Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время во всем мире стремительно растет спрос на экологически чистую продукцию из цельной древесины. Объемы такой продукции возрастают высокими темпами. Вместе с этим многократно возрастают и объемы древесины, которая не удовлетворяет очень жестким требованиям для использования в целом виде, но которая является весьма ценным вторичным ресурсом. Без ее рационального использования невозможно реализовать концепцию безотходности производства.
С целью создания ресурсосберегающих технологий необходимо прежде всего оптимизировать распределение древесины и древесных материалов по назначению. Изделия из цельной древесины следует использовать только там, где это безусловно необходимо. Во всех остальных случаях следует использовать различные заменители цельной высококачественной древесины. Важнейшее место среди таких заменителей массивной. древесины занимают композиционные материалы, ведущую роль.среди которых играют древесностружечные плиты (ДСтП),
Неослабевающий спрос на ДСтП объясняется высокой эффективностью их производства и потребления. Практика показывает, что 1м3 ДСтП эквивалентен 2...2,5 м3 пиломатериалов высших сортов, при этом капитальные затраты на производство ДСтП ниже, чем на эквивалентное производство пиломатериалов на 30... 50%.
Для более полного удовлетворения потребности в ДСтП, а также для расширения имеющегося рынка их сбыта необходимо решить целый ряд проблем, важнейшими среди которых являются:
повышение экологической безопасности ДСтП;
обеспечение производства ДСтП с заданными потребительскими свойствами;
повышение производительности процессов производства ДСтП;
снижение стоимости ДСтП.
В настоящее время большинство исследований, проводимых как в России, так и за рубежом направляются на решение вопросов экологической безопасности ДСтП. Все активнее проводятся исследования в области расширения спектра потребительских свойств ДСтП. При этом исследования, нацеленные на повышения производительности и снижения себестоимости ДСтП несколько затухают, хотя эти проблемы еще не решены, а возможности для их решения
- 4 -не исчерпаны. ' Не достаточно полно, например, исследована эффективность применения в производстве ДСтП электротехнологий.
Электротехнология широко и успешно применяется в различных областях народного хозяйства. Это обусловлено целым рядом преимуществ, связанных с непосредственным воздействием электрического и магнитного полей на материалы без промежуточной трансформации электрической энергии в механическую и другие виды энергии. Важнейшим из указанных достоинств является возможность тонкого регулирования процессов в автоматическом режиме.
Есть некоторые положительные примеры использования элекро-технологий и в деревообработке. Достаточно хорошие результаты она дает, например, при сушке древесины, ее склеивании, окрашивании, а также при ориентации стружки в древесно - стружечном ковре для получения ДСтП повышенной прочности.
; В связи с вышеизложенным, в настоящей работе была выдвинута гипотеза о возможности повышения производительности цеха ДСтП за счет сокращения цикла прессования путем замены жидкого связующего на порошкообразное с одновременным переходом на электротехнологию формирования стружечного ковра.
При этом предполагалось, что с использованием порошкообразного связующего вместо жидкого сокращается цикл прессования ДСтП и снижаются затраты электроэнергии (а, значит, снижается и себестоимость ДСтП), так как отпадает необходимость в удалении влаги, вносимой связующим. Учитывалось и то, что при замене жидкого связующего на порошкообразное возникает ряд достаточно сложных задач. Во-первых, необходимо обеспечивать равномерное распределение порошкообразного связующего по всему объему древесно-стружечного пакета. Во- вторых, нанесенное связующее следует надежно закреплять на древесных частицах и не допускать его перераспределения по объему древесно - клеевой композиции при транспортировке.
Исходя из вышеизложенного, настоящая диссертация посвящена разработке теоретических основ,, технологического процесса и оборудования для производства ДСтП на порошкообразном связующем.
Цель работы. Повышение производительности и снижение себестоимости изготовления древесностружечных плит за счет сок-
- 5 -ращения цикла прессования путем применения электротехнологии с заменой жидкого связующего на порошкообразное.
Научная новизна: Теоретически и экспериментально 'доказано, что производств ДСтП на порошкообразном связующем с использованием существующей технологии и оборудования принципиально невозможно. Предложена концепция совмещения электротехнологии и замены жидкого связующего на порошкообразное, а также совмещение операций смешивания частиц связующего и древесины с процессом формирования стружечного ковра. Теоретически обоснована возможность применения электрических полей для смешивания древесных частиц с порошкообразным связующим, а также для обеспечения необходимого адгезионного взаимодействия между ними. Экспериментально получены зависимости влияния напряженности электрического поля, относительной влажности окружающей среды, влажности древесных частиц на процесс нанесения порошкообразного связующего, а также на адгезионное взаимодействие между древесными частицами и связующим. Разработана методика и оборудование для определения сил адгезии между порошкообразным связующим и древесной частицей. Разработана методика и оборудование, которое имитирует движение стружечного пакета по транспортеру и позволяет определять миграцию порошкообразного связующего по объему древесно- клеевой композиции при транспортировке. Обоснованы электрофизические, технологические и конструкционные параметры производства ДСтП на порошкообразном связующем. Определено условие эффективности применения порошкообразного связующего в сочетании с электротехнологией.
Практическая ценность.Разработанные в диссертации электрофизические основы производства ДСтП на порошкообразном связующем дают ответы на основные вопросы его практической реализации. С их помощью разработан электросмеситель: порошкообразного связующего с древесными частицами и определено его место в существующем процессе производства ДСтП. Найдены параметры исходных материалов и обоснованы режимы получения древесно- клеевой композиции.
Основные положения, выносимые на защиту: - концепция производства ДСтП, базирующаяся на совмещении электротехнологии и замены жидкого связующего на порошкообраз-
ное;
представление частиц древесины и связующего в виде трехосного эллипсоида и сферы с постоянными значениями плотности, проводимости и диэлектрической проницаемости,"
методы и экспериментальные установки для определения электрофизических свойств частиц древесины и связующего;
механизм смешивания частиц в электрическом поле и способы обеспечения требуемой адгезии для создания транспортной стабильности древесно - клеевой композиции;
-. способы управления процессом разноименной зарядки древесных частиц и порошкообразного связующего;
конструкция электросмесителя и принцип совмещения операций смешивания древесных частиц со связующим с процессом формирования стружечного ковра;
характеристики и параметры частиц связующего и древесины;
структуру и характеристики оборудования и ' технологического процесса изготовления ДСтП. "
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на:
- краевых научно - технических конференциях, Красноярск,
1978....1995;
республиканской научно-технической конференции " Научно-технический прогресс в деревообрабатывающей промышленности", Киев, 1978;
всесоюзной научно-практической конференции " Проблемы химико-лесного комплекса", Красноярск, 1994-1995;
заседании технического совета ВНИИдрев, Москва, 1977
заседании технического совета КИСКа, Красноярск, 1996
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 138 с.основного текста, в том числе 38 рисунков, 8 таблиц. Библиография включает 112 названий отечественных и зарубежных источников.