Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса .11
1.1. Способы повышения физико-механических свойств древесно-стружечных плит 11
1.1.1. Влияние физических факторов на свойства древесно-стружечных плит 11
1.1.2. Влияние основных технологических факторов на свойства древесно-стружечных плит 13
1.1.3 Влияние свойств клея на свойства древесно-стружечных плит .16
1.2. Обоснование применения фурановых олигомеров в качестве модификатора смол .26
1.3. Выводы 30
2. Методические положения 31
2.1. Сырье и материалы .31
2.2. Методики исследования
2.2.1. Определение поверхностного натяжения клеевых составов .33
2.2.2. Определение краевого угла смачивания клеевых составов.. 34
2.2.3. Определение условной вязкости клеевых составов 35
2.2.4. Определение динамической вязкости клеевых составов 36
2.2.5. Определение кислотности клеевых составов 37
2.2.6. Определение времени желатинизации клеевых составов 37
2.2.7. Определение реологических свойств клеевых составов .38
2.2.8. Методика проведения анализа смол и клеев методом дифференциально-сканирующей калориметрии 41
2.2.9. Методика изучения ИК-спектров смол и клеев 42
2.2.10. Методика изготовления древесно-стружечных плит .44
2.2.11. Методики оценки физико-механических свойств древесно стружечных плит .45
2.2.12. Методика оценки экологических параметров древесно-стружечныхплит .46
2.2.13. Построение и обработка экспериментальных планов .46
3. Экспериментальная оценка свойств модифицированной фенолоформальдегидной смолы и древесно-стружечных плит на ее основе .55
3.1. Оценка свойств клеевых составов на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы 55
3.2. Реологические свойства клееных композиций на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы .62
3.3. Исследование процессов отверждения модифицированной фенолоформальдегидной смолы 66
3.4. Оценка энергии активации модифицированной фенолоформальдегидной смолы 70
3.5. Исследование свойств древесно-стружечных плит на основе модифицированных клеевых композиций 73
3.6. Выводы по главе .85
4. Исследование влияния основных технологических факторов на свойства древесно-стружечных плит на основе модифицированных клеев .87
4.1. Выбор постоянных и переменных факторов .87
4.2. Планирование эксперимента .89
4.3. Проверка адекватности и эффективности математических моделей .94
4.4. Перевод уравнений регрессии из кодированных обозначений факторов в натуральные 97
4.5. Основные графические зависимости . 98
4.6. Анализ влияния технологических факторов по результатам экспериментов 102
4.7. Определение рациональных режимов производства .104
4.8. Оценка экологических параметров древесно-стружечных плит на основе модифицированных клеевых составов 105
4.9. Выводы по главе 106
5. Технико-экономическое обоснование 107
5.1. Процесс производства древесно-стружечных плит на основе
модифицированной фенолоформальдегидной смолы .107
5.2. Экономическое обоснование .110
Заключение .118
Библиографический список
- Влияние свойств клея на свойства древесно-стружечных плит
- Определение кислотности клеевых составов
- Исследование процессов отверждения модифицированной фенолоформальдегидной смолы
- Основные графические зависимости .
Введение к работе
Актуальность темы. Производство древесно-стружечных плит –
устойчиво развивающаяся отрасль деревообрабатывающей промышленности, в
настоящее время является одним из наиболее эффективных и рациональных
направлений ресурсосбережения и комплексного использования древесного
сырья, эффективной переработки большинства видов древесных отходов и
низкосортной древесины. Устойчивое развитие производства древесно
стружечных плит в нашей стране и за рубежом в последние годы связано с
ростом спроса и потребления, прежде всего со стороны строительной отрасли
и производства мебели. Однако выпускаемые отечественной
промышленностью древесно-стружечные плиты не всегда в полной мере
отвечают требованиям потребителей, в первую очередь, по показателям
прочности, водостойкости, токсичности. Для получения прочных и
водостойких плит часто используют фенолоформальдегидные смолы, однако при их использовании в условиях с переменными температурой и влажностью происходит разбухание, снижается прочность и целостность конструкций из этих материалов.
Одним из эффективных направлений получения древесно-стружечных
плит с целенаправленным комплексом свойств является применение при их
изготовлении альтернативных клеев или модифицированных клеевых
составов. В качестве модификатора фенолоформальдегидных смол могут
эффективно применяться олигомеры фуранового ряда. В отвержденном
состоянии они обладают повышенной прочностью, водостойкостью,
химической стойкостью теплостойкостью. Благодаря малой величине
поверхностного натяжения и малой вязкости фурановые олигомеры легко
пропитывают древесину, заполняя полости клеток и проникая в клеточные
стенки древесины, повышая таким образом водо- и влагостойкость, прочность,
сопротивление возгоранию. Однако технических рекомендаций по применению
фурановых олигомеров в качестве модифицирующей добавки синтетических
смол в настоящее время нет, отсутствуют полные сведения о
термодинамических и технологических свойствах модифицированных клеевых
композиций, химических взаимодействиях компонентов, происходящих при
модификации и реакциях модифицированных клеев с древесным наполнителем
плит. Поэтому развитие теории и практики изготовления древесно-стружечных
плит на основе фенолоформальдегидной смолы, модифицированной
фурановыми олигомерами, является актуальной научной задачей, что и определило выбор темы диссертации.
Степень разработанности темы исследования. Проблемами
модификации синтетических смол и применения фурановых олигомеров в деревообработке занимались Азаров В.И., Баженова Н.Н., Варанкина Г.С., Вихров В.Е., Глухих В.В., Зайвий В.А., Кондратьев В.П., Межов И.С., Синюков Н.П., Угрюмов С.А., Холькин Ю.И., Хрулев В.М., Цветков В.Е., Чубинский А.Н., Шутов Г.М., Эрдман М.М., и др.
Поисковый анализ научно-технической литературы показал, что перспективным направлением повышения физико-механических свойств древесно-стружечных плит является применение при их производстве синтетических клеев, модифицированных олигомерами фуранового ряда.
Цель работы – Повышение физико-механических свойств древесностружечных плит путем использования модифицированных клеевых составов.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи, отражающие логику данного исследования:
-
Теоретическое описание процессов структурообразования клеевых составов на основе фенолоформальдегидной смолы, модифицированной олигомером фуранового ряда.
-
Экспериментальная оценка термодинамических свойств модифицированных клеевых композиций и их влияния на процесс склеивания древесных частиц.
-
Обоснование рецептур модифицированных клеевых композиций, обеспечивающих высокие физико-механические характеристики древесностружечных плит.
-
Разработка технологии производства древесно-стружечных плит на модифицированном связующем, технико-экономическое обоснование предлагаемых технических решений.
Объект исследования – производство древесно-стружечных плит. Предмет исследования – древесно-стружечные плиты на модифицированном связующем.
Научной новизной обладают:
-
Теоретические закономерности повышения реакционной способности фенолоформальдегидной смолы, модифицированной олигомерами фуранового ряда, применительно к производству древесно-стружечных плит.
-
Обоснование рецептур модифицированных клеевых композиций, обеспечивающих повышение физико-механических свойств древесностружечных плит.
-
Математико-статистические модели процесса склеивания, описывающие свойства древесно-стружечных плит на основе модифицированных клеевых составов и позволяющие оптимизировать режимы прессования древесностружечных плит.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
обеспечивается обоснованными упрощениями и корректными допущениями
при разработке математических моделей; современными средствами научного
проникновения, включая термодинамику, спектрофотометрию,
дифференциально-сканирующую калориметрию; методами и средствами экспериментальных исследований, включая тензометрию жидкостей, реологию полимеров; методов факторного планирования и математической статистики; подтверждением адекватности разработанных моделей результатам испытаний, успешной апробацией результатов работы.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Для теории имеют значение:
- Обоснование процесса модификации фенолоформальдегидной смолы
вследствие изменения химической структуры макромолекул и формированием
поликомплексов, представляющих собой новые надмолекулярные структуры.
- Обоснование процессов химического взаимодействия компонентов при
отверждении клеевых композиций на основе модифицированной смолы.
- Обоснование ускорения процесса отверждения клеевых композиций на основе
фенолоформальдегидной смолы, модифицированной фурановым олигомером.
Для практики имеют значение:
- Составы клеевых композиций на основе фенолоформальдегидной смолы,
модифицированной фурановым олигомером.
- Режимы прессования древесно-стружечных плит, обеспечивающие
повышение производительности работы прессового оборудования.
Основные научные и технические результаты диссертационной работы апробированы и приняты к использованию на ОАО «Фанплит», г. Кострома, проектные решения приняты к использованию в проектной практике ООО «Костромалеспроект», используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Технология клееных материалов и древесных плит», «Технология и применение полимеров в деревообработке».
Методологические основы и методы исследования.
Исследования производились по принципу системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска.
Инструменты, приборы и установки, выбранные для экспериментов, соответствовали по точности современным требованиям.
Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, сведения из сети Интернет.
Положения, выносимые на защиту. Основные научные положения,
выносимые на защиту можно классифицировать как научно обоснованные
технические, технологические и организационные решения, направленные на
разработку ресурсосберегающей технологии производства древесно-
стружечных плит с повышенными физико-механическими характеристиками на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы. Внедрение этих положений вносит значительный вклад в решение проблем функционирования и развития производства древесно-стружечных плит, а также повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции.
Указанные положения включают:
1. Теоретические закономерности повышения реакционной способности
фенолоформальдегидной смолы, модифицированной олигомерами фуранового
ряда, на основе исследования кинетики отверждения, энергии активации и
спектрального анализа.
2. Результаты исследований термодинамических свойств модифицированных
клеевых композиций и их влияния на процесс склеивания древесных частиц.
-
Результаты исследований по модификации фенолоформальдегидной смолы олигомером фуранового ряда применительно к производству древесностружечных плит, оценке свойств готовой продукции.
-
Технологию и технико-экономическое обоснование производства древесностружечных плит на основе модифицированных клеевых составов.
Соответствие темы и содержания диссертации требованиям паспорта
специальности ВАК. Основные результаты диссертационной работы
соответствуют п. 2 «Разработка теории и методов технологического
воздействия на объекты обработки, с целью получения высококачественной и
экологически чистой продукции», п. 4. «Разработка операционных
технологий и процессов в производствах: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит, строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке древесины», п. 9 «Исследование и разработка связующих, клеев и лаков для технологии различных деревообрабатывающих производств» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались
на международных научно-практических конференциях: «Актуальные
направления научных исследований XXI века теория и практика», г. Воронеж, ВГЛТА, 2014 г.; «Лicoве i садово-паркoве господарство XXI сторiччя: актуальнi проблеми та шляхи їх вирiшення», Киев: НУБиП Украины, 2014 г.; «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса», г. Кострома, КГТУ, 2013, 2015 г.; «Строение, свойства и качество древесины - 2014», г. Москва, МГУЛ, 2014 г.; «I Европейский лесопромышленный форум молодежи», г. Воронеж, ВГЛТА, 2014 г.; «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий», г. Кострома, КГТУ, 2014 г.; «Студенты и молодые ученые КГТУ-производству», г. Кострома, КГТУ, 2014, 2015 г.
Публикации. По теме работы опубликовано 20 печатных работ, в том числе 5 работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ, патент на изобретение.
Структура и объм работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка из 145 наименований, содержит 135 страниц основного текста, 37 рисунков, 28 таблиц.
Влияние свойств клея на свойства древесно-стружечных плит
К основным технологическим факторам производства древесно стружечных плит относятся: температура прессования, давление прессования, время прессования, расход связующего, условия и режимы послепрессовой обработки [93,102]. Грамотный выбор этих параметров позволяет получать плиты высокого качества.
Основным фактором, влияющим на продолжительность процесса склеивания, степень отверждения связующего и конечные свойств плит, является температура прессования. Минимальная температура, при которой синтетический клей достигает необходимой степени отверждения и образования трехмерной структуры (50-90 0С). Более этой величины температуру повышают, чтобы снизить продолжительность склеивания и интенсифицировать технологический процесс. При температуре 180 0С и выше повышается прочность плит и уменьшается их разбухание по толщине [51]. Однако, значительное повышение температуры может привести к термодеструкции клея, а также началу разложения лигноуглеводного комплекса древесины.
При воздействии повышенных температур вязкость фенолформальдегидных смол уменьшается, в результате чего возможно образование прерывистого клеевого слоя, что может привести к снижению прочности клеевого шва [118,122]. Температуру прессования необходимо выбирать в зависимости от толщины склеиваемого материала. Так, например, при склеивании плит большой толщины, температура прессования рассчитывается так, чтобы клей в центральном клеевом слое отверждался до нужной степени, при этом наружные слои композиции прогреваются значительно быстрее и температура там выше, что в свою очередь, может привести к преждевременному отверждению или деструкции клеевого соединения. Продолжительность прессования древесно-стружечных плит в горячем прессе играет важную роль в формировании свойств. Для плиты толщиной 16 мм продолжительность прессования составляет 340-365 с. Предел прочности при статическом изгибе и растяжение перпендикулярно к пласти возрастает с увеличением продолжительности выдержки пакетов при максимальном удельном давлении [67,73]. На продолжительность прессования оказывает влияние влажность древесных частиц. Чем выше влажность, тем длительнее происходит процесс испарения влаги из древесины в период горячего прессования [81,82]. Уменьшить время горячего прессования можно за счет подсушивания осмоленных частиц, применения высококонцентрированных связующих, безвоздушного распыления связующих в скоростных смесителях [19].
При выборе давления прессования древесно-стружечных плит необходимо учитывать влияние отдельных факторов, таких как порода древесины, влажность стружки, плотность плиты, геометрия стружки, величина парогазового давления, продолжительность прессования, температура прессования [80,99,128]. Продолжительность уплотнения пакета до заданной толщины (определенной ограничительными планками) сокращается с увеличением давления прессования, влажности стружки, с уменьшением плотности и фракционного размера древесных частиц.
Парогазопроницаемость стружечного пакета оказывает существенное влияние на процессы структурообразования плит. Она зависит, в первую очередь, от внутреннего строения пакета. Ориентация частиц древесного наполнителя в процессе насыпки и стружечного ковра способствует снижению избыточного давления парогазовоздушной смеси [47,99]. Для облегчения выхода паров из прессуемого материала можно использовать гибкие сетчатые поддоны, давление парогазовой смеси в этом случае снижается в 3-4 раза [125], или использования прокладок из пористого металлического проката, сетчатых прокладок , а также с помощью отверстий или каналов в нагревательных плитах пресса [99].
На качество древесно-стружечных плит влияют условия проведения послепрессовой обработки плит, включающей кондиционирование и термообработку. Плиты после прессования могут охлаждаться при свободном омывании воздухом, при этом прочность плит не снижается. Плиты, к которым предъявляются особые требования, устанавливаются на вагонетки в вертикальном положении, а для их охлаждения служат охладительные камеры [49,79,126]. Для более полного отверждения связующего и образования прочных клеевых связей с компонентами древесного наполнителя применяется термообработка плит. Например, для плит, изготовленных на основе фенолформальдегидной смолы, термообработка проводится в установках непрерывного действия при 200-2150С [132].
Особое влияние на прочность и водостойкость плит оказывает тип связующего и его расход [94]. Как правило, с увеличением расхода связующего заметно повышается прочность изготовленных плит, а также их водостойкость, а при излишних расходах свойства могут снижаться за счет увеличения доли и давления парогазовой смеси в процессе горячего прессования и частичного разрушения образованных клеевых прослоек этой смесью.
Таким образом, важными факторами в производстве древесных плит являются условия процесса прессования, от которых существенно зависят физико-механические свойства готовых плит. Кроме этого, важное значение, оказывающее влияние на прочность и водостойкость плит, имеет тип связующего и его расход.
Определение кислотности клеевых составов
Проведение калибровки прибора, снятие спектров и обсчет результатов осуществлялся при помощи программного обеспечения IR solution. Калибровка производилась по калибровочной полистирольной пленке. Для этого пленку помещали в прибор и снимали спектр, который должен был совпасть с эталонным. Перед началом работы снимался фоновый спектр, помещая в прибор кювету с окнами KRS-5, без образца записывали спектр в режиме BKG.
Для проведения анализа микроколичество (4-5 мг) исследуемого вещества помещали на одну пластину окна KRS-5 и прижимали второй пластиной KRS-5, поместив в разборную кювету. Полученную пробу помещали в прибор и записывали спектр пропускания в диапазоне 400-4000 см-1.
Расчет производили при помощи ПО IR solution, исходя из поставленной задачи, производился обсчет спектра, библиотечный поиск спектров и их интерпретация.
Изготовление образцов однослойных древесно-стружечных плит проводилось в лабораторном гидравлическом прессе П100-40. В качестве наполнителя использовалась специальная резаная стружка лиственных пород древесины с отбором фракции 10/2, клеевые композиции на основе фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3014 и фурфурол-ацетонового мономера ФА в смеси с отвердителем – n-толуолсульфокислотой в количестве 5% от массы мономера ФА. Задаваемые параметры плит: - толщина S=16 мм; - расчетная плотность плиты = 750 кг/м3; - температура прессования 160…220 C; - продолжительность прессования 6,0 мин (0,5 мин/мм толщины плиты); - удельное давление прессования 2,0 МПа; - норма расхода связующего - 12% от массы стружки.
Оценка физико-механических характеристик плит проводилась на основе стандартных методик [33-37]: - отбор и подготовка образцов по ГОСТ 10633-78; - предел прочности при статическом изгибе по ГОСТ 10635-78 на образцах форматом 250 50 мм мм; - предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти плиты по ГОСТ 10636-78 на образцах форматом 50 50 мм мм; - плотность, разбухание, водопоглощение по ГОСТ 10634-78 на образцах форматом 100 100 мм мм. Согласно ГОСТ 10632-2014 для плит П-А предел прочности при изгибе должен быть не менее 16 МПа, для плит П-Б – не менее 14 МПа, предел прочности при отрыве перпендикулярно к пласти плиты для марки ПА – не менее 0,35 МПа, для марки П-Б – не менее 0,24 МПа. Разбухание плит по толщине нормируется ГОСТ 10632-2014 и составляет для плит марки П-А не более 22%, для плит марки П-Б не более 33%.
Для оценки огнезащищенности использовался метод огневой трубы. Содержание свободного формальдегида в древесно-стружечных плитах определялось перфораторным способом по ГОСТ 27678–88 [41], сущность которого заключается в экстракции формальдегида кипящим толуолом, поглощении его дистиллированной водой и обратном йодометрическом титровании.
Определение содержания свободного фурфурола из плит проводилось по запатентованной методике [83]. Сущность методики заключается в том, что исследуемые образцы подвергаются кипячению в этиловом спирте c последующим химическим анализом спиртовой выдержки. В результате кипячения образцов свободный фурфурол, содержащийся в клееном древесном материале, переходит в раствор. Количество выделившегося фурфурола оценивается фотоколориметрическим способом на приборе кюветном фотоколориметре марки КФК-ЗОМЗ4.
С целью исследования влияния основных технологических факторов на свойства древесно-стружечных плит, изготовленных с использованием модифицированного фенолоформальдегидного связующего плит был спланирован и реализован В-плана второго порядка [90]. Необходимый объем выборки для получения достоверных средних значений определялся на основе результатов предварительно проведенных экспериментов, количество дублированных опытов для всех выходных величин составило 5. Обработка результатов эксперимента производилась по методике математической обработки В-плана второго порядка [6,24,90].
Исследование процессов отверждения модифицированной фенолоформальдегидной смолы
Проведенный эксперимент подтверждает повышение вязкости при увеличении доли добавки мономера ФА к фенолоформальдегидной смоле. На основе полученных экспериментальных данных можно заключить, что совмещение фенолоформальдегидной смолы с фурановой вызывает модификацию вследствие изменения химической структуры макромолекул основного связующего. Эта модификация проявляется в непропорциональном повышении вязкости системы фенолоформальдегидная смола – фурановая смола (то есть несмотря на совмещение с маловязкой фурановой смолой и снижение величины поверхностного натяжения).
Также повышение вязкости обусловлено образованием химических и водородных связей с участием функциональных групп молекул фенолоформальдегидной смолы и фурановой смолы. При их совмещении начинается процесс образования эфирных связей с участием гидроксильных групп макромолекул фурановой смолы и оксиметиленовых групп макромолекул фенолоформальдегидной смолы. Наряду с этим происходит образование водородных связей с участием неподеленных электронных пар атомов кислорода карбонильной группы и фуранового кольца в составе макромолекул фурановой смолы, а также оксиметиленвых групп бензольных циклов макромолекул фенолоформальдегидной смолы. Образование таких поперечных связей («сшивок») приводит к формированию поликомплексов, представляющих собой новые надмолекулярные структуры, которые увеличивают размеры макромолекул и молекулярную массу, что подтверждается данными ИК-спектрометрии (рис. 3.14). Взаимное перемещение таких макромолекул относительно друг друга требует больших затрат энергии, сопровождается увеличением трения между поликомплексами при их перемещении, что проявляется в повышении вязкости системы. При воздействии температуры (то есть в процессе прессования) данные процессы идут гораздо интенсивнее.
О химическом взаимодействии фенолоформальдегидной смолы с фурановой, проявляющейся в повышении показателей условной и динамической вязкости, свидетельствует также снижение свободной поверхностной энергии системы, которая экспериментально проявляется в уменьшении энергии активации (рис. 3.13) и величины поверхностного натяжения (рис. 3.1).
Известно, что фенолоформальдегидная смола является водорастворимой, а фурановый олигомер не растворяется в воде. Поэтому при совмещении этих смол образуется эмульсия, представляющая собой гетерогенную систему. Процесс взаимодействия макромолекул данных смол с образованием поликомплексов (надмолекулярных структур) сопровождается уменьшением поверхности раздела контактирующих фаз, а следовательно при этом уменьшается свободная поверхностная энергия, что экспериментально подтверждается уменьшением величины поверхностного натяжения.
Кислотность клеевых составов при модификации несколько снижается (рис. 3.6), что также способствует развитию начальных процессов поликонденсации модифицированной фенолоформальдегидной смолы. Рис. 3.6. Влияние доли добавки фуранового олигомера на кислотность клеевых составов
Динамика изменения времени желатинизации клеевых композиций в зависимости от доли добавки фурфурол-ацетонового мономера приведена на рис. 3.7. Рис. 3.7. Влияние доли добавки фуранового олигомера на время желатинизации клеевых композиций
С повышением температуры и доли добавки фуранового олигомера время желатинизации снижается. Поэтому при использовании модифицированных клеевых составов имеется технологическая возможность уменьшения времени термопьезообработки при производстве клееных древесных материалов или снижение температуры прессования, что может привести к повышению производительности работы основного оборудования и снижению производственных затрат.
Таким образом, экспериментальные исследования показали, что модификация фенолоформальдегидного олигомера фурановым позволяет совершенствовать термодинамические и технологические свойства клеевых составов применительно к производству клееных древесных материалов.
Для достижения высокого качества склеивания древесных материалов необходимо, чтобы реологические свойства субстрата (древесины) превышали соответствующие реологические свойства отвержденного адгезива (клея) [26], поэтому представляет интерес оценка реологических характеристик фенолоформальдегидного олигомера, модифицированного фурановым.
При проведении экспериментальных исследований оценивалась деформация и реологические свойства основных древесных пород, применяемых при производстве древесных плит, а также отвержденных клеевых композиций на основе фенолоформальдегидного олигомера марки СФЖ-3014 с введением в его состав различного количества фурфурол-ацетонового мономера марки ФА.
Основные графические зависимости .
Полученные уравнения регрессии являются уравнениями второго порядка (уравнениями параболы), для которых справедливы следующие зависимости [90]: - если Ьй 0, то уравнение описывает вогнутую функцию (ветви параболы направлены вверх), а если Ьц 0, то выпуклую; - абсцисса вершины параболы равна величине - Ь,-/ 2ЬЙ ; - если имеет место соотношение Ьг 2 Ьц , то вершина находится вне диапазона варьирования фактора, то есть уравнение описывает монолитную функцию, если при этом Ьг 0, то эта функция монолитно возрастающая, а при Ь,- 0 - монотонно убывающая; - при наличии соотношения Ь/1 21 Ьц I функция имеет экстремум внутри диапазона варьирования фактора - максимум при Ьгг 0 или минимум при Ьй 0. Для первой выходной величины (предела прочности при изгибе): д imax = 0,42 + 2 4,966 = 10,35; a2max = 3,38 + 2 2,866 = 9,11; д 3max = 2,21 + 2 0,883 = 3,97, то есть первым по значимости является первый фактор (доля модификатора), чуть менее, практически такое же значение имеет второй фактор (расход связующего), третий фактор (температура прессования) менее значим. Для второй выходной величины (предела прочности при выдергивании шурупов из кромки): д imax = 2,29 + 2 1,418 = 5,12; d2max = 3,91 + 2 8,518 = 20,9; д 3max = 7,91 + 2 2,518 = 12,95, то есть первым по значимости является второй фактор (расход связующего), меньшее влияние имеет третий фактор (температура прессования), первый фактор (доля модификатора) менее значим.
Анализ уравнений регрессии, полученных в результате математической обработки результатов эксперимента, и построенных графических зависимостей показал, что на предел прочности при изгибе древесно стружечных плит, изготовленных на модифицированном связующем, максимальное влияние оказывает первый фактор (доля модификатора в клеевом составе), практически такое же по степени значимости оказывает влияние второй фактор – расход связующего, температура прессования менее значима. Увеличение всех этих факторов приводит к росту прочности материала. Повышение доли модификатора до уровня близкого к основному (примерно 4 масс.ч) приводит к существенному увеличению прочности, при дальнейшем повышении доли модификатора прочность несколько снижается. Повышение расхода модифицированного связующего обусловливает образование большого числа непрерывных клеевых связей и равномерному распределению связующего по поверхности древесного наполнителя, что ведет к увеличению прочности плит, при этом рост прочности наблюдается во всем диапазоне варьирования. Повышение температуры прессования способствует более полному отверждению связующего и формированию пространственной сетки с большим количеством связей.
На предел прочности при выдергивании шурупов из кромки максимальное влияние оказывает фактор расхода связующего, вторым по значимости является температура прессования, доля модификатора оказывает меньшее влияние.
Для определения рациональных технологических условий изготовления древесно-стружечных плит на основе модифицированной фенолформальдегидной смолы была произведена обработка полученных регрессионных моделей методом наименьших квадратов c использованием пакета программ MicrosoftOfficeExcel (Поиск решения) при условии максимизации прочностных характеристик (предела прочности при статическом изгибе и предела прочности при выдергивании шурупов из кромки). Целевые функции: и — max; — max; выд Ограничения: "0 = Дм = 10масс.ч.; J 8 = Р св = 12 %; 160 = Т = 180 С. В результате вычислений определили рациональные параметры изготовления древесно-стружечных плит на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы: - доля модификатора в - 5,1 масс.ч; - расход связующего - 11, 5 % относительно массы абсолютно сухих древесных частиц; - температура прессования -180С. при постоянных факторах: - удельное давление прессования - 2,5 МПа; - продолжительность выдержки под давлением - 0,5 мин на 1 мм толщины материала; - продолжительность плавного снижения давления - 1,0 мин. Изготовление древесно-стружечных плит при данных технологических условиях позволяет получить продукцию с высокими прочностными показателями. Расчетные значения выходных величин при найденных рациональных режимах составляют: предел прочности при изгибе более 25 МПа, предел прочности при выдергивании шурупов из кромки около 50 МПа, предел прочности при отрыве, перпендикулярно к пласти более 0,6 МПа, что соответствует требованиям ГОСТ 10632-2014.
В древесно-стружечных плитах на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы, изготовленных при рациональных режимах, полученных в ходе экспериментальных исследований (с долей модификатора 5 масс.ч, расходом связующего 11,5 %, температурой прессования 180 С) оценено содержание свободного формальдегида по ГОСТ 27678-88 (перфораторным методом) [41]. В результате среднее содержание формальдегида в образцах древесно-стружечных плит на основе модифицированных клеевых композиций составило 1,8 мг/100 г сухой плиты, что по ГОСТ 10632-2014 соответствует классу эмиссии формальдегида E0,5.
Модифицирующая добавка в отвержденном состоянии может выделять непрореагированный фурфурол. По методике [83] было определено содержание свободного фурфурола в древесно-стружечной плите. Установлено, что в плитах имеются лишь «следы» свободного фурфурола (менее 0,1 мг свободного фурфурола на 100 г плиты), что объясняется малым количеством добавки.