Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 11
1.1. Общая характеристика фанерной продукции и задачи, стоящие перед фанерным производством 11
1.2. Основная продукция фанерного производства 12
1.3. Области применения выпускаемой фанеры 14
1.4. Экологические требования к фанерной продукции 16
1.5. Основные синтетические смолы, применяемые для склеивания фанеры и способы снижения токсичности фанерной продукции 17
1.5.1. Феноло-формальдегидные смолы 17
1.5.2. Карбамодоформальдегидные смолы 21
1.6. Технология производства фурановых смол 26
1.6.1. Исходные продукты для производства фурановых смол 27
1.6.2. Производство смол на основе фурфурола 28
1.6.3. Производство смол на основе фурфурола и ацетона 29
1.6.4. Производство смол на основе фурфурилового спирта 33
1.7. Виды фурановых полимеров и области их применения 34
1.7.1. Жидкие смолы и лаки 34
1.7.2. Твердые фурфуролацетоновые смолы 35
1.7.3. Материалы на основе фурфуролацетоновых смол 36
1.7.4. Фенольно-фурановые смолы 37
1.8. Применение фурановых смол в России и за рубежом 37
1.9. Выводы по состоянию вопроса 44
1.10. Цель и задачи исследования 45
2. Теоретическое обоснование применения фурановои смолы для производства клееной фанеры 46
2.1. Оценка технического уровня и качества фурановой смолы 46
2.1.1. Номенклатура показателей качества 47
2.1.2. Выбор показателей качества 48
2.1.3. Методика расчета обобщенного показателя качества смолы 48
2.1.4. Сравнение качества фурановой смолы и фенолоформальдегидной смолы 50
2.1.5. Результаты анализа и перспективы работы 52
2.2. Теоретические исследования образования клеевых соединений 52
2.3. Использования наполнителей для регулирования свойств клеевой 57 композиции
2.4. Обоснование параметров режима склеивания 59
2.4.1. Определение разнотолщинности шпона 59
2.4.2. Определение давления при склеивании березового шпона 59
2.5. Выводы и рекомендации 68
3. Методика экспериментальных исследований 70
3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 70
3.2. Приборы и материалы 71
3.3. Методика получения фурановой смолы для проведения экспериментов 72
3.3.1. Описание лабораторной установки 72
3.4. Методика проведения исследований физико-механических показателей фанеры 75
3.4.1. Методика определения влияния температуры прессования на прочность фанеры при скалывании 75
3.4.2. Методика определения влияния продолжительности прессования на физико-механические свойства фанеры 76
3.4.3. Методика исследования кинетики водопоглощения и разбухания фанеры на основе мономера ФА 76
3.4.4. Методика определения влияния количества добавляемого отвердителя на физико-механические свойства фанеры на основе фурановой смолы
3.4.5. Методика определения рационального отвердителя для фурановой смолы
3.4.6. Определение рационального наполнителя для фурановой смолы при изготовлении фанеры
3.4.7. Поиск рационального режима склеивания фанеры на основе фурановой смолы по методу крутого спуска
3.4.8. Методика исследования процесса склеивания шпона 80
3.5. Методика проверки токсичности клееных материалов 81
3.5.1.Сущность методики 81
3.5.2. Реактивы 82
3.5.3. Ход определения 82
3.5.4. Приготовление анализируемой пробы 83
3.5.5. Построение калибровочного графика 83
4. Эксшриментальное обоснование применения фурановой смолы для производства клееной фанеры
4.1. Определение влияния технологических параметров прессования на физико-механические свойства фанеры на основе фурановой смолы
4.1.1. Исследование влияния температуры прессования на прочность фанеры при скалывании
4.1.2. Исследование влияния продолжительности прессования на физико-механические свойства фанеры 85
4.2.1. Исследование зависимости водопоглощения и разбухания по толщине фанеры на основе мономера ФА от продолжительности выдержки в воде 88
4.2.2. Исследование кинетики водопоглощения и разбухания фанеры на основе мономера ФА 89
4.2.5. Исследование влияния количества добавляемого отвердителя на физико-механические свойства фанеры на основе фурановой смолы
4.2.6. Определение рационального отвердителя для фурановой смолы
4.2.7. Определение рационального наполнителя для фурановой смолы при изготовлении фанеры
4.3. Поиск рационального режима склеивания фанеры на основе фурановой смолы по методу крутого спуска
4.4.Исследование процесса склеивания шпона клеевой композицией на основе фурановой смолы
4.5. Определение токсичности клееной фанеры 118
4.6. Выводы и рекомендации по результатам экспериментальных исследований
5. Технико-экономическое обоснование производства фанеры на основе фурановой смолы
5.1. План производства и реализации продукции
5.2. План по издержкам производства 124
5.3. План « Труд и кадры » 126
5.4. План по прибыли и рентабельности 127
5.5. Методика укрупнённой оценки экономического ущерба от загрязнения атмосферы
Выводы и рекомендации 134
Литература
- Области применения выпускаемой фанеры
- Методика расчета обобщенного показателя качества смолы
- Методика проведения исследований физико-механических показателей фанеры
- Исследование влияния продолжительности прессования на физико-механические свойства фанеры
Введение к работе
Огромные лесные ресурсы России, постоянно растущий спрос на древесину являются определяющим стимулом развития лесного рынка и лесной промышленности в целом. В основных направлениях развития лесной промышленности на перспективу до 2015 года определены положения, исходя из которых Россия будет строить свою стратегию развития. В первую очередь, это развитие производств по углубленной переработке древесины, удовлетворение внутреннего спроса за счет высококачественной продукции российского производства, укрепление позиций на традиционных экспортных рынках и развитие экспорта продукции глубокой переработки. По прогнозу, к 2015 году объем экспорта лесопродукции из России (это будет преимущественно продукция глубокой переработки древесины) возрастет до 30 млрд. USD. По прогнозам специалистов, значительные объемы при этом будет занимать фанерная продукция. Фанера - одна из возможных модификаций древесины - широко используется в качестве конструкционного мате-риала. 1 м фанеры заменяет в народном хозяйстве страны 2.5 м деловой древесины [I]. Многолетний опыт применения клееной фанеры показывает, что она является не только высококачественным, но и достаточно экономичным материалом по сравнению с заменяемыми ею пиломатериалами. Вместе с тем на изготовление 1 м фанеры требуется 2.2-2.6 м сырья. Образующиеся при этом отходы используются для производства ДСтП, на топливно-энергетические нужды, либо вывозятся в отвал. В связи с ожидаемым ростом объемов выпуска продукции лесопромышленного комплекса будет увеличиваться и доля неиспользованных отходов. Поэтому работы, связанные с вовлечением в переработку древесных отходов, являются актуальными и своевременными. В настоящее время для склеивания фанеры наиболее широко применяются карбамидоформальдегидные и фенолформальдегидные смолы, позволяющие изготавливать клееную продукцию с высокими физико-механическими показателями, но не удовлетворяющие в полной мере экологическим требованиям, как при производстве, так и при ее эксплуатации. По-
этому проблема производства высококачественной фанерной продукции с высокими физико-механическими показателями на основе применения низкотоксичных смол является актуальной. Одним из способов снижения токсичности древесных клееных материалов является поиск связующего, практически не содержащего формальдегид. Одним из таких направлений может стать применение в качестве связующего фурановой смолы, известной как низкотоксичный материал, используемый преимущественно в строительстве, а также для модификации древесины, с целью улучшения био- и огнестойкости, а также других физико - механических показателей. Основной компонент фурановых смол - фурфурол, который можно получать из отходов лесозаготовок (лесосечных отходов), лесопиления и деревообработки, составляющих от 30 до 45% объема перерабатываемой древесины. Поэтому производство фурфурола и клееных материалов на его основе не только позволит получать малотоксичную продукцию, но и обеспечит повышение комплексности использования сырья. На кафедре механической технологии древесины (МТД) Костромского технологического университета в 1996-1998 г.г. Межовым И.С. и Угрюмовым С.А. были проведены исследования по применению фурановой смолы в производстве водостойкой фанеры и древесностружечных плит. Произведены опытные запрессовки фанеры с применением фурановой смолы в качестве связующего в условиях ОАО "Фанплит" и ОАО "Мантуровский фанерный комбинат", которые показали высокие физико-механические показатели и малую токсичность. Положительные результаты исследований подтверждены независимой экспертизой испытательного лабораторного центра ЦГСЭН в Костромской области, ЗАО «ВНИИДРЕВ» и ОАО «ЦНИИФанеры».Анализ состояния вопроса показал, что на сегодняшний день отсутствует необходимое теоретическое и экспериментальное обоснование рациональных технологических режимов изготовления фанеры на основе применения фурановых смол. Знание закономерностей процесса образования клеевого соединения листов шпона фурановыми смолами дает возможность обоснования технологических параметров производства фанеры и рекомендовать их к внедрению. Необходимость прора-
ботки темы обусловлена тем, что высокие физико-механические свойства и пониженная токсичность фанеры, полученной с применением в качестве связующего фурановых смол, позволяет расширить область применения готовой продукции и прогнозировать высокий потребительский спрос. Своевременность исследований по вопросу применения фурановых смол в производстве фанеры подтверждается также следующим положением. Фанера, как и любой товар на рынке, проходит три стадии: завоевание рынка, насыщение рынка, спад спроса на данную продукцию. По оценкам специалистов, выпускаемая сейчас фанера ( на основе карбамидо- и фенолформальдегидных смол) проходит вторую стадию. Поэтому для обеспечения прогрессивного развития фанерного производства необходимо разрабатывать новые виды фанеры уже на этапе насыщения рынка. Повышение конкурентоспособности фанеры возможно за счет расширения ассортимента фанерной продукции, повышения ее качества, экономичности процесса изготовления.
Цель работы - улучшение эксплуатационных свойств клееной фанеры на основе применения низкотоксичных фурановых смол.
Научная новизна работы:
математические модели процесса склеивания шпона с применением фурановой смолы, учитывающие специфику отверждения клеевой композиции, позволяющие определить рациональные параметры изготовления фанеры;
состав клеевой композиции, включающий специальный отвердитель, позволяющий снизить температуру отверждения фурановой смолы, при производстве фанеры повышенной водостойкости в соответствии с ГОСТ 3916.1 - 76;
разработаны рациональные режимы изготовления фанеры повышенной водостойкости на основе низкотоксичной фурановой смолы, позволяющие получать фанеру с заданными эксплуатационными свойствами;
методика определения содержания свободного фурфурола, позволяющая определить токсичность получаемой фанеры.
Результаты работы, выносимые на защиту:
математические модели процесса склеивания березового шпона фур-фуроло - ацетоновым мономером ФА позволяют решить задачу оптимизации эксплуатационных характеристик фанеры;
применение фурановой смолы в качестве связующего для производства клееной фанеры с точки зрения комплексного решения вопросов производства конкурентоспособной фанерной, позволяющие решить задачу совершенствования технологии изготовления клееной фанеры и вопросы утилизации древесных отходов;
использования каолина в клеевую композицию на основе фурановой смолы исключает просачивание клея на поверхность шпона, улучшая тем самым качество готовой продукции.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается приемлемым совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований. Математические модели получены при корректных допущениях, не противоречат существующим теориям склеивания древесины. Расчеты выполнены с применением современных средств вычисления и программного обеспечения. Достоверность экспериментальных исследований подтверждена в ходе промышленных испытаний по производству фанеры.
Теоретическая значимость работы: -получены математические модели процесса склеивания шпона клеевой композицией на основе применения фурановой смолы, учитывающие специфику отверждения клеевой композиции, позволяют управлять процессом с целью улучшения водостойкости фанеры; -разработана методика определения свободного фурфурола в изготавливаемой фанере, которая позволяет контролировать токсичность фанерной продукции.
-состав клеевой композиции, включающий специальный отвердитель, позволяющий снизить температуру отверждения фурановой смолы, при производстве фанеры повышенной водостойкости
Практическая значимость работы:
исследованы технологические свойства разработанного клея и условия его применения в производстве фанеры;
определены режимы склеивания березового шпона фурфуроло - ацетоновым мономером ФА, обеспечивающие повышенную водостойкость фанеры;
разработан временный технологический регламент производства фанеры на основе применения фурановой смолы;
обоснованы рекомендации по составу клеевой композиции, позволяющие улучшить эксплуатационные свойства фанеры.
Работа выполнена на кафедре механической технологии древесины Костромского государственного технологического университета.
Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были рассмотрены на следующих конференциях:
Конференция молодых ученых КГТУ (апрель 2002,2004, Кострома);
Международная научно-техническая конференция, посвященная 70-летию Костромского государственного технологического университета (октябрь 2002, Кострома);
Сессия Координационного Совета по современным проблемам древесиноведения и семинар «Древесиноведческие аспекты проблемы переработки и использования низкокачественных лесоматериалов и отходов» (17-19 сентября 2003, Кострома);
Научно-практическая конференция «Перспективы развития производства и применения карбомидоформальдегидных смол и концентратов» (21-22 ноября 2002, Губаха, Пермская обл.);
Международная научно-техническая конференция в Костромском государственном технологическом университете (октябрь 2004).
По материалам исследования опубликовано 5 работ, поданы две заявки на патент Российской Федерации. Результаты исследований нашли отражения в отчетах по научно-исследовательским работам №30-НИ-20, №4-ГР-1.
Реализация работы. Основные результаты исследований апробированы в ОАО «Фанплит» г. Кострома.
Области применения выпускаемой фанеры
Карбамидоформальдегидные смолы, образующие клеевые соединения средней водостойкости, получают поликонденсацией карбамида с формальдегидом [81].
Широкое распространение карбамидоформальдегидных смол обусловили следующие их преимущества по сравнению с другими типами синтетических смол: высокая адгезионная способность; большая скорость перехода в твердое состояние; низкая вязкость при высокой концентрации; высокая стабильность смол при хранении, обеспечивающая возможность их транспортировки на значительные расстояния; возможность получения смол с относительно небольшим содержанием в них в свободном состоянии химических веществ, обладающих токсическими свойствами; бесцветность; хорошая смешиваемость с водой, обеспечивающая возможность регулирования вязкости и концентрации; относительно невысокая стоимость; богатая сырьевая база.
Для решения актуальных проблем охраны окружающей среды и увеличения производительности цехов карбамидных смол разрабатываются и внедряются ресурсосберегающие технологии производства этих смол [55].
Снижение токсичности фанеры и плит может быть достигнуто путем применения низкомольных карбамидоформальдегидных смол или использования акцепторов, связывающих выделяющийся при изготовлении и эксплуатации формальдегид.
Западноевропейские фирмы решают эту задачу путем применения дорогостоящих меламиновых смол: на начало 1995 года стоимость 1 т смолы "Ме-лурекс-5094" составляла 2700 тыс.руб. ( по данным финской фирмы "Приха"), а отечественной карбамидной - 850 тыс.руб.
Наши специализированные заводы повсеместно перешли на изготовление низкомольных карбамидоформальдегидных смол с соотношением карбамид-формальдегид, уменьшенным до 1:1,2. Снижение мольного соотношения до 1:1,1 и 1:1.0 позволяет изготавливать продукцию класса Е1 или на границе между Е1 и Е2, но срок хранения составляет всего 2...3 недели.
Зарубежный опыт [31] по разработке и применению карбамидоформальдегидных смол с низким (ниже 1:1,2) мольным соотношением выявил некоторые отрицательные качества. Смола имеет ограниченный срок хранения, то есть практически не подлежит транспортировке. Такой продукт отличается низкой реакционной способностью, вследствие чего необходимо увеличивать количество отвердителя и продолжительность прессования. При применении смол с низким мольным соотношением снижаются прочностные показатели, увеличивается разбухание. Это приводит к необходимости повышения расхо да связующего, в результате чего возрастает их плотность. Использование данных смол сопряжено с повышением контроля технологического процесса. Влияние мольного соотношения карбамид : формальдегид на содержание свободного формальдегида приведено в табл. 1.2. [31]
По причине ограниченного срока хранения использовать такие смолы могут лишь те предприятия-изготовители фанеры, которые имеют установки смоловарения и не нуждаются в централизованной поставке с её неизбежными длительными перевозками.
К настоящему времени разработано и широко используется на отечественных заводах большое количество различных акцепторов - в качестве добавок к смоле, отвердителю и стружке. Преимущественно это карбамид, аммиачная вода и другие аминосоединения. При определенных условиях они позволяют получить фанеру класса Е1, но в большинстве случаев это приводит к снижению физико-механических показателей (в частности разбухания при вымачивании в воде). Для решения указанных проблем АО "ВНИИДрев" [57] разработан и опробован в производственных условиях новый акцептор формальдегида (марки АФ по ТУ ОП 13-0273643-94-93), который обеспечивает возможность получения малотоксичных плит с требуемыми физико-механическими показателями.
Клеящие карбамидоформальдегидные смолы, выпускаемые отечественной промышленностью, наряду с рядом положительных качеств имеют существенный недостаток: для получения смолы высокой концентрации (с массовой долей сухих веществ более 50 %) необходима операция обезвоживания смолы под вакуумом, в результате которой образуются сточные воды (в количестве 20...25 % от массы использованных материалов), которые содержат до 3 % формальдегида и 5 % метилового спирта. Образующиеся сточные воды, как правило, вывозятся на "поля запахивания", что приводит к загрязнению окружающей среды. На отдельных предприятиях сточные воды подвергаются термическому обезвреживанию - весьма энергоемкой операции.
До настоящего времени не разработано достаточно эффективного способа очистки или утилизации сточных вод производства карбамидоформальде-гидных смол, в связи с чем проблема уменьшения их объема или полной ликвидации весьма актуальна и требует решения.
Полная ликвидация сточных вод может быть достигнута путем применения разработанной «ЦНИИФанеры» технологии производства карбамидофор-мальдегидных смол, предусматривающей повышение концентрации используемого формалина с 37 до 45...50 % за счет введения в реакционную смесь дополнительного компонента - технического параформа. При этом могут быть получены смолы с содержанием сухих веществ 60...65 % без вакуум-сушки.
Разработанная технология получения высококонцентрированных карба-мидоформальдегидных смол по сравнению с традиционной обладает следующими преимуществами: 1. полностью ликвидируются сточные воды, образующиеся в процессе вакуум-сушки; 2. упрощается технологическая схема производства и уменьшается число единиц оборудования (за счет ликвидации вакуум-насосов, вакуум-сборников, прямых холодильников).
Методика расчета обобщенного показателя качества смолы
По результатам аналитического обзора была сформулирована цель работы, которая заключается в улучшении эксплуатационных свойств клееной фанеры на основе применения низкотоксичной фурановой смолы. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи: - выявить основные закономерности отверждения фурановых смол; - разработать математическую модель процесса склеивания фанеры на основе фурановой смолы; - обосновать вид отвердителя для отверждения фурановой смолы; - установить эффективность действия наполнителя при отверждении клея; - экспериментально подтвердить достоверность теоретических предпосылок; - обосновать рациональные технологические режимы изготовления водостойкой фанеры на основе низкотоксичной фурановой смолы; - рассчитать экономическую эффективность разработки.
Древесина, пропитанная мономером ФА, обладает повышенной водо и влагостойкостью. Фурановые соединения выдерживают воздействие высокой температуры. Отвержденные фурановые полимеры имеют высокую прочность и кислотостойкость. Малая деформация клеевого шва, увеличенная продолжительность его набухания предполагают повышенную долговечность клеевых соединений.
Предельно допустимая концентрация фурфурола в несколько десятков раз больше, чем допустимая концентрация фенола и формальдегида.
Все вышесказанное показывает перспективность использования фура-новых смол для изготовления клееных материалов, обладающих высокой прочностью, влаго- и огнестойкостью, пониженной токсичностью. Такая фанера может без ограничения использоваться в жилищном строительстве, вагоностроении, машиностроении, в специальных условиях.
Оценка технического уровня и качества смол лежит в основе работ по аттестации продукции по категориям качества, выбору лучшего типа смолы, планированию показателей качества.
Стандартной методики оценки технического уровня синтетических смол нет. Общепринятой является практика оценки смол по соответствию стандарту их отдельных показателей. При разработке новых марок смол и работе над качественно новыми типами синтетических смол этот подход не будет объективно отражать техническую сторону проблемы.
В работе использовалась разработанная ЦНИИФанеры» методика оценки качества синтетических смол. Для определения базовых показателей для сравнения в методике «ЦНИИФанеры» использованы результаты исследований и данные о качестве синтетических смол, полученные с предприятий отрасли.
Технический уровень и качество синтетической смолы должны оцениваться по группам показателей: назначения, надежности (сохраняемости), эргономических (токсичности), технологических и однородности свойств.
Показатели назначения характеризуют свойства смолы, определяющие основные функции, для выполнения которых она предназначена.
Это массовая доля сухого остатка, условная вязкость при 20 С после изготовления, продолжительность желатинизации при 100 С, предел прочности при скалывании по клеевому слою фанеры после вымачивания в воде (кипячения).
Показатели надежности характеризуют способность смолы сохранять пригодное для потребления состояние после хранения и транспортировки. Таким показателем является условная вязкость после гарантийного срока хранения.
Эргономические показатели (токсичность) характеризуют санитарно-гигиенические свойства смолы, проявляющиеся в процессе ее производства и применения, а также применения и эксплуатации изделий на ее основе. К этим показателям относится % содержания в смоле токсичного вещества (формальдегида, фенола, фурфурола).
Показатели технологичности характеризуют распределение затрат труда, времени, материала и денежных средств на производство 1т смолы. Эти показатели позволяют установить, какой ценой достигается требуемый уровень качества смолы.
Показатели однородности - это среднее квадратическое отклонение следующих физико-химических показателей: массовой доли сухого остатка, вязкости в момент изготовления, продолжительности желатинизации. Дан
ные показатели указывают на стабильность свойств смолы при ее массовом или серийном производстве на данном предприятии.
Эти показатели должны использоваться при аттестации предприятий или смол по категориям качества, т.к. они отражают уровень организации производства и технологической дисциплины на предприятии-изготовителе. Узкий диапазон изменения основных физико-механических свойств смол в значительной мере исключает колебание их технологических параметров при использовании в производстве. При разработке новых марок синтетических смол или качественно новых типов смол использование показателей однородности нецелесообразно.
Методика проведения исследований физико-механических показателей фанеры
Целью данного исследования является выявление влияния температуры прессования на прочностные свойства фанеры, изготовленной на основе фурфуроло-ацетонового мономера ФА. Запрессовки проводились с изменением температуры прессования от 140 С до 180 С с шагом 10 С при следующих постоянных факторах: - давление прессования 1,7 МПа; -время подсушки без создания давления 1,5 мин; -расход связующего ПО г/м ; -время прессования 9 мин.
В соответствии с ГОСТ 9624-93, который устанавливает метод проведения испытаний, были проведены опыты по определению предела прочности по клеевому шву.
Испытания проводились на лабораторной разрывной машине ДИ-1, вычислялся предел прочности на скалывания по клеевому шву, результаты заносились в протоколы испытаний.
Протоколы испытаний приведены в приложении. 3.4.2. Методика определения влияния продолжительности прессования на физико-механические свойства фанеры
Для реализации данного эксперимента были проведены запрессовки фанеры на основе фурановой смолы при изменении продолжительности выдержки под давлением с 3,5 до 12 минут с последующим определением предела прочности при скалывании по клеевому шву, разбухание по толщине и водопоглощение. Запрессовки проводились при следующих постоянных факторах: -температура прессования 150 С; - давление прессования 1,7 МПа; -расход клея 110 г/м ; -вязкость смолы по ВЗ-4 120с; -толщина шпона 1,5мм. В соответствии с ГОСТ 9621-72, который устанавливает методы проведения испытаний на водопоглощения и разбухание, образцы помещают в воду и выдерживают в течение 24 часов. Вычисляется разбухание (APs) и водопоглощения (АWen). Результаты заносятся в протокол испытаний.
Методика исследования кинетики водопоглощения и разбухания фанеры на основе мономера ФА Для реализации данного исследования были проведены опыты по вымачиванию фанеры на основе мономера ФА с замером водопоглощения и разбухания по толщине через 24, 48 и 72 часа, а также в течение 20 суток с замерами через различные интервалы времени.
Испытываемая фанера была склеена по следующим режимам: -температура 140 С, 160 С; - давление прессования 1,7 МПа; -время выдержки под давлением 7,5; 10 мин; -количество добавляемого отвердителя (п-толуолсульфокислота) 5%; Испытания ведут в соответствии с ГОСТ 9621-72, который устанавливает методы проведения испытаний на водопоглощения и разбухание.
Методика определения влияния количества добавляемого отвердителя на физико-механические свойства фанеры на основе фурановой смолы
Целью данного исследования является выявление влияния количества добавляемого отвердителя в клеевой состав на предел прочности фанеры при скалывании после 1 часа кипячения, водопоглощение и разбухание по толщине после вымачивания в воде в течение 24 часов. Для этого был проведен эксперимент по склеиванию фанеры при изменении содержания отвердителя в смоле с 2,5 до 10 % с шагом 2,5 %. В качестве отвердителя использовалась паро-толуол-сульфокислота. Исследуемая фанера была склеена при следующий постоянных факторах: - количество добавляемого отвердителя 2,5-10 %; - расход связующего 110 г/м ; - вязкость смолы 120 с (по ВЗ-4); - температура плит пресса 140 С; - время склеивания 7,5 мин; - давление прессования 1,7 МПа. Испытания проводили по стандартным методикам, описанным в ГОСТ 9621-72, ГОСТ 9624-93. Методика определения рационального отвердителя для фурановой смолы
Цель данной работы подобрать подходящий отвердитель для фурановой смолы и определить рациональное его количество в клеевой композиции, по данным эксперимента дать рекомендации о наиболее подходящем типе отвердителя и о его количестве. Исследуемая фанера была склеена при следующих постоянных факторах: - количество добавляемого отвердителя 2-10 %; - расход связующего 110 г/м ; - вязкость смолы 120 с no ВЗ-4; - температура плит пресса 140 С; - время склеивания 7,5 мин; - давление прессования 1,7 МПа. Испытания проводили по стандартным методикам, описанным в ГОСТ 9621-72, ГОСТ 9624-93.
Цель работы - определение возможности устранения просачивания смолы сквозь шпон и снижения упрессовки фанеры, путем введения в клеевой состав наполнителя. Положительное решение поставленной задачи позволит достичь удовлетворительного внешнего вида фанеры, снизить упрессовку клееной фанеры на основе фурановой смолы, тем самым снизить расход смолы на единицу поверхности. Для проведения эксперимента использовались следующие виды отвердителя: -КМЦ; -гипсГ-5, А-11; - пшеничная мука; - древесная мука; - каолин. Количество наполнителя варьировалась от 5% до 20%. Фанера была склеена при следующий постоянных факторах: - количество добавляемого отвердителя 5 %; - расход связующего 110 г/м ; - вязкость смолы 120 с (по ВЗ-4);
Исследование влияния продолжительности прессования на физико-механические свойства фанеры
1. В качестве отвердителей клеевых композиций на основе фурановых смол могут использоваться различные катализаторы кислого характера. Наиболее применимыми являются сильные минеральные кислоты: серная и соляная, а также сульфокислота п-толуолсульфокислота и бензол-сульфокислота.
2. Использование концентрированных минеральных кислот затруднено тем, что их трудно вводить и равномерно распределять в клеевой композиции, поскольку в месте контакта с ними фурановая смола сразу же отвержда-ется. Поэтому перед смешиванием со смолой кислоты необходимо разбавлять. В качестве разбавителя могут использоваться контакт Петрова, этиловый спирт, ацетон, фурфурол и другие разбавители. Введение этих веществ влечет за собой снижение качества склеивания. Рекомендуемое количество добавляемых минеральных кислот - 3...4 %. Рекомендуемое соотношение кислота: разбавитель 1:3.
3. Целесообразней использовать в качестве отвердителя различные сульфокислоты, при этом могут быть достигнуты высокие показатели клееной продукции, сравнимые с показателями фанеры повышенной водостойкости марки ФСФ, для которой нормируемые показатели качества составляют: - предел прочности при скалывании после 1 часа кипячения в воде 1,5 МПа; - водопоглощение после 24 часов вымачивания - 43 %; - разбухание по толщине после 24 часов вымачивания -15 %. Фанера на основе фурановой смолы с отвердителем п-толуолсульфокислота имела наилучшие физические и механические показатели: - предел прочности при скалывании 1,8...2,0 МПа; - водопоглощение после 24 часов вымачивания - 40...50 %; - разбухание по толщине после 24 часов вымачивания - 14...20 %.
В результате экспериментов определено, что рациональное количество добавляемой п-толуолсульфокислоты составляет 5...6 %. 4. Результаты испытаний показали, что основным определяющим фактором, влияющим на показатели фанеры, является вид растворителя и разбавителя кислоты. При использовании в качестве растворителя кислот фурфурола фанера имела высокие физико-механические показатели. При использовании легколетучих веществ, например ацетона, физико-механические показатели фанеры ниже. Это объясняется тем, что при прессовании ацетон начинает испаряться и вызывает образование в клеевом соединении многочисленных пор. Поэтому для растворения и разбавления кислот целесообразней использовать фурфурол.
Обозначения: Тск - предел прочности на скалывание по клеевому шву, МПа; APs - разбухание древесины после вымачивания в течение 24 часов, %; AW - водопоглощение древесины после вымачивания в течение 24 часов, %.
В ходе проведенных испытаний установлено, что наилучшие физико-механические показатели фанеры достигаются при использовании в качестве наполнителя каолина. Было принято решение провести дополнительные исследования, цель которых, получение более детальных знаний о влиянии каолина (наполнителя) на свойства клея. Процент наполнения увеличили до 40 %, а в качестве отвердителя использовали паротолуолсульфокислоту (для снижения водопоглощения и разбухания).
В результате проведенных испытаний можно сделать следующие выводы.
1) Для наполнения клеев на основе фурановых смол нельзя использовать гипсГ-5,А-11. 2) При использовании в качестве наполнителя целлюлозы (КМЦ) происходит достаточно прочное соединение листов шпона, но склеивание происходит не по всей поверхности шпона, т.е. клеевой шов не сплошной. Целлюлозу также не рекомендуется применять для наполнения фурановых смол.
3) При использовании для наполнения клея пшеничной муки получен ная фанера обладает большой прочностью, при увеличении количества до бавляемого наполнителя возрастает прочность (при увеличении количества пшеничной муки с 5% до 20%, прочность возрастает с 1.25 МПа до 1.35 МПа), но при этом растут водопоглощение и разбухание (водопоглощение с 48.3 % до 50.33 %, разбухание с 17.22 % до 29.8 %).
Рекомендуемое количество пшеничной муки, как наполнителя -5%, т.к большее количество наполнителя ухудшает физико-механические свойства фанеры.
4) При использовании в качестве наполнителя древесной муки полученная фанера обладает высокими прочностными и физико-механическими свойствами (прочность при скалывании от 1.1 МПа до 1.15 МПа, разбухание в пределах от 25 % до 13 %, водопоглощение от 55 % до 50.8 %).
5) Наилучший результат был получен при использовании в качестве наполнителя каолина. Полученная фанера обладает высокими физико-механическими и прочностными свойствами. При увеличении процента наполнителя с 5% до 20% предел прочности возрастает с 1.2 МПа до 1.35 МПа, разбухание уменьшается с 24.6 % до 19 %, водопоглощение увеличивается с 48 % до 51 %. Испытания показали, что наилучшим наполнителем является каолин.
