Древесные плиты. ДВП.

Основные  понятия

Древесноволокнистыми  плитами называются листовые материалы, сформированные из переплетных древесных  волокон. Изготавливают их из древесных  отходов или из низкокачественной  древесины. В отдельных случаях  в зависимости от условий снабжения предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и древесину в круглом виде. Наиболее распространенные способы изготовления плит – мокрый и сухой. Промежуточными между ними, причем менее распространенными, будут мокро-сухой и полусухой способы.

Мокрый  способ основан на формировании ковра  из высушенной древесноволокнистой  массы в водной среде и горячем  прессовании нарезанных из ковра  отдельных полотен, находящихся  во влажном состоянии (при относительной  влажности 60–70%).

Сухой способ основан на формировании ковра  из высушенной древесноволокнистой  массы в воздушной среде и  горячем прессовании полотен, имеющих  влажность 5–8%.

Полусухой способ основан на формировании ковра  из высушенной древесноволокнистой  массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность 16–18 %.

Мокро-сухой  способ основан на формировании ковра  из древесноволокнистой массы в  водной среде, сушке полотен и  горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к  нулю.

В процессе изготовления плит любым из названных способов древесину сначала измельчают в щепу, а затем щепу превращают в волокна, из которых формируют ковер. Ковер разрезают на полотна. Сухие полотна прессуют в твердые плиты. Влажные полотна или прессуют, получаю твердые или полутвердые плиты, или сушат, получая мягкие (изоляционные) плиты.

В волокнистую  массу для придания водостойкости  вводят различные эмульсии (парафиновые, смоляные, масляные) и осадители (сернокислый  алюминий). Плиты формируются на отливочных машинах. Влажность плит после отливок достигают 70%. По этому изоляционные плиты поступают на сушку, а твердые и полутвердые прессуют в горячих многоэтажных прессах (t 135 –180 ⁰C). Твердые и сверх твердые плиты затем проходят закалку при t 150 – 170 ⁰C с последующим увлажнением до 5 – 7% (по массе).

В основу деления плит на виды и марки положены средняя плотность и прочность  при изгибе. В зависимости от средней  плотности ДВП разделяют на виды: мягкие (М) со средней плотностью не более 350 кг/м³; полутвердые (ПТ) — не менее 400 кг/м³; твердые (Т) — не менее 850 кг/м³ и сверхтвердые (СТ) — не менее 950 кг/м3.

В зависимости  от прочности при изгибе ДВП разделяют  на марки: М-4; М-12; М-20; ПТ-100; Т-350; Т-400; СТ-500. В условном обозначении марки цифры отражают величину прочности при изгибе в кгс/см² или в МПа, если цифровые индексы уменьшены в 10 раз.

Существенный  показатель качества сверхтвердых, твердых  и полутвердых плит – гигроскопичность. Стандарт допускает величину набухания  плит после суточного нахождения испытываемых образцов в воде: для твердых и полутвердых – не более 20%, а для сверхтвердых не более 12%. Водопоглощение же установлено: для сверх твердых плит – 15%, для твердых – 30%, для полутвердых – 40%. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают значительно меньшей гигроскопичностью 10 – 12% так как при их изготовлении применяют фенолформальдегидные смолы.

Сырье для производства ДВП

Сырьем  для ДВП могут служить любые  волокнистые материалы растительного происхождения, если их волокна достаточно длинные, гибкие и прочные: все виды древесины, стебли пшеницы, хлопчатника, кукурузы, кенафа и др. Однако основными видами сырья, широко используемыми в производстве, являются: неделовая древесина, т.е. непригодная для строительных и иных целей (долготье и коротье); отходы лесопиления (горбыль, рейка, вырезки); отходы спичечного и фанерного производства (шпон некондиционный, брак соломки и лом коробки); бумажная макулатура.

Целесообразность  применения того или иного вида сырья  зависит, прежде всего, от того, есть ли оно в данном районе, от стоимости, условий доставки к месту переработки.

Основное  сырье — древесина — состоит  из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, образующих оболочку клеток, а также  из смол, эфирных масел, дубильных  и красящих веществ, заполняющих клетки. Целлюлоза — химически стойкое вещество, не растворяющееся в воде и гидролизующееся при давлении 1...1,5 МПа и температуре 180°С. Строение ее кристаллическое, состоит она из кристаллитов — мицелл в виде палочек длиной 500...700 А и толщиной 50...60 А. Мицеллы и фибриллы составляют клетки удлиненной волокнообразной формы. В древесине лиственных пород такие клетки, занимающие 60...65% объема, называют волокнами либриформа, их длина около 1 мм; в древесине хвойных пород содержание волокнообразных клеток — трахеид — длиной 3...10мм достигает 90...95% по объему. Трахеиды длиннее, толще и прочнее, чем волокна либриформа, поэтому в производстве ДВП предпочтение отдается древесине хвойных пород.

Лигнин  — аморфное вещество, представляющее собой сложное сочетание нескольких химических соединений. Химически он менее стоек, чем целлюлоза, но не гидролизуется. В производстве ДВП лигнин повышает выход массы и в процессе прессования способствует образованию дополнительных связей между волокнами. Гемицеллюлоза по составу близка к целлюлозе и состоит из пентозанов и гексозанов. Гексозаны при горячем прессовании гидролизуются и способствуют образованию смолоподобных продуктов.

 

Технология  производства мягких (изоляционных) ДВП

Технология  древесноволокнистых плит довольно сложна и энергоемка. Процесс производства ДВП можно разделить на две практически самостоятельные части: получение древесных волокон путем последовательного измельчения древесины и переработка волокон в изделия.

Получение древесных волокон — процесс весьма многодельный и энергоемкий, он включает следующие последовательно осуществляемые операции: снятие коры с древесины (окоривание), распиловку дровяного долготья, колку толстых чураков, рубку древесины в щепку, размол щепы и получение волокнистой массы. Далее производят подготовку волокнистой массы путем ее сортировки, сгущения и проклейки.

Формование  изоляционных ДВП осуществляют мокрым способом из гидромасс, который основан на свободном их обезвоживании с последующим вакуумированием и подпрессовкой. Производственный процесс заканчивается сушкой изделий.

Прочность мягких ДВП обеспечивается только за счет переплетения древесных волокон, (свойлачиваемое), поэтому к древесному волокну для этого типа продукции предъявляют повышенные требования. Для обеспечения лучшей свойлачиваемости волокна должны иметь высокую удельную поверхность и быть достаточно длинными, поэтому в данном случае предпочтение отдается древесине хвойных пород.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Технологическая схема производства мягких (изоляционных) ДВП

 
 

Стадия  приготовления щепы

Стадия  приготовления щепы

Приготовление щепы осуществляют из предварительно окоренной древесины. Окоривание поступившего на завод сырья (длинномерной древесины, коротья, отходов лесопиления и т. п.) производят в корообдирочных барабанах, водоструйных корообдирках или на ножевых корообдирочных станках. Кора ухудшает внешний вид изделия, увеличивает его водопоглощение при содержании ее в массе свыше 17% существенно снижает механическую прочность.

Освобожденная от коры древесина поступает на грубое измельчение. Длинноразмерную древесину распиливают дисковыми пилами с горизонтальной (балансирные пилы) или вертикальной (маятниковые пилы) качающейся рамкой. Толстые чураки раскалывают на дровокольных станках с неподвижным или движущимся поступательно-возвратно клином. Полученные заготовки длиной 1500 мм измельчают в щепу на специальных рубильных машинах, рабочим органом которых является массивный стальной диск толщиной 100 мм и более и диаметром до 3000 мм, на котором закреплены ножи. В зависимости от диаметра диска количество ножей может изменяться от 10 (при диаметре 2000 мм) и более. Диск приводится во вращение электромотором, его частота вращения 585 мин^-1.

Древесину легче рубить вдоль волокон, чем поперек, поэтому поленья подаются к диску под углом 35... 45° по специальному наклонному лотку.

Для нормальной работы размольных агрегатов необходимо получать щепу одинаковых размеров: длина  вдоль волокон 20...25 мм, поперек волокон 15...30 мм и толщина 3...5 мм. Из рубильной машины щепа выходит неодинаковая по величине, поэтому она сортируется на вибрационных плоских или барабанных ситах. Отсортированная щепа подается на мелкое измельчение к размольным агрегатам. Предварительно ее промывают в промывочном баке и затем на обезвоживающем винтовом конвейере, где щепу дополнительно промывают, свежей водой.

Стадия  получения древесного волокна

Получение древесного волокна осуществляют одним  из трех способов: механическим, термомеханическим  или химико-механическим.

Необходимость размола заключается в получении  тонких волокон с длиной, обеспечивающей хорошую свойлачиваемость при формировании ковра. Качество получаемого волокна (толщина и длина) зависит от породы применяемой древесины и способа его получения.

Качество  волокна оценивается по скорости обезвоживания гидромассы. С учетом этого сконструирован прибор, с помощью которого по скорости свободного водоотделения определяют тонкость помола волокна в градусах Шопера-Риглера (°ШР) — автора прибора.

В зависимости  от применяемого вида древесины, способа  размола и типа размольной машины получаемое волокно может иметь средний диаметр 30...50 мкм и среднюю длину от сотых долей миллиметра до 3...4 мм. Слишком короткие волокна не могут быть использованы для получения мягких ДВП, поэтому выбор способа размола и типа размольной машины при их производстве имеет решающее значение.

Механический  способ получения волокна основан на истирании чураков быстровращающимися рифлеными дисками без прогрева или с прогревом древесины, с применением химических веществ и других средств, облегчающих размол древесины. Процесс развертывания удельной поверхности древесноволокнистой массы при этом способе размола связан с большой затратой энергии. Как правило, в размольные аппараты добавляют большое количество подогретой воды для облегчения размола и повышения выхода кондиционной волокнистой массы. Механический способ размола не нашел широкого применения вследствие больших затрат электроэнергии (800 кВт на 1 т сухой волокнистой массы) и невозможности переработки древесины в виде щепы.