prosdo.ru
добавить свой файл
1

Метод оценки структурных параметров стеблевого слоя льняной тресты


УДК 674.812-419

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФАНЕРЫ,

ИЗГОТОВЛЕННОЙ НА ОСНОВЕ ЛУЩЕНОГО СОСНОВОГО ШПОНА

И КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ

С.А. Угрюмов, А.С. Свешников


Представлены результаты исследования физико-механических свойств фанеры, изготовленной с применением лущеного соснового шпона. Получены регрессионные модели влияния основных технологических факторов на свойства фанеры, определены рациональные технологические режимы ее производства.

Лущеный сосновый шпон, фанера, карбамидоформальдегидная смола, физико-механические характеристики, математическая модель, режим прессования.


В качестве фанерного сырья для изготовления лущеного шпона в нашей стране применяются преимущественно круглые лесоматериалы лиственных пород. Хвойные породы древесины в производстве клееной фанеры применяются крайне редко. Значимость различных пород древесины для изготовления лущеного шпона неоднозначна и обусловлена их географическим размещением, запасами, свойствами, технологическими возможностями производства.

Наиболее широко используется в настоящее время древесина березы. Она обладает средней плотностью, однородностью структуры и цвета, высокой механической прочностью, особенно при ударных нагрузках, небольшой сбежистостью и, как правило, небольшим содержанием значимых пороков (сучков и гнили). Эти качества дают возможность получать гладкий и прочный лущеный шпон, толщиной от 0,1 мм и выше. На основе березового шпона получают фанеру, фанерные плиты, гнутоклееные заготовки, древесные слоистые пластики и другие клееные материалы.

Область распространения березы обширна. Она растет во всей лесной зоне европейской части страны, доходя на севере до границы с тундрой. В Сибири береза также занимает значительные площади. На Дальнем Востоке, в Хабаровском и Приморском краях велики запасы желтой березы.


Остальные лиственные породы (осина, липа, ольха, тополь) используются ограниченно. Физико-механические свойства этих пород по сравнению с березой, а также запасы, ниже. Поэтому в производстве фанеры они нашли ограниченное применение.

Древесина хвойных пород, за исключением кедра, отличается резким различием плотности и прочности ранней и поздней зон годичных слоев. Хвойный шпон имеет высокую степень шероховатости, неравномерную толщину, пониженную прочность, что вызывает ряд недостатков в технологии его склеивания. Высокая смолистость древесины и значительная разница во влажности заболонной и ядровой зон осложняют технологию сушки хвойного шпона. Большое число естественных пороков, таких как сучки, не позволяет получить продукцию высокого качества без применения дополнительных операций по ее облагораживанию. Кроме того, хвойные породы со значительной эффективностью используются в производстве столярно-строительных и мебельных изделий, в производстве целлюлозы, бумаги и т.д. Поэтому в настоящее время общее количество фанеры, изготовленной с применением хвойного шпона невелико.

В связи с задачей более равномерного использования породного состава лесов, стоящей перед лесной промышленностью, возможно, хвойные породы будут в большей степени вовлекаться в фанерное производство. Использование хвойного сырья в фанерном производстве будет экономически оправдано для производства фанеры строительного назначения, требования к прочности которой несколько ниже требований к фанере общего назначения из лиственных пород.

Хвойный шпон целесообразно вырабатывать большой толщины – 2,2 мм и выше. При этом по сравнению с производством шпона из лиственных пород повышается производительность лущильных станков, а также снижается общее количество клеевых материалов на производство единицы продукции за счет меньшей слойности пакета фанеры.

С целью определения возможности изготовления фанеры из хвойного шпона и исследования ее физико-механических характеристик нами был проведен полнофакторный эксперимент по производству фанеры на основе соснового шпона и карбамидоформальдегидной смолы КФН-66.


Наиболее существенное влияние на прочностные показатели фанеры оказывают температура и давление прессования, время выдержки под давлением [1–3]. Данные факторы были приняты в качестве управляемых.

Склеивание образцов фанеры проводилось в гидравлическом прессе П100-400 при следующих постоянных факторах:


  • расход клея – 110 г/м2;

  • количество отвердителя (хлористого аммония) – 1 %;

  • номинальная толщина шпона – 2,2 мм;

  • слойность фанеры – 3.

Управляемые факторы изменялись в следующем диапазоне:

  • давление прессования Р – от 1,6 до 2 МПа:

  • время выдержки под давлением τ – от 4 до 6 мин;

  • температура прессования t – от 110 до 130 °C.

Определение предела прочности при скалывании по клеевому слою производилось на образцах после их вымачивания в течение 24 ч в холодной воде в соответствии с ГОСТ 9624–93.

Матрица планирования эксперимента с выходными величинами представлена в табл.

Таблица 1

Матрица планирования эксперимента



опыта

Управляемые факторы

Предел прочности при скалывании, τск, МПа

Разбухание по толщине,

Рs, %

Водопогло-щение,

∆Wвд, %

кодированные

натуральные

Х1

Х2


Х3

Р, МПа

τ, мин

t, °C

1

+

+

+

2,0

6

130

1,170

20

47

2

-

+

+

1,6

6

130

1,076

16

40

3

+

-

+

2,0

4

130

1,289

16

39

4

-

-

+

1,6

4

130

1,286

14

50

5

+

+

-

2,0

6

110

1036

23


47

6

-

+

-

1,6

6

110

1,097

13

41

7

+

-

-

2,0

4

110

1,068

15

43

8

-

-

-

1,6

4

110

1,144

9

36

Математическая обработка результатов эксперимента проводилась по стандартной методике обработки результатов полного факторного плана [4], в результате чего получены следующие математические модели в кодированном обозначении факторов:

- для выходной величины – предела прочности фанеры при скалывании после 24 ч выдержки в воде:

У1 = 1,144 – 0,028 Х1 – 0,0479 Х2 + 0,0581 Х3 +

+ 0,0119 Х1Х2 – 0,0281 Х2Х3 + 0,0324 Х1Х3 +

+0,0081Х1Х2Х3;


  • для выходной величины – разбухания фанеры по толщине после 24 ч вымачивания:

У2 = 15,8 +2,8 Х1 + 2,3 Х2 + 0,8 Х3 + 0,8 Х1Х2


– 0,8 Х2Х3 + 2,5 Х1Х3 – 0,3Х1Х2Х3;


  • для выходной величины – водопоглощения фанеры после 24 ч вымачивания:


У3 = 42,9 + 1,3 Х1 + 0,9 Х2 + 1,3 Х3 + 2,1 Х1Х2

– 1,4 Х2Х3 – 2,1 Х1Х3 + 2,4Х1Х2Х3.


После проверки уравнения на значимость коэффициентов и отбрасывания незначимых факторов математические модели имеют вид:


У1 = 1,144 – 0,0479 Х2 + 0,0581 Х3;


У2 = 15,8 +2,8 Х1 + 2,3 Х2 + 2,5 Х1Х3;


У3 = 42,9 + 2,1 Х1Х2 – 1,4 Х2Х3 – 2,1 Х1Х3 +

+ 2,4Х1Х2Х3.


После перевода математических моделей в натуральное обозначение факторов получены следующие уравнения:

- для выходной величины – предела прочности фанеры при скалывании после 24 ч выдержки в воде:

τск = 0,69 – 0,05 τ – 0,006 t;

  • для выходной величины – разбухания фанеры по толщине после 24 ч вымачивания:

Рs = 250 – 136,3 Р – 2,3 t + 2,3 τ + 1,3 Р t;

  • для выходной величины – водопоглощения фанеры после 24 ч вымачивания:


∆Wвд = -1456 + 3,6 Р t – 142,5 Р τ – 1,1 τ t +

+ 1,2 Р t τ .


Выводы:

1. На основе соснового шпона может быть получена фанера с комплексом достаточно высоких физико-механических свойств. На основной показатель качества – предел прочности фанеры при скалывании – наибольшее влияние оказывает температура прессования. Максимальная прочность фанеры достигается при склеивании шпона при температуре 130 °C. Следующим по значимости является фактор давления прессования. Максимальная прочность фанеры достигается при малых уровнях давления (порядка 1,6 МПа). Время прессования, рассмотренное в диапазоне от 4 до 6 мин, оказывает несущественное влияние на прочностные показатели, так как большая часть клеевых связей в трехслойной фанере образуется в первые 2–3 мин склеивания.


2. Средний показатель прочности сосновой фанеры составляет 1,144 МПа. Это немного ниже требуемых показателей в соответствии с ГОСТ 3916.2–96 (1,2 МПа). При определенных сочетаниях режимных факторов (опыты № 3, 4) прочность соответствует требованиям стандарта. При этом увеличение прочности в данной клееной продукции возможно за счет рационального подбора технологических режимов прессования, количества и рецепта клеевых материалов.

3. Физические показатели сосновой фанеры находятся в пределах предъявляемых к фанере требований. Средний показатель разбухания по толщине составляет 15,8 %, водопоглощения – 42,9 %.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Справочник по производству фанеры / А. А. Веселов, Л. Г. Галюк, Ю. Г. Доронин [и др.] : под ред. Н. В. Качалина. – М. : Лесн. пром-сть, 1984.

  2. Волынский В.Н. Технология клееных материалов : учебное пособие для вузов / В. Н. Волынский. – Архангельск : Изд-во АГТУ, 2003.

  3. Справочное пособие по производству фанеры / Ю. В. Васечкин, А. Д. Валягин, В. П. Сергеев, Р. Р. Оберман. – М. : МГУЛ, 2002.

  4. Пижурин А.А. Исследования процессов деревообработки / А. А. Пижурин, М. С. Розенблит. – М. : Лесн. пром-сть, 1984.


RESEARCH OF PROPERTIES OF PLYWOOD MADE ON BASIS OF PEELING PINE VENEER AND CARBAMYDE AND FORMALDEHYDE RESINS

S.A.Ugryumov, A.S.Sveshnikov


Results of research of physicomechanical properties of plywood made with application of peeling pine veneere are presented. Regression models of influence of basic technology factors on plywood properties are received, rational technological modes of its manufacture are defined.

Peeling pine veneer, plywood, carbamyde and formaldehyde resin, physic-mechanical characteristics, mathematical model, pressure regime.


Рекомендована кафедрой МТД КГТУ

Поступила 10.03.2010