Жидкое дерево своими руками – создаем деревопластик дома. Технология пластиков из древесных пресс-масс

Задача технологии изготовления изделий из термопластичных древесно-полимерных композиционных материалов принципиально проста - соединить все ингридиенты будущего композита в однородный материал и сформировать из него изделие нужой формы. Однако, для ее реализации требуется некоторый набор достаточно сложного технологического оборудования.

1. Общие принципы технологии.

Исходным сырьем для производства ДПК является древесная мука (или волокно), базовая смола в виде суспензии или гранул и до 6-7 видов необходимых добавок (аддитивов).

Сушествует две принципиально различающихся схемы получения экструзионных изделий из термопластичных ДПК:

• двухстадийный процесс (компаундирование + экструзия),
• одностадийный процесс (прямая экструзия).

В двухстадийном процессе сначала из исходных ингридиентов изготавливается древеснополимерный компаунд. Смола и мука находятся в двух силосах. Мука, подсушенная в специальной установке и смола направляются в весовой дозатор, и поступает в смеситель, где тщательно перемешивается в горячем виде с добавлением необходимых аддитивов. Полученная смесь далее формируется в виде некрупных гранул (пеллет), которые затем охлаждается в специальном устройстве (охладителе).

Рис. 1. Схема получения гранулированного древеснополимерного компаунда

Затем, этот компаунд используется для экструзии профильных изделий, см. схему экструзионного участка, Рис. 2.

Рис. 2. Схема экструзионного участка

Гранулят подается в экструдер, разогревается до пластичного состояния и продавливается через фильеру. Выдавленный профиль калибруется, распиливается поперек (а при необходимости и вдоль) и укладывается на приемный стол.

Древеснополимерный компаунд используется также для литья или прессования изделий из термопластичных ДПК.

В случае прямой экструзии ингриденты направляются непосредственно в экструдер, см., например, одну из схем организации процесса прямой экструзии ДПК на Рис. 3.

Рис. 3. Схема прямой экструзии древеснополимерных композитов.

В данном случае, древесная мука подается из бункера в сушильную установку, подсушивается до влажности менее 1 % и поступает в бункер-накопитель. Затем мука и добавки из поступают в дозатор, а из него - в миксер (смеситель). Подготовленный в миксере смесь (компаунд) при помощи транспортной системы подается в накопительную емкость экструдера. Смола, пигмент и смазывающий агент из соответствующих емкостей подаются в экструдер, где происходит их окончательное перемешивание, нагрев и выдавливание через фильеру. Далее происходит охлаждение (и при необходимости) калибровка полученного профиля, а затем обрезка на нужную длину. Такая схема называется прямой экструзией.

В настоящее время в промышленности широко используются обе схемы, хотя многие считают более прогрессивной прямую экструзию.

За рубежом существуют предприятия, специализирующиеся только на производстве гранулята для ДПК, т.е. на продажу. Например, на фирме WTL International мощности установок такого типа составляют до 4500-9000 кгчас.

Примерное расположение оборудования экструзионного участка (линии) для прямой экструзии профильных деталей см. на следующей схеме.

В зависимости от цели проекта, производство экструзионных ДПК может быть реализовано в виде компактного участка на одной установке, либо в форме цеха (завода с большим или меньшим количеством технологических линий.

На крупных предприятиях могут стоять десятки экструзионных установок.

Предельные температуры процесса экструзии для разных видов базовых смол, показаны на диаграмме рис.6.

Рис.6. Предельные температуры рабочей смеси (линия 228 градусов - температура воспламенения древесины)

Примечание. Большинство природных и синтетических полимеров при температуре выше 100 град. С склонно к деградации. Это связано с тем, что энергия отдельных молекул становится достаточной для разрушения межмолекулярных связей. Чем выше температура, тем таких молекул становится больше. В результате сокращается длина полимерных молекулярных цепочек, происходит окисление полимера и существенно ухудшаются физико-механические свойства полимера. При достижении предельных температур деградация молекул полимера происходит в массовом порядке. Поэтому, при горячем компаундировании и экструзии необходимо тщательно контролировать температуру смеси и стремиться к ее снижению и к сокращению операционного времени. Деградация полимеров происходит и во время естественного старения композита при воздействии ультрафиолетового излучения. Деградации подвержен не только пластик, но и молекулы полимеров, составляющих структуру древесной компоненты композита.

Давление расплавленной смеси в цилиндре экструдера обычно составляет от 50 до 300 бар. Оно зависит от состава смеси, конструкции экструдера, формы экструдируемого профиля и скорости истечения расплава. Современные мощные экструдеры создаются с расчетом на рабочее давление до 700 бар.

Скорость экструзии ДПК (т.е. скорость истечения расплава из фильеры) находится в пределах от 1 до 5 метров в минуту.

Главной частью этого технологического процесса является экструдер. Поэтому ниже мы рассмотрим некоторые виды экструдеров.

2. Виды экструдеров

В отечественной литературе экструдеры часто именуются червячными прессами. Принцип работы экструдера - это хорошо известный каждому "принцип мясорубки". Вращающийся шнек (червяк) захватывает из приемного отверстия материал, уплотняет его в рабочем цилиндре и под давлением выталкивает в фильеру. Кроме того, в экструдере происходит окончательное перемешивание и уплотнение материала.

Движение материала в экструдере при вращении шнека происходит вследствие разницы в коэффициентах трения материала о щнек и цилиндр. Как образно высказался один зарубежный специалист: " полимер прилипает к цилиндру и скользит по шнеку".

Основное тепло в рабочем цилиндре выделяется вследствие сжатия рабочей смеси и работы значительных сил трения ее частиц о поверхности экструдера и друг об друга. Для переработки термопластов экструдеры снабжаются дополнительными устройствами для разогрева рабочей смеси, измерения температуры и ее поддержания (нагреватели и охладители).

В пластиковой индустрии наиболее распространенными, в силу относительной простоты и сравнительно низкой цены, являются одноцилиндровые (одношнековые) экструдеры, см. схему и фото, рис. 7.

Рис. 7. Стандартная схема и внешний вид одноцилиндрового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка; 7- формующая головка. Фазы процесса (I - подача материала, II - нагрев, III - сжатие)

Основные характеристиками экструдера являются:

• диаметр цилиндра, мм
• отношение длины цилиндра к его диаметру, L/D
• скорость вращения шнека, об/мин
• мощности двигателя и нагревателя, квт
• производительность, кг/час

Примечание. Паспортная производительность экструдера является величиной условной. Фактическая производительность экструдера может значительно отличаться от паспортной в конкретном технологическом процессе в зависимости от перерабатываемого материала, конструкции фильер, пост-экструзионного оборудования и т.д. Показателями эффективности конкретного экструзионного процесса являются отношения производительности к потребляемой мощности, стоимости оборудования, численности персонала и т.п.

На следующей диаграмме показаны различия в производительности экструдеров серии TEM английской фирмы NFM Iddon Ltd при изготовлении гранул и профиля на разных композициях ДПК.

Следующим видом является экструдер с коническим шнеком . Конструктивно он похож на цилиндрический экструдер, но шнек и рабочая полость выполнены в форме конуса. Это дает возможность более энергично захватывать и проталкивать рыхлый материал в рабочую зону, уплотнять его и быстрее поднимать давление в районе фильеры до необходимого уровня.

Примечание. Цилиндрические и конические одношнековые экструдеры могут использоваться в производстве профилей из термопластичных ДПК в двухстадийном процессе, т.е. при переработке готового ДПК компаунда.

Более производительными являются экструдеры с двумя цилиндрическим или коническими шнеками, см. рис. 8. Кроме того, они обладают существенно лучшими смесительными свойствами. Шнеки экструдера могут вращаться в одну сторону или в противополжных направлениях.

Рис. 8. Схемы шнеков двухцилиндрового и двухконусного экструдеров: зона подачи, зона сжатия, зона вентиляции, зона дозирования

Конструкция двухшнековой машины много сложнее и она дороже.

Шнеки современных экструдеров представляют собой сложную конструкцию, см. рис 6.9.а. и рис. 6.9.б.

Рис.1.9. Окно для реального
наблюдения процесса в экструдере.

В рабочей полости экструдера происходят различные механические, гидравлические и химические процессы,наблюдение и точное описание которых затруднено. На Рис. 9 показано специальное бронированное стеклянное окно для непосредственного наблюдения за экструзионным процессом (фирма FTI)

Благодаря высокой производительности и хорошим смесительным свойствам именно двухшнековые мащины применяются для реализации схемы прямой экструзии термопластичных ДПК. Т.е. в них осуществляется и смешивание компонентов и подача приготовленной рабочей смеси в фильеру. Кроме того, двухшнековые экструдеры часто применяются в двухстадийном процессе в качестве компаундеров для получения ДПК в гранулах.

Шнеки двухшнековых машин не обязательно имеют только винтовые поверхности. Для улучшения их смесительных свойств на шнеках могут быть выполены специальные смесительные участки с другими типами поверхностей, которые обеспечивают существенное изменение направления и характера движения рабочей смеси т тем самым лучшее ее перемешивание.

Недавно японской фирмой Creative Technology & Extruder Co. Ltd для переработки древесно-полимерных композиций была предложена комбинированная схема конструкции экструдера, в котором в одном корпусе цилиндре совмещены двухшнековый и одношнековый экструдеры.

Основные механизмы явлений происходящих при экструзии термопластичных материалов хорошо изучены. В общих чертах см. например приложение " Введение в экструзию "

Примечание. В установке для производства древесно-полимерного листа Ростхиммаша использован дисковый экструдер. В некоторых случаях в производстве ДПКТ вместо шнековой экструзии может использоваться поршневая экструзия.

Существуют специальные методы математического компьютерного моделирования экструзионных процессов, используемые для расчета и конструирования экструдеров и фильер, см Рис. 10. и в системах компъютерного управления экструдерами.

Рис. 10. Система компьютерного моделирования экструзионных процессов.

Экструдеры применяемые производстве ДПК должны быть снабжены эффективным устройством дегазации для отвода паров и газов и иметь износостойкие рабочие поверхности, например, цилиндр с глубоким азотированием и шнек, упрочненный молибденом.

Традиционно, в технологии производства ДПК используется древесная мука влажностью менее 1%. Однако, новые современные экструдеры, разработанные специально для производства ДПК, способны перерабатывать муку влажностью до 8 %, так как снабжены мощной системой дегазации. Некоторые считают, что образующийся в экструдере водяной пар в какой-то степени способствует облегчению процесса экструзии, хотя это спорное утверждение. Например, фирма Cincinnati Extrusion указывает, что выпускаемой фирмой экструдер мод. Fiberex A135 при влажности муки 1-4% будет иметь производительность 700 - 1250 кг/час, а при 5-8 % только 500- 700 кг/час. Таким образом, стандартный экструдер даже оборудованный системой дегазации, все же не является сушилкой, а просто способен более или менее эффективно удалять из рабочкй смеси небольшое количество влаги. Однако, есть и исключения из этого положения, например - описанный далее финский экструдер Conex, способный работать и на влажных материалах.

Как правило, в ходе экструзии вода должна быть полностью удалена из материала для обеспечения получения плотной и долговечной структуры композита. Однако, если изделие будет эксплуатироваться внутри помещения, то оно может быть и более пористым и, соответственно, менее плотным.

Один из экструдеров, разработанный специально для производства древесно-полимерных композитов, показан на Рис. 11.

Рис. 11. Экструдер модели DS 13.27 фирмы Hans Weber Gmbh , технология "Fiberex"

Экструдеры используемые двухстадийном процессе для предварительного гранулирования ДПК вместо профильной фильеры снабжаются специальной гранулирующей головкой. В гранулирующей головке, выходящий из экструдера поток рабочей смеси разделяется на несколько ручейков малого диаметра (стренгов) и разрезается ножом на короткие отрезки.

После охлаждения они превращаются в гранулы. Охлаждение гранул осуществляется на воздухе или в воде. Влажные гранулы высушиваются. Гранулированные ДПК пригодны для хранения, транспортировки и дальнейшей переработки в детали на следующей стадии технологического процесса или на другом предприятии методом экструзии, литья под давлением или прессования.

Раньше экструдеры имели одну зону загрузки. Новые модели экструдеров, разрабатываемые для переработки композиционных материалов могут иметь две или более зон загрузки - отдельно для смолы, отдельно для наполнителей и аддитивов. С целью лучшего приспособления к работе на разных композициях экструдеры - компаундеры часто выполняются разборной секционной конструкции, что позволяет изменять соотношение L/D

3. Фильеры (головки) экструдеров

Фильера (т.н. "головка экструдера") является сменным инструментом экструдера, которая придает расплаву, покидающему рабочую полость экструдера, необходимую форму. Конструктивно фильера представляет собой щель, через которую продавливается (истекает) расплав.

Рис. 12. Фильера, профиль, калибратор.

В фильере происходит окончательное формирование структуры материала. Она в значительной степени определяет точность поперечного сечения профиля,качество его поверхности,механические свойства и т. п. Фильера является важнейшей составной частью динамической системы экструдер-фильера и фактически определяет производительность экструдера. Т.е. с разными фильерами один и тот же экструдер способен произвести различное количество профиля в килограммах или погонных метрах (даже для одного и того же профиля). Это зависит от степени совершенства реологического и теплотехнического расчёта системы (скорость экструзии, коэффициента разбухания экструдата, вязкоэластичные деформации, сбалансированность отдельных потоков экструдата и т. п.) На фотографии рис. 6.13. изображена фильера (слева) из которой выходит горячий профиль (в центре) и направляется в калибратор (справа).

Для получения изделий сложного профиля применяют фильеры, имеющие относительно большое сопротивление движению расплава. Основная задача, которая должна быть решена внутри фильеры в процессе экструзии, и особенно для сложной профильной детали, - выравнивание объемной скорости различных потоков расплава в головке по всему сечению профиля. Поэтому, скорость экструзии сложных профилей меньше, чем простых. Это обстоятельство необходимо учитывать уже на стадии конструировании самого профиля, т.е. изделия (симметрия, толщины, расположение ребер, радиусы переходов и др.).

Рис.13. Сборная двухручьевая фильера для производства оконных профилей.

Экструзионный процесс позволяет на одном экструдере производить одновременно два или более, как правило одинаковых профилей, что позволяет максимально использовать производительность экструдера при производстве некрупных профилей. Для этого используются двухручьевые или многоручьевые фильеры. На фотографии показан внешний вид двухручьевой фильеры, см Рис. 13

Фильеры изготавливаются из прочных и износостойких сталей. Стоимость одной фильеры может находиться в пределах от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч долларов (в зависимости от размеров, сложности конструкции и точности и применяемых материалов).

Кажется, что техническая сложность мощных современных экструдеров и фильер для них (по точности, технологиям производства и применяемым материалам) приближается к сложности авиационных двигателей и далеко не всякому машиностроительному заводу это по плечу. Однако, вполне можно рассматривать возможность организации производства отечественной экструзионной техники, - если использовать готовые комплектующие изделия импортного производства (рабочие цилиндры, шнеки, редукторы и пр.). За рубежом существуют компании, которые специализируются на изготовлении именно такой продукции.

4. Дозаторы и смесители.

В производстве конструкционных материалов вопросы однородности (равномерности структуры) и постоянства состава имеют, как известно, первоочередное значение. Важность этого для древесно-полимерных композитов даже не требует специальных пояснений. Поэтому в технологии ДПК большое внимание уделяется средствам дозирования, перемешивания и подачи материалов. В производстве ДПК реализуются разнообразные технологические приемы и схемы решения этих процессов.

Дозирование материалов осуществляется 5 способами:

• Простое обьемные дозирование, когда материал насыпается в емкость определенного размера (мерное ведро, бочку или емкость смесителя)
• Простое весовое дозирование, когда материал насыпается в емкость, расположенную на весах.
• Непрерывное обьемное дозирование, например при помощи шнекового дозатора. Регулирование осуществляется изменением скорости подачи устройства.
• Непрерывное весовое (гравиметрическое) дозирование при помощи специальных электронных устройств.
• Комбинированное дозирование, когда одни компоненты дозируются одним способом, а другие - другим.

Средства обьемного дозирования дешевле, средства весового дозирования точнее. Средства непрерывного дозирования проще организовать в автоматизированную систему.

Смешивание компонентов может осуществляться холодным и горячим способами. Горячий компаунд направляется непосредственно в экструдер для формирования профиля или в гранулятор и охладитель для получения гранул. В роли горячего смесителя может выступать специальный экструдер-гранулятор.

Примечания:

1. Гранулированные материалы имеют обычно стабильную насыпную массу и могут быть достаточно точно дозированы обьемными методами. С порошками, и тем более с древесной мукой, дело обстоит противоположным образом.
2. Органические жидкие и пылевидные материалы склонны к возгорания и взрыву. В нашем случае это относится, особенно, к древесной муке.

Смешивание компонентов может быть выполнено различными способами. Для этого существуют сотни различных устройств, как простейших мешалок, так и автоматических смесительных установок, см. , например, смесители лопастного типа для холодного и горячего смешивания.

Рис. 14. Компьютеризированная смесительно-дозирующая станция фирмы Colortonic

На рис. 14. изображена гравиметрическая система автоматического дозирования и смешивания компонентов, разработанная специально для изготовления древесно-полимерных композитов. Модульная конструкция позволяет формировать систему для смешивания любых компонентов в любой последовательности.

5. Питатели

Особенностью древесной муки является ее очень маленькая насыпная плотность и не очень хорошая сыпучесть.

Рис. 15. Конструктивная схема питателя

Как бы быстро не вращался шнек экструдера, - он не всегда в состоянии захватить достаточное количество (по весу) рыхлой смеси. Поэтому, для легких смесей и муки разработаны системы принудительного питания экструдеров. Питатель подает муку в зону загрузки экструдера под некоторым давлением и обеспечивает, тем самым, достаточную плотность материала. Схема устройства такого питателя показана на Рис. 15.

Обычно, принудительные питатели поставляются изготовителем вместе с экструдером по специальному заказу под конкретную смесь, см. например схему организации процесса прямой экструзии, предлагаемую фирмой Coperion , Рис. 16.

Рис. 16. Схема прямой экструзии ДПК с принудительным питанием, фирма Coperion.

Схема предусматривает загрузку отдельных компонентов композита в разные зоны экструдера. Внешний вид подобной установки фирмы Milacron, см. рис.1.17.а.

Рис. 17.а. Двухшнековый конический экструдер TimberEx TC92 c системой принудительного питания производительностью 680 кг/час.

6. Охладитель.

В простейших случаях процесс экструзии ДПК может быть закончен охлаждением профиля. Для этого используется несложный водяной охладитель, например - корыто с душевой головкой. Горячий профиль попадает под струи воды, охлаждается и принимает окончательную форму и размеры. Длина корыта определяется из условия достаточного охлаждения профиля до температуры стеклования смолы. Эта технология рекомендуется, например, фирмами Strandex и TechWood. Она применяется там, где требования к качеству поверхности и точности формы профиля не слишком высоки (строительные конструкции, некоторые декинг-продукты и т.п.) или предполагается последующая обработка, например - шлифование, облицовывание и т.д..

Для изделий с повышенными требованиями к точности размеров изделия (сборные конструкции, элементы интерьера, окна, двери, мебель и т.п.) рекомендуется использовать калибрационные устройства (калибраторs).

Промежуточное положение по точности размеров получаемых изделий занимает технология естественного воздушного охлаждения профиля на рольганге, применяемая, например, немецкой фирмой Pro-Poly-Tec (и кажется одной из корейской фирм).

7. Калибраторы.

Выходящий из фильеры профиль имеет температуру до 200 градусов. При охлаждении происходит температурная усадка материала и профиль обязательно изменяет свои размеры и форму. Задача калибратора - обеспечить принудительную стабилизацию профиля в процессе охлаждения.

Калибраторы бывают воздушного и водяного охлаждения. Существуют комбинированные водо-воздушные калибраторы, обеспечивающего лучший прижим экструдата к формующим поверхностям калибратора. Наиболее точными считаются вакуумные калибраторы, в которых движущиеся поверхности формируемого профиля подсасываются вакуумом к поверхностям формующего инструмента.

Австрийская фирма Технопласт недавно разработала специальную систему водяного калибрования и охлаждения древесно-полимерных профилей, получившую название Лигнум, см. рис. 18.

Рис. 18. Система калибрования Лигнум фирмы Technoplast, Австрия

В этой системе калибрование профиля происходит при помощи специальной приставки к фильере, в которой происходит водяное вихревое охлаждение поверхности профиля.

8. Тянущее устройство и отрезная пила.

На выходе из экструдера горячий композит имеет малую прочность и может быть легко деформирован. Поэтому для облегчения его движения через калибратор часто используется тянущее устройство, обычно гусеничного типа.

Рис. 19. Тянущее устройство с отрезной пилой фирмы Greiner

Профиль деликатно захватывается траками гусениц и уводится из калибратора с заданной стабильной скоростью. В некоторых случаях могут быть использованы и валковые машины.

Для деления профиля на отрезки нужной длины используются подвижные дисковые маятниковые пилы, которые в процессе пиления двигаются вместе с профилем, а затем возвращаются в исходное положение. Пильное устройство, при необходимости, может быть снабжено и продольной пилой. Тянущее устройство может быть выполнено в одной машине с отрезной пилой, см. фотографию на Рис. 19.

9. Приемный стол

Mожет иметь различную конструкцию и степень механизации. Чаще всего используется простейший гравитационный сбрасыватель. Внешний вид см., например, Рис. 20.

Рис. 20. Автоматизированный разгрузочный стол.

Все эти устройства смонтированные вместе, снабженные общей системой управления, образуют экструзионную линию, см. Рис. 21.

Рис. 21. Экструзионная линия для производства ДПК (приемный стол, пила, тянущее устройство, калибратор, экструдер)

Для перемещения профилей по предприятию используются различные тележки, транспортеры и погрузчики.

10. Отделочные работы.

Во многих случаях профиль, изготовленный из ДПК не требует дополнительной обработки. Но есть много применений, в которых по эстетическим соображениям отделочные работы необходимы.

11. Упаковка

Готовые профили собирают в транспортные пакеты и обвязывают полипропиленовой или металлической лентой. Ответственные детали для защиты от повреждений могут быть дополнительно укрыты, например, полиэтиленовой пленкой, картонными прокладками).

Мелкие профили для предохранения от поломки могут требовать жесткой упаковки (картонные ящики, обрешетки).

Отечественные аналоги.

В ходе информационных исследований в области экструзии ДПК был проведен и поиск отечественных технологий. Единственную линию для производства древесно-полимерного листа предлагает завод "Ростхиммаш", сайт http://ggg13.narod.ru

Технические характеристики линии:

Вид продукции - лист 1000 х 800 мм, толщина 2 - 5 мм

Производительность 125 - 150 кг в час

Состав линии:

• экструдер двухшнековый
• дисковый экструдер
• головка и калибр
• вакуум-калибровочная ванна
• тянущее устройство
• режущее устройство, для обрезки кромок и обрезки по длине
• накопитель-автомат

Габаритные размеры, мм, не более (габарит указан без тепловой станции и комплекта устройств управления – уточняется при расстановке оборудования у заказчика)

• длина, 22500 мм
• ширина, 6000 мм
• высота, 3040 мм

Масса - 30 620 кг

Установленная мощность электрооборудования около 200 квт

Данную установку можно оценить следующим образом:

• имеет невысокую производительность
• не приспособлена к производству профильных деталей
• крайне низкая точность (+/- 10 % по толщине)
• большая удельная материалоемкость и энергопотребление

Назначение: изобретение относится к производству изделий из древесного пластика. Сущность изобретения: предварительно по всему периметру внутренней рабочей части пресс-формы образуют зазор, в который укладывают слой из древесно-полимерного материала, содержащего 10 - 30% термопластичного связующего, после чего оставшийся объем пресс-формы засыпают древесными частицами с влажностью 6 - 25%. Горячее прессование осуществляют при давлении 70 - 120 кг/см 2 и при температуре 170 - 200 o С, причем соотношение толщины слоя из древесно-полимерного материала и толщины изделия составляет (1-2) : (5-50). Древесные частицы засыпают в пресс-форму с размером не более 0,5 мм, а слой из древесно-полимерного материала может быть образован укладкой предварительно изготовленных пластин из древесно-полимерного материала. 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области производства древесных пластиков из отходов лесоперерабатывающих промышленных производств и может быть использовано в качестве строительных материалов /облицовочные плиты, покрытие полов, черепица, в производстве мебели/. Известен способ изготовления из древесных и других растительных веществ, при котором древесные частицы помещают в герметичную пресс-форму, нагревают без доступа воздуха и выхода паров и газов под давлением 1 - 50 МПа и выдерживают при максимальном давлении от 3 до 70 минут (SU, авт. св. N 38290, кл. E 04 C 2/10, 1934 г.). Недостатком этого способа является низкое значение физико-механических и эксплуатационных характеристик получаемых изделий. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления строительных изделий из древесных пластиков, включающий измельчение древесины, нагрев ее до 170 - 270 o C и прессование в герметичной пресс-форме без доступа воздуха и выхода паров и газов при давлении 5 - 50 МПа в течение 3 - 70 мин /SU, авт. св. N 38070, кл. E 04 C 2/10, 1934 г./. Указанные способы имеют следующие недостатки: сложность решения вопроса герметизации пресс-формы при горячем прессовании под давлением, нестабильность свойств изделий при нарушении, хотя бы частичном, герметизации, появление открытой пористости при использовании пониженного прессования, при котором проще обеспечить герметизацию. Наличие открытых пор ухудшает физико-механические и эксплуатационные характеристики изделия древесного пластика, в частности, на водопоглощение. Задачей изобретения является упрощение герметизации пресс-формы при повышении ее надежности и при улучшении физико-механических и других эксплуатационных свойств изделий, изготавливаемых из древесных пластиков. Задача создания надежной герметичности пресс-формы осуществляется за счет размещения слоя древесно-полимерной массы в зазоре между матрицами и пуансонами. При нагревании пресс-формы до температуры прессования древесно-полимерная масса приобретает пластичность, затекает под давлением прессования в зазор между матрицей и пуансонами, что и обеспечивает надежную герметичность пресс-формы. Необходимая вязкость массы, обеспечивающая надежную герметичность, зависит от количества термопластичного связующего и определяется давлением прессования, а также давлением паров и газов, возникающих при гидролизе древесных частиц. Повышение эксплуатационных характеристик, в частности уменьшение пористости, достигается созданием на поверхности древесного пластика слоя древесно-полимерного водонепроницаемого материала. Этот слой в процессе изготовления изделия обеспечивает герметизацию пресс-формы при прессовании. Поверхностный водонепроницаемый слой образуется в процессе прессования путем послойного загружения пресс-формы: сначала нижний горизонтальный слой, содержащий древесные частицы и 5 - 30 вес.% термопластичного связующего, затем слой древесных частиц и верхний горизонтальный слой аналогичный нижнему. Поверхностный горизонтальный водонепроницаемый слой может быть образован из заранее изготовленных прессованием тонких листов древесно-полимерного материала, содержащего 5 - 30% термопластичного связующего, и последующей укладки их послойно в пресс-форму: нижний и верхний слой - древесно-полимерный материал, между ними - древесные частицы. Между стенками пресс-формы и слоем древесных частиц располагают лист древесно-полимерного материала. Заполнение пресс-формы по прототипу и по изобретению осуществляется по схемам, приведенным на фиг. 1 - 5. На фиг. 1 изображена схема засыпки шихты по прототипу, при которой прессуемой смесью 1 заполняется вся пресс-форма 2, а уплотнение осуществляется установкой резиновых уплотнителей 3, размещаемых в зазоре между матрицей и пуансоном по всему периметру внутренней рабочей части пресс-формы. На фиг. 2 изображена схема заполнения пресс-формы, согласно которой сначала по всему периметру внутренней рабочей части пресс-формы насыпают слой 1 из древесно-полимерного материала, содержащего 10 - 30% связующего, а оставшийся объем заполняют древесными частицами 2 с влажностью 6 - 25%. На фиг. 3 изображена схема заполнения пресс-формы, согласно которой сначала по всему периметру внутренней рабочей части пресс-формы укладывают предварительно изготовленные пластины 1 из древесно-полимерного материала, содержащего 10 - 30% связующего, а оставшийся объем заполняют древесными частицами 2 с влажностью 6 - 25%. На фиг. 4 изображена схема заполнения пресс-формы, согласно которой кроме укладки слоя 1 из древесно-полимерного материала, содержащего 10 - 30% связующего, на дно формы насыпают нижний горизонтальный слой 2 древесно-полимерного материала, содержащего 5 - 30% связующего, затем насыпают древесные частицы 3 с влажностью 6 - 25%, поверх которого также насыпают горизонтальный слой 4, состав которого аналогичен нижнему горизонтальному слою. На фиг. 5 изображена схема заполнения пресс-формы, которая аналогична схеме на фиг. 4 с тем отличием, что горизонтальные слои 1 образованы не засыпкой смеси из связующего и древесных частиц, а укладкой пластин, предварительно изготовленных из древесно-полимерного материала. Эти горизонтальные слои после прессования и охлаждения изделий образуют поверхностные водонепроницаемые слои. При этом при приготовлении древесно-полимерной смеси из термопластичного полимерного связующего, например, полиэтилена и древесных частиц, в частицы перед их смешиванием со связующим вводят 1 - 5% от их веса муравьиную или уксусную кислоту и повышают влажность частиц до 5 - 25%, причем вместо древесных частиц можно использовать растительные волокна. Образцы древесных пластиков изготавливали по способу прототипу методом горячего прессования в герметичной пресс-форме. Герметизация зазора между матрицей и пуансонами осуществлялась с помощью водоохлаждаемой прокладки из температуростойкой резины. Древесные пластики по предложенному способу изготавливали в обычной пресс-форме с зазором между пуансоном и матрицей до 1 - 1,5 мм. В обоих случаях для получения древесных пластиков использовали древесные частицы хвойных пород размером -0,5 мм, влажностью 15%. Для герметизации матрицы и создания защитного водоотталкивающего слоя по предложенному способу применялась прессмасса следующего состава: древесные частицы с влажностью 15% /хвойные породы размером 0,5 мм/ -85%, вторичные полиэтилена - 15% вес. Режим горячего прессования был одинаков для всех образцов древесных пластиков: температура прессования - 170 o C, давление - 70 кг/см 2 , время выдержки под давлением - 30 мин. В таблице приведены свойства древесных пластиков, полученных по способу-прототипу и предложенному способу. Анализ приведенных в таблице свойств изделий из древесных пластиков, изготовленных по способу прототипу и по изобретению в соответствии со схемами заполнения пресс-формы /см. фиг. 2 - 5/, показал следующее: герметизация пресс-формы, укладываемой в зазор между матрицей и пуансоном пресс-массы, более проста и надежна и обеспечивает более высокие физико-механические характеристики изделий, чем при применении резиновых уплотнений; получение изделий с горизонтальными поверхностными слоями из древесно-полимерной смеси обеспечивает водонепроницаемость изделий и повышение их физико-механических характеристик.

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделий прессованием из древесного пластика, включающий измельчение древесины, заполнение пресс-формы, горячее прессование под давлением без доступа воздуха и выпуска паров и газов с последующим охлаждением, отличающийся тем, что предварительно по всему периметру внутренней рабочей части пресс-формы образуют зазор, в который укладывают слой из древесно-полимерного материала, содержащего 10 - 30% термопластичного связующего, после чего оставшийся объем пресс-формы засыпают древесными частицами с влажностью 6 - 25%, а горячее прессование осуществляют при давлении 70 - 120 кг/см 2 и при температуре 170 - 200 o С, причем соотношение толщины слоя из древесно-полимерного материала и толщины изделия составляет (1 - 2) : (5 - 50). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пресс-форму засыпают древесные частицы, размер которых составляет не более 0,5 мм. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что слой из древесно-полимерного материала образуют укладкой предварительно изготовленных пластин из древесно-полимерного материала. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что слой из древесно-полимерного материала образуют засыпкой в форму смеси из термопластичного полимерного связующего и древесных частиц. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что древесные частицы размещают между дополнительными верхним и нижним горизонтальными слоями из древесно-полимерного материала, содержащего 5 - 30% связующего. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что горизонтальные слои образованы укладкой предварительно изготовленных пластин из древесно-полимерного материала. 7. Способ по пп.1 - 6, отличающийся тем, что при приготовлении древесно-полимерного материала перед смешиванием со связующим в измельченные древесные частицы вводят 1 - 5% от их веса муравьиную или уксусную кислоту. 8. Способ по пп.1 - 7, отличающийся тем, что при приготовлении древесно-полимерного материала в качестве древесных частиц используют растительные волокна.

К сожалению, всем нам известный и столь распространенный во всем мире пластик содержит вредные для здоровья человека вещества. Более того, в его производстве используются нефтепродукты. Однако до недавнего времени альтернативы этому дешевому материалу фактически не было. Конечно, новые конструкционные материалы появляются постоянно. Это клееная фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Есть свои новинки и в бетонной индустрии, металлургии, стекольной промышленности. Тем не менее, по стоимости, а, значит, и доступности им все-таки далековато до пластика.

Вначале нового тысячелетия ученым удалось создать принципиально новый конструкционный материал, который в ближайшие десятилетия может практически полностью заменить привычный пластик. Это термопластичный древесно-полимерный композит (ДПКТ или ДПК), а в простонародье - «жидкое дерево». В его производстве используются первичное (вторичное) сырье ПП, ПЭ или ПВХ плюс древесные добавки (древесная мука, прочие растительные волокна) и вспомогательные присадки. Эффект превзошел все ожидания. Новейший материал не только экологичен (содержание серы сокращено на 90%), но и, сочетая в себе лучшие свойства дерева и пластмассы, сохранил относительно низкую себестоимость.

По оценкам экспертов, ежегодный рост продаж ДПК в мире составляет около 20%. Так что же это за чудо, которого так долго ждали архитекторы, конструкторы и производственники? Попробуем разобраться.

Применение и обработка

Благодаря своим свойствам древесно-полимерный композит отлично применяется в самых различных областях. Материалы отличаются однородностью и гладкостью поверхности, пластичностью, стойки к атмосферному и биологическому воздействию, а срок эксплуатации даже в жестких уличных условиях достигает 50 лет.

Всё это позволяет использовать ДПК в производстве различных архитектурных и строительных материалов: плинтусов, вагонки, подоконников, профилей, декоративных элементов, а также наполнителей.

Изготавливают из ДПК и готовые к использованию изделия: ламинат, напольные покрытия, мебельные листы, мебель, кабельные коробки, многокамерные оконные профили и даже декинг - профиль для изготовления причалов и пирсов.

Физико-механические свойства древесно-полимерного композита предоставляют широкие возможности для его обработки. Материал не теряет своей формы и прочности , приняв в себя до 4% влаги. Из него можно изготавливать облегченные, пустотелые вещи. Монтируется он как с помощью гвоздей и шурупов, так и на специальные защелки.

А ещё, ДПК можно фанеровать шпоном, ламинировать пленками и листовыми пластиками, красить любыми красками и лаками, получать различные декоративные эффекты, добавляя пигменты в композицию и пр.

Полученные из ДПК изделия легко поддаются механической обработке. Они легко пилятся, сверлятся, режутся, клеятся, свариваются друг с другом, гнутся (после предварительного нагрева горелкой), а, если в состав материала добавлена мука из мягких пород дерева или целлюлозосодержащие отходы, то это придает изделию ещё и повышенную пластичность.

Наконец, ДПК, помимо эстетичности, который ему придает внешний вид, приятен и для обоняния, обладая легким древесным запахом.

Технология производства

Для изготовления древесно-полимерного композита используется ряд компонентов. В первую очередь это, конечно, измельченное древесное или целлюлозосодержащее сырье. То есть это может быть не только древесина, но и кукуруза, рис, соя, солома, бумага, опилки и пр. Второй основной составляющей ДПК являются синтетические связующие. К ним относятся: полиэтилен, пропилен ПВХ и др. Остальные компоненты - это дополнительные добавки, состав которых варьируется в зависимости от предназначения будущего изделия. К наиболее распространенным относятся: красители, пигменты, антиоксиданты, противоударные модификаторы, свето- и термостабилизаторы, антипирены и антисептики для защиты от огня и гниения, гидрофобные добавки для устойчивы к сырости, вспенивающие агенты для снижения плотности ДПК.

Объем древесных частиц в материале может составлять от 30 до 70%, а их размер от 0,7 до 1,5 мм. Тонкие фракции используются в производстве готовых профилей, не требующих дополнительной обработки поверхности. Средние подходят под покраску или отделку шпоном. Грубые - для технических целей.

Объем синтетических связующи х также варьируется и может составлять от 2 до 55%. Зависит это опять же от предназначения будущего изделия. Что касается дополнительных добавок, то их объем в материале не превышает 15%.

Кстати, не так давно немецким разработчикам удалось изготовить «жидкое дерево» идеального качества . Специалисты института Фраунгофера создали его из лигнина. Этот материал получают из древесины. ДПК под названием Arboform является абсолютно не токсичным продуктом. Более того, если обычный древесно-полимерный композит можно перерабатывать 3-4 раза, то этот до 10 раз. К чему мы это? Дело в том, что в Китае индустрия по производству ДПК разрастается как нигде в мире. И, если в Европе и США созданные материалы проходят серию тестирований, то в Поднебесной себя этим не утруждают и поставляют на рынок, в том числе международный, продукт не самого лучшего качества.

Теперь об оборудовании для производства ДПК . В его стандартный состав входят: экструдер двухшнековый, фильера формовки, стол калибрации и охлаждения, тянущее устройство, отрезное устройство по длине, деление по ширине (при необходимости) и укладчик. Вся линия отличается компактностью, а управление ей, обычно, полностью автоматизировано. В комплектации некоторых моделей присутствуют также: мельница (измельчитель сырья) автозагрузчик сырья, и смеситель.

Производителями таких линий и модулей являются в основном китайские компании . Лидеры среди них - WPC, Zhangjiagang City Boxin Machinery и др. Качество техники достойного уровня, тем более, что основные узлы для них производятся европейскими машиностроительными заводами.

22.05.2015

Пластики из древесной пресс-массы (МДП) изготовляют путем ее пьезотермической обработки в пресс-формах, обеспечивающих получение деталей требуемой конфигурации.
Материалы. Для изготовления древесных пресс-масс различных видов применяют кусковой шпон толщиной 0,5-1,8 мм, влажностью до 12%, отходы древесных слоистых пластиков, отходы деревообрабатывающих производств - стружки и опилки. Отходы древесины не должны содержать включений коры и гнили, а отходы ДСП разрезают на отрезки длиной до 120 мм для возможности их загрузки в дробилку.
В качестве связующих при изготовлении пресс-масс применяют бакелитовые лаки СБС-1 и ЛБС-3, фенолоформальдегидную смолу СФЖ-3011 и фенолоспирты Б и В. Концентрация бакелитового лака перед пропиткой должна быть 43-45 %, а фенолоформальдегидной смолы 28-35 %. В качестве добавок, улучшающих свойства изделий из МДП, используют минеральное масло, олеиновую кислоту, красители, алюминиевую пудру, серебристый графит, медный порошок и др.
Технологический процесс производства МДП. Технологический процесс производства МДП состоит из следующих операций: подготовки кондиционных- древесных частиц, приготовления рабочего раствора связующего, дозирования и смешивания древесных частиц со связующим и модификатором и сушки массы.
Особенности технологического процесса производства МДП связаны с видом применяемых древесных отходов, при изготовлении пресс-массы из опилок (рис. 106, а) они просеиваются на вибросите с ячейками размером 10x10 мм для крупной фракции и 2x2 мм - для мелкой. Кондиционные частицы поступают в сушилку, где высушиваются при 80-90 °С до влажности 3-8 %. Для сушки применяют барабанные, ленточные и аэрофонтанные сушилки.
При использовании в качестве сырья кускового шпона и отходов ДСП технологический процесс включает в себя операцию измельчения древесины в дробилках (рис. 106, б). Для измельчения шпона применяют молотковые дробилки, например ДКУ-М. Дробление шпона производится ножами и молотками, установленными на роторе машины. По мере измельчения до нужной фракции частицы выбрасываются через сменное сито и удаляются пневмотранспортом в бункер. В результате образуются частицы древесины игольчатой формы длиной 5-60 мм, шириной 0,5-5 мм, толщиной 0,3-2 мм. Для измельчения отходов ДСП применяют молотковую дробилку С-218, раздрабливающую и сортирующую древесные частицы. Длина частиц после дробления 12-36 мм, ширина 2-7 мм, толщина 0,5-1,2 мм. Размеры частиц зависят от назначения МДП.
Древесные частицы со связующим смешиваются в червячно-лопастных смесителях, а опилки - ив смесителях-бегунах. Катки бегунов при движении по слою опилок дробят их в волокна, что в дальнейшем обеспечивает повышенные физико-механические свойства изделий из МДП. Древесные частицы и связующее дозируются по массе. Смешивание их производится путем подачи древесных частиц порциями в 80-100 кг. Температура пропиточного раствора в зависимости от его вязкости 20-45 °С. Продолжительность смешивания в червячных смесителях зависит от вида частиц. Опилки, стружки и частицы шпона смешиваются в течение 10-30 мин, а частицы ДСП - 15-20 мин. Количество сухой смолы в МДП должно быть соответственно 25-30 % и 12-15 %). Продолжительность смешивания в бегуновых смесителях 30-40 мин, а содержание сухой смолы в пресс-массе 25-35 %.
Модификаторы в смесители подаются после загрузки пропиточного раствора в следующем количестве, %: олеиновая кислота 0,8-1,5, уротропин 1-3, красители 2-5, графит 2,5- 10, алюминиевая пудра или медный порошок 1,5-3, минеральное масло 10-20.
Сушка пресс-массы производится при 40-50 °С в течение 30-60 мин до влажности 5-7 %. Для этого используются те же агрегаты, что и для сушки сырых частиц древесины.
Технологический процесс производства изделий из МДП. Для изготовления изделий МДП можно применять в виде сыпучей массы или в виде брикета, полученного в результате ее предварительного уплотнения. Применение брикетов позволяет более точно дозировать МДП, в 2-3 раза уменьшить объем загрузочной камеры пресс-формы, ускорить процесс предварительного прогрева. Брикеты формой, соответствующей форме изделия (цилиндры, параллелепипеды и др.), изготовляются в специальных брикетирующих прессах или пресс-формах. Брикетирование производится под давлением 20 МПа. При температуре до 25 °С продолжительность выдержки под давлением 1 мин, при 50-60 °С - 0,5 мин.
Для сокращения цикла прессования изделий из МДП ее предварительно подогревают. При 60-70 °С прогрев ведут 30-60 мин, а при 140 °С - до 5 мин. Наиболее равномерный прогрев достигается в поле ТВЧ. Применяется также конвективный, индукционный и другие виды нагрева.
Изделия из МДП изготовляют горячим прессованием в гидравлических прессах в стальных пресс-формах закрытого типа. Прессование осуществляется прямым и литьевым способами (рис. 107). При прямом прессовании давление воздействует непосредственно на массу, находящуюся в полости пресс-формы. При литьевом прессовании МДП под давлением перетекает из загрузочной полости в формующую, прямое прессование применяют при изготовлении несложных и крупногабаритных изделий. Литьевым способом изготовляют изделия с тонкими стенками и сложной конфигурацией. В процессе прессования МДП нагревается, размягчается, уплотняется, растекаясь в полости пресс-формы, и отверждается.

Давление при прессовании МДП, обладающей слабой текучестью, зависит от конфигурации деталей и способа прессования. При прямом прессовании деталей с прямым контуром оно равно 40-50 МПа. При литьевом прессовании деталей с фигурным контуром в процессе продавливания пресс-массы в форму давление 80-100 МПа, при прессовании - 40- 50 МПа.
Температура пресс-формы при прямом прессовании 145± 5 °С. Продолжительность прессования зависит от толщины стенок изделия. Для изделий с толщиной стенок до 10 мм при обогреве матрицы и пуансона она равна 1 мин/мм, при обогреве только матрицы - 1,5-2 мин/мм, для изделий с толщиной стенок более 10 мм - соответственно 0,5 и 1 мин/мм.
при литьевом прессовании МДП вначале уплотняется при температуре пресс-формы 120-125 °С в течение 1-2 мин. Продавливание массы в форму производится при той же температуре. Окончание этого периода прессования определяется моментом начала падения давления. Прессование производится при 145-165 °С в течение 4 мин. После окончания прессования изделия охлаждают.
Изделия с большой поверхностью соприкосновения с пресс-формой охлаждают вместе с ней до 40-60 °С. Тонкостенные изделия охлаждают в зажатом состоянии в специальных приспособлениях под давлением 0,2-0,3 МПа. Детали несложной конфигурации и детали, к размерам которых не предъявляют высоких требований, охлаждают в свободном состоянии.
Механическая обработка изделий из МДП состоит в основном в удалении облоя и литников. Дополнительная механическая обработка с целью изменения формы и размеров деталей производится на металлорежущих станках.
При производстве 1 т МДП расходуется: сухой древесины 1,8-2 м3, смолы 600 кг, этилового спирта 340 л, пара 2 т, электроэнергии 70 кВт*ч.

Выработка лигноуглеводных древесных пластиков является новым производством. Проблема получения пластических материалов из измельченных частиц древесины без добавления связующих за счет продуктов разложения компонентов древесины давно занимала исследователей. Предложено было много вариантов пьезотермической обработки древесных частиц, которые различались режимами, но по существу все эти способы предполагали обработку древесных частиц при высоких давлениях и температурах прессования, в герметических пресс-формах. Впоследствии полученные таким образом пластики получили название пьезотермопластиков.

В настоящее время в нашей стране предложено два метода получения пьезотермопластиков:

1. Одностадийный метод, разработанный в Белорусском технологическом институте, предусматривает измельчение древесины до состояния, близкого по размерам частиц к древесной муке, и прессование ее в герметичных пресс-формах при давлении 250-300 кг/см 2 и температуре 190-200° С с последующим охлаждением до 20° С без снятия давления.

2. Двухстадийный метод, разработанный в Ленинградской лесотехнической академии, предполагает предварительный частичный водный гидролиз древесных частиц в автоклаве с последующим прессованием высушенного, частично гидролизованного материала в пресс-форме в горячем прессе. Предварительный гидролиз позволит снизить давление прессования для прессматериалов из древесины некоторых лиственных пород до 150 кг/см 2 и температуру горячего прессования до 160° С.

На кафедре древесиноведения и строительного дела и в проблемной лаборатории древесных пластиков Уральского лесотехнического института под руководством проф. В. Н. Петри с 1962 г. по настоящее время ведутся разносторонние исследования новых материалов - лигноуглеводных древесных пластиков, получаемых за счет использования реакционной способности компонентов древесины (природных лигнинов и полисахаридов), без добавления к древесным частицам термореактивных смол или иных связующих веществ.

Авторы нового метода в отличие от сторонников пьезотермопластиков считают, что при получении пластиков древесину не следует подвергать глубокому разрушению, а лишь мягким воздействиям при пьезотермической обработке, при которой на первой стадии обработки происходит частичный гидролиз полисахаридов (в первую очередь водорастворимых и легкогидролизуемых) с образованием некоторого количества органических кислот, которые и осуществляют гидролитическое расщепление естественного лигноуглеводного комплекса, поскольку известно, что для разрушения химической связи между лигнином и углеводами необходимы хотя бы малые количества кислотного катализатора.

В результате этих процессов возникают не мономеры, а более крупные молекулы, сохраняющие природную реакционную способность основных компонентов древесины - углеводов и лигнина. Глубокой деструкции древесину при изготовлении пластиков подвергать не следует, так как при этом разрушаются реакционноспособные компоненты природной древесины.

В процессе пьезотермической обработки необходимо также обеспечить возможности для последующего взаимодействия между реакционноспособными компонентами отдельных древесных частиц с целью синтеза новых лигноуглеводных комплексов. Благодаря этому и происходит образование из древесных частиц прочного и водостойкого пластика. Новые материалы назвали лигноуглеводными древесными пластиками (ЛУДП). Лигноуглеводный древесный пластик (ЛУДП) - новый плитный материал, получаемый в результате горячего прессования древесных частиц без добавления связующих веществ. Лигноуглеводным древесным пластикам присущ ряд особенностей, благодаря которым их производство является экономически выгодным:

1. Основным преимуществом ЛУДП, с этой точки зрения, является то, что для их изготовления имеется неограниченное количество сырья. Это древесные частицы любых наиболее распространенных как хвойных (сосна, лиственница, ель, кедр, пихта), так и лиственных пород (береза, осина и др.), а также их смеси.

Производство ЛУДП может быть налажено в любом районе нашей страны, где функционируют лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия, поскольку пластики могут быть изготовлены из любых отходов лесозаготовок и переработки древесины, а также из дров (без ограничения содержания гнили и коры).

На основании технико-экономических расчетов установлено, что экономически целесообразна минимальная мощность цеха по производству ЛУДП 3,5-4 тыс. м 3 плит в год; потребность в сырье для такого цеха составляет 10-12 тыс. м 3 . Следовательно, производство ЛУДП, в отличие от производства древесностружечных плит, может быть организовано на небольших предприятиях.

2. Лигноуглеводные древесные пластики получаются за счет использования реакционной способности компонентов самой древесины, т. е. без добавления к древесным частицам термореактивных смол или иных связующих веществ.

3. Технологический процесс производства ЛУДП по сравнению с производством древесностружечных плит проще, поскольку нет технологических операций по подготовке связующих веществ и смешиванию их с древесными частицами.

4. Для изготовления ЛУДП используют стандартное прессовое и иное оборудование, применяемое для производства древесностружечных плит и серийно выпускаемое отечественной промышленностью.

Основные технические свойства плоских однослойных ЛУДП следующие:

1. Внешний вид и окраска . После прессования плиты ЛУДП имеют среднюю, более темную (кондиционную) часть и светлую кромку по периферии, или некондиционную часть плиты. Некондиционная часть плиты при оптимальных условиях прессования не превышает 10 см. При использовании плит большого размера кромка шириной 10 см составляет всего 2-5% площади запрессованной плиты. Например, при размере прессуемых плит 3100X1100 мм кромка шириной 10 см составляет по площади 2,5%. Ширину некондиционной части плит можно уменьшать.

Окраска кондиционной части плиты, спрессованной при оптимальных условиях, зависит от древесной породы, из которой изготовлены пластики, но всегда значительно темнее, чем у исходной древесины и колеблется от светло- до темно-коричневого. Кора нарушает однородность окраски. Подкрашивая древесные частицы наружных слоев формируемого ковра и изготовляя плиты, облицованные различными декоративными материалами,- можно изменить цвет и внешний вид плит.

2. Качество поверхности . Плиты, изготовленные из мелких и плоских древесных частиц, имеют более гладкую и ровную поверхность, чем плиты, спрессованные из толстых и грубых древесных частиц. При прессовании пластиков из мелких древесных частиц на хорошо обработанных (лучше полированных) поддонах плиты имеют гладкую блестящую поверхность.

3. Коробление . Коробление ЛУДП зависит от толщины и конструкции плит. Тонкие плиты имеют большее коробление, чем толстые. Трехслойные плиты коробятся меньше, чем однослойные, а плиты, облицованные шпоном, несколько больше, чем необлпцованные. Во избежание коробления плит ЛУДП во время кондиционирования должны строго выполняться правила укладки плит и соблюдаться режимы их кондиционирования - сушки.

4. Плотность . Плотность лигноуглеводных древесных пластиков не может быть меньше 1 г/см 3 . Только при этой плотности обеспечивается та минимальная степень уплотнения прессуемой массы, при которой достигается необходимый контакт и возможность химического взаимодействия между отдельными частицами древесины.

5. Влагопоглощение . ЛУДП в известной мере сохраняет одну из основных особенностей древесины - впитывать влагу из влажного воздуха. С увеличением содержания гигроскопической влаги в пластиках снижаются их механические свойства:

а) ЛУПД с плотностью не меньше 1,2 г/см 3 имеют разбухание 7-10%, водопоглощение 5-12%, общее влагосодержание 20-22%;

б) ЛУДП с плотностью 1,20-1,15 г/см 3 ; разбухание 10- 12%, водопоглощение 12-15%;

в) ЛУДП с плотностью 1,15-1 г/см 3 ; разбухание 18-25%, водопоглощение 20-26 %.

6. Теплотехнические свойства . Материал, применяемый для полов в жилых и промышленных зданиях, характеризуется коэффициентом теплоусвоения, который не должен превышать 10 ккал/м 2 .

Лигноуглеводиые древесные пластики толщиной 10-11 мм позволяют устраивать полы путем непосредственной укладки их на бетонное основание.

7. Биостойкость . ЛУДП обладают высокой противогнилостной стойкостью, которая в 4-5 раз выше, чем у сосновой древесины.

Механические свойства ЛУДП . Плоские однослойные необлицованные плиты ЛУДП можно разделить на три группы.

Группа А - предел прочности при статическом изгибе не менее 270 кг/см 2 (плотность более 1,2 г/см 3), группа Б - предел прочности при статическом изгибе не менее 220 кг/см 2 (плотность 1,2-1,18 г/см 3); группа В - предел прочности при статическом изгибе не менее 120 кг/см 2 (плотность 1,15-1 г/см 3).

Физико-механические свойства лигноуглеводных древесных пластиков, полученных из еловых лесосечных остатков, следующие: предел прочности при статическом изгибе 170-190 кгс/см 2 , разбухание за 24 ч составляет 8-11%, а плотность 1,2 г/см 3 . Пластики, изготовленные из дробленки (смесь 1:1) березовой и осиновой, имеют предел прочности при статическом изгибе 176 кгс/см 2 , разбухание за 24 ч - 16% и плотность 1,18 г/см 3 .

Технологический процесс производства в целом одинаков для всех видов однослойных необлицованных лигноуглеводных пластиков. Различие состоит лишь в том, что для каждого конкретного вида сырья, применяемого для изготовления ЛУДП, требуется различная подготовка сырья и различные режимы прессования и кондиционирования пластиков. Поэтому организации промышленного производства пластиков на конкретном предприятии должна предшествовать исследовательская работа, направленная на уточнение технологии их изготовления из наличного сырья. Эти исследования можно проводить параллельно с проектированием и строительством цеха по изготовлению пластиков.

В общем виде технологический процесс производства ЛУДП состоит из следующих основных операций: подготовки сырья, сушки сырья, дозировки древесных частиц, формирования ковра (пакета), холодной подпрессовки ковра (пакета), горячего прессования и охлаждения, режима горячего прессования, обрезки плит, кондиционирования - сушки плит-пластиков.

Схема технологического процесса производства ЛУДП горячим прессованием из отходов лесопиления и деревообработки с использованием одного гидравлического пресса.

Сучья, стволики тонкомера, гнилую выколку из дров и т. д. измельчают на рубильной машине или дробилке и подают транспортером или пневмотранспортером в бункер запаса измельченной древесной массы, в который могут поступать также опилки, стружки или отсев от технологической щепы, стружечного производства и т. п. Для получения кондиционных древесных частиц древесная масса, предварительно очищенная от металлических включений с помощью металлоискателя, пропускается через стружечный станок ДО-5,7, а затем через крестообразные мельницы марки ДМ-3. Отверстия ситового барабана мельниц для некоторых пород уменьшаются до 3 мм. После дробления древесные частицы засасываются вентилятором и транспортируются в циклон, установленный под бункером-дозатором.

Дозирующее устройство этого бункера позволяет изменять, количество выдаваемой стружки в единицу времени, что необходимо для поддержания требуемого температурного режима в камере сушильной установки.

Стружка в камеру установки загружается шнековым транспортером.

Сушильная установка в «кипящем» слое состоит из двух параллельно установленных секций. Сушильным агентом является нагретый воздух. Нагнетание воздуха производится вентиляторами. Высушенная до требуемой влажности дробленка через сливные пороги сушильных камер поступает в шлюзовые питатели, а затем во всасывающий пневмотранспортный трубопровод. Воздух, проходя через слой стружки в сушильных камерах, увлекает за собой пыль, которая оседает в циклоне с повышенным коэффициентом очистки. Очищенный от пыли, но с высокой влажностью воздух выбрасывается в атмосферу, а пыль направляется вместе с основной массой материала в бункер сухой стружки.

Из этого бункера стружка равномерно подается выдающим устройством на ленточный транспортер 2 к питателям и распределяется по формирующим машинам с фракционирующими валиками. Машины настилают ковер на поддоны. Формирование боковых сторон ковра производится двумя, вертикальными ленточными транспортерами. Затем поддон с уложенным на нем рыхлым ковром другой секцией цепного транспортера перемещается для подпрессовки ковра в пресс холодного прессования. Подпрессовка ковра производится под давлением 25 кг/см 2 в течение 1 мин.

Перед загрузкой пакета в холодный пресс сверху укладывается дюралюминиевая прокладка при помощи перекладника с присосками. Это способствует равномерному прогреву пакета и позволяет получить плиту с высококачественной поверхностью с обеих сторон.

Пакеты накапливаются в загрузочной этажерке пресса. После полного заполнения этажерки одновременно загружаются все пролеты пресса.

После окончания прессования одновременно выгружаются все плиты пластика в разгрузочную этажерку, из которой они последовательно, начиная с нижней, поступают на продольный и поперечный транспортеры.

Плиты пластика механизмом съема передаются с нижнего поддона на форматно-обрезной трехпильный станок. Поддоны же после чистки и нанесения на них талька направляются под формирующие машины.

Плиты пластика, после обрезки светлых кромок, проходят сортировку. Отбракованные плиты разрезаются на меньшие с вырезкой дефектных мест. После сортировки качественные плиты укладываются в штабеля на прокладках и при помощи траверсной тележки загружаются в камеры кондиционирования - сушки. После выгрузки из камер плиты укладывают в плотные стопы в отапливаемом помещении. Затем упаковывают и отправляют на склад готовой продукции для отправки потребителю. (Технологические операции, следующие после обрезки плит пластика, на схеме не показаны.) Повысить производительность цеха ЛУДП можно за счет увеличения размеров плит, этажности прессов или их количества.

Высокие физико-механические свойства ЛУДП, красивый внешний вид и возможность изготовления плит больших размеров позволяют использовать их в строительстве в качестве конструкционного и отделочного материала для настила полов, подшивки потолков, изготовления встроенной мебели, устройства перегородок, дверных полотен, подоконных досок, для облицовки стен и панелей в общественных зданиях, в кухнях и коридорах жилых зданий и т. п., в мебельных и других отраслях промышленности, а также в качестве заменителя цельной древесины, древесностружечных и древесноволокнистых плит и других листовых материалов. Плиты имеют гладкую поверхность и хорошо отделываются прозрачными и непрозрачными лаками и красками по обычной технологии. Отделку прозрачными мебельными лаками можно производить с предварительным тонированием поверхности водорастворимыми и другими красителями в любой цвет с сохранением текстуры плит.

Таким образом, при измельчении сучьев и тонкомера выход кондиционной щепы составляет в среднем 50% общей измельченной массы. Эту кондиционную щепу можно использовать для получения полуцеллюлозы, изготовления древесностружечных и древесноволокнистых плит, а 50% некондиционной щепы - для получения лигноуглеводных древесных пластиков или удобрений.