Н.П. Плотников, Г.П. Плотникова
ПОД- СЕКЦИЯ 3. Лесное хозяйство.
Н.П. Плотников, Г.П. Плотникова
К.т.н., доцент ФГБОУ ВПО «БрГУ», аспирант ФГБОУ ВПО «БрГУ»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КЛЕЕНОЙ ФАНЕРЫ
Современная отечественная промышленность в области производства полимерных материалов не удовлетворяет потребностей деревообработки в клеевых материалах, а их свойства не всегда соответствуют требуемым ка-чественным параметрам, что, наряду с дефицитностью сырья и его высокой стоимостью является сдерживающим фактором в развитии производства кле-еной продукции. В деревообрабатывающей промышленности основой про-изводства практически всего спектра плитных материалов и мебели являются карбамидоформальдегидные смолы (КФС). Широкое применение эти смолы получили из-за их низкой стоимости и высокой реакционной способности, а также высоких показателей качества готовой продукции. Значительным не-достатком карбамидных олигомеров является их токсичность,обусловленная, в основном, выделением свободного формальдегида из смол и клеев как в процессе производства, так и из готовой продукции. Это связано с низкой гидролитической устойчивостью смолы и высокой эмиссией формальдегида из клееной древесной продукции. [1, с. 156]
В связи с изложенным одной из актуальных задач в деревообработке является поиск путей целенаправленного изменения и улучшения КФС с целью получения клеев, обладающих новым комплексом свойств, обеспечи-вающих лучшие показатели качества продукции.
В настоящей работе исследована технология и разработаны оптималь-ные режимы склеивания фанеры композициями на основе модифицирован-ных карбамидоформальдегидных смол. Для оценки влияния переменных факторов исследований на выходные параметры (параметры качества фане-ры) предусматривалась разработка регрессионной модели, обеспечивающей возможность управления технологическими режимами.
В качестве постоянных факторов при проведении исследований выбраны следующие показатели: порода древесины (шпона) - сосна; толщи-на фанеры – -12,2 мм; слойность фанеры – 5; толщина шпона – 2,6 мм; тем-пература окружающей среды - 20±2 °С; давление прессования – 1,4 МПа; вязкость модифицированной клеевой композиции по ВЗ-4 – 82 сек.
В табл. 1 представлены варьируемые факторы в натуральном и кодовом обозначении, их уровни и интервалы варьирования при применении в качестве модификаторов - и -нафтолов.
Таблица 1 - Основные факторы и уровни их варьирования
Наименование фактора |
Кодовое обозначение |
Нижний уровень |
Основной уровень |
Верхний уровень |
Интервал варьирования |
Массовая доля нафтола,мас.ч. |
Х1 |
5 |
6 |
7 |
1 |
нафтола,мас.ч |
Х2 |
3 |
5 |
7 |
2 |
Продолжительность цикла прессования, ,мин |
Х2 |
6,5 |
7,5 |
8,5 |
1,0 |
Температура прессования,°С |
Х3 |
105 |
115 |
125 |
10 |
В качестве выходных величин при проведении многофакторного эксперимента (по В-плану второго порядка) были приняты качественные показатели готовой продукции:
- предел прочности клееной фанеры на скалывание по клеевому шву после кипячения в течение 1 часа (), МПа;
- предел прочности клееной фанеры при статическом изгибе (), МПа.
Полученные результаты экспериментов обрабатывались методом вари-ационной статистики [2, с. 155]. В результате статистической обработки экс-периментальных данных и после оценки значимости коэффициентов регрес-сии уравнения функций отклика имеют следующий вид:
1) - для математического описания прогнозирования прочности клееной фанеры при скалывании по клеевому шву:
а) - при применении в качестве модификатора -нафтола
б) - при применении в качестве модификатора -нафтола
2)-для математического описания прогнозирования прочности клееной фанеры при изгибе:
а)-при применении в качестве модификатора -нафтола
б)-при применении в качестве модификатора -нафтола
Для наглядности результаты представлены (рис.1) в виде выборочных поверхностей отклика, которые позволяют охарактеризовать влияние технологических факторов и количество добавляемого α-нафтола в клеевую композицию на предел прочности при скалывании по клеевому слою клееной фанеры после кипячения ее в течение 1 часа.
а) б)
Рисунок 1 – Зависимость предела прочности при скалывании по клеевому слою фанеры после кипячения ее в течение 1 часа от коли-чества вводимого модификатора и продолжительности прессования (а); от количества вводимого модификатора и температуры прессования (б)
Согласно полученных зависимостей по уравнениям регрессии можно сделать вывод, что максимальные прочностные показатели клееной фанеры наблюдаются при введении нафтола в количестве 5,8-6,2 мас.ч., температуре прессования 110-117 °С и продолжительности цикла прессования 7,2-7,8 минут. Вероятно, что даже при меньших значениях варьируемых технологи-ческих параметров -нафтол максимально усиливает теплопередачу и смачивающую способность применяемых клеев и, следовательно, улучшит условия контактирования и ускоряет процесс отверждения и, как следствие, обеспечивает повышение прочностных показателей фанеры. подложки ведет к повышению прочностных показателей. Аналогичные зависимости характерны и для применения в качестве модификатора -нафтола.
При проведении поликритериальной оптимизации полученных математических моделей по методу прямого поиска с целью получения низкотоксичной клееной фанеры с повышенными качественными показателями и с учетом технологии ее изготовления получены оптимальные параметры склеивания фанеры повышенной водостойкости [3, с. 145].
На основании полученных результатов исследований можно сделать следующие выводы:
1. Установлена и подтверждена целесообразность использования - и-нафтолов в качестве модификаторов карбамидоформальдегидной смолы.
2.Разработанные оптимальные режимы склеивания фанеры модифи-цированными смолами обеспечивают повышение эффективности процесса производства фанеры за счет сокращения продолжительности прессования на 15 % и снижения температуры на 5–10°С.
3.Применение модифицированных - и-нафтолами смол позволит повысить качество получаемой фанеры за счет улучшения ее физико-механических показателей, повышения водостойкости и, главное, за счет значительного снижения токсичности (в 1,5-2 раза).
4. Полученные математические модели описания технологического процесса производства фанеры позволяют эффективно управлять послед-ним и получать готовую продукцию высокого качества.
Литература:
- Плотников Н.П., Симикова А.А. Снижение токсичности карбамидоформальдегидных смол. Вестник КрасГАУ. Выпуск 6.- Красноярск, 2010.- с.155-158.
- Плотникова Г.П., Денисов С.В., Челышева И.Н. Повышение эффектив-ности древесностружечных плит. Вестник КрасГАУ, вып.7, Красноярск, 2010.- с.152-158
- Плотников Н.П., Денисов С.В. Оптимизация технологических режимов склеивания фанеры модифицированными клеевыми композициями. Вестник КрасГАУ, вып. 5, Красноярск, 2010.- с. 143-148.