с жесткими плитами Р=0,7 – 1,4 МПа. Производительность клеильных прессов Производительность пресса для горячего склеивания шпона, м3/ч, определяется по формуле , (48) где n – число этажей (промежутков) пресса; m – число пакетов в одном этаже пресса; F – площадь листа фанеры в обрезном виде, м2; S – толщина фанеры, мм; Кв=0,95 – коэффициент использования рабочего времени; τ4 – продолжительность склеивания, мин; τ5 – продолжительность снижения давления, мин; τвсп – продолжительность вспомогательных операций (τ1+τ2+τ3+τ6+τ7), мин. Анализ различных вариантов склеивания шпона показывает, что использование прессов, имеющих большое число этажей (n>40), целесообразно при склеивании пакетов шпона S≤8 мм или пакетов любой толщины сравнительно медленно отверждающимися клеями (например, фенолоформальдегидными). Если склеиваются пакеты шпона толщиной 3 – 6 мм карбамидными клеями по одному пакету в промежутке, то нерационально применять прессы с числом промежутков более 40 – 45. Производительность многоэтажных клеильных прессов в зависимости от числа этажей, режима склеивания, формата и толщины склеиваемого материала и ряда других факторов 2 – 15 м3/ч. При определении производительности одноэтажного пресса, размеры плит которого кратны размеру склеиваемых пакетов шпона, величина m в формуле (44) представляет собой общее число пакетов, одновременно загружаемых в пресс. Увеличение производительности действующих многоэтажных прессов может быть достигнуто одним из следующих способов: 1.Увеличением числа рабочих промежутков пресса без изменения его высоты; 2.Применением быстроотверждающихся клеев; 3.Сокращением продолжительности вспомогательных операций. Первый из этих путей основан на уменьшении толщины склеиваемого пакета шпона его подпрессовыванием. В этом случае число плит пресса, может быть увеличено, например, с 15 до 20, за счет чего высота промежутка уменьшится с 70 до 42 мм. Но даже в промежуток такого размера можно поместить пакеты прежней толщины, что даст рост производительности пресса на 33%. Второй возможный путь увеличения производительности клеильного пресса основан на использовании быстроотверждающегося клея. Практическая его реализация может быть затруднена ограниченной жизнеспособностью таких клеев. Третий путь увеличения производительности основан на сокращении вспомогатель-ного времени цикла работы пресса. Это может быть сделано увеличением скорости загрузки пакетов в пресс, ускорением подъема стола пресса и т. д. Некоторые схемы организации сборки и склеивания пакетов шпона Ранее были рассмотрены отдельные операции технологического процесса производства фанеры на участке сборки и склеивания шпона. В настоящее время с целью повышения экономических показателей производства фанеры данные операции объединяются и для их выполнения создаются непрерывные поточные линии. Накопленный опыт эксплуатации этих линий облегчает решение проблемы автоматизации данного производства. В связи с этим рассмотрим некоторые из наиболее характерных схем поточных линий, созданных на базе клеильных прессов разных размеров и предназначенных для решения различных технологических задач. Схема линии на базе пресса, имеющего 40 этажей и более, показана на рис. 38. Для бесперебойного обеспечения пресса пакетами шпона установка имеет две самостоятельные линии сборки, работа каждой из которых протекает следующим образом. Листы шпона для внутренних слоев фанеры с подъемного стола 1 подаются к клеенаносящему станку 2 и после выхода на дисковый конвейер 3 вилочным перекладчиком 5 перемещаются на подъемный стол 4. На этот же стол из стоп 6 вакуумными перекладчиками 7 и конвейерами 8 подаются листы шпона, не требующие нанесения на них клея. Поочередно подавая шпон из стопы со стола 1 и стоп 6, формируют пакеты шпона требуемой слойности. По мере набора пакетов шпона стол 4 опускается. Когда на столе накопится необходимое количество пакетов шпона, он поднимается и стопа пакетов выводится роликовым конвейером 9 на цепной конвейер 10, которым подается на загрузочный стол 11 пресса для подпрессовывания 12. Также формируется стопа пакетов шпона на второй сборочной линии. По выходе из пресса для подпрессовки стопа по роликовому конвейеру 13 попадает на подъемный стол 14, с которого отдельными пакетами направляется в загрузочную этажерку 16 многоэтажного пресса 15. После склеивания шпона в прессе листы необрезной фанеры разгрузочной этажеркой 17 выводятся на подъемный стол 18. Рис. 38. Схема линии склеивания шпона на базе пресса с числом промежутков n > 40 фирмы «Рауте» На этой линии можно собирать пакеты практически любой слойности. Если собирают 3-слойные пакеты, при склеивании которых цикл работы пресса невелик, сборкой заняты обе линии. При склеивании пакетов, имеющих большую слойность, можно обойтись только одной сборочной линией. Схема линии на базе пресса, имеющего 40 рабочих промежутков, изображена на рис. 39. Линия предназначена для изготовления фанеры толщиной 7 и 12 мм соответственно из трех и пяти слоев шпона толщиной 2,5 мм. Формат фанеры 2240х1220 мм. Отличительная черта линии – применение для одностороннего нанесения клея на шпон безвоздушного распыления, а также использование для внутренних слоев кускового шпона без его склеивания в форматные листы. Скорость движения конвейеров линии такова, что они обеспечивают сборку 10 – 20 пакетов шпона в 1 мин. Рис.39 Схема линии склеивания шпона на базе пресса, имеющего 40 этажей Линия работает следующим образом. Из стопы 1 вакуум-перекладчиком 2 форматный шпон подается на главный конвейер 3, который перемещает его к клеенаносящему станку 4. Кусковой шпон из стопы 5 по наклонному участку ускорительного конвейера 6 подается на горизонтальный участок конвейера 7 и далее в клеенаносящий станок 8, после чего повторяются операции по формированию третьего, четвертого и пятого слоев пакета. Выходящий из клеенаносящего станка 16 пакет шпона, дополняемый еще одним листом шпона из стопы 18, в виде непрерывной ленты разрезается на круглопильном станке 19 на отдельные пакеты, которые цепными конвейерами 21 и 23 передаются прессу 24 для подпрессовывания, а затем на нагрузочную подъемную платформу 26 и в пресс для горячего прессования 27. Из пресса склеенный материал попадает на разгрузочную подъемную платформу 28 и далее на цепной конвейер 29. В последнее время проявляют все больший интерес к строительной фанере толщиной 10 – 12 мм и длиной 5 – 12 м. Такая фанера, будучи изготовлена из трех, пяти или семи слоев хвойного шпона толщиной 3 – 4 мм и склеена водостойкими клеями, находит применение в строительстве, в том числе в стандартном домостроении. Ее используют для полов, стен, перегородок, встроенных шкафов, опалубки и т. д. Схема линии для изготовления строительной фанеры представлена на рис.40. Линия работает следующим образом. Лист шпона с предварительно заусованными торцовыми кромками, покрытыми клеем, подается из стопы 3 вакуум перекладчиком 2 на короткий продольный конвейер 1 и точно совмещается передней кромкой с находящимся на столе ранее поданным листом шпона. После этого место соединения зажимается узкоплитным прессом 5, который начинает двигаться со шпоном вправо. Рис. 40. Схема линии производства строительной фанеры большого формата Склеивание ведут при температуре до 200ºC и давлении 1,2 МПа. Одновременно из стопы 6 подаются листы шпона для внутренних слоев фанеры, на которые клеенаносящим станком 7 наносят на обе стороны клей. Далее листы направляются в многоэтажный конвейер 8 для подсушки клея, если в этом есть необходимость, после чего попадают на роликовый конвейер 9, установленный над главным конвейером 10. С роликового конвейера специальным поворотным устройством они поочередно укладываются на главный конвейер, где находится лента шпона, состоящая из склеенных на ус листов шпона, средние слои, имеющие поперечное направление волокон, соединяются встык. Над главным конвейером располагается короткий конвейер 11, принимающий ранее заусованные листы шпона из стопы 12, подаваемые вакуум-перекладчиком 13. Каждый из этих листов соединяется кромками с кромками ранее уложенного листа, находящегося на столе 14 подвижного узкоплитного пресса 15, формирующего непрерывную ленту для лицевого слоя фанеры. Эта лента, двигаясь по наклонному роликовому конвейеру 16, сползает в его конце на движущиеся под ним два других слоя шпона, и все вместе образуют непрерывный 3-слойный пакет, направляемый на приемную часть 17 передвижного пресса 18. Передвижной пресс после заполнения его промежутка пакетом соответствующей длины зажимает участок пакета и начинает двигаться вместе с ним по направляющим 19. Скорость движения пресса устанавливают такой, чтобы к концу его перемещения затраченное на это время было равно времени склеивания. Когда прессование пакета закончится, открывается промежуток пресса, а сам он быстро возвращается в начальное положение для зажатия нового участка ленты. Продолжающаяся двигаться лента фанеры попадает на станок 20 для обрезки ее продольных кромок, а затем разрезается на листы требуемой длины на станке 21. Роликовым конвейером 22 листы подаются на подъемный стол 23. Так изготовляют 3-слойную фанеру. Если требуется изготовлять, например, 5-слойную фанеру, то к рассмотренной линии добавляют еще поток листов с нанесенным на их поверхности клеем и одну стопу с листами шпона для внутреннего слоя. Такую фанеру целесообразно изготовлять из квадратных листов шпона, так как это позволяет использовать чураки одной длины и отбирать из полученного шпона более качественные листы для лицевых слоев фанеры, а оставшийся шпон использовать для внутренних слоев. Обслуживают линию 4 человека. Производительность ее 5,5 м³/ч, расход сырья 2,2 кВт-ч/м³, трудозатраты на участке от раскроя сырья до получения нешлифованной фанеры 3,5 чел.-ч/м³. Прессы для склеивания шпона и их конструкции По конструкции такие прессы делятся на колонные, рамные и коробчатые. Станина колонного пресса состоит из основания, верхней траверсы и колонн, связывающих траверсу с основанием. Пресс прост по конструкции, удобен в эксплуатации. В рамном прессе (рис.41) рамная траверса и основание соединены рядом рам, образующих жёсткую систему. Стоимость их изготовления в 2 – 2,5 раза ниже, чем колонных прессов. В прессах коробчатой конструкции давление воспринимается сплошными броневыми листами, соединяющими основание и верхнюю траверсу пресса. Благодаря этому снижаются напряжения в верхней траверсе пресса, но ухудшается доступ к отдельным его частям. Обычно пресс рамного типа (рис. 41) имеет основные главные части: 1) основание с встроенным в него одним или несколькими цилиндрами; 2) верхнюю траверсу (архитрав); 3) подъёмный стол с одним или несколькими плунжерами; 4) связи основания с верхней траверсой – колонны, рамы, сплошные листы; 5) нагревательные плиты; 6) вспомогательные механизмы. Основание пресса, воспринимающее большие усилия при прессовании и несущее на себе остальные части пресса, изготовляют литым из стали или сварным из балок соответствующего профиля. В основание пресса встроены цилиндры, размеры и количество которых зависят от усилия, развиваемого прессом. Известны прессы, имеющие от одного до восьми цилиндров, диаметр которых 200 – 650 мм. Цилиндры изготовляют кованными или литыми из углеродистых или легированных сталей. Плунжеры цилиндров соединены со столом пресса. Их изготовляют из чугуна или стали. Рис. 41. Гидравлический многоэтажный пресс рамной конструкции: 1-нижняя подвижная траверса (стол пресса); 2-плитодержатель; 3-нагревательная плита; 4-кронштейн; 5-рама; 6-верхняя траверса; 7-пароподводящая телескопическая трубка; 8-манжета (уплотняющая набивка); 9-основание пресса; 10-цилиндр со вставным дном; 11-плунжер Кроме основных цилиндров, у прессов часто предусматривается устройство цилиндров меньшего размера, диаметром 100 – 160 мм, быстрое заполнение которых рабочей жидкостью позволяет ускорить подъем стола пресса. Главные цилиндры пресса в это время заполняются рабочей жидкостью самотеком. Питание прессов осуществляется рабочей жидкостью, в качестве которой может применяться вода, различные масла и эмульсии. Верхнюю траверсу и стол пресса изготовляют полыми с ребрами жесткости из литой стали мелкозернистой структуры или выполняют сварной конструкции. Нагревательные плиты, образующие этажи пресса, изготовляют из углеродистой или легированной стали и, в редких случаях, из легких сплавов. Толщина плит 38 – 50 мм. Размеры нагревательных плит по площади определяются размерами материала, для изготовления которого предназначен пресс (от 840×840 до 1450×4100 мм). Поверхность плит тщательно шлифуют. В мировой практике предпочтительный размер фанеры 1220×2440 мм или близкий к нему. Соотношение сторон листа фанеры 1: 2 позволяет лучше использовать шпон и облегчает сборку пакетов. Для обогрева плит в них устраивают систему каналов диаметром 15 – 20 мм. Выбор схемы расположения каналов связан с размерами плит: она должна обеспечивать равномерный и быстрый их нагрев. Разница в температуре отдельных участков плит не должна превышать 2˚С, а время разогрева – не более 30 мин. Снижению неравномерности нагрева может способствовать реверсирование подачи теплоносителя в плитах. В качестве теплоносителя используют водяной пар, воду, масла и различные высокотемпературные органические жидкости – диталилметил, дифенил, дифенилоксид, дифенильную смесь и др. Высокотемпературные теплоносители позволяют без повышения давления в системе нагревать плиты до высоких температур (свыше 200˚С). Теплоноситель от неподвижного коллектора к подвижным плитам пресса подается гибкими шлангами, шарнирными или телескопическими трубками. Конструкцией ряда прессов предусматривается также возможность охлаждения плит водой, необходимость чего возникает при изготовлении фанерных плит, бакелизированной и декоративной фанеры и др. Нагревательные плиты, когда стол пресса находится в нижнем положении, располагают на некотором расстоянии друг от друга, образуя этажи или рабочие промежутки пресса. Число их у прессов, предназначенных для изготовления фанеры, 10 – 70, высота промежутка 40 – 100 мм. Прессы с небольшой высотой промежутков предназначены для склеивания шпона тонкими пакетами с подпрессовыванием. Равенство рабочих промежутков обеспечивается подвеской плит с помощью плитодержателей, которые крепятся к неподвижным стойкам. Рабочие промежутки пресса закрываются последовательно, начиная с нижнего. Скорость закрытия промежутков равна скорости движения стола пресса. Загруженные в пресс пакеты шпона испытывают удары, причём, чем ниже располагается пакет в прессе, тем большее количество ударов (за время подъёма стола пресса) он воспринимает. Следствие этого – разница в упрессовке склеиваемых пакетов по высоте пресса. Во избежание этого используют симультанный механизм (рис.42), обеспечивающий одновременное закрытие всех промежутков пресса. При включении пресса начинают одновременно двигаться все нагревательные плиты, но с разной скоростью. а б Рис. 42.Схемы симультанных механизмов для одновременного подъёма всех плит пресса: а-рычажного; б-тросового; 1-стол пресса; 2-нагревательные плиты; 3-регулировочная гайка поворотного рычага; 4 – тяга поворотного рычага; 5-поворотный рычаг; 6-регулировочная гайка тяги плиты; 7-тяга плит; 8-трос; 9-ступенчатый шкив; 10-трос, вращающий шкив при движении стола пресса Относительная скорость закрытия промежутков пресса uотн при этом оказывается меньше скорости движения стола uс в число раз, равное числу промежутков n пресса: . (49) Это позволяет в несколько раз увеличить скорость подъёма стола пресса, благодаря чему сокращается время нахождения пакетов шпона на горячих плитах и устраняется опасность преждевременного отверждения клея. Повышается также производительность пресса. Нагревательные плиты – одна из наиболее дорогих частей пресса. Поэтому при эксплуатации прессов должны быть приняты меры предохранения их поверхностей от повреждения. Нагревательную плиту, располагаемую на столе пресса, тщательно изолируют от него во избежание нагрева уплотнений цилиндров, так как это резко сокращает ресурс их работы. Температура цилиндров в зоне, где расположены уплотнения, должна быть 50 – 60˚ С. Многоэтажные клеильные прессы, предназначены для изготовления фанеры разного вида и размеров, могут развивать усилие 1,5 – 30 МН. КПД пресса учитывает потери на трение в соединении цилиндр – поршень. Его принимают равным 0,9 – 0,92. Питание гидравлических прессов рабочей жидкостью осуществляется от индивидуальных насосных установок или аккумуляторов. Насосная установка может состоять из одного – трех насосов низкого давления и одного – двух насосов высокого давления. Насосы низкого давления предназначены для быстрого подъема стола пресса, в следствие чего производительность каждого из них должна быть достаточно высокой (1000 -1400 л/мин). Насос высокого давления, обеспечивающий требуемое сжатие склеиваемого материала, должен развивать давление 20 – 35 МПа. Аккумуляторы применяют для питания отдельных прессов и для целой их группы. Это оправдано только при необходимости обеспечения очень быстрого подъема стола пресса, что может диктоваться особенностями технологии склеивания того или иного материала (коротким циклом прессования) или наличием у пресса большого числа рабочих промежутков. Применение аккумуляторов для группы прессов создает возможность использования менее производительных насосов, что выгодно с экономической точки зрения, учитывая малую вероятность одновременного включения всех прессов. Аккумуляторы бывают грузовые или гидропневматические. Система управления клеильным прессом современной конструкции предусматривает возможность его работы в полуавтоматическом или автоматическом режиме. При работе в автоматическом режиме система управления пресса включается без участия человека, по заранее установленной оператором программе (после загрузки пакетов шпона в пресс). Простейшее средство поддержания давления плит пресса на склеиваемый материал на постоянном уровне – контактный манометр, реагирующий на происходящие в системе падения давления периодическим включением насоса высокого давления. Если режимом предусмотрено ступенчатое изменение давления в пределах одного цикла прессования, используют систему программированного регулирования, в которой программа изменения давления задаётся в виде кривой соответствующего профиля на ленте прибора. Температуру плит пресса в течение всего цикла склеивания поддерживают на требуемом уровне. Если циклом склеивания предусматривается изменение температуры плит пресса, как это имеет место, например, при при прессовании бакелизированной или декоративной фанеры, то требуется использовать систему программированного регулирования, подобную применяемой для регулирования давления. Посредством этой системы подают команды исполнительным механизмам, обеспечивающим открытие или закрытие в требуемый момент соответствующих клапанов, прекращающих, например, подачу пара в плиты пресса и открывающих доступ в них охлаждающей воды. Кроме упоминавшихся ранее приборов, входящих в блоки регулирования давления и температуры, прессы для горячего склеивания снабжают также дистанционными термометрами, самопишущими приборами для фиксации температуры и давления, счётчиками количества запрессовок, аварийными сигнальными средствами (гудками, звонками, лампочками). Аварийные лампочки используют для указания любых отклонений в работе всех устройств. Пульт управления прессом имеет набор световых указателей, включатель заказа программы прессования и ряд кнопок для ручного управления работой пресса. Для исключения возможности создания аварийной ситуации в схеме управления предусматривают соответствующие блокирующие устройства. Операции загрузки клеильного пресса пакетами шпона и выгрузки из него фанеры весьма трудоёмки, поэтому их механизируют. Наиболее характерные варианты использования различных механизмов для выполнения указанных операций следующие: I – подъемная платформа – (многоэтажный пресс для горячего склеивания) – подъемная платформа; II – этажерка, перемещающаяся по вертикали, - (многоэтажный пресс) этажерка, перемещающаяся по вертикали; III – подъёмная платформа + этажерка, перемещающаяся по вертикали, – (многоэтажный пресс) – охладитель; IV – элеватор – (многоэтажный пресс) – элеватор. Вариант I основан на использовании подъёмных платформ – наиболее дешёвый вариант. Пакеты шпона укладывают на тележку, которую затем размещают на платформе. При подъёме последней и остановки напротив промежутка пресса стоящий на ней рабочий вталкивает пакет в пресс. Недостатки варианта: а) необходимость иметь четыре рабочих на загрузке и разгрузке пресса; б) значительные затраты времени на выполнение данных операций; в) опасность подсушки клея из-за длительного нахождения пакета на горячих плитах во время их загрузки в пресс; г) необходимость устройства приямков для размещения в них механизмов подъёма платформ. Затраты мускульной энергии здесь могут быть сведены к минимуму при использовании простейшего механизма в виде двух приводных обрезиненных роликов для вкатывания пакетов в пресс. Вариант II основан на использовании двух подъёмных этажерок (рис.43), размещённых по обе стороны пресса, - наиболее распространённый и удачный вариант. Пакеты шпона из стопы поочерёдно загружаются в промежутки этажерки, которая при этом периодически опускается вниз на один этаж. После заполнения пакетами и подъёма в начальное положение её подкатывают к прессу и перегружают в пресс все пакеты одним движением толкателя. При разгрузке пресса все склеенные пакеты экстракторами извлекаются из него и перемещаются в разгрузочную этажерку, а затем при периодическом её опускании поочерёдно выдаются на конвейер. При достаточно высоких скоростях движения толкателя и экстракторов время загрузки и разгрузки пресса оказывается небольшим, что положительно сказывается на качестве склеивания и повышает производительность пресса. Рис. 43.Схема пресса оборудованного подъёмными загрузочно-разгрузочными этажерками: 1-загрузочная этажерка; 2-пресс; 3-разгрузочная этажерка Разгружать пресс можно также загрузочным толкателем, если его штанги сделать достаточно длинными и пропустить сквозь пресс. Тогда ими можно переместить фанеру из пресса в разгрузочную этажерку при условии, что она поднята. Вариант III загрузки – разгрузки пресса предусматривает подачу пакетов шпона в загрузочную этажерку с подъёмной платформы находящимся на ней рабочим. После заполнения этажерки пакетами она подкатывается к прессу и движением толкателя все пакеты загружаются в пресс. Одновременно происходит и выталкивание ранее склеенных пакетов в расположенный за прессом веерный охладитель, выполняющий роль загрузочной этажерки. При движении цепей охладителя лист фанеры, дойдя до нижнего положения, попадает на вращающиеся ролики (конвейеры) и выносится из охладителя. Данный вариант исключает необходимость применения сложных и дорогих механизмов подъёма и опускания загрузочно-разгрузочных механизмов, что снижает стоимость установки. Кроме оператора, пресс обслуживает один рабочий на загрузке. Вариант IV основан на применении двух элеваторов для выполнения загрузочно – разгрузочных операций. Он прост в исполнении и не требует применения механизмов для подъёма и опускания загрузочно- разгрузочных устройств. В современных технологических линиях в основном используются прессы с применением двух загрузочных этажерок (вариант II). Прессы с загрузкой пакетов по I и III варианту используются лишь для изготовления специальной продукции в малых объемах и для ремонта фанеры. Многоэтажные вакуумные прессы для горячего и холодного склеивания шпона используют для уменьшения безвозвратной потери древесины на упрессовку. Шпон склеивают в вакуумном прессе при давлении, не превышающем 0,1 МПа. Главные части пресса – плиты коробчатой конструкции. Вакуумный пресс (рис. 44) работает следующим образом: пакет шпона 7, поданный с загрузочного роликового стола 8, размещается в единственно открытом промежутке пресса на плите 9. Рис. 44. Схема вакуумного пресса Затем стол 10 поднимается плунжером 11 до тех пор, пока плита 9 не будет уложена на подпружиненные подхваты 3 и 5 и пакет шпона не окажется в пространстве между поверхностями плиты 9 и эластичной диафрагмы вышестоящей плиты. В этот момент из образовавшейся между ними полости вакуум-насосом из вакуумной камеры 4 удаляется воздух, благодаря чему расположенная над пакетом эластичная диафрагма создаёт равномерное давление на него до 0,1 МПа. При дальнейшем подъёме стола пресса очередная плита отожмёт подпружиненные подхваты 3 и 5 пройдёт между ними. Если прекратить дальнейший подъём стола и ликвидировать вакуум в пространстве между плитой и эластичной диафрагмой, то при опускании стола образуется новый промежуток, из которого можно будет вывести на загрузочный роликовый стол 1 склеенный пакет, а вместо него с роликового стола 8 ввести новый пакет, и всё повторится сначала. Так заполняется пакетами шпона весь пресс. Затем, после разведения электромагнитами 2 и 6 подпружиненных захватов 3 и 5, стол пресса опускается в крайнее нижнее положение, за исключением самой верхней плиты, которую оставляют на подхватах 3 и 5, предварительно ликвидировав в ней вакуум. С этого момента начинается новый цикл работы пресса. Число плит пресса устанавливается с таким расчётом, чтобы продолжительность заполнения всего пресса пакетами шпона была равна продолжительности выдержки пакетов под давлением: , (50) где τскл – продолжительность склеивания пакета шпона; τ0 – ритм работы пресса, включающий затраты времени на загрузку одного этажа пресса и опускание его на высоту одной плиты. Так как за время выгрузки из промежутка пресса склеенного материала и загрузки в него нового пакета шпона в остальных промежутках уже происходит склеивание пакетов, затрачиваемое вспомогательное время τвсп распределяется на все промежутки пресса. Благодаря этому коэффициент производительности пресса значительно возрастает по сравнению с таковым у обычного пресса. . (51) Если у многоэтажного пресса с жёсткими плитами он равен 0,65 – 0,73, то у вакуумного 0,94 – 0,97. Этим данный пресс выгодно отличается от прессов обычного типа, приближаясь к устройствам непрерывного действия (η=1). Он отличается низкой металлоёмкостью и меньшими размерами, так как никаких внешних нагрузок, кроме собственной массы, его элементы не несут. При равной с прессом П714Б производительности его габарит в 2,5 раза меньше. Нормальная работа вакуумного пресса в значительной мере зависит от качества эластичных диафрагм, работающих при давлении атмосферного воздуха около 0,1 МПа и температуре 130 – 150˚ С. Их следует изготовлять из силиконового каучука толщиной 3 мм, теплостойкой резины на основе булиткаучука толщиной 1,6 мм, стеклоткани с двусторонним или односторонним покрытием из силиконовой резины толщиной до 0,8 мм. Многоэтажный пресс кольцевого типа для холодного склеивания шпона (рис.45) изображён в момент, когда у него открыт один нижний промежуток, в котором размещена нижняя плита и подлежащий склеиванию пакет шпона. Все остальные пакеты находятся под давлением, создаваемым через верхний стол 5 плунжером 4. При этом вся система опирается на упоры 1 и 10. Когда процесс склеивания верхнего пакета закончится, через нижний стол 11, плунжером 12 система перемещается вверх до соприкосновения упоров 3 и 6 с захватами 2,7 с плитой 9. Необходимое для склеивания давление обеспечивается плунжером 12. Рис. 45. Схема многоэтажного кольцевого пресса: 1,10-нижние упоры; 2,7-толкатели, разводящие верхние упоры; 3,6-верхние упоры; 4-плунжер верхнего цилиндра; 5-верхний стол; 8-роликовый захват; 9-плита пресса; 11-нижний стол; 12-плунжер нижнего цилиндра При дальнейшем подъёме плунжера 4 будет снято давление на верхний пакет, благодаря чему появится возможность вывести из пресса роликовым захватом 8 верхнюю плиту и лежащий на ней пакет. Затем плунжером 4 оставшиеся в прессе пакеты сжимаются и вся система, двигаясь вниз, садится на упоры 1 и 10. При дальнейшем опускании плунжера 12 снова открывается первый снизу промежуток, и цикл работы пресса повторяется. Верхний и нижний цилиндры пресса – двойного действия. Таким образом, перемещение склеиваемых пакетов через пресс происходит снизу вверх, а подача освободившихся плит к прессу – сверху вниз. Коэффициент производительности пресса, как и вакуумного, близок к 1, но металлоёмкость пресса и околопрессовой механизации довольно высокая. Неудобна операция извлечения плит из пресса, масса каждой из которых около 2 т. Контрольные вопросы: 1. Характеристика способов склеивания. 2. Как влияют основные режимы склеивания на качество клеевого соединения? а) на состояние склеиваемого материала и расход клея; б) температуру склеивания; в) давление прессования и время склеивания; г) выдержку фанеры после выгрузки из пресса. 3. Цели и задачи интенсификации процессов. 4. Характеристика способов ускорения процесса холодного склеивания фанеры. 5. Характеристика способов ускорения процесса горячего склеивания фанеры. 6. Последовательность и характеристика операций склеивания пакетов шпона? 7. Возможные варианты диаграммы прессования фанеры. Достоинства и недостатки. 8. Что такое упрессовка шпона, от каких факторов она зависит, как влияет на качество фанеры? 9. Методы и способы снижения упрессовки. 10. Особенности склеивания шпона из древесины хвойных пород.