Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 7
1.1.Требования предъявляемые к древесностружечным плитам по физико-механическим и санитарно-гигиеническим свойствам... 7
1.2. Обзор существующих технологий получения древесностружечных плит 9
1.3. Влияние свойств связующего на свойства получаемых древесностружечных плит 27
2. Предпосылки и задачи исследования 41
3. Методические положения экспериментальных исследований 47
3.1. Исходные материалы для получения смол и их характеристика. 47
3.2. Синтез модифицированных карбамидоформальдегидных смол . 47
3.3. Методы анализа жидких смол 48
3.4. Определение концентрации формальдегида 49
3.5. Технология изготовления образцов древесностружечных плит.. 52
3.6. Определение физико-механических показателей древесностружечных плит 52
4. Синтез и исследование технологических свойств модифицированных карбамидоформальдегидных смол 53
4.1. Влияние модифицирующих добавок на свойства древесностружечных плит 53
4.2. Синтез и свойства модифицированных клеевых смол 56
4.3. Исследование влияния отверждающей композиции на свойства карбамидомеламиноформальдегидных смол и древесностружечных плит 58
4.4. Изучение термомеханических и термодинамических свойств модифицированных полимеров 65
4.4.1. Изучение термодинамических свойств модифицированных полимеров 65
4.4.2. Анализ термохимических свойств модифицированных полимеров 67
4.4.3. Изучение твердости модифицированных полимеров 71
4.5. Влияние применения смолы КФМ-2М в наружном слое на свойства ДСтП 76
5 Исследование влияния технологических факторов на свойства древесностружечных плит на смоле КФМ-2М 78
5.1. Выбор экспериментального плана 78
5.2. Выбор диапазона варьирования факторов 80
5.3. Проверка однородности дисперсий в реализованных планах эксперимента 82
5.4. Расчет коэффициентов регрессии и оценка их значимости 85
5.5. Проверка адекватности регрессионных моделей 89
5.6. Рациональные режимные параметры при прессование древесностружечных плит 92
6. Промышленное применение модифицированной смолы для производства древесностружечных плит 94
6.1. Промышленная апробация смолы КФМ-2М 94
6.2. Экономический эффект от внедрения 94
Заключение 97
Литература 99
Приложения 109
- Обзор существующих технологий получения древесностружечных плит
- Синтез модифицированных карбамидоформальдегидных смол
- Синтез и свойства модифицированных клеевых смол
- Проверка однородности дисперсий в реализованных планах эксперимента
Введение к работе
Производство древесных плит — одна из наиболее динамично развивающихся подотраслей деревообрабатывающей промышленности. Она перерабатывает низкокачественную древесину и древесные отходы, получая при этом доброкачественные листовые и плитные материалы, используемые в мебельной промышленности, в строительстве и других отраслях.
Тридцать лет назад в мире было изготовлено около 66 миллионов кубометров различных видов древесных плит, а в 2000 году их производство составило более 150 миллионов кубометров [1].
В России эксплуатируется 51 линия по производству ДСтП, 23 линии из которых оснащены отечественным оборудованием, остальные — импортным (финских и германских фирм). Суммарная производственная мощность ДСП составляет 4,5 миллиона кубометров плит в год. Это двенадцатая часть мирового производства [2].
Большинство технологических линий ДСП устарело. Отсюда и основные проблемы неустойчивой работы: повышенные материало- и энергоемкость продукции, обусловливающие се высокую себестоимость. Большинство плит не отвечает требованиям международных стандартов по токсичности и стабильности качества, скуден ассортимент выпускаемой продукции.
Возрождение отечественной подотрасли ДСтП возможно при условии обеспечения соответствия продукции международным стандартам и её конкурентоспособности. Совершенствование технологии, организацию производства следует проводить с учётом результатов последних исследований и разработок.
Рынок ДСтП в основном насыщен. Экологические ограничения и необходимость освоения новых областей использования плитных материалов - в строительстве, транспортных средствах, таре и упаковке -обусловили такие требования к ним, как долговечность, водостойкость, био-
и огнезащищенность, высокие санитарно-гигиенические показатели, возможность их утилизации.
К слагаемым повышения физико-механических характеристик ДСтП следует отнести сохранение качества древесины в частицах при их получении, геометрию частиц, создание механизма перераспределения напряжений при деформации, направленное изменение свойств отверждающегося связующего в тонких слоях, граничащих с древесной частицей.
В последние 30 лет широкое распространение в производстве ДСтП получили карбамидоформальдегидные смолы (КФС), более 90% всех выпускаемых плит изготавливается с применением данных связующих. Такое широкое применение КФС в производстве древесностружечных плит обусловлено следующими их преимуществами: простой технологией получения; высокой адгезией по отношению к древесине; имеют низкое содержание в свободном виде токсичных веществ; легкость транспортировки и нанесения, а самое главное очень низкой стоимостью по сравнению с другими связующими.
У ДСтП, в которых в качестве связующего используется КФС, есть и ряд недостатков: невысокая водостойкость; недостаточная стабильность формы и размеров при перепадах температур, но самый главный недостаток связан с санитарно гигиеническими характеристиками ДСтП. Это выделяемый ими в процессе эксплуатации формальдегид. Особенно остро проблема выделения формальдегида стала после признания его концерагеном группы 2а и установление ПДК паров формальдегида в воздухе жилой зоны 0,01мг/м3 воздуха [3]. Требования ПДК могут быть выполнены при принятой насыщенности помещения 1м /м при использовании для мебели ДСтП со значением формальдегида <5мг/г.а.с.п. по перфораторному методу - класс супер Е-1.
Вопрос об улучшении физико-механических показателей не стоит
очень остро, так как выпускаемые на сегодняшней день плиты по этим показателям удовлетворяют большую часть потребителей, однако вопросы улучшения водостойкости и снижения эмиссии формальдегида из готовых изделий, не смотря на большое количество работ по этим темам, требует скорейшего решения. Особенно остро они встанут через 5-10 лет, в связи с резко ухудшающейся экологической обстановкой в мире.
Применение низкомольных смол при склеивании древесных частиц резко увеличивает разбухание. Однако интегральное разбухание с точки зрения эксплуатации не столь важно. В мебельном производстве используют ламинированные ДСтП, в которых кромка и пласть хорошо защищены от воздействия влаги, но технологическая фаска между пластью и кромкой дает возможность проникновению влаги в поверхностный слой плиты. Следовательно, наибольший интерес представляет разбухание поверхностного слоя, поэтому для снижения разбухания поверхностного слоя считаем применение послойного осмолення.
В настоящей работе поставлена цель разработать технологию ДСтП с послойным осмолением, которая позволит получать ДСтП класса Е-Г и обладающими повышенными физико-механическими свойствами.
Для реализации этой задачи необходимо проведение исследований, позволяющих разработать режимы получения модифицированной смолы для наружного слоя, изучить их физико-химические и технологические свойства, создать технологию производства ДСтП на основе этих смол, а также проверить основные качественные показатели готовой продукции.
Обзор существующих технологий получения древесностружечных плит
Древесностружечные плиты находят широкое применение в производстве мебели и строительстве. Однако в ряде случаев возникает необходимость придания плитам свойств, обусловленных спецификой эксплуатации изделий и конструкций. Большинство плит, вырабатываемых в нашей стране, не отвечают требованиям международных стандартов по токсичности и стабильности качества. Недостаточен ассортимент и высока себестоимость выпускаемой продукции.
Технические параметры ДСтП должны обеспечить широкий диапазон потребительских свойств мебели. Технология и свойства ДСтП постоянно совершенствуются. В качестве смол, помимо карбамидных, широко используются фенолоформальдегидные и карбамидомеламино-формальдегидные, а также эфиры изоционатов.
Последние применяются с целью повысить стабильность свойств плит, а также снизить токсичность, внедряются новые малотоксичные смолы и совершенствуется технология производства.
Достижение требуемого уровня качества связано с химической природой связующего вещества и рациональным распределением его в композиции ДСтП. Наличие функциональных групп, способных в условиях горячего прессования плит к химическому взаимодействию с компонентами древесинного вещества, обеспечит долговечность и высокую вязкость смолы.
Следует отметить, что доля карбамидоформальдегидных смол в общем потреблении для древесных материалов доминирует, но в США и Японии доля КФС в общем объеме связующих сокращается. Это связано с низкой гидролитической устойчивостью смолы и высокой эмиссией формальдегида из ДСтП. Использование «низкомольных» карбамидоформальдегидных смол уменьшает токсичность ДСтП, но малоперспективно для усиления прочностных свойств.
Предлагаются различные пути модификации КФС. Изменение режима синтеза КФС и добавка различных модификаторов при синтезе: лигносульфонатов, ацетата аммония, алюмосиликатов, протеинов и крахмала. Для модификации готовых КФС перспективно использование кремнезоля, который переходит в гель в режиме отверждения КФС и при этом сорбирует СНгО. Взаимопроникающие полимерные сетки повышают прочность клеевых швов и получаемых ДСтП.
Водостойкость ДСтП улучшают использованием меламино- или фенолоформальдегидных смол. Предлагаются новые решения по синтезу меламинокарбамидоформальдегидных смол с кислым сульфидом щелочных металлов, обеспечивающие содержание свободного СНгО менее 0,1%, а также по минимизации в рецептуре меламина как более дорогого компонента. В синтезе фенолоформальдегидных смол используют отходы производства фенола кумольным методом, смесь фенола и п-третбутилфенола, дифенилолпропан. Синтезированный олигомер модифицируют тунговым маслом или карбамидом; полученное связующее используют исключительно для внутренних слоев ДСтП.
Массовая доля свободного формальдегида, % не более 0,15 0,15 0,15 0,1 0,1 0.13 0,2 0.1 На 11-м международном симпозиуме по клеям в Швейцарии (май 1997 г.) сообщалось о новом поколении полиуретановых дисперсий, разработанных в США [1]. Был представлен форполимер с NCO-группами для сшивки ФФС. При использовании такого совмещенного связующего в ДСтП получен сенсационный результат: его расход был снижен до 3% против 12% в случае использования ФФС.
К слагаемым повышения физико-механических характкристик ДСтП следует отнести сохранение качества древесины в частицах при их получении, геометрию частиц, создание механизма перераспределения напряжений при деформации. Исследованиями, выполнеными с использованием электронной микроскопии, установили, что степень разрушения древесинного вещества зависит от вида и режима работы стружечных станков, способа получения стружки. Прочность частиц значительно ниже плотности исходной древесины. Снижение прочности в клеевых швах и дефектность полимерной структуры определяют снижение прочности ДСтП по сравнению с древесиной и модельными образцами. Для улучшения качества предлагают использовать безножевые методы получения древесных частиц, изготовлять частицы из шпона, специально получаемого на лущильных станках для последующего дробления. Структура ДСтП из таких частиц в большей мере отвечает условию снижения внутренних напряжений при рациональном распределении связующего по пласти частиц. В ряде работ предлагается химически модифицировать поверхность древесных частиц использованием так называемых аппретов, обрабатывать уксусным ангидритом, наносить лигносульфонаты и другие вещества. В качестве древесных частиц следует использовать плоскую стружку с высоким отношением длины к толщине частиц для получения стружечных плит с ориентированной структурой.
Большинство плит, вырабатываемых в нашей стране, не отвечают требованиям международных стандартов по токсичности и стабильности качества. Однако в ряде случаев возникает необходимость придания плитам свойств, обусловленных спецификой эксплуатации изделий и конструкций. Возникает необходимость направленного модифицирования ДСтП для придания им заданных свойств.
Для уменьшения водопоглощения и разбухания древесностружечные плиты подвергают гидрофобизации. Разработан ряд методов повышения гидрофобных свойств древесностружечных плит. Эти методы могут быть химическими или физико-химическими.
Химические методы заключаются в блокировке водородной связью гидроксильных групп. К этим методам относится увеличение в плитах процентного содержания связующего и термическая обработка стружек или готовых плит. Повышение расхода связующего снижает водопоглощение и разбухание древесностружечных плит. Однако высокая стоимость связующего в общей себестоимости плит не позволяет выбрать этот путь.
Синтез модифицированных карбамидоформальдегидных смол
В емкость подготовки конденсационного раствора загружают необходимое количество 37%-ного формалина, включают мешалку и раствором едкого натра устанавливают значение рН 7,5-8,0. Затем загружают расчетное количество карбамида и после его полного растворения определяют показатель преломления, который должен быть равен 1,406-1,408. и включают обогрев и нагревают реактор до 85-90 С и выдерживают 15-20 минут при этой температуре. Затем снижают рП смеси до 4,5 и выдерживают до смешиваемости 1:1000. Затем рЫ смеси доводят до 8,0-8,5. Добавляют расчетное количество меламина и карбамида-2 и выдерживают до смешиваемости 1:4. Затем включают вакуум-насос. Вакуумироваиие проводят до показателя преломления 1,470-1,475 или до вязкости 35-45 секунд.
После достижения указанного значения показателя преломления, рН доводят до 8,0-8,5 и загружают расчетное количество карбамида-3, смесь охлаждают до 25-30 С и сливают в стандартизатор.
В связи с тем что свойства смолы в первые сутки хранения сильно меняются ее анализ производится только по истечении 24 часов с момента окончания синтеза. Внешний вид смолы п. 3.3., концентрация но массовой доле сухого остатка п. 3.4., концентрация водородных ионов (рН) п.3.6., время желати-низации при 100 С п.3.7., смешиваемость олигомера с водой п.3.8. все пункты по ГОСТ 14231-88. Вязкость условная по ВЗ-4 ГОСТ 8420-74. Массовую долю свободного формальдегида по п. 4.4. ТУ 13-3224007 02-97 [приложение I]. Определение времени пенетрации. Порядок определения. В ванночку наливают смолу с t=20±lC. На по-верхность смолы кладут образец бумаги (120 г/м ). Размером 100 100 мм и одновременно включают секундомер. При смачивании образца более чем на 90%, Секундомер выключают. Замеры выполняют 6 раз, 3 раза укладывая образец лицевой стороной, и 3 раза оборотной. Среднее арифметическое характеризует время пенетрации, исчисляемое в секундах.
По времени пенетрации можно косвенно судить о способности смолы впитываться в склеиваемый материал. Реактивы: соляная кислота, 0,5 н раствора; натрия гидроокись или калия гидроокись, 0,1 н раствор; натрий сернистокислый (сульфат натрия) безводный или натрий сернистокислый кристаллический; тимолфталеин, 0,1 н спиртовой раствор.
Подкисленный раствор готовят следующим образом: 20 г безводного сернистокислого натрия или 40 г кристаллического сернистокислого натрия, помещают в мерный стакан и при перемешивании добавляют 100 см 0,5 н раствора соляной кислоты, тщательно перемешивают раствор около 1 часа. Приготовленный раствор стабилен в течении двух недель.
Ход определения: около 1 г образца взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г и помешают в коническую колбу емкостью 250 см3.
В колбу со смолой приливают 50 см3 дистиллированной воды и перемешивают до полного растворения навески. Затем к содержимому колбы приливают 20 см3 подкисленного раствора сульфата натрия, примешивают и быстро титруют 0,1 н раствором гидроокиси натрия или гидроокиси калия в присутствии 5 капель тимолфталеина до появления бледно-голубой окраски. Технология изготовления образцов древесностружечных плит Трехслойные плиты в лаборатории изготовлялись из древесных частиц, полученных в заводских условиях на станке ДС-7, с последующим разделением на фракции на ситовом анализаторе. Древесные частицы перед ос-молением досушивались до влажности 3-4%. Количество компонентов определялось весовым и объемным дозированием. Смешивание древесных частиц со связующим проводилось на лабораторном смесителе. Из стружечно-клеевой массы прессовались плиты размером 300 300 16. Для прессования древесностружечных плит использовался однопро-летный 100-тонный лабораторный гидравлический пресс марки Д2430Б, с электрообогревом плит. Удельное давление прессования было принято постоянным и равнялось 2,0 МПа. После прессования плиты кондиционировались не менее 7 суток.
Определение физико-механических показателей древесностружечных плит У образцов ДСтП определялось: плотность по ГОСТ 10634-88 [160], разбухание по толщине ГОСТ 10634-88 [160], предел прочности ДСтП при статическом изгибе по ГОСТ 10635-88 [161], предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти по ГОСТ 10636-90 [162]. Требования по этим показателям установлены в ГОСТ 10632-89 [163].
Синтез и свойства модифицированных клеевых смол
Дальнейшие исследования были направлены на улучшение свойств олигомсров, которые в свою очередь должны обеспечить получение клеевых смол, пригодных для промышленного использования. Как известно взаимодействие карбамида с формальдегидом зависит от условий протекания реакции и мольного соотношения. Поскольку строение образующихся продуктов зависит от рН среды, который в ходе процесса поликоидеисации уменьшается, очень важным является контроль и регулирование этого показателя.
Смолу КФМ-ЦК синтезируют по следующей схеме: загружают формалин, предварительно нейтрализованный до рН 7-7.5, и карбамид основной и нагревают до температуры 85-90 градусов. Затем снижают рН 4-4.5 и проводят кислую стадию до смешиваемости 1:2, повышаем рН до 7.5-8 и загружаем меламин. Выдерживают до растворения меламина и добавляют карбамид дополнительный и выпариваем до вязкости 35-40 секунд по ВЗ-4.
Синтез смолы КФМ отличается от смолы КФМ-ЦК отсутствием кислой стадии и очередностью загрузки компонентов. Формалин, карбамид и меламин загружают в реактор и нагревают до температуры 85-90 градусов и выдерживают до смешиваемости 1:1000, добавляют карбамид дополнительный и выпаривают до вязкости 35-40 секунд по ВЗ-4. Выдерживают 10-15 минут и загружают карбамид дополнительный 2.
Синтез смолы КФМ-2м проводится по следующей схеме. Загружают формалин, предварительно нейтрализованный до рН 7-7.5, и карбамид основной и нагревают до температуры 85-90 градусов. Затем снижают рН 4-4.5 и проводят кислую стадию до смешиваемости 1:1000, повышаем рН до 7.5-8 и загружаем меламин и карбамид дополнительный. Выдерживают до смешиваемости 1:4, выпаривают до вязкости 35-40 секунд по ВЗ-4 и загружают карбамид дополнительный 2. Технологические свойства модифицированных смол представлены в табл. 4.4. Таблица 4.4. Технологические свойства модифицированных смол. Наименование показателей КФ-НФП КФМ-ЦК КФМ КФМ-2м Сухой остаток, % 69..71 65..70 70..72 68..72 Вязкость по ВЗ-4, с 70..120 30..40 35..45 35..45 Время желатииизации при l00Ccl%NH4Cl,c 35..70 130..135 100..110 П0..115 Смешиваемость с водой, мл/мл 1:2..1:10 1:1,2 1:1 1:1,2 Содержание свободного формальдегида, % 0,1 0,20..0,25 0,11..0,13 0,065..0,070 Оценка физико-механических свойств трехслойных ДСтП производилась на образцах размером 450 мм на 450 мм, запрессованных при температуре плит пресса 170С и времени прессования 0,3 мин/мм, так как это наиболее часто используемый режим в производстве. Результаты исследований представлены в табл.4.5. Таблица 4.5. Физико-механические свойства трехслойных ДСтП на модифицированных связующих в наружном слое. Наименование показателей Контрольная плита КФМ-ЦК КФМ КФМ-2м Плотность, кг/м3 720..740 720..725 750..755 720..730 Предел прочности при изгибе, МПа 19..21 17..19 17..19 18..20 Предел прочности при отрыве перпендику-лярно пласти, МПа 0,45..0,55 0,45..0,50 0,5..0,55 0,51..0,59 Разбухание но толшине,% 25..30 19..20 20..21 14..15 Эмиссия формальдегида из ДСтП, мг/100 г.а.с.и. 10..12 12..14 11..13 8..10 Сравнительный анализ свойств синтезированных олигомеров , показывает, что все три способа модификации позволяют снизить разбухание по толщине, но применение раздельного введения дополнительной порции карбамида снижает содержание свободного формальдегида в смоле, а следовательно и в плите. Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы: - модификация меламином позволяет улучшить технологические свойства олигомеров; - модификацию целесообразнее осуществлять после кислой стадии, проведенной при рН 4-4.5 до смешиваемости с водой 1 к 1000; - целесообразна дробная загрузка карбамида. 4.3. Исследование влияния отверждающей композиции на свойства карбамидомеламиноформальдегидных смол и древесностружечных плит. При отверждении смолы необходимо обеспечить высокую скорость реакции отверждения и получение смол с большой жизнеспособностью. Поэтому применяют специально подобранные соединения с каталитическими свойствами, способные изменять рН в определенных пределах. В большинстве случаев отверждение смолы происходит в кислой среде, поэтому применяют кислотные отвердители. Скорость отверждения возрастает по мере снижения рН, и увеличения кислотности смолы. Скорость отверждения является решающим фактором при определении экономичности и целесообразности применения смолы. Максимальное количество отвердителя, которое можно добавить к смоле, обусловлено тем, какая требуется жизнеспособность в условиях хранения или переработки при обычной или повышенной температуре. Количество отвердителя зависит от вида отвердителя и смолы, а также от условий отверждения.
Определенное значение, особенно для прессования при повышенной температуре, имеет летучесть компонентов отвердителя. В качестве отвердителей используют соединения, которые разлагаются только в соответствующих условиях переработки с выделением кислот, так называемые латентные кислотные катализаторы. Эти вещества при повышенной температуре, или в присутствии некоторых соединений, например, воды, формальдегида, кислорода, разлагаются с выделением свободных кислот, которые катализируют реакцию отверждения. Разложение латентных катализаторов может протекать различным образом и в разных условиях, в зависимости от их строения. Одни катализаторы реагируют со свободным формальдегидом с выделением свободной кислоты. Это прежде всего аммониевые соли сильных и средних, кислот. Поскольку свободный формальдегид присутствует во всех, аминосмолах, а реакция с СН20 протекает уже при комнатной температуре, эти соединения с момента их введения постепенно увеличивают кислотность смолы. Преимуществом их является постепенное, а не моментальное достижение кислотности, при которой происходит отверждение, что удлиняет жизнеспособность смеси. Чаще других используется хлорид, реже— фосфат аммония.
Для увеличения жизнеспособности смеси клея с этим отвердителем часто применяют буферные вещества, связывающие выделенную кислоту, в частности фосфат кальция, или вещества, которые, связывая свободный формальдегид, замедляют разложение аммониевой соли, например аммиак или карбамид.
Ко второй группе латентных катализаторов относятся соли сильных и слабых кислот, практически не реагирующие с формальдегидом, органических оснований, например формиат уротропина и фосфат триэтаноламина, хлористоводородные соли третичных аминов. При повышенной температуре они подвергаются термической диссоциации с образованием сильной диссоциированной кислоты, оказывающей каталитическое действие, и слабого малодиссоциированного амина. Преимуществом этих отвердителей является то, что после окончания цикла прессования они снова становятся нейтральными и не ускоряют старения отвержденного материала.
Третью группу латентных катализаторов составляют нейтральные соединения, разлагающиеся под действием воды с выделением свободной кислоты. Каталитическое действие таких отвердителей зависит от скорости их гидролиза. Применение таких соединений тем эффективнее, чем больше скорость их разложения при температуре переработки и чем меньше при температуре хранения. Эффективность латентного катализатора тем больше, чем больше отношение жизнеспособности смолы с катализатором при температуре хранения к продолжительности отверждения при повышенной температуре переработки.
Существенна также абсолютная скорость разложения катализатора в условиях отверждения. Катализатор, разлагающийся практически количественно в условиях отверждения, более эффективен и меньше влияет на ускорение старения отвержденной смолы, так как его можно использовать в меньших количествах.
Проверка однородности дисперсий в реализованных планах эксперимента
Далее обращаемся к таблицам распределения Кохрена. По выбранному уровню значимости q=0,05, числу степеней свободы каждой выборки и по количеству выборок N = 15 из таблицы отыскиваем величину GTaG.v Если Gpaci Єтабл то можно принимать гипотезу об
Обработку результатов эксперимента проводили на ЭВМ для всех изучаемых параметров. Полученные значения коэффициентов регрессии приведены в табл. 5.6. Таблица 5.6. Расчетные значения коэффициентов регрессии Коэффициенты регрессии В уравнении на статический изгиб Полученные адекватные уравнения регрессии, описывающие влияние технологических факторов на свойства ДСтП, позволяют не только определить значение этих параметров в области экспериментальных исследований, но и дают возможность решить соответствующие задачи оптимизации. Рациональные режимы прессования должны обеспечивать максимальную прочность при минимальном разбухании, то есть чтобы найти рациональные значения технологических факторов, необходимо решить экспериментальную многокритериальную задачу на max и min.
Для решения многокритериальных задач существует ряд методик [132,175]. Один из наиболее предпочтительных методов многокритериальной оптимизации является метод Соболя-Статникова [133,134,135]. Задачу оптимизации можно сформулировать следующим образом: Фиксированные параметры: плотность плиты рмл= 750 кг/м , влажность стружки WCTp= 4%. Параметры проектирования: расход связующего - Xi=y; время прессования - Х2=т; температура прессования ДСтП - Хз=Т. Параметрические ограничения: 8 Х 16 % ; 0,2 Х2 0,4 мин/мм; 150 Х3 190С.
Дальнейший расчет выполнен с использованием пакета программ многокритериальной оптимизации «Оптимум» при числе расчетных точек 500. В результате расчетов получены следующие параметры прессования ДСтП: Х=13,8 %; Хг=0,36 мин/мм; Х3=169,1С . При этих параметрах были получены наилучшие значения показателей качества, представленные в табл.5.13. Принятые параметры прессования: плотность плиты р11Л= 750 кг/м , влажность стружки WCTp= 4%, толщина плиты h=16 мм, Т=170С, время прессования т=0,36 мин/мм, расход связующего у=14%.
В рецептуре связующего использовался отвердитель К-20. Средние физико-механические показатели полученных плит приведены в табл. 6.2. Таблица 6.2. Физико-механические показатели ДСтП. № Наименование показателей Значение показателей 1 Плотность, кг/м3 720 2 Предел прочности при статическом изгибе, МПа 16 3 Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласта, МПа 0,55 4 Разбухание по толщине, % 20 5 Содержание свободного форм&іьдегида в мг/100 г а. с. п. 10 6.2 Экономический эффект от внедрения. Годовой экономический эффект определяется исходя из разницы стоимости используемого и разработанного связующих на годовую программу выпуска ДСтП.
При сохранении объема производства затраты на смолу увеличились, но при этом увеличился процент выпуска плит 1-го сорта с 85% до 98%, в результате чего прибыль от реализации продукции составила 4 миллиона 695 тысяч рублей. Выполненные расчеты свидетельствуют об экономической целесообразности предлагаемого мероприятия. 1. Разработана и внедрена в производство новая модифицированная карбамидомеламиноформальдегидная смола КФМ-2М, позволяющая получать древесностружечные плиты с эмиссией формальдегида менее 8мг/100 г а.с.п. Также предложена рациональная технология получения древесностружечных плите применением смолы КФМ-2М в наружном слое. 2. На основании анализа проведенных экспериментов и теоретических исследований разработаны рациональные режимы получения модифицированных меламином карбамидоформальдегидных смол и установлено его оптимальное количество. 3. Исследован процесс отверждения и структурирования модифицированных карбамидных смол. Наилучшие показатели по снижению эмиссии формальдегида обеспечивают отвердитель К20. 4. Получены регрессионные уравнения выражающие зависимость между прочностью ДСтП, разбуханием и основными параметрами режима прессования: количеством связующего, температурой и продолжительностью прессования. С использованием регрессионных уравнений сформулирована многокритериальная задача оптимизации и методом Соболя-Статникова определены оптимальные параметры режима прессования на модифицированной смоле. 5. Разработана и утверждена технологическая инструкция на процесс получения смолы КФМ-2М и технические условия на нее. Промышленный синтез отработан в цехе смол ЗАО «Электрогорскмебель». 6. Проведены опытно-промышленные испытания на ЗАО «Электрогорскмебель». Результаты этих испытаний показали, что полученные древесностружечные плиты полностью отвечают требованиям ГОСТ 10632-89 и имеют эмиссию формальдегида по классу Е-1. Также определены требования ко всему технологическому процессу, для получения плит класса Е-1. 7. Рассчитана прибыль, которая получается при использовании смолы КФМ-2М в наружном слое древесностружечных плит на ЗАО «Электорогорскмебель». Прибыль от реализации продукции в ценах на 01.09.2001 г. составила 4 миллиона 695 тысяч рублей.
