Размещено на http://www.allbest.ru/

Физико-механические свойства древесно-стружечных плит из вторично используемой древесины

Гайда С.В., (НЛТУ Украины, г. Львов, Украина)

Аннотации

Таблица 2. Потенциал вторично используемой древесины в Украине

*) ВИД = ПД Ч 13%/100%; **) ВИД = Твердые бытовые отходы (ТБО) Ч 0,1%/100%.

Варианты управления ВИД. Возможные варианты управления ВИД предоставлены на рис.1. В зависимости от категории ВИД эти отходы могут быть использованы как для переработки для производства новой продукции или аналогической продукции меньших размеров, так и для производства энергии.

вторичный древесина древесная стружечная плита

Рис.1. Выбор материального управления ВИД

В НЛТУ Украины уже более 10 лет происходят исследования по применению ВИД, те есть древесины бывшей в употреблении, разной вековой группы, первой и второй категории для изготовлению древесно-стружечных плит (ДСП) с изучением свойств.

Выбор критерия оценки. Во время выбора критериев оценки результатов изготовления плит учитывалась технологическая и экономическая составляющие. Эти требования предопределены тем, что плиты из ВИД должны отвечать требованиям к плитам марки ПА ГОСТ 10632: 2009, а их себестоимость не должна превышать себестоимости плит из ствольной древесины. Потому, в качестве критерия оптимизации результатов изготовления плит, принят предел прочности при статическом изгибе. Кроме того, критериями оценки качества плит являются другие показатели, а именно дополнительно определялись предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты, разбухание за толщиной.

Планирование исследований. Поскольку процесс изготовления и испытания ДСП из ВИД исследовали в лабораторных условиях, то использовали полнофакторный план. Переменными факторами во время проведения экспериментов были приняты: содержание древесных частиц ВИД как во внутреннем, так и во внешних слоях и связующего. Значение содержания стружки из ВИД для каждого слоя колебалось от 20 до 100 %, а остальная стружка - из стандартной технологической щепы, содержание связующего в каждом слое - согласно средних норм расходов - 7-16 %.

Результаты экспериментальных исследований. Данные, полученные в ходе проведения физико-механических испытаний, запрессованных экспериментальных ДСП с содержанием ВИД на статический изгиб, растяжение перпендикулярно пласти плиты и разбухание, были статистически обработаны. Проведенные расчеты позволили получить следующие уравнения регрессий полных факторных планов в натуральных значениях факторов соответственно для физико-механических свойств:

1) у_из = 6,968 - 0,011·Р_вн - 0,013·Р_внеш + 0,777·К + 0,0001·Р_вн·Р_внеш + 0,0013·Р_вн·К - 0,0016·Р_внеш·К;

2) у_рас = 0,166 - 0,00128·Р_вн - 0,0015·Р_внеш + 0,0328·К + 0,0000007·Р_вн·Р_внеш + 0,000072·Р_вн·К - 0,000086·Р_внеш·К;

3) Н_раз = 19,27 - 0,006·Р_вн - 0,0074·Р_внеш + 0,025·К + 0,000045·Р_вн·Р_внеш + 0,000073·Р_вн·К - 0,00057·Р_внеш·К;

Поскольку влияние факторов и взаимодействий на функцию отзыва удобно анализировать на основе графиков, то было построено за уравнением регрессии группы графиков - зависимости исходной величины от содержания ВИД как во внутреннем, так и во внешних слоях при фиксированных значениях связующего на минимальном, среднем и максимальном уровнях. Некоторые графики наведены на рис.2, рис.3.

Рис.2. Зависимость прочности плит при статическом изгибе от содержания ВИД

Рис.3. Зависимость прочности плит при растяжении перпендикулярно пласти плиты от содержания ВИД

Графическая интерпретация полученных зависимостей позволила увидеть характер влияния переменных факторов на свойстве полученных плит. Поскольку был реализован полнофакторный план, то все зависимости носят линейный характер. Из графиков видно, что содержание ВИД в диапазоне 20-100 % в ДСП ведет себя одинаково при разном содержании связующего. В частности, при расходе клея 11,5 % прочность при статическом изгибе спадает с 16,25 до 15,0 МПа., при растяжении перпендикулярно пласти плиты - от 0,575 до 0,455 МПа, а разбухание за толщиной - с 15,90 до 15,36 %. Исследованиями установлено, что при плотности плиты 700 м³/кг и средней расходе клея 11,5 %, увеличение содержания стружки из ВИД во внешних слоях от 20 до 100 % уменьшает прочность при статическом изгибе на 6 %, а такое же увеличение во внутреннем слое приводит к уменьшению только на 1 %. При 100 % изготовлении плит из ВИД и среднем расходе клея для всех слоев 11,5 % прочность при статическом изгибе составляла 15 МПа, что на 8 % меньше, чем при наполнении древесно-стружечного ковра на 20 % стружкой из ВИД.

Аналогично при тех же условиях обнаружено, что на прочность при растяжении перпендикулярно пласти плиты существенно вливает увеличение содержания стружки ВИД (с 20 до 100 %) во внутреннем слое, чем во внешних. Величина прочности уменьшается на 9 %, но отвечает требованиям к плитам марки П-А за ГОСТ 10632: 2009.

Кроме того, экспериментально доказано, что контрольные экспериментальные образцы из 100 % использованием традиционного сырья при одинаковом расходе клея, имели меньшие физико-механические свойства, чем плиты из 20 % наполнением из ВИД: прочность последних при статическом изгибе была больше на 15 %, прочность при растяжении перпендикулярно пласти плиты также больше на 22 %, а разбухание за толщиной было меньше на 17 %. Во-первых, рост показателей в диапазоне содержания стружки из ВИД от 0 % до 20 % предопределено увеличенным содержанием (в два раза) мелкой фракции (1/0) в стружке из ВИД (табл.1); во-вторых, мелкие частицы заполняют пустоты и тем самым увеличивают площадь склеивания, которое влияет на показатели прочности; в-третьих, при прибавлении ее к внешним слоям - улучшается структура поверхности (шероховатость) полученных плит, а при прибавлении к внутреннему слою - неплоская стружка (скрученная, кубикообразная) частично располагается не в плоскости плиты, а под углом, который предопределяет большее сопротивление растяжению перпендикулярно плоскости плиты, поскольку на это вливают не только клеевые швы, но и волокна древесины.

Выводы и рекомендации

1. Проанализировано, что в Украине сегодня есть проблема древесных сырьевых ресурсов. Значительную часть импортной древесины, возможно заменить на древесину, бывшую в употреблении - вторично используемую древесину (ВИД). Начерчены пути её материального использования. Просчитано, что потенциал ВИД в Украине составляет около 3 млн. т. /год.

2. Расчетное количество ВИД за 2011 г. в Украине составляет 2,9 млн. т., что может принести для Украины 12,1 ТВт/год (6,3 % годового потребления энергии) или заменить, только при 50 % её использовании, до 20 % первичной древесины для плитной промышленности.

3. Установлено, что ВИД первой и второй категорий (30-50 % от всего объема сбора) является значительным ресурсом древесины и существенным приложением к основному сырью в производстве ДСП.

4. Разработана технология изготовления ДСП с использованием в качестве сырья ВИД. При использовании ПФП-2³ проведен многофакторный эксперимент и реализована матрица планирований согласно методики исследований.

5. Установлено, что отсортирована щепа из ВИД (массивной древесины) первой и второй категории характеризуется содержанием кондиционной фракции (не меньше 80 %) и отвечает требованиям к треске ПС за ГОСТ 15815-83.

6. Стружка из чистой ВИД, если она получена на аналогичном оборудовании, которое используют для переработки первичного сырья, по геометрическим размерам, форме и фракционному составу существенно не отличается от стружки из традиционной древесины. Увеличено содержание мелкой фракции (1/0) в стружке из ВИД в диапазоне содержания стружки из ВИД от 0 % до 20 % в плите предопределяет рост показателей физико-механических показателей ДСП. Коэффициент анизотропии стружек дает возможность предусматривать показатели прочности плит из ВИД.

7. Исследовано влияние содержания ВИД в каждом из слоев и связующего на физико-механические свойства трехслойных ДСП - прочность при статическом изгибе, при растяжении перпендикулярно пласти плиты и разбухания за толщиной.

8. Получены адекватные математические модели зависимости физико-механических показателей ДСП от содержания ВИД и связующего в каждом из слоев. Установлено, что при плотности 700 кг/м³ плиты из ВИД (100 %) имели, в зависимости от содержания ВИД (20-100 %) и расхода клея, на 8-10 % меньшую прочность при статическом изгибе и на 12-32 % меньшую - при растяжении перпендикулярно пласти плиты, чем с содержанием ВИД 20 %, и, при этом, отвечали требованиям к плитам марки П-А ГОСТ 10632: 2009 "Плиты древесно-стружковые. Технические условия".

9. Исследовано, что разбухание за толщиной для ДСП из ВИД (100 %) при средней затрате клея 11,5 % имеет значения на 3-5 % меньше, чем у плит из 20 % содержанием ВИД, кроме того, при изменении количества клея от 7 % до 16 % для тех же условий изготовления разбухания за толщиной уменьшается на 18 %. Причина - древесные частицы из ВИД после длительного использования (20-40 лет) теряют связанную влагу, то есть является более пористыми, а еще предопределяет их большее количество в единице объема, который способствует повышенному уплотнению их между собой, то есть уменьшает проникновение влаги.

10. Установлено, что рациональным условиями изготовления плит стандартного качества (ГОСТ 10632: 2009) отвечают: для плит марки П-А (13 МПа) - содержание ВИД в плите во внутреннем и внешних слоях может составлять до 60 % при средней затрате клея 11,5 %; для плит марки П-Б (11,5 МПа) - содержание ВИД во внутреннем до 100 %, а у внешних слоях может составлять 80-100 % при затрате клея во внутреннем слое - 7-8 %, а у внешних слоях - 10-11 %.

11. Рассчитана эффективность от внедрения полученных результатов изготовления ДСП с использованием ВИД на предприятии ООО "Свиспан Лимитед", которая заключаются в том, что благодаря привлечению ВИД, уменьшатся расходы на традиционную древесину на 9,4 %.

Размещено на Allbest.ru