Компоненты древесных плит
Приготовление, дозирование и смешивание
В этой статье мы продолжаем рассказ об основных технологических операциях производства древесных плит. После измельчения, сушки и сортирования древесных частиц следует приготовление связующего, точное дозирование клеевой смеси и древесных частиц и смешивание этих компонентов для получения осмоленной стружки (волокна), которая затем поступает на главный конвейер предприятия.
Компоненты древесных плит
Прессы для изготовления древесных плит
Технологические параметры горячего прессования плит
Послепрессовая обработка древесных плит
Входной и текущий контроль качества продукции на плитных производствах
Древесные плиты в строительстве
Эти удивительно полезные ДВП
Материалы ДПК: долговечность, прочность, качество
Процесс приготовления связующего заключается в подготовке рабочих растворов смолы и отвердителя, дозировании компонентов и их смешивании. Используемая на российских плитных предприятиях смола КФ-НФП поставляется в концентрации 66±1% при вязкости до 50 с по ВЗ-4 (условная вязкость выражается временем истечения 100 мл смолы через отверстие диаметром 4 мм). Чтобы обеспечить качественное распыление смолы, ее разбавляют водой до концентрации 50-55%, снижая тем самым вязкость до нормативного предела - не более 35 с. Разбавление смолы водой ведет к нежелательному повышению влажности осмоленной стружки и продлению периода прессования плит. Поэтому на предприятиях используют и другой метод: нагревают смолу до 30-35°С в стационарных емкостях или проходных смолоподогревателях. При этом концентрация смолы не снижается, а влажность осмоленной стружки снижается на 8-12%, благодаря чему продолжительность отверждения сокращается на 30-40%.
Согласно схеме подготовки и подачи связующего в производстве трехслойных стружечных плит (рис. 1), высококонцентрированная смола и добавки (кроме отвердителя) смешиваются с водой в баке, оборудованном мешалками и мерными стеклами. Из бака рабочий раствор насосами подается в расходные емкости для внутреннего и наружных слоев. Чтобы дополнительно снизить вязкость состава для внутреннего слоя, можно раствор смолы сначала направлять в смолоподогреватель, а оттуда - в коллектор смесителя.
Растворы отвердителей для наружных и внутреннего слоев готовят по отдельности. Схема одинакова для обоих потоков: в бак сначала заливают теплую (40-50°С) воду, а затем добавляют отвердитель в порошке и мочевину (как поглотитель свободного формальдегида) в соотношениях, указанных в рецептуре отвердителя.
Как правило, связующее для внутреннего слоя отверждается за 30-60 с, для промежуточных слоев за 70-100 с, а для наружных - за 110-130 с. С учетом этого готовят отвердители различной активности: для внутренних слоев берут 20-процентный, а для наружных 3-7- процентный водный раствор хлорида или сульфата аммония. При высокотемпературном прессовании плит можно в наружных слоях использовать смолу без отвердителя.
Связующее дозируют в смеси или по компонентам. В установке дозирования (рис. 2) компоненты отмеряются только по объему. Смола и отвердитель из емкостей по отдельности подаются дозирующими насосами через фильтры-компенсаторы в лабиринтный смеситель. При этом смола дополнительно проходит через фильтр, а отвердитель - через дозирующий ротаметр. Ротаметр представляет собой вертикальную стеклянную трубку с поплавком: чем больше расход жидкости, нагнетаемой через трубку снизу вверх, тем выше находится поплавок. Отмеренное количество смолы и отвердителя тщательно перемешиваются в лабиринтном смесителе, полученное связующее по гибкому шлангу подается на смешивание с древесными частицами. Наряду с установками непрерывного объемного дозирования в плитном производстве используются установки периодического действия с весовым дозированием. В таких установках емкость с мешалкой (рис. 3) установлена на платформе автоматических весов. В соответствие с выбранным рецептом в емкость закачивается смолы и другие компоненты. Связующее, полученное в результате перемешивания, подается шестеренными насосами в расходные емкости. После полного опорожнения емкости можно выбирать рецепт для другого слоя плиты.
Чтобы обеспечить требуемое соотношение массы древесных частиц и массы связующего, необходимо постоянно дозировать компоненты перед смешиванием. Дозирование стружечной или волокнистой массы может быть объемным, весовым или комбинированным. Весьма удачной конструкцией объемного дозатора является шнековый питатель. Оптимальная частота вращения такого шнека с приводом от двигателя постоянного тока составляет 25-40 об./мин, вместимость питателя - 0,8-1,0 м, степень заполнения контролируется датчиками уровня. Используются дозаторы и других конструкций: ленточные, барабанные, тарельчатые, электровибрационные.
Объем насыпной стружечной массы зависит от многих факторов: от формы и размеров частиц, породы древесины и ее фракционного состава. В силу этого погрешность объемного дозирования составляет 20-50%. На участке смешивания древесных частиц со связующим погрешность дозирования не должна превышать 4%, поэтому при подаче стружки в смеситель и формировании «ковра» применяют весовое дозирование. Для этого используют весы порционного или непрерывного действия, настраиваемые на массу отвешиваемой порции и продолжительность цикла взвешивания. Цикл рассчитывается в секундах, исходя из часового расхода насыпного материала в потоке. У автоматических порционных весов обычно имеется ковш, створки которого открываются при достижении заданного веса. Точность дозирования составляет ±2%.
Порционные весы сопряжены с винтовым транспортером, который останавливается, как только на весы поступает заданное количество массы. Из весов стружка выходит порциями, а в смеситель она должна поступать непрерывно. Поэтому перед смесителем устанавливают еще и выравнивающий бункер-питатель. Скорость движения донного конвейера бункера выбирается такой, чтобы при расчетном расходе слой стружки на нем составлял примерно треть высоты бункера.
Действие электротензометрических весов основано на изменении омического сопротивления проволочного датчика: весы срабатывают, когда проволока растягивается под тяжестью отмеряемой массы стружки. Удобство этих приборов в том, что показания нескольких весов можно отслеживать с одного контрольного пульта.
Принципиальная схема устройства для одновременного дозирования стружки и связующего дана на рис. 4. В этой системе электрический сигнал измерительного устройства с усилителя пропорционален количеству поступающей стружки. Расходомер определяет фактическое количество связующего, сравнивает его с заданными параметрами и при их несовпадении посылает сигнал для автоматического изменения производительности насоса. Для стабильной работы системы очень важно добиться равномерной подачи стружки в потокомер.
Смешивание насыпного и жидкого компонентов, то есть получение осмоленной стружки происходит в смесителях непрерывного действия. Ранее на заводах с отечественным оборудованием использовались громоздкие смесители шестиметровой длины, в которых связующее распылялось через ряд форсунок, число которых достигало 36, и каждая из них была связана с дозировочным насосом, а стружка перемешивалась лопастным валом. Из-за недостаточной производительности и неудобства в эксплуатации эти установки были вытеснены более быстродействующими и компактными смесителями.
Современные смесители подразделяются на машины с внутренним и внешним вводом связующего. При подаче жидкого компонента изнутри стружка попадает в смеситель (рис. 5) через загрузочную воронку, расположенную тангенциально к цилиндрической камере. Разбрасывающие лопасти, вращаясь, придают стружечной массе форму цилиндра; масса движется поступательно. Связующее подается в смеситель через пустотелый вал, на котором устроены форсунки разной длины. Под действием центробежных сил (частота вращения вала до 1220 об./мин) клей разбрасывается на стружечную массу; благодаря разной длине форсунок осмоляются все ее фракции (чем крупнее частица, тем дальше ее уносит от оси вращения). Осмоленная стружка продвигается в другую зону, где перемешивается лопастями, форма которых способствует размазыванию связующего и передаче его излишков на соседние частицы. Пропитанная клеем стружечная масса выходит через разгрузочную воронку.
Скорость выхода частиц и степень заполнения барабана можно регулировать выходной заслонкой с грузом, открывающейся под действием давления проклеиваемой массы. Регулируются также угол поворота лопастей и зазор между ними и барабаном. Корпус смесителя и быстроходный вал снабжены водяной «рубашкой». Охлаждение предотвращает преждевременное отверждение связующего и сопровождается конденсацией влаги на внутренней стенке барабана и его лопастях. Это ослабляет налипание связующего на рабочие органы смесителя, упрощает его очистку и уменьшает трение стружки о металл. Чтобы еще больше снизить трение, в смеситель вводят парафиновую эмульсию (вместе с клеем или отдельно) - для этого достаточно 0,2-процентной (по массе абсолютно сухой стружки) добавки парафина. Надлежащее качество распыления выдерживается в широком диапазоне расхода связующего - от 560 до 1700 г/мин. Скорость движения сыпучей массы составляет 8-12 м/с, и стружка находится в смесителе всего несколько секунд.
Уход за смесителями с внутренним вводом связующего довольно сложен, к тому же крупные частицы осмоляются в них не полностью. Эти минусы подобных смесителей обусловливает более широкое использование смесителей с наружным вводом. У установок такого типа внутри цилиндрического корпуса имеется вал с лопастями и устройство для распределения связующего, подаваемого снаружи. Сыпучая масса поступает по касательной и спиралеобразным потоком перемещается в зону распыления жидкого компонента, затем - в зону перемешивания. Связующее под небольшим давлением подается через трубки, и его струйки дробятся быстро летящими частицами древесины, с которых излишки клея скатываются по инерции, не успев впитаться.
Конструкция смесителей с такой подачей связующего (в тангенциальном направлении, через трубки) очень проста, их вал и корпус хорошо охлаждаются, а жидкие компоненты можно вводить раздельно. Однако в смесителях этой модели древесные частицы дополнительно измельчаются на входе и в зоне подводящих трубок, что нежелательно для стружки внутреннего слоя. Этот недостаток конструкции несколько ослаблен в модели, схема которой представлена на том же рисунке внизу. У ее смесительного барабана три зоны: первая - цилиндрической формы небольшого диаметра, вторая - конической формы и третья - цилиндрической формы большого диаметра. В первой зоне стружке придается небольшая окружная скорость, так что она винтовыми лопастями перемещается в коническую зону, где окружная скорость движения частиц постепенно возрастает, достигая максимума в третьей зоне. На границе второй и третьей зон предусмотрен дисковый центробежный распылитель для подачи связующего. Щель между дисками распылителя чрезвычайно узкая, благодаря чему обеспечивается высокая дисперсность связующего.
Двухкамерный смеситель (рис. 6) обеспечивает наивысшее качество осмоления стружки. Стружка засыпается в него сверху, через патрубок, расположенный по центру, а клей - через две верхние горизонтальные трубки. В результате встречного вращения двух лопастных валов стружка и клей, интенсивно перемешиваясь, движутся к выходному отверстию по «восьмерке», так что путь, который проходит стружечная масса в процессе нанесения на нее клея, получается довольно большим при сравнительно малой длине смесителя.
Крупноразмерную стружку для плит OSB осмоляют в специальных смесителях. В подобных устройствах камера более объемная, чем в рассмотренных выше установках, а частота вращения лопастного вала ниже. Вследствие этого на осмоление стружки времени требуется в 5-7 раз больше. Стружка подается на винтовой транспортер, что исключает ударные нагрузки на материал и, как следствие, предотвращает нежелательное измельчение крупных частиц. В смеситель можно загружать как жидкий, так и порошкообразный клей.
При изготовлении волокнистых плит мокрым способом древесные частицы осмоляются путем впрыскивания смолы через форсунки в поток сырого волокна. Первоначально древесное волокно для плит MDF (сухой способ производства) осмоляли в барабанных смесителях - как при производстве ДСП. Однако это нередко приводило к образованию смоляных пятен, которые обнаруживались только при лакировании плит. В результате усовершенствования конструкции лопастей мешалки и подбора оптимальной вязкости клея этот недостаток удалось устранить. Сегодня при производстве ДВП сухим способом используется исключительно осмоление сырого волокна в потоке при его движении от рафинера к сушилке. В соответствии с этим методом, клей распыляется через форсунки в поток волокна, движущегося в трубопроводе со скоростью 150-500 м/с (такая скорость достигается благодаря сужению трубопровода в месте расположения форсунок). Сопла, через которые проходит клей, установлены вертикально либо под углом к потоку. Имеются подобные устройства с несколькими дисковыми распылителями. Относительно холодный клей, который распыляется на горячее (с температурой 100-110 °С) волокно, получает своего рода тепловой удар. На поверхности волокон связующее вступает в контакт с органическими кислотами древесины, которые могут ускорить отверждение клея, что нежелательно. Кроме того, велика вероятность одновременной гидролитической деструкции полимера. Эти отрицательные явления можно смягчить, добавив щелочь или меламин в карбамидную смолу.
В результате всех описанных процедур получается осмоленная древесная масса, которая потоком поступает на главный конвейер, где происходит формирование «ковра», его подпрессовка и горячее прессование древесной плиты.
Владимир ВОЛЫНСКИЙ
