Технология производства древесностружечных плит

ЛЕКЦИЯ 11. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ Древесностружечными называют плиты, полученные путём горячего прессования древесных стружек, смешанных с синтетической смолой. Древесностружечные плиты широко применяются в производстве мебели, строительстве и т. д. и имеют ряд преимуществ перед пиломатериалами и столярными плитами. Основные преимущества следующие: однородность свойств в различных направлениях по плоскости, сравнительно небольшие изменения размеров в условиях переменной влажности, возможность придать им в процессе производства повышенную биостойкость, водо- и влагостойкость, огнестойкость и т. д., а также использование для их производства низкокачественной древесины и отходов деревообрабатывающих производств, возможность почти полной автоматизации процесса производства и высокая экономичность, 1 м3 плит заменяет 2,5 м3 пиломатериалов высших сортов при применении их для одних и тех же целей, т. е. высокая эффективность применения плит. 11.1. Классификация, виды, размеры и свойства древесностружечных плит Классификация и виды плит Древесностружечные плиты (ДСтП) изготовляют из различных видов древесины и древесных частиц с использованием разных видов связующих, различными способами и для различных целей. Этим объясняется большое число разновидностей плит. Чаще всего плиты классифицируют по следующим признакам. Способ прессования. Здесь различают плиты плоского и экструзионного прессования. В плитах плоского прессования древесные частицы расположены параллельно их плоскости. Такие плиты получают приложением усилия прессования перпендикулярно их пласти. Стружечные плиты плоского прессования получают в многоэтажных прессах периодического действия, одноэтажных прессах периодического и непрерывного действия, в каландровых и валковых прессах. Плиты плоского прессования в зависимости от степени ориентации стружек имеют одинаковую или разную прочность вдоль и поперек плиты. В плитах экструзионного прессования древесные частицы расположены преимущественно перпендикулярно их плоскости. Такие плиты получают в специальных экструзионных прессах непрерывного действия при приложении прессующего усилия параллельно их плоскости. У таких плит очень низкая прочность вдоль плоскости плиты и более высокая прочность поперек плиты. Однако облицовка плит экструзионного прессования даже одним слоем шпона значительно (в 15-20 раз) увеличивает их прочность. В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом в основном изготавливают плиты плоского прессования. Конструкция плит. (Рис. 50) По этому признаку различают однослойные, трёхслойные, пятислойные и многослойные плиты. В зависимости от конструкции пакета плиты плоского прессования на карбомидоформальдегидном связующем бывают марок: П-1, многослойные П-1М и трехслойные П-1Т; П-2, однослойные П-20 и трехслойные П-2Т; П-3, трехслойные П-3Т. Однослойные плиты имеют одинаковые размеры древесных частиц и одинаковое количество связующего по всей их толщине. Они могут быть сплошными и с внутренними каналами (многопустотные плиты). Последние изготовляются экструзионным способом. Рис 50. Древесностружечные плиты: а-плоского прессования; б-экструзионного прессования; 1-обогреваемые плиты; 2-плита со стружками, ориентированными параллельно пласти; 3-пуансон; 4-плита со стружками, ориентированными перпендикулярно пласти. В трёхслойных плитах оба наружных слоя изготовляют из более тонких или мелких древесных частиц и с количеством связующего вещества большим, чем во внутреннем слое. Слои могут отличаться и другими признаками – плотностью, наличием разных добавок. Трёхслойные плиты изготовляют без фракционирования древесных частиц в наружных слоях и с фракционированием. В плитах первого типа размеры древесных частиц одинаковы по всей толщине наружного слоя. В плитах с фракционированием древесных частиц в наружных слоях размер древесных частиц постепенно возрастает от поверхности по направлению к середине плиты. В поверхностных слоях находятся самые мелкие древесные частицы и древесная пыль, что обеспечивает высокий класс шероховатости поверхности. Пятислойная плита состоит из одного внутреннего, двух одинаковых симметрично расположенных промежуточных и двух наружных слоев, отличающихся один от другого размерами древесных частиц и содержанием связующего. При изготовлении в наружных слоях используют мелкие древесные частицы и пыль, в промежуточных слоях - стружку с наибольшими допускаемыми размерами и во внутреннем - стружку с наибольшими допускаемыми размерами. В многослойных плитах размер древесных частиц постепенно возрастает от поверхности к середине плиты, а содержание связующего вещества соответственно уменьшается. Однако в отличие от трехслойных плит, в которых ярко выражена граница между наружными и внутренними слоями, в многослойных плитах такой границы нет. Плотность плиты. На основании такого признака выделяют плиты малой плотности, плотность которых менее 550 кг/м3, плиты средней плотности – 550…750 кг/м3; плиты высокой плотности – 750 кг/м3 и более. В настоящее время большинство плит изготавливают плотностью 650- 750 кг/м3. Вид используемых древесных частиц. Существуют плиты из специально изготовленных древесных частиц и крупноразмерной стружки. Основное количество плит сейчас и в дальнейшем будет производиться из специально изготовленных древесных частиц сравнительно небольших размеров, так как такие плиты имеют относительно высокие показатели физико-механических свойств, удовлетворяющие требования в первую очередь мебельной промышленности. Плиты из крупноразмерной стружки изготавливают из древесных частиц, имеющих сравнительно большие размеры по длине и ширине при небольшой толщине. Используют древесные частицы продолговатой формы (длиной 60…90 мм, шириной 5…12 мм, толщиной 0,3…0,6 мм) или формы, близкой к квадратной (35х35; 40х40 мм при толщине 0,4…0,8 мм). Из крупноразмерной стружки изготавливают в основном плиты для строительства и плиты другого специального назначения. Вид древесных частиц для формирования наружных слоёв. По этому признаку выпускают плиты с наружными слоями из тонкой резаной стружки без доизмельчения и плиты с мелкоструктурной поверхностью из мельчайших древесных частиц и древесной пыли. Плиты с наружными слоями из резаной стружки без доизмельчения имеют сравнительно высокую прочность на статический изгиб, а шероховатость поверхности пластин 190…250 мкм. Такие плиты с облицованной или окрашенной поверхностью используют в строительстве, а в мебельном производстве – только облицованные лущеным и строганым шпоном. Для формирования наружных слоев плит с мелкоструктурной поверхностью используют мелкие древесные частицы (фракции 2/0) и пыль. У таких плит более низкая прочность на статический изгиб по сравнению с плитами с наружными слоями из стружки без доизмельчения (ниже на 10…20 %), но зато шероховатость поверхности пласти 30…60 мкм. Такие плиты пригодны для облицовки современными пленочными и полимерными материалами. Гидрофобность (водоустойчивость). Здесь изготовляют плиты повышенной и средней водостойкости. Плиты повышенной водостойкости изготовляют с применением фенолоформальдегидных смол и карбамидомеламиноформальдегидных смол либо карбамидоформальдегидных смол с добавлением гидрофобных веществ. Плиты средней водостойкости изготовляют с применением карбамидоформальдегидных смол. У таких плит при действии холодной воды прочность снижается в 3-4 раза, а при действии горячей воды (температурой 60С и выше) прочность резко снижается, а затем они разрушаются. В связи со значительными технологическими преимуществами карбамидоформальдегидных смол и их широким распространением большинство плит изготовляют на их основе. Вид используемого связующего. По этому признаку различают плиты на органических и неорганических связующих. При изготовлении плит на органических связующих используют карбамидофенолоформальдегидные, меламиноформальдегидные и изоционатные смолы. При изготовлении плит на неорганических связующих используют цемент, каустический магнезит и др. На основе неорганических связующих изготовляют в основном плиты строительного назначения, отличающиеся высокой водо -, био- и огнестойкостью. Производство таких плит начинает широко развиваться во многих странах. Характер расположения древесных частиц (в основном крупноразмерной стружки) в слоях плиты. Выпускают плиты с ориентированной стружкой. В плитах с ориентированной стружкой последняя укладывается длинной стороной в одном направлении. В разных слоях направление ориентации стружки может быть различным, например, взаимно перпендикулярным, подобно укладке листов шпона при изготовлении фанеры. Такие плиты отличаются повышенной прочностью на изгиб в одном направлении, естественно, при некотором снижении прочности в другом направлении. Плиты с ориентированной стружкой предназначены для использования в строительстве, при изготовлении кузовов автомашин, контейнеров, сельскохозяйственных сооружений (бункеров, амбаров) и др. В плитах с неориентированной стружкой древесные частицы укладываются в хаотическом порядке. Такие плиты имеют одинаковые механические показатели во всех направлениях плоскости плиты. По виду обработки поверхности различают шлифованные и нешлифованные плиты. По виду защитно-декоративных покрытий поверхности плиты бывают необлицованные и облицованные. Плиты облицовывают натуральным и синтетическим шпоном, бумажно-смоляными пленками, пластмассами, пресс-порошком. Кроме того, поверхность покрывают красками, эмалями, лакокрасочными материалами. Назначение плит. Выпускают плиты общего назначения, для строительства, специального назначения. К плитам общего назначения не предъявляют высоких требований в отношении их водо - и биостойкости. Особенностями плит общего назначения (в том числе для производства мебели) являются средний уровень прочности и водостойкости, низкая токсичность и в большинстве случаев высокое качество поверхностей. Такие плиты предназначены для эксплуатации в условиях, исключающих воздействие воды, влаги, высокой температуры и пр., например, внутри отапливаемых помещений. Плиты общего назначения, как правило, используют для изготовления штучной и встроенной мебели, для отделки интерьера внутри здания и т.д. Такие плиты преимущественно изготавливают на основе карбамидоформальдегидных смол без введения в стружечную массу специальных добавок. Плиты для строительства должны обладать повышенной прочностью, водо - и биостойкостью, а в отдельных случаях и огнестойкостью, хорошими тепло-и звукоизоляционными свойствами и др. Такие плиты в основном изготовляют на основе фенолоформальдегидных смол и неорганических связующих (портландцемента, каустического магнезита и др.), а в отдельных случаях на основе карбамидоформальдегидных смол с введением в стружечную массу специальных добавок (гидрофобизаторов и антисептиков). Плиты специального назначения должны обладать специальными свойствами, например, в отношении размеров, плотности, прочности в определенном направлении, водо -, био-, огнестойкости и др. Такие плиты изготавливают по специальным заказам. В соответствии с ГОСТ 10632-89 плиты общего назначения, используемые для производства мебели, в строительстве (кроме жилищного, строительства зданий для детских, школьных и лечебных учреждений), в машиностроении, радиоприборостроении и в производстве тары подразделяются: по физико-механическим показателям на группы П-А и П-Б; по качеству поверхности на 1-й и 2-й сорта; по виду поверхности – с обычной и мелкоструктурной (М) поверхностью; по степени обработки поверхности на шлифованные (Ш) и нешлифованные; по гидрофобным свойствам – с обычной и повышенной (В) водостойкостью; по содержанию формальдегида на классы эмиссий Е1, Е2, Е3. Условное обозначение плит при заказе должно включать следующее: марку, сорт, вид поверхности (для плит с мелкоструктурной поверхностью), степень обработки поверхности (для шлифованных плит), гидрофобные свойства (для плит повышенной водостойкости), класс эмиссий формальдегида. Пример условного обозначения плит группы П-А сорта 1 с мелкоструктурной поверхностью, шлифованных, класса эмиссий Е-1, с размерами 3500х1750х15 мм: П-А, 1,М, Ш, Е-1,3500х1750х15, ГОСТ 10632-89. То же плит группы П-Б сорта 2 с обычной поверхностью, нешлифованных, класса эмиссии Е-2, с размерами 3500х1750х16: П-Б, Е-2, 3500х1750х16, ГОСТ 10632-89. По содержанию формальдегида в плитах в соответствии с европейской классификацией стандартом предусматривается три класса эмиссии. Допускаемое содержание формальдегида, в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой плиты для классов эмиссии составляет: Е-1 – до 10; Е-2 – 10…30; Е-3 – 30…60. Причем эти нормы относятся к необлицованным плитам. Для изготовления мебели применяют, как правило, плиты классов Е-1 и Е-2. Размеры и основные свойства плит Размеры плит. Плиты изготовляют толщиной 8…28мм и толще, с градацией через 1мм. Такая градация позволяет сочетать в рамках стандарта толщины одновременно выпускаемых шлифовальных и нешлифовальных плит. Длина и ширина плит определяются размерами прессующих элементов прессового оборудования. При изготовлении плит в одноэтажных и многоэтажных гидравлических прессах размеры прессуемых плит определяются размерами обогреваемых плит пресса. При изготовлении плит в гусеничных прессах непрерывного действия, в валковых (каландровых) прессах, в одноэтажных прессах непрерывного действия и в экструзионных прессах длина получаемых плит может быть любой. Размеры плит по длине и ширине устанавливают в договорах на поставку, исходя из характеристики применяемого оборудования. Учитывая развитие отрасли - введение в действие и проектирование новых линий, а также то, что жесткое нормирование размеров по длине и ширине ограничивает оптимальные варианты карт раскроя плит у потребителей, в стандарте приведены только основные рекомендуемые размеры, мм: по длине – 1830;2040;2440;2500;2600;2700;2750;2840;3500;3220;3600; 3660; 3690; 3750; 4100;5200;5500;5680; по ширине- 1220;1250;1500;1750;1800;1830;2135;2440;2450;2500. Основные физические свойства плит: плотность, разбухание, водопоглащение, гигроскопичность, огнестойкость, биостойкость, прочность и т.д. Рассмотрим ряд свойств плит. Цвет плит зависит от породы древесины, вида связующего, наличия коры, условий обработки. Карбамидоформальдегидные смолы не меняют цвет, фенолоформальдегидные смолы делают плиты коричневыми, длительная термообработка плит ведет к их потемнению. Шероховатость поверхности плит зависит от вида древесных частиц, способа прессования и вида обработки. Плиты из тонких плоских стружек имеют более гладкую поверхность. Коробление плит определяется максимальной стрелой прогиба по диагонали плиты. Коробление зависит от толщины и облицовочного покрытия; для плит 10-16 мм толщиной – коробление 1,2 мм/м, для плит толщиной 19 мм – 1 мм/м. Плотность – показатель, влияющий на физико-механические свойства и зависит от плотности каждого слоя плиты, если она трех-, пяти- или многослойная. Влажность характеризует количество влаги, находящейся в плитах. Водопоглощение – способность плит поглощать воду. Разбухание – свойство плит увеличивать размеры после нахождения в воде 24 часа. Звукоизолирующая способность плит характеризует звук при его прохождении через плиту. Биостойкостью плит называется способность их противостоять разрушающему действию грибов. Биостойкость определяется на образцах, выдержанных в контакте с культурой домового гриба в течение 3 месяцев. Потеря массы обычных плит составляет 31-48 %, антисептированных-1%. Огнестойкость – способность плит противостоять действию огня. Плиты более огнестойки, чем древесина из-за наличия в них связующего. Механические свойства плит. Предел прочности при статическом изгибе – наиболее важный фактор, так как плита более всего работает на изгиб. На прочность плит влияет плотность, вид древесных частиц. Наиболее прочные плиты высокой плотности из специально нарезанных стружек. Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты зависит от плотности. Это объясняется большим контактом частиц, а, следовательно, площадью склеивания. Наибольшая прочность плит  из специально нарезанных стружек. Твердость плит имеет большое значение при их применении в качестве материала для полов, а также при облицовке плит бумагами, пропитанными смолами. Твердость зависит от плотности наружных слоев и составляет 0,2-0,4 при испытании по Бринеллю. Истираемость характеризуется способностью сопротивляться постепенному царапанию. Удельное сопротивление выдергиванию гвоздей и шурупов. Оно зависит от способа прессования, вида частиц и направления в котором ввинчены шурупы или забиты гвозди. На этот показатель большое влияние оказывает плотность плит. Свойства плит общего назначения. Древесностружечные плиты как искусственный конструкционный материал характеризуются целым рядом показателей (свойств), по которым можно судить о пригодности материала для тех или иных целей. Большинство этих показателей регламентированы стандартом. Требования снижения материалоемкости обусловливают дифференцированный подход к установлению норм прочности материалов, применяемых для различных элементов конструкций, имеющих различные по величине, направлению и частоте приложения эксплуатационные нагрузки, которые отражены ниже. Здесь указаны нормы физико-механических показателей плит плотностью от 550 до 820 кг/м3 для образцов с сухой поверхностью и после 2 ч вымачивания в воде. Последний показатель позволяет иметь более точную оценку не только качества шлифования, но и структуры поверхности – степени измельчения древесных частиц и их однородности. Физико-механические показатели плит общего назначения по ГОСТ 10632-89 Марка плиты……………………………………………..П-А П-Б Влажность, % ………………………………………………… 8±2 Разбухание по толщине,% за 24 ч (размер образцов 100х100 мм, )………….. 22 33 за 2 ч (размер образцов 25х25 мм), …………. 12 15 Предел прочности при изгибе, МПа, для толщины, мм: от 8 до 12 ………………………………………… 18 16 от 13 до 19 ………………………………………….. 16 14 от 20 до 30 ………………………………………….. 14 12 Предел прочности при растяжении перпендикулярно плоскости плиты, МПа, для толщины, мм : от 8 до 12……………………………………………. 0,35 0,3 от 13 до 19 ………………………………………….. 0,3 от 20 до 30 ………………………………………….. 0,25 Удельное: сопротивление выдергиванию шурупов, Н/мм2: из пласти …………………………………………… 60 55 из кромки…………………………………………… 50 45 Покоробленность, мм: … ……………………………. . 1,2 1,6 Шероховатость поверхности пласти, мкм, для образцов: с сухой поверхностью: для шлифованных плит с обычной поверхностью 50 63 для шлифованных плит с мелкоструктурной поверхностью……………………………………… 32 40 для нешлифованных плит……………………….... 320 500 После 2 ч вымачивания: для шлифованных плит с обычной поверхностью 150 180 для шлифованных плит с мелкоструктурной поверхностью 120 150 11.2 Состав технологического процесса производства древесностружечных плит Технологический процесс изготовления древесностружечных плит включает следующие основные операции: сортировку древесного сырья, его гидротермическую обработку, окорку, разделку, измельчение древесных частиц, их сушку, сортировку, дозирование связующих и добавок, смешивание древесных частиц со связующим, формирование стружечного пакета (ковра), подпрессовку стружечного пакета (ковра), прессование плит, обрезку древесностружечных плит, их выдержку, калибрование и шлифование. В зависимости от вида используемого сырья, конструкции изготовляемой плиты и ее качества отдельные из перечисленных операций исключают, а неуказанные включают дополнительно. На рис. 51 дана схема технологического процесса изготовления трехслойных древесностружечных плит с улучшенной структурной поверхностью. Схема показывает процесс до операции дозирования древесных частиц для смешивания со связующим. На схеме даны основные этапы переработки четырех видов сырья в древесные частицы для формирования наружных и внутреннего слоев древесностружечных плит. После смешивания древесных частиц каждого из слоев со связующим производят следующие операции технологического процесса: а) распределение стружки по формирующим машинам формирующей станции; б) формирование пакетов; в) извлечение случайных металлических включений из пакетов; г) подпрессовку стружечного пакета; д) контрольное взвешивание пакетов (брикетов); е) прессование плит; ж) отделение плит от поддонов; з) возврат и охлаждение поддонов; и) кондиционирование плит; к) обрезку древесностружечных плит; л) калибрование; м) шлифование; н) сортировку плит. Рис 51. Схема технологического процесса изготовления трехслойных древесностружечных плит На рис. 52 представлена принципиальная схема производства пятислойных древесностружечных плит. На схеме показан технологический процесс до операции дозирования частиц для смешивания со связующим, после дозирования следуют операции: а) смешивания частиц со связующим; б) формирования ковра; в) удаления металлических включений из ковра во время его продвижения под электромагнитным устройством; г) подпрессовки ковра в прессе непрерывного действия; д) разделения ковра на брикеты; е) контрольного взвешивания брикетов; ж) прессования стружечных плит; з) контрольного взвешивания плит; к) кондиционирования древесностружечных плит; л) калибрования и шлифования плит; м) сортировки плит; н) складирования. К особенностям этого технологического процесса относятся: использование в качестве основного сырья щепы, применение высокопроизводительного оборудования, непрерывное формирование ковра, подпрессовка ковра в прессе непрерывного действия. Рис.52 Схема технологического процесса производства пятислойных древесностружечных плит На рис. 53 приведена принципиальная схема производства многослойных плит. Основная особенность многослойной плиты - постепенный переход от мелких стружек на поверхности плиты к крупным в ее середине и достижение лучшей симметрии в укладке частиц, обеспечивающей большую ее устойчивость к короблению. Преимущество таких плит – высокое качество поверхности, необходимое для ламинирования. Технологический процесс, как видно из рис.53, допускает использование всех видов сырья ; он отличается простотой организации, поскольку все частицы направляются в общий бункер сырой стружки и до сортировки обрабатываются в одном потоке. Во время первой сортировки из частиц удаляется пыль в отдельный бункер, откуда дозированно направляется на смешивание со связующим. Рис 53. Принципиальная схема производства многослойных древесностружечных плит Освобожденные от пыли частицы из бункера сухой стружки поступают в сортировку для разделения на фракции и последующего пофракционного смешивания со связующим, а затем снова соединяются в один поток и вместе с пылью поступают на формирование ковра в формирующую машину с пневматическим фракционированием, что обеспечивает формирование многослойного ковра и получение из него многослойных плит. После указанных на рис. 53 операций смешивания стружки и пыли со связующим следует: а) формирование ковра; б) разделение ковра на пакеты; г) поперечная обрезка пакетов; д) прессование плит; е) обрезка плит; ж) шлифование; з) раскрой плит. Появились новые технологические процессы производства древесностружечных плит, в том числе отличающиеся применением одноэтажных прессов непрерывного действия, получением плит с ориентированными в различных слоях частицами (частицы укладываются с параллельным или приблизительно параллельным расположением по длине в отдельных слоях и их пересечением в смежных слоях подобно укладке листов в фанере). Последний процесс разработан фирмой « Бизон» (ФРГ). Эта фирма разработала и другие процессы, например, основанные на использовании минеральных связующих, порошкообразных смол. Технологический процесс производства древесностружечных плит экструзионного прессования отличается совмещением операций формирования ковра и прессования плит в прессе. Однако этот технологический процесс не позволяет получить плиты с высокой прочностью при изгибе без облицовки прочными материалами, например пластиками. При использовании нетоксичных смол и клеев эти плиты могут найти широкое применение в домостроении в качестве стеновых панелей. Контрольные вопросы. 1. Основные преимущества древесностружечных плит (ДСтП) по сравнению с другими древесными материалами. 2. Способы прессования и их характеристики. 3. По каким признакам классифицируют ДСтП (конструкции, вид используемых частиц, характер их расположения, физические свойства, назначение)? 4. Размерные и качественные характеристики ДСтП. 5. Охарактеризовать схемы технологических процессов ДСтП в зависимости от их конструкции, достоинства и недостатки. 6. Какие общие и отличительные особенности технологий в зависимости от конструкции ДСтП. 7. Объясните возможность взаимного использования ряда технологических операций в различных технологиях. 8. Какая из технологий, на ваш взгляд, наиболее приемлема (по технологическим, техническим и экономическим условиям)? Обосновать?