Разработка программы и математической модели технологического процесса обработки древесных композиционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСВКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Научно-исследовательская работа

на тему: «Разработка программы и математической модели технологического процесса обработки древесных композиционных материалов»

Выполнила:

Студентка гр. ТХ-09

Воронкова Ю.С.

МОСКВА - 2013

Содержание

1. Фанера и ее виды

2. Производство древесных композиционных материалов и способы обработки

3. Клеевые составы

4. Исследования направленные на устранение проблем

Список литературы

1. Фанера и ее виды

Фанера -- это древесно-стружечный материал, который состоит из нескольких (нечетное число, начиная с 3-х) склеенных между собой прессованных листов шпона. Для прочности фанеры листы лущеного шпона склеивают при взаимно-перпендикулярном расположении волокон древесины в смежных листах. От того, какая древесина и какой клей используется, будет зависеть дальнейшая сфера ее применения и классификация фанеры.

Структура фанеры

Клееная фанера представляет собой древесный материал, состоящий из нескольких слоев шпона, скрепленных клеевым составом. Количество слоев колеблется в пределах от 3 до 21. Как правило, берут нечетное число листов: при этом прилегающие к центральному листы шпона укладываются перпендикулярно ему, а последующие - перпендикулярно прилегающим. В том случае, если фанера состоит из четного числа листов, два центральных укладываются параллельно, а последующие - так же, как в первом случае.

Марки фанеры (влагостойкость фанеры)

Вся фанера обладает тем или иным уровнем влагостойкости (водостойкости), в основном это зависит от типа клея используемого при склейке шпона, чаще всего фанеру делят на 3-4 типа (марки фанеры):

Фанера ФК -- это фанера склеиваемая на основе карбамидных смол, она обладает средней водостойкостью.

Фанера ФК, произведенная из березового и хвойного шпона больше всего подходит для использования внутри помещения, поскольку она подвержена воздействию перепадов температур.

Фанера марки ФК традиционно востребована в мебельном и столярном производстве, особенно березовая фанера марки ФК с ее красивой фактурой, окрасом и деревянной текстурой.

По качеству внешнего вида наружных слоев фанера ФК подразделяются на пять стандартных сортов: Е, I, II, III, IV. Толщина листа фанеры ФК может составлять от 3 мм до 30 мм, в зависимости от количества используемых слоев -- от 3-х до 21-го. Изготавливается фанера ФК: шлифованной -- Ш2 и нешлифованной -- НШ.

Стандартные размеры листа фанеры марки ФК:

1525х1525 мм;

1220х1525 мм;

1270х1525 мм.

Высокая прочность и экологичность березовой фанеры ФК сделала ее одним из наиболее востребованных строительных материалов. Это материал исключительной прочности и твердости, который, к тому же, легко поддается обработке. Фанеру ФК используют для внутренней отделки помещений, устройства полов и межкомнатных перегородок.

Фанера ФСФ -- это фанера повышенной влагостойкости. Склеивается клеями на основе фенолформальдегидных смол. Фанера ФСФ может использоваться как для внутренних конструкций интерьера, так и для наружного применения.

Фанера ФСФ может применяться для укладки кровли, а также для опалубки под заливку бетонных растворов.

Стандартные размеры листа фанеры марки ФСФ: 1220х2440 мм; 1250х2500 мм, толщина может быть от 3 до 30 мм.

По качеству внешнего вида наружных слоев фанера ФСФ также как и ФК подразделяется на пять сортов: Е, I, II, III, IV.

Фанера ФСФ востребована в строительстве и мебельном производстве, используется для изготовления рекламных щитов и уличных ограждений, применяется в вагоностроении и судостроении, для внутренней отделки автомобилей, для изготовления тары и упаковки.

Бакелизированная фанера изготавливается из листов березового лущеного шпона, пропитанных и клееных между собой синтетическими смолами и бакелитовым лаком. фанера бакелизированная

Бакелизированную фанеру также называют: бакелитовая фанера или «финская» фанера.

Фанера бакелитовая (фанера бакелизированная) может эксплуатироваться в жестких условиях длительное время (10-15 лет), она выдерживает резкие температурные колебания (от -50° до +50° С), бакелитовая фанера устойчива к влаге, фанера бакелизированная обладает огнеупорностью. За счет этих особенных характеристик ФБВ (бакелизированная фанера) используется даже в тропическом климате и в морской воде.

Бакелизированная фанера представляет собой лущеный березовый шпон с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях.

Марки бакелизированной фанеры

Бакелизированную фанеру выпускают марок ФБС, ФБВ, ФБС-А.

ФБС -- фанера бакелизированная со спирторастворимой смолой.

ФБС-А -- фанера бакелизированная для автомобилестроения.

ФБВ -- фанера бакелизированная с водорастворимой смолой.

автомобилестроение -- марки ФБС-А и ФБС1-А, приставка "А" обозначает, что фанера предназначена для автомобилестроения;

- судостроение -- фанера используется в качестве обшивочного материала для лодок, яхт и судов; переборок, плавучих доков и понтонов в гидротехнической промышленности;

- строительство -- бакелизированную фанеру используют как многоразовую опалубку, как настил под напольные покрытия, под мягкую кровлю. В условиях тропического климата, бекалитовая фанера обладает более высокой огнеупорностью по сравнению с обычной фанерой.

Бакелизированная фанера -- это высокопрочный, огнеупорный, термостойкий, водостойкий и износостойкий материал, конкрурирующий даже с низколегированной сталью.

Фанера ламинированная это фанера исключительной прочности, покрытая защитным слоем ламината. Ламинированная фанера устойчива к неблагоприятным природным и химическим условиям. Благодаря ламинации фанера имеет гораздо большую плотность, прочность, износоустойчивость и влагостойкость.

Ламинированная фанера незаменима в производстве износостойких поверхностей. Ламинированную фанеру также называют слоисто-прессованной фанерой. Фанера ламинированная ламинируется с одной или двух сторон бумажной смоляной пленкой с использованием фенол формальдегидной смолы. Слой-пленка препятствует проникновению влаги, имеет высокую устойчивость к истиранию, химикатам, образованию грибков. Торцы фанеры покрываются водостойкой акриловой краской.

Ламинированная фанера, очень хорошо выдерживает коррозию, она обладает повышенной устойчивостью к химическим воздействиям и солнечному свету.

Популярность ламинированной фанеры

Популярность ламинированной фанеры обусловлена ассортиментом выбора основы под ламинацию - береза, тополь, дуб, бук, орех, сосна, лиственница, комбинированная фанера, а также оттенка и вида поверхности ламинированной фанеры.

Фанера ламинированная прекрасно смотрится, а за счет отражений добавляется эффект глубины, используя который можно зрительно расширить пространство.

Где используется ламинированная фанера?

- в строительстве -- изготовление опалубки для монолитного строительства, как основа под перекрытия, настил на пол под ламинат и паркетную доску;

- автомобилестроение -- обшивка и полы грузовых автомобилей, интерьер пикапов, трейлеров, автовагонов;

- конструкционные работы и вагоностроение;

- судостроение -- интерьер, обшивка, перегородки судов, палубы яхт, сиденья катамаранов и прогулочных лодок;

- оформление интерьера и экстерьера -- стеновые панели, звукоизоляционные панели, двери, обшивка стен;

- изготовление рекламных щитов и ограждений;

- обустройство спортивных и детских площадок;

- тара и упаковка -- создание декоративных и эксклюзивных подарочных упаковок, изготовление ударопрочной тары;

- производство мебели -- стенки и заднии части шкафов, столы, стулья;

- торговое оборудование, стеллажи, дорожные знаки и др.

Преимущества ламинированной фанеры

- повышенная водостойкость;

- исключительная износостойкость и высокая прочность;

- варианты оттенка, текстуры, плотности, фактуры, тиснения поверхности и возможность комбинирования;

- устойчивость к агрессивным средам;

- большой выбор форматов листа;

- легкий монтаж и простота обработки.

Во время реконструкций старых зданий и при создании красочных фасадов современного экстерьера часто используется ламинированная фанера. Для наружных и многоразовых работ берут фанеру с тисненой поверхностью. При легком весе ламинированная фанера обладает высокой прочностью, повышенной влагостойкостью и износостойкостью.

2. Производство древесных композиционных материалов и способы обработки

Древесностружечные плиты (ДСтП) изготавливают путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Древесноволокнистые плиты (ДВП) также изготавливают путем горячего прессования древесных волокон, смешанных со связующими или без связующего. Отличие ДВП от ДСтП состоит в подготовке исходного древесного материала. Основное сырье для изготовления ДВП - древесная щепа и дробленка. После гидротермической и химической обработки щепа расслаивается на специальных машинах (дефибрерах и рафинерах) на отдельные волокна, которые в смеси с водой и другими добавками составляют древесную массу. При формовании плит взвешенные в воде волокна «свойлачиваются», тесно переплетаясь между собой. При обезвоживании масса волокон оседает, полученное полотно спрессовывается между сетками и уплотняется прессующими валами. Для придания плитам формоустойчивости при их изготовлении применяют водоотталкивающие (гидрофобные) вещества (парафин, церезин и др.), которые, расплавляясь, закрывают поры и тем самым препятствуют проникновению влаги.

В качестве уплотняющих добавок применяют фенолформальдегидную смолу и черный технический альбумин (белковый клей из крови). ДВП могут быть непрессованные, (плита представляет собой древесноволокнистый ковер, полученный только за счет сушки) и прессованные. Сверхтвердые ДВП получают путем прессования влажного волокнистого полотна (с применением упрочняющих добавок в виде смеси высыхающих масел) между нагретыми металлическими плитами под давлением 2...2,5 МПа и при температуре 175...225°С.

Известны технологии изготовления изделий из древеснонаполненного полипропилена (ДПП) методами прессования, литья под давлением, экструзии листа с последующими операциями вакуумного формования, горячей штамповки или формования в твердом состоянии (ФТС).

При прессовании листов из полипропилена и древесной стружки применяется технология, близкая к технологии ДСтП. Древесину измельчают на рубительных машинах до щепы или получают стружку на стружечных станках с ножевым валом. Древесную щепу перерабатывают в стружку на стружечных станках. Затем стружку сушат в сушилке 1 до влажности 3...6%, пневмотранспортом подают ее в бункер 2 и шнеком 3 загружают в вибросито 4. Крупные фракции стружки, прошедшие через верхнее сито, направляют в дробилку 5, а кондиционную стружку направляют в бункер 6. В бункер 7 загружают порошкообразный полипропилен, который вместе со стружкой из бункера 6 подают в смеситель 8, где стружка равномерно перемешивается с полипропиленом, и полученную древеснополимерную смесь с помощью формующей машины 9 насыпают в виде ковра на бесконечную ленту 10 главного конвейера производства ДПП. Затем древесно-полимерный ковер предварительно подогревают в устройстве 11. Подогретый до 180°С ковер прессуют при давлении 2...6 МПа в одноэтажном гидравлическом прессе 12. Полученную плиту охлаждают в камере 13, обрезают по контуру на станке 14. Полученные обрезки возвращают в дробилку 5. Кондиционные плиты принимают на подъемный стол15 и складируют. Из ДПП методами вакуумного формования или горячей штамповки изготавливают детали машин, и в первую очередь, автомобилей. При горячей штамповке ДП 1 нагревают в камере 2 до пластично-вязкого состояния, на пресс 3 формуют холодным штампом, после чего в заготовке 4 просекают отверстия на прессе 5 и деталь 6 приобретает окончательные размеры. Эта технология весьма производительна. Время, затрачиваемое на изготовление одной детали, около 20 с. Экономическая эффективность изготовления может быть повышена при штамповке не остывшего после прессования или экструзии листа.

Если отдельные участки деталей должны быть упрочены, то применяют метод формования в твердом состоянии (ФТС), при котором лист в пластично-вязком состоянии при температуре на 20...35°С ниже температуры плавления подвергают в течение 20...80сек пластическим деформациям при давлении 90...300 Мпа.

Правильно выбранные режимы ФТС и ориентация детали при формовании позволяют существенно повысить прочность и деформативность. Если детали из ДПП являются декоративными, то их поверхность облицовывают пленками, тканью, ворсом и т.п. материалами. При рациональном выборе состава ДПП, вида облицовывающего материала и адгезива, соединяющего их, удается выполнить за одну операцию формование детали и ее облицовывание.

Технология литья под давлением деталей из пропилена с древесными наполнителями заключается в том, что древесную муку смешивают с порошкообразным полипропиленом, в горячем экструдере пластицируют и гомогенизируют полученный композит, гранулируют его и перерабатывают литьем под давлением. Для изготовления деталей мебели применяются заготовки гнутоклееные. Для их изготовления применяют лущеный шпон, карбамидоформальдегидные смолы марок КФ-БЖ, КФ-Ж, КФ-МГ; а также ДСтП марок П-1 и П-2. Сущность процесса изготовления этих заготовок заключается в том, что сформованные пакеты предварительно изгибают, а затем прессуют и склеивают при заданном давлении и температуре в течение определенного времени. Гнуто-клееные заготовки делают в пресс-формах различных видов, в механических, пневматических и гидравлических прессах. фанера обработка стружечный плита

Заготовки из модифицированной древесины получают в виде брусковых и досковых заготовок путем уплотнения предварительно обработанной нагревом, пропариванием или другим способом древесины с последующей обработкой для получения требуемых деталей (подшипников, зубчатых колес, ткацких челноков и др.). Для придания декоративного вида на древесные материалы наносят пленочные покрытия, изготовленные на основе бумаг или полимеров. Режимы напрессовывания пленок зависят от материала, на который наклеивают пленку, а также от смол, которыми пропитаны бумаги. Эти пленки наклеивают за счет расплавления в них смолы, и не требуется предварительного нанесения клея на элементы. Для изготовления пленок применяют специальную бумагу: текстурную рулонную, декоративную с печатным рисунком, бумагу-основу синтетического шпона. В качестве пропиточного раствора применяют смесь мочевиноформальдегидной смолы и полиэфирной эмульсии и др. После пропитки пленки высушивают до такой степени, когда смола полностью теряет липкость, но может под воздействием теплоты и давления плавиться. Лицевая поверхность пленки покрывается лаками или эмалями. Зачастую на древесные материалы наносят несколько слоев бумажных пленок (декоративные бумажно-слоистые пластики), изготовленных путем горячего прессовании (пропитка - термореактивные смолы, облицовочный слой - фенолформальдегидная смола).

Древесные материалы также покрывают пленками на основе полимеров (ДПО - без клеевого подслоя и ПДСО - с клеевым слоем). Пленки приклеивают путем прикатки катком или другим способом.

Режимы обработок при резании ДСП

3. Клеевые составы

Слои фанеры склеиваются при помощи клеевых составов на основе мочевино-формальдегидных, фенолформальдегидных и меламиноформальдегидных смол.

Фанера, склеенная фенолформальдегидными смолами, имеет маркировку ФСФ. ФСФ имеет высокую влагостойкость, но смолы, входящие в ее состав, выделяют ядовитые фенольные соединения. В этой связи использовать ФСФ можно только для проведениях наружных работ. Узнать такую фанеру легко: клеевые слои на торце фанеры ФСФ имеют красноватый оттенок.

Фанера, в состав которой входят карбамидоформальдегидные смолы, называется ФК. ФК легко опознается по светлым клеевым прослойкам на торце. Такая фанера не представляет вреда для здоровья, а потому ее широко используют для отделки помещения и производства мебели. Влагостойкость весьма средняя - на открытом воздухе начинает коробиться уже через несколько недель и даже дней.

Фанера на основе меламиноформальдегидных смол встречается нечасто - на нее даже ГОСТа нет. В общем и целом ее свойства сходны со свойствами фанеры ФК.

4. Исследования направленные на устранение проблем

Некоторое время назад, сотрудники Вирджинского политехнического института (США) при оказании консультативной помощи ряду американских производств столкнулись с проблемой отслоения ламината от основы.

Причем даже при использовании самых высококачественных панелей, проблема оставалась актуальной. Раз за разом проверяя правильность соблюдения технологии, специалисты пришли к выводу, что никаких изменений в древесине отмечено не было... как не было и требуемого качества склеивания.

В результате для определения причин дефекта, эксперименту подверглись 20 различных пород американской и импортной древесины. Замерам подвергались уровни влажности и уровни кислотности.

Эксперименты проводились на двух базовых предприятиях, где применялся метод капельного тестирования. Образцы древесины имели одинаковые показатели по уровню влажности и толщине наносимого клеящего вещества. И только потом был замерен относительный уровень кислотности или рН-фактор.

Многие химические соединения в древесине могут менять свои свойства при соединении с водой: формировать растворы, суспензии или смеси, которые будут иметь другой рН-фактор, не соответствующий клеящему веществу.

Поверхности древесины и клея взаимодействуют в процессе склеивания, а следовательно подвергаются воздействию химических составляющих древесины и клея.

Поэтому уровень рН в древесине представляется критическим фактором в процессе склеивания. Многокомпозиционные клеящие составы, в особенности клеи высокотемпературного отверждения (некоторые формальдегидсодержащие и фенолформальдегидные полимеры) чутко реагируют на изменение уровня кислотности.

А именно, скорость прохождения реакции, скорость полимеризации и высыхания клея напрямую зависит от упомянутого показателя.

Большинство формальдегидсодержащих клеев отвердевают под воздействием кислоты, используемой в качестве катализатора. А однокомпонентные клеи вообще содержат соли хлорида аммония для ускорения полимеризации в процессе горячего прессования.

Для большинства пород древесины уровень рН составляет 3,5 - 4,5 и кислотосодержащий катализатор в клеящем растворе должен оптимально выравнивать рН составляющую на поверхности древесины и клея. Если же уровень кислотности выше/ниже этого уровня (так, некоторые породы древесины имеют рН 5 - 6,5 или же нейтральную реакцию) то и меняется время отверждения.

К примеру, скорость протекания реакции при работе с древесиной, имеющей нейтральный рН, удлиняется и, если не предпринять никаких корректировок во времени склеивания и используемой температуры, склеивание скорее всего будет неоднородным и некачественным. Напротив, древесина с повышенным рН (ниже 3,5) может ускорить процесс полимеризации и излишне отвердить клеящий состав еще до процесса прессования, что также скажется на качестве склеивания.

Уровень кислотности может меняться в процессе обработки и перевозки древесины, что тоже следует учитывать. Как избежать упомянутых нежелательных эффектов? Если брак повторяется от раза к разу, необходимо замерить уровни рН древесины и если надо, увеличить время или температуру прессования. Однако, данную корректировку следует использовать скорее для "лечения" возникших проблем. Поставщик клеящих составов, по вашей просьбе, может изменить рН отвердителя или полимера, используемого в клеящем составе.

Список литературы

1. Способы обработки материалов: Учебное пособие Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. / Калинингр. ун-т. - Калининград, 2000. - 448 с.

Размещено на Allbest.ru