Закономірності впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом’яних плит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний лісотехнічний університет україни

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЗАКОНОМІРНОСТІ ВПЛИВУ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НА ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИННО-СОЛОМ'ЯНИХ ПЛИТ

Спеціальність 05.23.06 - технологія деревообробки,

виготовлення меблів та виробів з деревини

Салабай Роман Григорович

Львів - 2008

Загальна характеристика роботи

пресування солом'яний плита стружковий

Актуальність теми. Попит на масивну деревину та деревинні композиційні матеріали (ДКМ) постійно зростає. Щорічно людство використовує понад 3,5 млрд. тонн деревини, а споживання деревинних плит зростає приблизно на 4%. За прогнозами міжнародної природоохоронної організації FAO лісистість планети скоротиться до 0,47 га на людину в 2010 р. порівняно з 1,17 га у 1960 р. Швидкість глобального вирубування лісів і його вплив на навколишнє середовище, нестача деревинних ресурсів заставляє виробників деревинних плит шукати і залучати альтернативну сировину. Особливо це актуально для країн, які не мають достатніх запасів деревини, до яких відноситься і Україна з лісистістю 15,6%. В Україні, порівняно з середніми показниками інших країн Європи, - один з найнижчих рівнів лісозабезпечення: 0,18 га лісу на одного мешканця.

Вибір сировини для виробництва плит визначається економічною доцільністю з урахуванням її запасів, умов заготівлі, доставляння та зберігання. Традиційною сировиною у виробництві стружкових плит (СП) була й залишається деревина, проте, придатна і недеревинна лігноцелюлоза сировина - рослинна. Серед багатьох видів рослинної сировини в Україні найбільш значні запаси злакової соломи, і саме вона може вважатися найбільш перспективною рослинною сировиною для виробництва плит. Щорічно отримується 25-30 млн. тонн соломи.

За останні роки в багатьох країнах пшенична солома стала основною недеревинною сировиною, що використовується для виготовлення деревинних плит. На рівні з іншими сільськогосподарськими відходами і рослинними волокнами вона розглядається як приваблива сировина з економічних і екологічних міркувань. Її використання мало б допомогти зменшити темп знелісення і надати виробникам можливість виробляти деревинні плити, навіть якщо деревина стане дефіцитною.

Великі обсяги соломи накопичуються в областях, де вирощують зернові культури. Для цих найменш лісистих областей України, куди деревина завозиться з інших, було б особливо важливим вирішення поставленого питання. Заміна деревинних частинок солом'яними у виробництві плитних матеріалів дозволить зекономити деревину, спростити технологічний процес виробництва, зменшити собівартість плит.

Однак, проблема використання рослинної сировини у виробництві СП розкрита лише частково і тому вимагає подальшого розроблення. Необхідно вирішити питання про можливість застосування злакової соломи для виробництва стружкових плит, виготовлених за технологією прийнятою у виробництві СП.

Таким чином, дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого і актуального для промисловості завдання - розширення сировинної бази для виготовлення стружкових плит, завдяки залученню відходів сільськогосподарського виробництва, а саме пшеничної соломи, на основі вивчення закономірностей впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних робіт, які виконуються за основним напрямком наукової діяльності кафедри хімічної технології переробки деревини НЛТУ України “Створення нових деревинних композиційних матеріалів та розробка технологій їх виготовлення”.

Пошукові дослідження є частиною робіт, виконаних в межах держбюджетної науково-дослідної роботи “Наукові основи підвищення виходу і якості пилопродукції твердих листяних порід та створення композиційних матеріалів з нетрадиційних видів сировини” (номер державної реєстрації 0100U001559, Розділ 2).

Дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з держбюджетною науково-дослідною темою “Розроблення технології виготовлення деревинних композиційних матеріалів із використанням відходів агропромислового комплексу” (номер державної реєстрації 0106U012591).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - встановити закономірності впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит і розробити на цій основі режими пресування плит з використанням пшеничної соломи.

Відповідно до поставленої мети необхідно було вирішити такі основні завдання:

встановити можливість і доказати доцільність використання соломи у виробництві стружкових плит;

вивчити властивості соломи та визначити розміри і фракційний склад подрібнених солом'яних частинок;

встановити вплив подрібнювального обладнання на властивості солом'яних частинок і деревинно-солом'яних плит;

дослідити вплив складу стружкової суміші, вмісту солом'яних частинок, виду та кількості клею на фізико-механічні властивості деревинно-солом'яних плит;

дослідити вплив параметрів режиму пресування на фізико-механічні властивості деревинно-солом'яних плит;

розробити раціональні режими пресування деревинно-солом'яних плит з використанням пшеничної соломи.

Об'єкт дослідження - технологічний процес виготовлення деревинно-солом'яних плит.

Предмет дослідження - закономірності впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит. Увагу автора привернув малодосліджений напрям даного об'єкту дослідження - використання злакової соломи у виробництві стружкових плит.

Методи дослідження. В дисертаційній роботі для досягнення поставленої мети використані такі методи дослідження як експеримент, вимірювання, порівняння. Солом'яні частинки виготовляли подрібненням методом різання, а доподрібнення виконували методом вільного удару. Аналіз клеїв виконували згідно стандартних методик: визначення умовної в'язкості - методом ламінарного витікання рідини крізь калібрований отвір, визначення концентрації - гравітаційним (ваговим) та рефрактометричним методами, визначення водневого показника - потенціометричним методом. Дослідні зразки деревинно-солом'яних плит виготовлено методом плоского пресування, а для зменшення системних похибок під час проведення дослідів застосовано метод рандомізації. Під час визначення властивостей частинок, стружкового пакету і деревинно-солом'яних плит застосовано: фізичні методи дослідження - при визначенні розмірів і фракційного складу частинок, вологості частинок і клейової композиції, вологості, щільності, водопоглинання і набрякання плит за товщиною; механічні - при визначенні міцності при статичному згині і при розтягу перпендикулярно до площини плити; хімічний - при визначенні вмісту формальдегіду в плиті. Зокрема, використано методи вимірювання: сушильно-ваговий - для визначення вологості; перфораторний - для визначенні вмісту формальдегіду. Обробку експериментальних даних проведено методом статистичного аналізу. Методом порівняння властивостей деревинно-солом'яних плит з деревинними стружковими та вимогами стандартів встановлена можливість використання соломи для виробництва СП.

Наукова новизна одержаних результатів. Виконано наукові дослідження зі створення нових деревинних плитних матеріалів з використанням рослинної сировини. Вперше отримано деревинно-солом'яні плити за технологічною схемою, прийнятою у виробництві стружкових плит. Доказано можливість і доцільність застосування пшеничної соломи для виробництва деревинних плит.

Вперше встановлено закономірності впливу виду сировини та клейових матеріалів і параметрів режиму пресування на властивості деревинно-солом'яних плит.

Отримано регресійні залежності водопоглинання, набрякання за товщиною, межі міцності при статичному згині та при розтягу перпендикулярно до площини деревинно-солом'яних плит від вмісту солом'яних частинок за різного складу стружкової суміші, різного виду і різної витрати клею та від параметрів режиму пресування (температури, тривалості і тиску пресування), які можуть бути використані в технологічних розрахунках, пов'язаних з виготовленням деревинно-солом'яних плит.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено способи і технологічні основи виробництва деревинно-солом'яних плит шляхом додавання солом'яних частинок до деревинних.

Розроблено методику розрахунку рецептури стружково-клейової композиції для виготовлення деревинно-солом'яних плит, яка апробована центральною заводською лабораторією ТзОВ “Свиспан Лімітед” і прийнята для впровадження в цеху ДСП-1 для розрахунку витрати компонентів при змішуванні деревинних і солом'яних частинок з клеєм у технології виготовлення деревинно-солом'яних плит, про що складений відповідний акт впровадження.

Запропоновано раціональні режими пресування деревинно-солом'яних плит з використанням пшеничної соломи. Розроблено рекомендації для впровадження таких режимів для виготовлення СП з використанням соломи на підприємстві з виробництва стружкових плит ТзОВ „Свиспан Лімітед”, які використані при випуску дослідної партії плит, що підтвердило доцільність застосування злакової соломи для виробництва плит, виготовлених за технологією, прийнятою у виробництві стружкових плит, та достовірність висновків, отриманих за результатами досліджень.

На основі результатів досліджень запропоновано способи виготовлення стружкових плит з використанням соломи (Патенти України на корисні моделі № 21438, № 21441), які дають змогу розширити сировинну базу для їх виготовлення завдяки залученню відходів сільськогосподарського виробництва, а саме пшеничної соломи, зменшити собівартість плит і, відповідно, економити цінну деревинну сировину.

Особистий внесок здобувача. Аналіз проблеми та вибір напрямку досліджень проведений автором разом з науковим керівником. Основні результати дисертаційної роботи одержані автором самостійно. Результати досліджень, які виконані у співавторстві, одержані при безпосередній участі автора на всіх етапах досліджень. У роботі [2] автором проведено огляд і аналіз літературно-інформаційних джерел щодо використання рослинної сировини у виробництві композиційних матеріалів.

Апробація результатів роботи. Матеріали роботи доповідались і обговорювались на:

Міжнародній науково-практичній конференції “Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины” (м. Воронеж, Воронежська державна лісотехнічна академія, 13-16 червня 2000 р.);

І-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології ( м. Київ, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут, 27-29 квітня 2006 р.”;

56, 57, та 58-ій науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу НЛТУ України (м. Львів, 2006-2008 рр.);

наукових семінарах кафедри хімічної технології переробки деревини та безпеки життєдіяльності УкрДЛТУ (м. Львів, 1999-2001 рр.); наукових семінарах кафедри хімічної технології переробки деревини НЛТУ України (м. Львів, 2005-2008 рр.);

розширеному засіданні кафедри хімічної технології переробки деревини НЛТУ України (м. Львів, 2008 р.).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 8 наукових праць, з них 4 статті у фахових виданнях, 2 у матеріалах і тезах доповідей науково-практичних конференцій і 2 патенти України на корисні моделі.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шести розділів, висновків та рекомендацій, списку використаних джерел, який містить 116 найменувань, і додатків. Основний зміст роботи викладений на 141 сторінці, включає 19 таблиць і 76 рисунків. Загальний обсяг роботи - 159 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначені мета і завдання дослідження, показані наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, відзначено особистий внесок автора роботи. Наведені дані про апробацію роботи, публікації та впровадження результатів досліджень.

У першому розділі висвітлено стан питання щодо забезпечення сировиною виробництв ДКМ, зокрема деревинних плит; проаналізовано використання рослинної сировини; показано, що за відсутності в Україні вільних запасів деревини як альтернативну рослинну сировину для виробництва стружкових плит доцільно розглядати такі технічні культури, як злакові; наведено запаси та напрямки використання соломи злакових культур; розглянуто вплив технологічних параметрів на властивості стружкових плит.

В Україні соломи достатньо, але чи доступна вона для виробництва деревинно-солом'яних плит? Наприкінці 80-х років минулого століття валовий збір зернових в Україні становив у середньому на рівні 49 млн. т на рік. Зміни в економіці призвели до руйнації адміністративної системи управління, ринкові механізми ще не показали своєї регулювальної дії і, як результат, - валовий збір зернових зменшився.

Сільськогосподарські підприємства ведуть заготівлю соломи для використання як корму для худоби та інших господарських потреб. Якщо обчислити потенційно можливий урожай соломи на основі: даних статистичної звітності про урожай всіх зернових культур, відомих співвідношень між зерновою та незерновою частиною рослин та оцінок коефіцієнтів доступності, то за розрахунками навіть у разі врожаю зернових 24,5 млн. т потенційний збір злакової соломи може становити 20 млн. т. Визначивши можливий надлишок соломи як різницю між потенційним збором та плановими потребами для сільськогосподарського використання, навіть за мінімальними оцінками надлишок соломи може становити 7 млн. т на рік. У 2006 році надлишки соломи становили понад 19 млн. т при загальному обсязі 24,2 млн. т.

Хоча в науково-технічній літературі міститься інформація щодо можливості використання злакової соломи в технологіях ДКМ, на сьогодні відсутні відомості про закономірності впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит, виготовлених на обладнанні існуючих цехів з виготовлення стружкових плит. На основі результатів виконаного аналізу обґрунтована актуальність теми, визначені мета та завдання дослідження.

Другий розділ присвячений характеристиці об'єкта дослідження. Залучення в технологічний процес виготовлення стружкових плит соломи призведе до введення коректив у відлагоджену технологію деревинних СП, адже:

хімічний склад соломи відмінний від деревини: порівняно з деревиною солома містить більше геміцелюлоз, золи і кремнезему та менше лігніну;

пшенична солома морфологічно складніша і менш однорідна, ніж деревина;

солом'яні частинки гідрофобніші, ніж деревинні;

міцнісні властивості соломи набагато нижчі порівняно з деревиною;

солом'яні частинки довші, тонші і мають меншу ширину, ніж деревинні. Тому відношення довжини до товщини є в 5-7 раз більше порівняно з відповідними значеннями для деревинних частинок;

перевагами соломи як сировини для деревинних плит є: щорічне поновлення, в декілька разів менша середня ринкова ціна за деревину, менші витрати на подрібнювальне і сушильне обладнання тощо;

перешкоджають використанню соломи як сировини для деревинних плит: високий вміст золи і кремнезему, що призводить до великих витрат енергії та обмежує час експлуатації робочих елементів подрібнювального обладнання, і наявність воску з досить складним хімічним складом, який в соломі не розпорошений у всій її масі, як це має місце в деревині, а знаходиться практично повністю на поверхні стебла, що перешкоджає змочуванню поверхні частинок і погіршує їх склеювання.

Проте, аналіз властивостей злакової соломи та параметрів солом'яних частинок як наповнювача композиційних матеріалів, створює певні передумови застосування солом'яної сировини у виробництві СП без суттєвих змін у технології останніх.

У третьому розділі викладено методику експериментальних досліджень.

Експериментальні дослідження проводилися у два етапи. На першому етапі досліджували властивості частинок та вплив сировини і матеріалів на властивості деревинно-солом'яних плит; на другому етапі - вплив режимних параметрів виготовлення деревинно-солом'яних плит на їх фізико-механічні властивості.

З урахуванням аналізу апріорної інформації змінними факторами при проведенні досліджень впливу основних технологічних параметрів сировини і матеріалів на властивості деревинно-солом'яних плит прийняті: тип подрібнювального обладнання (стружковий верстат з ножовим валом ДС-8 та стружковий верстат фрезерного типу “PESSA”); склад стружкової суміші (склад 1 - солом'яні частинки додавалися у зовнішні і середній шар плити, причому співвідношення наповнювача змінювалося як у зовнішніх так і у середньому шарах плити; склад 2 - солом'яні частинки (фракція 10/0) додавалися тільки у середній шар плити); вміст солом'яних частинок (0, 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100 %); вид клею (карбамідоформальдегідний - КФС та фенолоформальдегідний - ФФС); кількість клею у плиті (10, 12, 14 %). При проведенні дослідження впливу вмісту солом'яних частинок за різного тиску пресування змінним фактором також був початковий тиск пресування (1,75; 2,25; 2,75 МПа). Вибір клеїв визначався виробничими можливостями. При виготовленні деревинно-солом'яних плит застосовувалися промислові клеї на основі карбамідоформальдегідної та фенолоформальдегідної смол, які використовує плитна промисловість, відповідно: КФ-МТ-15 та Екстер.

З метою встановлення характеру залежності властивостей деревинно-солом'яних плит від технологічних параметрів режиму пресування, змінними факторами при проведенні досліджень, прийняті: температура (130, 150, 170, 190 єС), тривалість (5,14; 6,14; 7,14 хв) та початковий тиск (1,75; 2,25; 2,75 МПа) пресування.

Враховуючи значну спорідненість деревинно-солом'яних плит з деревинними стружковими, і те, що стружкові плити з деревини та частинок соломи є в одній підкатегорії “плити деревинні стружкові”, критеріями оцінки якості деревинно-солом'яних плит прийняті: межа міцності при статичному згині (_зг) та при розтягу перпендикулярно до площини плити (_t), водопоглинання (_W) та набрякання плит за товщиною (t_W).

Експериментальні дослідження проводилися у сертифікованій лабораторії підприємства з виробництва стружкових плит ТзОВ „Свиспан Лімітед”.

У четвертому розділі представлені результати досліджень закономірностей впливу сировини і матеріалів на властивості деревинно-солом'яних плит.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що фракційний склад солом'яних і деревинних частинок відрізняється (табл. 1): солом'яні частинки довші, але менші за шириною, і тонкіші, ніж деревинні, тому відношення довжини до ширини у 2…2,8 рази і довжини до товщини у 4,8…7,9 рази вищі для солом'яних частинок (залежно від номера фракції і типу частинок), ніж відповідні відношення для деревинних частинок (табл. 2).

Насипна щільність солом'яних частинок для формування зовнішніх шарів у 3,2 рази, середнього - у 3,9 рази менша, ніж деревинних; відповідно, виготовлені плити з солом'яних частинок мають більший ступінь ущільнення порівняно з плитами з деревинних частинок (табл. 3).

Таблиця 1

Фракційний склад (%) солом'яних і деревинних частинок

Номер фракції	Вміст фракцій (%) за видом частинок
	солом'яні, подрібнені на обладнанні	деревинні, промислові
	ДС-8	“PESSA” і ДМ-7
	для формування шарів
	зовнішніх	середнього	зовнішніх	середнього	зовнішніх	середнього
-/6,3	1,98	18,52	1,50	11,50	-	7,28
6,3/4	2,23	12,65	1,00	13,67	0,18	14,07
4/2	25,05	37,50	16,67	46,50	4,10	50,60
2/1	40,92	24,85	42,67	24,83	38,82	23,24
1/0,63	16,83	4,07	18,00	2,50	26,85	3,56
0,63/0,4	7,14	1,20	8,67	0,43	14,54	0,80
0,4/0	5,86	1,20	11,50	0,57	15,49	0,45

Таблиця 2

Технологічні показники солом'яних і деревинних частинок

Назва показника	Номер фракції
	6,3/4	4/2	2/1
	Вид частинок
	солом'яні	деревинні	солом'яні	деревинні	солом'яні	деревинні
	для формування шарів: зовнішніх (З) і середнього (С)
	З	С	З	С	З	С	З	С	З	С	З	С
Розміри, мм:
довжина	22,1	25,3	14,6	21,2	18,8	23,2	10,1	16,2	17,0	19,8	7,8	10,5
ширина	2,01	2,33	3,27	3,88	1,80	1,72	2,70	2,40	1,46	1,50	1,52	1,61
товщина	0,25	0,27	1,20	1,08	0,24	0,25	1,02	0,85	0,24	0,24	0,69	0,75
Відношення:
довжина:ширина	11,0	10,9	4,5	5,5	10,4	13,5	3,7	6,7	11,6	13,2	5,1	6,5
довжина:товщина	88,4	93,7	12,2	19,6	78,3	92,8	9,9	19,1	70,8	82,5	11,3	14,0

Таблиця 3

Насипна щільність та ступінь ущільнення солом'яних і деревинних частинок

Назва показника	Вид частинок
	солом'яні	деревинні
	для формування шарів
	зовнішніх	середнього	зовнішніх	середнього
Насипна щільність, кг/м3	56,4	34,3	181,0	134,8
Ступінь ущільнення	12,4	20,4	3,9	5,2

Встановлено, що плити, виготовлені з солом'яних частинок, отриманих на стружковому верстаті фрезерного типу “PESSA”, мають дещо менші фізичні і вищі механічні властивості, ніж плити, виготовлені з солом'яних частинок, отриманих на стружковому верстаті з ножовим валом ДС-8. Це пояснюється кращим подрібненням тюків соломи на стружкових верстатах фрезерного типу, які не вимагають додаткових пристроїв для подачі солом'яної сировини.

Встановлено, що менші фізичні властивості мають деревинно-солом'яні плити з 25%-ним вмістом солом'яних частинок, які виготовлені на обладнанні “PESSA” і ДМ-7, а вищі механічні властивості - із вмістом солом'яних частинок, отриманих на верстаті ДС-8, що можна пояснити більшими розмірами солом'яних частинок, отриманих на верстаті ДС-8.

Тришарові деревинно-солом'яні плити з додаванням як у середній так і зовнішні шари плити до деревинних частинок до 25% солом'яних мають менші показники водопоглинання і набрякання за товщиною та вищу міцність при розтягу перпендикулярно до площини плити, але дещо меншу міцність при статичному згині, ніж плити, в яких солом'яні частинки додавалися тільки у середній шар плити. З додаванням солом'яних частинок тільки у середній шар різко зменшується міцність при розтягу перпендикулярно до площини плити.

Рівняння регресії, що описують залежність властивостей деревинно-солом'яних плит від складу стружкової суміші та вмісту солом'яних частинок (P_с, %) в межах додавання до деревинних до 25% солом'яних частинок, наведено у табл. 4.

Таблиця 4

Залежності властивостей деревинно-солом'яних плит від вмісту

солом'яних частинок та складу стружкової суміші

Властивість	Склад стружкової суміші *	Вигляд рівняння регресії
Водопоглинання, %	1	W = 0,2274Pс + 61,624
	2	W = 0,4834Pс + 61,424
Набрякання за товщиною, %	1	tW = 0,2023Pс + 18,205
	2	tW = 0,2754Pс + 18,624
Межа міцності при статичному згині, МПа	1	зг = - 0,095Pс + 15,077
	2	зг = - 0,0861Pс + 15,215
Межа міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити, МПа	1	t = 0,6523e - 0,0412Pс
	2	t = 0,5904e - 0,0764Pс

^* склад 1 - солом'яні частинки у зовнішніх і середньому шарі

склад 2 - солом'яні частинки у середньому шарі

Експериментально доведено, що стружкові плити, виготовлені за звичайною технологією, з додаванням як у середній так і зовнішні шари до деревинних частинок до 25% солом'яних та плити з додаванням до деревинних частинок у середній шар до 10% солом'яних мають підвищені механічні показники, МПа: відповідно _зг = 12,73, _t = 0,242 та _зг = 14,42, _t = 0,242 порівняно з вимогами державного стандарту ДСТУ ЕN 312-2:2003 (_зг = 11,5 МПа, _t = 0,24 МПа). Властивості тришарових плит з вмістом солом'яних частинок до 10-14% у трьох шарах плити та до 5-7% тільки у середньому шарі задовольняють ДСТУ ЕN 312-3:2003 (_зг = 13,0 МПа, _t = 0,35 МПа).

У разі додавання до деревинних частинок до 5-7% солом'яних можна отримати деревинно-солом'яні плити задовільних властивостей і за меншої кількості клею - 10-12%.

Встановлено, що часткова заміна деревинних частинок солом'яними призводить до отримання задовільних результатів.

Різке зниження межі міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити у разі збільшення вмісту солом'яних частинок понад 25% свідчить про слабку адгезійну міцність між клеєм і солом'яними частинками; очевидно, що віск покривного шару соломи перешкоджає утворенню зв'язків з даними клеями. Відносно повільніше зменшення межі міцності при статичному згині може пояснюватися вищим показником відношення довжини до товщини частинок.

Рівняння регресії, що описують залежність властивостей деревинно-солом'яних плит від вмісту солом'яних частинок (P_с, %) та виду клею, наведено у табл. 5.

Таблиця 5

Залежності властивостей деревинно-солом'яних плит

від вмісту солом'яних частинок та виду клею

Властивість	Вид клею	Вигляд рівняння регресії
Водопоглинання, %	КФС	W = 0,6244Pс + 77,02
	ФФС	W = 0,608Pс + 72,56
Набрякання за товщиною, %	КФС	tW = 0,4696Pс + 21,74
	ФФС	tW = 0,4736Pс + 17,26
Межа міцності при статичному згині, МПа	КФС	зг = - 0,099Pс + 13,852
	ФФС	зг = - 0,1122Pс + 16,252
Межа міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити, МПа	КФС	t = 0,5672e - 0,0429Pс
	ФФС	t = 0,5803e - 0,0335Pс

Деревинно-солом'яні плити на основі фенолоформальдегідних клеїв мають дещо вищі механічні властивості та менше водопоглинання та набрякання, ніж плити на основі карбамідоформальдегідних клеїв. За вмістом формальдегіду деревинно-солом'яні плити відносяться до класу емісії Е1. Вміст формальдегіду, відповідно, у плитах, виготовлених з використанням карбамідоформальдегідного клею КФ-МТ-15 - 9,8 мг/100 г абсолютно сухої плити, з використанням фенолоформальдегідного клею Екстер - 5,5 мг/100 г абсолютно сухої плити. Збільшення кількості клею покращує фізико-механічні властивості плит, проте, суттєво не впливає на зміну міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити.

Отримані рівняння регресії дають можливість аналізувати закономірності впливу сировини і матеріалів на фізико-механічні властивості деревинно-солом'яних плит.

У п'ятому розділі представлені результати досліджень закономірностей впливу параметрів режиму пресування на властивості деревинно-солом'яних плит.

Встановлено, що температура пресування в досліджуваному інтервалі 130-190єС, тривалість пресування в інтервалі 5,14-7,14 хв і тиск пресування в інтервалі 1,75-2,75 МПа суттєво не впливають на фізико-механічні властивості плит.

Експериментально встановлено, що механічні показники стружкових плит, виготовлених за звичайною технологією, з додаванням до деревинних частинок до 25% солом'яних за режиму пресування: температури - 170С, тривалості - 6,14 хв, початкового тиску - 2,25 МПа, відповідають вимогам державного стандарту ДСТУ ЕN 312-2:2003.

Встановлено, що збільшення щільності підвищує механічні і зменшує фізичні властивості плит, за винятком стабільності їх розмірів при водопоглинанні. Це досить простий спосіб покращити властивості плит. У багатьох випадках не потрібно додаткової кількості клею внаслідок його більш ефективного використання при вищій щільності плит, але збільшується витрата сировини.

Із збільшенням щільності деревинно-солом'яних плит з 640 до 760 кг/м³ водопоглинання зменшується з 93,5 до 67,1 %. Це пояснюється тим, що в плитах більшої щільності пористість менша, ніж в плитах меншої щільності. Тому водопоглинання плит високої щільності відбувається в основному внаслідок проникнення води всередину клітин, а цей процес проходить значно повільніше, ніж заповнення водою пор частинок.

Набрякання за товщиною деревинно-солом'яних плит від їх щільності не залежить. Із збільшенням щільності плит набрякання повинно було б зростати, тому що в процесі пресування у плитах з високою щільністю деформування і спресування частинок більше, ніж в плитах з малою щільністю. Але в плитах більшої щільності пористість менша. Тому, в плитах малої щільності більше води проникає у пори частинок, про що свідчить водопоглинання за різної щільності, а це, відповідно, збільшує об'єм частинок. Ймовірно ці явища зкомпенсовують зміну форми частинок і в цілому набрякання плит за товщиною є сталим за різної щільності плит - 27,2 %.

При збільшенні щільності плит з 630 до 770 кг/м³ межа міцності при статичному згині збільшується з 9,3 до 19,1 МПа, тому що збільшується кількість частинок на одиницю об'єму плити. Зростання межі міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити з 0,197 до 0,324 МПа із збільшенням щільності плит з 730 до 830 кг/м³ пояснюється збільшенням площі контакту частинок при підвищенні ступеня стискання стружкового пакета при отриманні плит високої щільності.

Межі міцності при статичному згині і при розтягу перпендикулярно до площини плити зростають дещо швидше при збільшенні щільності плит, які не містять солом'яних частинок. Ймовірно позначається загальне зниження міцнісних властивостей при додаванні до деревинних частинок солом'яних.

Закономірності впливу щільності плит (с) на їх властивості мають лінійний характер, про що свідчать регресійні залежності (табл. 6).

Отримані рівняння регресії дають можливість аналізувати закономірності впливу щільності деревинно-солом'яних плит на їх фізико-механічні властивості.

Таблиця 6

Залежності властивостей деревинно-солом'яних плит від їх щільності

Властивість	Співвідношення частинок (деревина:солома)	Вигляд рівняння регресії
Водопоглинання, %	75:25	W = - 0,2028с + 221,64
	100:0	W = - 0,2211с + 220,92
Межа міцності при статичному згині, МПа	75:25	зг = 0,072с - 36,069
	100:0	зг = 0,0906с - 47,304
Межа міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити, МПа	75:25	t = 0,0013с - 0,7267
	100:0	t = 0,0046с - 2,7927

Шостий розділ присвячено практичній реалізації результатів роботи.

За результатами дослідження впливу кожного із досліджуваних технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит запропоновано раціональні параметри режиму пресування деревинно-солом'яних плит: температура - 170С, тривалість - 6,14 хв (0,36 хв/мм товщини плити), початковий тиск - 2,25 МПа.

Оцінка властивостей деревинно-солом'яних плит, виготовлених за раціональним режимом пресування, із застосуванням клею на основі карбамідоформальдегідної смоли в кількості 14%, засвідчила, що часткова заміна деревинних частинок солом'яними дає задовільні результати. Отримані тришарові стружкові плити з додаванням як у середній так і зовнішні шари до деревинних частинок до 25% солом'яних та стружкові плити з додаванням до деревинних частинок у середній шар до 10% солом'яних частинок за механічними показниками відповідають вимогам державного стандарту ДСТУ ЕN 312-2:2003. На запропоновані способи виготовлення стружкових плит з використанням соломи отримані патенти України на корисні моделі № 21438, № 21441.

Розроблено рекомендації для впровадження отриманих результатів виготовлення стружкових плит з використанням соломи на підприємстві з виробництва стружкових плит ТзОВ „Свиспан Лімітед”, які полягають в тому, що завдяки залученню пшеничної соломи зменшується витрата деревини у виробництві стружкових плит на 10% і, відповідно, економиться деревинна сировина; рекомендації використані при випуску дослідної партії деревинно-солом'яних плит, про що складений відповідний акт.

Практично доведено, що механічні показники стружкових плит, виготовлених за звичайною технологією, з додаванням до деревинних частинок до 25% солом'яних за режиму пресування: температури - 170С, тривалості - 6,14 хв, початкового тиску - 2,25 МПа, відповідають вимогам державного стандарту.

Основні висновки і результати роботи

1. Проведені у відповідності із поставленими завданнями експериментальні дослідження дозволили отримати результати, які забезпечують встановлення закономірностей впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит і розробку на цій основі режимів пресування плит з використанням пшеничної соломи.

2. Вперше отримано деревинно-солом'яні плити за технологічною схемою, прийнятою у виробництві стружкових плит. Доказано можливість і доцільність застосування злакової соломи для виробництва стружкових плит, виготовлених на обладнанні існуючих цехів з виготовлення стружкових плит.

3. Вивчено властивості злакової соломи та визначено розміри і фракційний склад подрібнених солом'яних частинок. Солом'яні частинки довші, але менші за шириною і тонкіші, ніж деревинні. Насипна щільність солом'яних частинок в 3,7 рази менша, ніж деревинних, відповідно, виготовлені плити з солом'яних частинок мають вищий ступінь ущільнення порівняно з плитами з деревинних частинок.

4. Встановлено вплив подрібнювального обладнання на властивості солом'яних частинок і деревинно-солом'яних плит. Під час подрібнення на стружковому верстаті фрезерного типу солом'яних частинок фракції 10/0 одержується на 12,3% більше, ніж під час подрібнення на стружковому верстаті з ножовим валом, що пояснюється кращим подрібненням тюків соломи на верстатах фрезерного типу, які не вимагають додаткових пристроїв для подачі тюків соломи. Відповідно, вищі властивості солом'яних плит, які виготовлені з солом'яних частинок, подрібнених на стружковому верстаті фрезерного типу.

5. Досліджено вплив складу стружкової суміші та вмісту солом'яних частинок на властивості деревинно-солом'яних плит. Тришарові деревинно-солом'яні плити з додаванням як у середній так і зовнішні шари плити до деревинних частинок до 25% солом'яних мають менші показники водопоглинання і набрякання за товщиною та вищу межу міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити і дещо меншу межу міцності при статичному згині, ніж плити, в яких солом'яні частинки додавалися тільки у середній шар плити. Стружкові плити з додаванням як у середній, так і зовнішні шари плити до деревинних частинок до 25% солом'яних та стружкові плити з додаванням до деревинних частинок середнього шару до 10% солом'яних за властивостями задовольняють вимоги державних стандартів.

6. Досліджено вплив виду та кількості клею на властивості деревинно-солом'яних плит. Використання фенолоформальдегідного клею порівняно з карбамідоформальдегідним на фізичні властивості плит суттєво не впливає, а механічні властивості покращує. За вмістом формальдегіду деревинно-солом'яні плити відносяться до класу емісії Е1. Збільшення кількості клею, у разі додавання у стружкову плиту до 15% солом'яних частинок, покращує фізико-механічні властивості плит за винятком стабільності межі міцності при розтягу перпендикулярно до площини плити.

7. Досліджено вплив параметрів режиму пресування на властивості деревинно-солом'яних плит. Для виготовлення плит при додаванні до деревинних до 25% солом'яних частинок можна рекомендувати як раціональні параметри режиму пресування деревинно-солом'яних плит: температуру - 170С, тривалість - 6,14 хв, за умови пресування без “парового удару” початковий тиск - 2,25 МПа.

8. Отримано регресійні залежності властивостей деревинно-солом'яних плит від вмісту солом'яних частинок за різного складу стружкової суміші, за різного виду та різної витрати клею та від параметрів режиму пресування.

9. Розроблено методику розрахунку рецептури стружково-клейової композиції для виготовлення деревинно-солом'яних плит. На основі результатів експериментальних досліджень запропоновано способи виготовлення стружкових плит з використанням соломи (Патенти України на корисні моделі № 21438, № 21441), які дають змогу розширити сировинну базу для їх виготовлення завдяки залученню відходів сільськогосподарського виробництва, а саме пшеничної соломи, зменшити собівартість плит і, відповідно, економити цінну деревинну сировину.

10. Розроблено рекомендації для впровадження отриманих результатів виготовлення стружкових плит з використанням соломи на підприємстві з виробництва стружкових плит ТзОВ „Свиспан Лімітед”, які полягають в тому, що завдяки залученню пшеничної соломи зменшується витрата деревини у виробництві стружкових плит на 10% і, які використані при випуску дослідної партії плит. Виготовлення дослідної партії деревинно-солом'яних плит підтверджує доцільність застосування злакової соломи для виробництва стружкових плит та достовірність висновків, отриманих за результатами досліджень.

Список опублікованих праць

1. Салабай Р.Г. Композиційні матеріали з рослинної сировини / Р.Г. Салабай // Науковий вісник Українського державного лісотехнічного університету: Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ, 1999. - Вип. 9.13. - С. 42-45.

2. Салабай Р.Г. Агросировина - значний резерв для виробництва композиційних матеріалів / П.А. Бехта, Р.Г. Салабай // Науковий вісник Національного аграрного університету. - К.: НАУ, 2000. - Випуск 27. - С. 340-346.

3. Салабай Р.Г. Закономірності впливу наповнювача на властивості деревинно-солом'яних стружкових плит / Р.Г. Салабай // Науковий вісник Національного лісотехнічного університету України: Збірник науково-технічних праць. - Львів: НЛТУ України, 2007. - Вип. 17.4. - С. 140-145.

4. Салабай Р.Г. Критерії оцінки якості деревинно-солом'яних плит / Р.Г. Салабай // Науковий вісник Національного лісотехнічного університету України: Збірник науково-технічних праць. - Львів: НЛТУ України, 2008. - Вип. 18.5. - С. 85-90.

5. Салабай Р.Г. Растительное сырье в производстве композиционных материалов / Р.Г. Салабай // Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины: международная научно-практическая конференция, 13-16 июня 2000 г.: материалы конференции. - В 2-х т. - Воронеж: ВГЛТА, 2000. - Т.2. - С. 196-201.

6. Салабай Р.Г. Деревинно-солом'яні композиційні матеріали / Р.Г. Салабай // І-а Всеукраїнська науково-практична конференція з хімії та хімічної технології студентів, аспірантів та молодих вчених, 27-29 квітня 2006 р.: збірка тез доповідей. - К.: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, 2006. - С. 76.

7. Патент на корисну модель № 21438, Україна, МПК В 27 N 3/00. Спосіб виготовлення стружкових плит з використанням соломи / Бехта П.А., Салабай Р.Г.; власник Національний лісотехнічний університет України. - Номер заявки u 2006 10407; заявл. 02.10.2006; опубл. 15.03.2007, Бюл. № 3.

8. Патент на корисну модель № 21441, Україна, МПК В 27 N 3/00. Спосіб виготовлення стружкових плит / Бехта П.А., Салабай Р.Г.; власник Національний лісотехнічний університет України. - Номер заявки u 2006 10411; заявл. 02.10.2006; опубл. 15.03.2007, Бюл. № 3.

Анотація

Салабай Р.Г. Закономірності впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.06. - технологія деревообробки, виготовлення меблів та виробів з деревини. - Національний лісотехнічний університет України, Львів, 2008.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого науково-технічного завдання - встановлення закономірностей впливу технологічних параметрів на властивості деревинно-солом'яних плит і розроблення на цій основі режимів пресування плит з використанням пшеничної соломи.

В роботі розроблено способи і технологічні основи виробництва деревинно-солом'яних плит шляхом додавання солом'яних частинок до деревинних. Дана технологія дає змогу отримати плитні матеріали задовільних властивостей при додаванні до деревинних до 25% солом'яних частинок, внаслідок чого зменшується собівартість плит і, відповідно, економиться цінна деревинна сировина. В рамках роботи здійснено вибір критеріїв оцінки якості деревинно-солом'яних плит і планування експериментів; проведено експериментальні дослідження виготовлення і випробування деревинно-солом'яних плит; визначено розміри і фракційний склад подрібнених солом'яних частинок та встановлено вплив подрібнювального обладнання на властивості солом'яних частинок і солом'яних та деревинно-солом'яних плит; отримано регресійні залежності фізико-механічних властивостей деревинно-солом'яних плит: від вмісту солом'яних частинок за різного складу стружкової суміші, різного виду та різної витрати клею, від параметрів режиму пресування; розроблено науково обґрунтовані рецептурно-технологічні режими виготовлення деревинно-солом'яних плит на обладнанні, існуючому у виробництві стружкових плит; запропоновано способи виготовлення стружкових плит з використанням соломи, які дають змогу розширити сировинну базу для їх виготовлення.

Ключові слова: деревинно-солом'яна плита, сировина, технологічні параметри, властивості, солом'яні частинки, пресування, раціональні параметри.

Аннотация

Салабай Р.Г. Закономерности влияния технологических параметров на свойства древесно-соломенных плит. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.06. - технология деревообработки, изготовление мебели и изделий из древесины. - Национальный лесотехнический университет Украины, Львов, 2008.

Диссертационная работа посвящена решению важного научно-технического задания - изучение закономерностей влияния технологических параметров на свойства древесно-соломенных плит и разработка режимов прессования плит с использованием пшеничной соломы.

В работе разработаны способы и технологические основы производства древесно-соломенных плит на оборудовании, существующем в производстве стружечных плит. Данная технология дает возможность получить плитные материалы с удовлетворительными свойствами при добавлении к древесным до 25% соломенных частиц, в результате чего уменьшается себестоимость плит и, соответственно, экономится ценное древесное сырьё. В рамках работы осуществлены выбор критериев оценки качества древесно-соломенных плит и планирование экспериментов; проведены экспериментальные исследования изготовления и испытания древесно-соломенных плит; определенны размеры и фракционный состав измельченных соломенных частиц и установлено влияние стружечного оборудования на свойства соломенных частиц, соломенных и древесно-соломенных плит; получены регрессионные зависимости физико-механических свойств древесно-соломенных плит от содержания соломенных частиц при разном составе стружечной смеси, разного вида и разного расхода клея, от параметров режима прессования.

При измельчении на стружечном станке фрезерного типа получается на 12,3% больше соломенных частиц фракции 10/0, чем при измельчении на стружечном станке с ножевым валом. Это объясняется лучшим измельчением тюков соломы на станках фрезерного типа, которые не требуют дополнительных устройств для подачи тюков соломы. Соответственно, высшие свойства соломенных плит, изготовленных из соломенных частиц, измельченных на стружечном станке фрезерного типа.

Трехслойные древесно-соломенные плиты с добавлением к древесным частицам до 25% соломенных как во внутренний так и внешние слои плиты имеют высшие показатели водопоглощения и набухания по толщине и прочность при растяжении перпендикулярно к плоскости плиты и немного низшую прочность при статическом изгибе, чем плиты, в которых соломенные частицы добавлялись только в средний слой плиты. Свойства стружечных плит с добавлением к древесным частицам до 25% соломенных как в средний, так и внешние слои плиты и стружечных плит с добавлением к древесным частицам среднего слоя до 10% соломенных удовлетворяют требования государственных стандартов.

Использование фенолоформальдегидного клея по сравнению с карбамидоформальдегидным на физические свойства древесно-соломенных плит существенно не влияет, а механические свойства улучшает. За содержанием формальдегида соломенные плиты относятся к классу эмиссии Е1. Увеличение количества клея, в случае добавления в стружечную плиту до 15% соломенных частиц, улучшает физико-механические свойства плит за исключением стабильности предела прочности при растяжении перпендикулярно к плоскости плиты.

Для изготовления плит при добавлении к древесным до 25% соломенных частиц рекомендованы как рациональные параметры режима прессования древесно-соломенных плит: температура - 170°С, продолжительность - 6,14 мин, при условии прессования без “парового удара” начальное давление - 2,25 МПа.

На основании результатов исследований, предложены способы изготовления стружечных плит с использованием соломы, которые дают возможность расширить сырьевую базу для их изготовления.

Ключевые слова: древесно-соломенная плита, сырьё, технологические параметры, свойства, соломенные частицы, прессование, рациональные параметры.

Annotation

Salabay R.G. The mechanism of technological parameters influence on the properties of wood-straw particleboards. - Manuscript.

The dissertation is for obtaining the degree of Candidate of Technical Science, speciality 05.23.06. - woodworking technology, furniture and wooden articles making. National Forestry University of Ukraine, Lviv, 2008.

The dissertation paper is devoted to solving the important technological problem: to determine the mechanism of technological parameters influence upon the properties of wood-straw particleboards and develop, on this basis, the conditions for pressing particleboards using wheat straw as component part.

Developed in this paper are ways and technological basis of manufacturing wood-straw particleboards by way of adding straw particles to woody ones. The technology under review would enable to obtain wood boards of satisfactory qualities by adding 25 per cent of straw particles to woody ones, which would allow to decrease the product cost and, accordingly, save valuable wood raw material. Within the framework of this paper the following was implemented: considered are criteria of quality assessment of wood-straw particleboards, also the schedule of experiments has been planned; experimental research on manufacturing and testing wood-straw particleboards are conducted; determined are the size and fractional composition of the ground straw particles as wellas an impact of the crushing equipment on the straw particles and wood-straw particleboard properties was revealed; obtained are the data of regression dependence of physical and mechanical properties of wood-straw particleboards on the following factors: the content of straw particles in different chip mixtures, the types of glue and the amount of the glue applied, pressing conditions parameters; developed and scientifically substantiated are the mix-formulation and operating schedule of manufacturing of wood-straw particleboards on the basis of the equipment currently used in the production of particleboards; proposed are methods of manufacturing wood particleboards with the use of straw component, which makes it possible to expand the raw material base for their production.

Key words: wood-straw particleboard, raw material, technological parameters, properties, straw particles, pressing, rational parameters.

Размещено на Allbest.ru

...