Разработка методик оценки качества ЛДСтП

Щепу превращают в стружку на центробежных стружечных станках. Схема его изображена на рисунке 4. Загружаемая сверху щепа попадает на крыльчатку, вращающуюся внутри ножевого барабана. На внутренней стороне барабана установлены ножи, которые измельчают щепу, прижимаемую к ним под действием центробежных сил. Размер получаемой стружки зависит от выступа ножей  и от величины зазора между ножом и корпусом барабана.

а – вид сбоку; б – вид спереди; в – схема измельчения щепы. 1 – входной патрубок, 2 – корпус станка, 3 – зубчатый барабан, 4 – крыльчатка, 5 – вал зубчатого барабана, 6 – вал крыльчатки, 7 – ножи, 8 – державка для ножа, 9 – контрнож, 10 – щепа, 11 – упоры крыльчатки.

Рисунок 1.4 - Схема центробежного стружечного станка

 

Центробежные станки отличаются большой всасывающей тягой, поскольку вращающиеся в них барабан и крыльчатка работают как вентиляторы. Во избежание заторов, объемное соотношение воздух-древесина должно быть не менее 99:1, а подача материала – строго равномерной. Чтобы в станок не попадали инородные предметы, его загружают через верхнюю шахту. Тяжелые частицы удаляются через верхний канал, регулируемые с помощью воздушной заслонки. Встречный поток воздуха направлен так, чтобы он не препятствовал переносу щепы в зону измельчения, а тяжелые частицы попадали бы в специальную шахту, которую можно оснастить магнитным сепаратором для отделения металлических включений.

Следует заметить, что стружка, получаемая из щепы, по качеству уступает нарезанной непосредственно из крупномерного сырья. В центробежных станках частицы измельчаются в направлении поперек волокон древесины, и управлять толщиной здесь практически не удается. Стружка несколько лучшего качества получается из длинной щепы, особенно при размельчении в станках с гребенчатыми ножами.

На предприятии суточная потребность в стружке составляет около трех тысяч кубометров. Практически для перебойной работы необходимо, чтобы запасы были не менее двухчасовой потребности. Для хранения сыпучих материалов используются вертикальные бункеры, так как под горизонтальные требуется гораздо больше площади. В плитном производстве бункеры предназначены не только для создания производственных запасов древесной щепы, сухой и влажной стружки, хранения древесных отходов, опилок, но и для дозированной выдачи этих материалов на последующие технологические операции.

Рисунок 1.5 - Вертикальный бункер для хранения и дозирования сыпучих материалов

 

Бункер, изображенный на рисунке 5, имеет реверсивный ворошитель  с приводом от двух гидроцилиндров и оснащен датчиками, позволяющими контролировать уровень его заполнения. Бункеры оснащены специальными устройствами для встряхивания сухого материала и для разрушения сводов из промерзшей стружки или щепы.

На заводе «Чаадаевские ДП» для хранения межоперационных запасов стружки и щепы используются бункеры отечественного производства. Материал в них засыпается через загрузочные отверстия в крыше. Рычаги-разрыхлители вращающейся планшайбы обеспечивают самоистечение материала в разгрузочные шнековые транспортеры с переменным шагом. Вместо планшайбы возможен поворотный питатель в виде плоского колеса со спицами: оно устанавливается над дном бункера и способно при помощи гидроцилиндров поворачиваться в обе стороны на определенный угол.

Бункеры расположены на следующих участках:

- перед стружечными станками  для щепы;

- перед сушильными агрегатами  для сырой стружки;

- перед смесителями для сухой  стружки.

Кроме этого бункеры служат не только как хранилища и дозаторы буферных запасов материала, но и как своего рода стабилизаторы технологического процесса и противопожарные устройства. Бункерное выдерживание сырья способствует улучшению физико-механических показателей выпускаемых плит.

Перемещение сыпучих материалов от бункера к станку или от станка к станку возможно как пневматическим, так и механическим путем. При больших расстояниях пневмотранспорт  используется только в закрытых трубопроводах с мощными вентиляторами на входе. При этом важно подобрать оптимальное соотношение между объемом воздуха и массой перемещаемого материала.

На Западе производством смол, как правило, занимаются специализированные предприятия, что способствует унификации и лучшему соблюдению требований к связующему. В России же на практике сложилось так, что многие плитные предприятия имеют собственные подразделения по приготовлению смол, и этим обусловлено большое количество отечественных марок и модификаций для связующих, используемых в отрасли. В качестве связующих материалов применяют различные связующие компоненты, такие  как формальдегидные, фенол-формальдегидные и прочие смолы. Из органических связующих используются главным образом карбамидные смолы. Наиболее распространенная марка отечественной смолы – КФ-НФП с содержанием свободного формальдегида не более 0,15% и высокой концентрации сухого вещества (66%) при сравнительно низкой вязкости. Используемые на предприятии древесных плит синтетические смолы обычно поставляются в жидком виде. Сроки хранения КФ-смол составляют в летнее время всего3-6 недель. Цистерны со смолой должны быть защищены от прямых солнечных лучей, так как с повышением температуры резко вырастает вязкость смол и может наступить их желатинизация. Фенольные (ФСФ) и полизоцианатные (PMDI)смолы имеют более длительные сроки хранения.

Приготовление связующего заключается в подготовке рабочих растворов смолы и отвердителя, дозирование компонентов и их смешивании. Применяемая на заводе смола КФ-НФП поставляется в концентрации 66±1% при вязкости до 50 с по ВЗ-4. чтобы обеспечить качественное распыление смолы, её разбавляют водой до концентрации 50-55%, таким образом, снижая вязкость до нормативного предела – не более 35 с. Схема подготовки и подачи связующего в производстве трехслойных стружечных плит показана на рисунке 7. Высококонцентрированная смола и добавки (кроме отвердителя) смешиваются с водой в баке, оборудованном мешалками и мерными стеклами. Из бака рабочий раствор насосами подается в расходные ёмкости для внутренних и наружных слоев. Чтобы дополнительно снизить вязкость состава для внутреннего слоя, можно раствор смолы сначала нагревать в смолонагреватель и уже оттуда – в коллектор соответствующего смесителя.

Рисунок 1.7 - Схема подготовки и подачи связующего в смесители наружного и внутреннего слоя стружечной плиты

 

Растворы отвердителей готовят по отдельности для наружных и внутренних слоев. Схема одинакова для обоих потоков: в бак сначала заливают теплую (40-50°С) воду, а затем добавляют отвердитель в порошке и мочевину (как акцептор свободного формальдегида) в соотношениях, указанных в рецептуре отвердителя. Как правило, связующее для внутреннего слоя отверждается за 30-60 секунд, для промежуточных слоев – за 70-100 секунд и для наружных – за 110-130 секунд. С учетом этого готовят отвердители различной активности: для внутренних слоев берут 20%-ный, а для наружных 3-7%-ный водный раствор хлорида или сульфата аммония. При высокотемпературном прессовании плит можно в наружных слоях использовать смолу без отвердителя.

Чтобы обеспечить требуемое соотношение между массой древесных частиц и массой связующего, необходимо постоянно дозировать компоненты перед смешиванием. Конструкцией объемного дозатора, применяемого в производстве ЛДСтП, является шнековый питатель, представленный на рисунке 8. Оптимальная частота вращения такого шнека с приводом от двигателя постоянного тока составляет 25-40 об/мин, вместимость питателя 0,8-1,0 м3 , степень заполнения контролируется датчиками уровня.

1 – винтовой транспортер; 2 –  датчики уровня; 3 – стенки бункера-питателя; 4 – привод винтового транспортера

Рисунок 1.8 - Схема шнекового питателя для стружки

 

Объем насыпной стружечной массы зависит от многих факторов: от формы и размеров частиц, породы древесины и её фракционного состава. В силу этого погрешность объемного дозирования колеблется в пределах 20-50%. На участке смешивания древесных частиц со связующим погрешность дозирования не должна превышать 4%, поэтому при подачи стружки в смеситель и формировании ковра применяют весовое дозирование. Для этого используют весы порционного и непрерывного дозирования.

Смешивание насыпного и жидкого компонентов, то есть получение осмоленной стружки, происходит в смесителях непрерывного действия. Современные смесители подразделяются на машины с внешним и внутренним вводом связующего. В смесителях с внутренней подачей связующего применены наиболее простые и рациональные принципы фракционирования, раздельного осмоления стружки разного размера, её перемазывания. Центробежный метод распыления позволяет получать тонкодисперсную туманообразную взвесь с размером капель от 2 до 40 мкм при диаметре сопел 4-5 мм. Надлежащее качество распыления выдерживается в широком диапазоне расхода связующего, от 560 до 1700 г/мин. Скорость движения сыпучей массы составляет 8-12 м/с, и стружка находится в смесителе всего несколько секунд. Наблюдения показали, что у крупных частиц (фракция 7/3) степень покрытия составляет 60-80%, у мелкой фракции (7/1) доходит до 90% и у пыли равна 100%. Древесные частицы при этом дополнительно измельчаются. Уход за смесителями с внутренним вводом связующего довольно сложен, к тому же крупные частицы осмоляются в них не полностью. У модели, изображенной на рисунке 9, вверху внутри цилиндрического корпуса имеются вал с лопастями и устройство для распределения связующего, подаваемого снаружи. Сыпучая масса поступает по касательной и спиралеобразным потоком перемещается в зону распыления жидкого компонента, затем в зону перемешивания. Связующее под небольшим давлением подается через трубки, и струйки его дробятся быстро летящими частицами древесины, с которых излишки клея скатываются по инерции не успев впитаться.

Рисунок 1.9 - Смеситель с наружным вводом связующего

 

Конструкция смесителей с такой подачей связующего (в тангенциальном направлении через трубки) очень проста, их вал и корпус хорошо охлаждаются, а жидкие компоненты можно вводить раздельно. Однако в смесителях этой модели древесные частицы дополнительно измельчаются на входе и в зоне подводящих трубок. Что не желательно для стружки внутреннего слоя.

Формирование ковра заключается в дозировании и равномерном распределении осмоленной стружки с целью получения одинаковых показателей толщины и прочности по всей площади плиты. Эта работа выполняется на формирующих машинах, состоящих из дозатора и питателя. Принцип работы заключается в том, что осмоленная стружка транспортером подается на весы, которые периодически сбрасывают порцию смеси в питатель, где стружка разравнивается по ширине и высыпается на транспортер главного конвейера.  

 Главные конвейеры предназначены для формирования пакетов  или непрерывного ковра измельченной древесины, холодной подпрессовки и горячего прессования плит. Возможны конвейеры следующих типов:

- с жесткими металлическими  поддонами;

- с гибкой стальной лентой;

- с гибкой синтетической лентой;

- с проницаемыми металлическими  поддонами.

1. 7, 11, 12, 17 – цепные конвейеры; 2, 13 – дождевальные установки; 3 – формирующий конвейер; 4, 5, 6 – формирующие машины; 8 – пресс предварительной подпрессовки; 9 – контрольные весы; 10 – место хранения запасных поддонов; 14 – пресс горячего прессования с этажерками; 15 – отделитель плит от поддонов; 16 – камера охлаждения от поддонов; 18 – роликовый конвейер.

Рисунок 1.10 - Схема главного конвейера для формирования стружечного ковра и горячего прессования плит на жестких металлических поддонах

 

В России наиболее распространен конвейер первого типа, изображенный на рисунке 10. Он рассчитан на производство трехслойных плит и имеет два входящих конвейера для подачи осмоленной стружки, которая попадает в четыре формирующих машины. Из первой машины высыпается осмоленная стружка  для нижнего слоя, из второй и третьей формируется средний слой, а четвертая машина насыпает верхний наружный слой. Поддон, проходящий под формирующими машинами, предварительно очищается и смачивается холодной водой из дождевальной установки. Ковер проходит холодную подпрессовку в прессе, контроль массы на весах и перемещается к загрузочной этажерке пресса. После разгрузочной этажерки происходит отделение поддона от плиты, которая сталкивается на форматно-обрезной станок. Все транспортеры главного конвейера имеют единый привод. Поддоны сделаны из дюралюминиевого проката(толщиной 4 мм) и имеют ограниченный срок службы (около 3 месяцев) в силу большого перепада температур в горячем прессе и вне его.

Для того чтобы повысить качество насыпки ковра, стали применять систему пневматического фракционирования частиц. С её помощью становится возможным получение бесступенчатой структуры по толщине – самые мелкие частицы будут находиться на поверхности плиты, а самые крупные – в середине плиты. Сущность пневматического фракционирования показана на рисунке 11. Горизонтальные потоки воздуха уносят частицы стружки ближе или дальше в зависимости от их массы и размера. Наиболее мелкие частицы относятся дальше и оказываются во внешних слоях плиты.

Рисунок 1.11 - Принципиальная схема пневмосепарации древесных частиц

 

Подпресовка стружечной массы выполняется, как правило, в установках холодного прессования с целью сделать ковер достаточно прочным и плотным для того, чтобы можно было подавать его в горячий пресс. Предварительная подпрессовка позволяет также сократить время на участке горячего прессования.