Введение к работе
Актуальность исследования. Современный рынок корпусной мебели в основном представлен продукцией, изготовленной из древесностружечных (ДСтП) или древесноволокнистых плит средней плотности (МДФ) облицованных синтетическими материалами. Появление современных высокотехнологичных синтетических материалов, используемых в изготовлении мебели, значительно упростило процесс производства, помогло обеспечить удовлетворение массового спроса, но не смогло истребить в людях тягу к естественной и неповторимой красоте натуральной древесины. Синтетические материалы, несмотря на широкое разнообразие декоров, дают лишь циклическое повторение определенного рисунка и неспособны полностью воспроизвести индивидуальность живого дерева. Однако известно, что мебель из натуральной древесины или облицованная строганым шпоном из древесины ценных пород доступна сегодня лишь достаточно узкому кругу покупателей.
Высокая стоимость потребляемых природных материалов выдвигает проблему их экономии, которая диктуется также необходимостью сохранения лесных богатств. В связи с дефицитом древесины ценных и твердых лиственных пород заслуживает внимание использование для облицовывания деталей мебели строганого шпона малой толщины. В настоящее время толщина применяемого шпона колеблется в диапазоне 0,6…1,0 мм. Однако существующее шпонострогальное оборудование позволяет получать высококачественный шпон толщиной до 0,1 мм. Попытки использовать шпон пониженной толщины обычно наталкиваются на опасения мебельщиков, связывающих применение тонкого шпона с увеличением количества брака по причине просачивания клея на лицевую поверхность в процессе облицовывания, что имеет место в действительности.
Проведенные ранее исследования доказывают возможность широкого применения шпона толщиной 0,4 мм для облицовывания мебельных щитов, однако исследования, проводимые в ВГЛТА, показывают, что далеко не все возможности исчерпаны.
При отделке мебели используют дорогостоящие лакокрасочные материалы. В общем объеме затрат на отделку приходится до 40 %. Снижение затрат при отделке может быть осуществлено за счет совершенствования процесса грунтования с использованием дешевых материалов и способа нанесения, совмещенного с облицовыванием. Таким образом, проблемы облицовывания тонким шпоном и дальнейшей отделки мебельных щитов на современном этапе не потеряли своей актуальности и требуют дальнейших исследований.
Степень разработанности проблемы. ЦНИИФ была разработана технологическая инструкция по производства строганого шпона толщиной 0,4…0,6 мм. При этом использование пород с крупными сосудами для строганого шпона толщиной 0,4 мм не рекомендовалось из-за резкого увеличения брака облицованных деталей, в связи с просачиванием клея на лицевую поверхность.
В УкрНИИМОДе были разработаны режимы гидротермической обработки, строгания и облицовывания мебельных деталей в многопролетном прессе строганым шпоном толщиной 0,4…0,8 мм с использованием карбамидо-формальдегидных смол МФ-17 и М-70. В настоящее время смола МФ-17 не производится, а смола М-70 не применяется для горячего облицовывания щитовых деталей в силу ее ограниченной жизнеспособности.
Мурзиным В.С. и Зигельбоймом С.Н. были проведены лабораторные исследования по отработке технологии облицовывания древесным строганым шпоном толщиной 0,4 мм, а так же последующей отделки щитовых деталей. В работе использовались клеевые составы на основе карбамидоформальдегидных смол марок УКС, М19-62 и КС-68, которые в настоящее время так же не производятся.
Работниками ВЛТИ и Краснодарского ПМО «Кубань», Саловым Ю. А., Отто С. Э., Сергеевым В. В., Платоновым А. Д., Лобжанидзе Э.И. было установлено, что тонкий шпон при существующей тогда технической оснащенности и технологии производства применять не целесообразно, так как это ведет к увеличению сверхнормативных потерь шпона примерно на 10 % .
Данг Динь Боем проводились исследования по рациональному использованию фанерного сырья, особенностям строгания тонкого шпона и последующему облицовыванию. Было установлено, что не целесообразно использовать шпон толщиной менее 0,4 мм.
В ВГЛТА Гальцевой И. М. были определены оптимальные режимы облицовывания радиальным шпоном бука, дуба и ясеня толщиной 0,4 мм. Полностью исключить просачивание не удалось, при этом рекомендовалось строго контролировать расход клея и соблюдение технологических параметров прессования.
В работах Рыбина Б. М., Барташевича А. А. и др. авторов проанализированы основные пути сокращения расхода лакокрасочных и шлифовальных материалов, отражены основные способы подготовки поверхности древесных материалов перед нанесением защитно-декоративных покрытий.
Цель и задачи исследования – разработать способ облицовывания поверхностей древесных материалов тонким шпоном с одновременным грунтованием.
Для достижения поставленной цели, в работе предусматривается решение следующих задач:
1. Теоретически исследовать процессы проникновения клея в древесину шпона и ДСтП при облицовывании и формирования клеевой прослойки;
2. Разработать способ облицовывания тонким строганым шпоном с одновременным грунтованием.
3. Провести экспериментальные исследования и получить математические зависимости процесса пропитки и сушки шпона, а так же процесса облицовывания в виде уравнений регрессии.
4. Разработать оптимальные режимы облицовывания с одновременным грунтованием, обеспечивающие требуемую прочность склеивания.
5. Разработать технологическую схему линии облицовывания пластей щитов шпоном, пропитанным карбамидоформальдегидной смолой.
Предмет и объект исследования. Объектом исследования является технология облицовывания ДСтП тонким строганым шпоном. Предмет исследования - решение проблемы применения шпона толщиной менее 0,6 мм для облицовывания мебельных щитов, что при облицовывании по традиционной технологии приводит к неисправимому браку деталей, вызванному просачиванием клея на лицевую поверхность шпона.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являлись – системный подход, метод анализа, метод расчета экономической эффективности. В сочетании с теоретическим знанием при решении поставленных задач, были использованы такие методы эмпирического исследования, как активный эксперимент и измерения. Методика исследований соответствовала действующим ГОСТам в области деревообработки. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики с использованием стандартных пакетов прикладных программ.
Научные результаты, выносимые на защиту:
-модель процесса формирования клеевой прослойки при облицовывании строганым шпоном, пропитанным смолой и высушенным до первоначальной влажности и аналитические зависимости для определения удельного расхода клея;
-способ облицовывания ДСтП тонким строганым шпоном, совмещенный с одновременным грунтованием;
-математические зависимости процесса пропитки и сушки шпона, а так же процесса облицовывания в виде уравнений регрессии;
-оптимальные технологические режимы облицовывания ДСтП тонким шпоном, пропитанным карбамидоформальдегидной смолой;
-технологическая схема линии облицовывания пластей щитов шпоном, пропитанным карбамидоформальдегидной смолой;
Научная новизна результатов исследования:
-теоретическая модель процесса формирования клеевой прослойки при облицовывании, отличающаяся учетом шероховатости поверхности ДСтП;
-способ облицовывания плитных поверхностей, отличающийся использованием тонкого шпона и прессованием с одновременным грунтованием;
-математические зависимости, описывающие процесс пропитки, сушки шпона и режим облицовывания, отличающиеся учетом влияния входных управляющих воздействий: концентрации смолы, продолжительности пропитки, температуры пропиточной смолы и температуры сушки на содержание сухой смолы в шпоне, продолжительность сушки и прочность приклеивания шпона к ДСтП, температуры плит пресса, давления прессования и продолжительности прессования на прочность склеивания;
-режимы облицовывания, отличающиеся использованием тонкого шпона и применением способа прессования с одновременным грунтованием;
-технологическая схема линии для облицовывания пластей щитов шпоном, включающая последовательно расположенные питатель, щеточный станок, клеенаносящий станок, дисковый конвейер, формирующий конвейер, пресс с конвейером, конвейер-укладчик, отличающаяся конструктивной особенностью установки дискового конвейера внутри сушильной камеры для подсушки листов шпона, а перед формирующим конвейером установлен накопитель в виде подъемного стола.
Теоретическая и практическая значимость работы.
-приведенные теоретические исследования процесса формирования клеевой прослойки позволяют расчетным путем устанавливать оптимальное количество клея при облицовывании ДСтП строганым шпоном;
-предложенный способ облицовывания позволяет исключить просачивание клея на лицевую поверхность при облицовывании; создается возможность использования для облицовывания деталей шпона практически любой толщины; исключаются потери клея, связанные с отсутствием впитывания его в ДСтП; исключаются операции грунтования и порозаполнения при последующей отделке; сокращается расход лакокрасочных материалов;
-полученные математические зависимости позволяют устанавливать влияние входных управляющих воздействий: концентрации смолы, продолжительности пропитки, температуры пропиточной смолы и температуры сушки на содержание сухой смолы в шпоне, продолжительность сушки и прочность приклеивания шпона к ДСтП, температуры плит пресса, давления прессования и продолжительности прессования на прочность склеивания;
-полученные оптимальные режимы облицовывания обеспечивают требуемую прочность приклеивания облицовки к ДСтП;
-технологическая схема линии для облицовывания пластей щитов шпоном позволяет эффективно реализовать способ облицовывания тонким строганым шпоном с одновременным грунтованием.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с формулой специальности 05.21.05 – «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», охватывающей область науки о закономерностях функционирования автоматизированных и автоматизированных технологий, систем и средств реализации, позволяющая обеспечить рост эффективности производства изделий и продукции из древесины и древесных материалов и сохранить ценное природное и экологически важное сырье – древесину, в диссертационном исследовании разработан способ облицовывания плитных материалов тонким шпоном с одновременным грунтованием, позволяющий значительно сократить расход древесины ценных пород при изготовлении шпона, исключить операции грунтования и порозаполнения при последующей отделке, сократить расход лакокрасочных материалов. Полученные научные результаты соответствуют п. 4 «Разработка операционных технологий и процессов в производстве: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит, строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке древесины» области исследований паспорта специальности 05.21.05 – «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».
Апробация и реализация результатов диссертации. Результаты проведенных исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на международных (г.Екатеринбург–2009); всероссийских научно-технических конференциях (г.Сыктывкар–2006 г., г. Йошкар-Ола–2007); региональных и городских научно-технических конференциях (г. Воронеж–2004, 2007, 2008, 2009, 2010 г. г.). Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах НИР кафедры механической технологии древесины ГОУ ВПО «ВГЛТА». Получена медаль за «Лучшую научную студенческую работу» по теме «Новая технология облицовывания древесных плит тонким строганым шпоном» по итогам Всероссийского открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗах Российской Федерации в 2007г.
Предложенный способ прошел производственные испытания на ОАО ХК «Мебель Черноземья», внедрен в ООО «Стелла» (г. Воронеж), ООО «Новый офис» (г. Воронеж), в учебном процессе, результаты исследования отражены в отчётах кафедры механической технологии древесины ГОУ ВПО «ВГЛТА».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 13 печатных работах, из которых 10 в соавторстве, одна из которых опубликована в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России, одном патенте Российской Федерации на полезную модель № 76278 РФ, МПК В 27 D 1/00 «Линия для облицовывания пластей щитов шпоном».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Общий объем работы изложен на 140 страницах машинописного текста и содержит 27 рисунков, 34 таблицы, 9 приложений на 19 страницах, библиографический список включает 124 наименования.
