ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫЕ ПЛИТЫ

Древесноволокнистыми плитами называют большую группу крупноразмерных плит и листов, получаемых из древесины путем последовательного ее измельчения в волокнистую массу, формования из нее изделий и теп­ловой их обработки.

Древесноволокнистые плиты в зависимости от сред­ней плотности подразделяют на следующие виды, мяг­кие, полутвердые, твердые и сверхтвердые.

В зависимости от предела прочности при изгибе плиты изготовляются следующих марок: М-4, М-12 и М-20 —мягкие; ПТ-100 —полутвердые; Т-350 и Т-400— твердые; СТ-500 — сверхтвердые.

Основные требования, предъявляемые стандартом (ГОСТ 4598—74) к древесноволокнистым плитам, при­ведены в табл. 28.

Таблица 28

Как видно из таблицы, к теплоизоляционным отно­сят плиты марок: М-4, М-12 и М-20.

Качество древесноволокнистых плит в значительной степени зависит от вида и тонкости помола древесного волокна.

По тонкости помола древесноволокнистая масса под­разделяется на «жирную» (тонкую) и «садкую» (то­щую). Жирной массой называют такую, которая содер­жит преимущественно тонкие длинные и гибкие волок­на. Такая масса харак­теризуется большой удельной поверхностью и высокой водоудержи - вающей способностью.

Тощая масса со­стоит, главным обра­зом, из сравнительно коротких и толстых во­локон. Она легко отда­ет воду на сетке фор­мовочной машины.

Прочность высоко­пористых изоляцион­ных плит обеспечивает­ся за счет переплете­ния волокон между со­бой, поэтому для изго­товления изоляцион­ных плит предпочти­тельнее применять жир­ные древесноволокни­стые массы, так как при использовании ко­ротких толстых воло­кон значительно умень­шается степень их пе­реплетения и, следова­тельно, снижается прочность изделий.

Прочность других видов плит достигается путем при­менения горячего прессования, при котором древесные волокна склеиваются между собой выделяющимися из древесины клеющими веществами. Поэтому при изго­товлении таких изделий тонкость помола волокна имеет значительно меньшее значение, чем при производстве изоляционных плит.

Для улучшения качества древесноволокнистых плит, повышения их водостойкости, долговечности и прочно­
сти в формовочную массу вводят проклеивающие до­бавки, например парафин, который осаждают на во­локна древесины сернокислым глиноземом. Обычно ко­личество проклеивающей добавки не превышает 2—3% от количества сухого древесного волокна.

Тонкость помола древесноволокнистой массы опреде­ляют по скорости обезвоживания на специальном при­боре Шоппер-Риглера и выражают в градусах Шоппер - Риглера (сокращенное обозначение °Ш-Р).

Прибор (рис. 58) состоит из металлического цилин­дра 8 с медным сетчатым дном 5 (сетка № 100). В ци­линдр вставляется конус 7 с резиновым уплотнитель - ным КОЛЬЦОМ 6. Конус плотно отделяет цилиндр 8 о. т разделительной воронки 4, которая оканчивается пря­мой трубкой 18 с отверстием 19, диаметр которого со­ставляет 3,2 мм.

На некотором расстоянии от нижнего отверстия в боковой стенке воронки 4 врезана изогнутая трубка 3 С внутренним диаметром 12,7 мм. Конус 7 соединен с гребенкой 9, которая имеет зубчатое сцепление с ше­стеренкой 10, сидящей на одном валу с диском 12. Диск поворачивается с помощью перекинутого через него шнура 14, на котором подвешен груз 15, выполненный в виде цельного металлического цилиндра, который перемещается в полом направляющем цилиндре 16. Ход груза регулируется гайкой 17. Пуск и остановка диска осуществляется с помощью специальных устройств 13 и 11. Для установки прибора в строго вертикальном положении используются регулировочные винты 21.

При нажатии на рычаг И грузы опускаются и тем самым приподнимают конус 7 в цилиндре 8. Вода по стенкам воронки 4 стекает в ее нижнюю часть и выте­кает из прибора через отверстия 19 и 2, попадая в мер­ные цилиндры 1 и 20.

Определение градуса помола древесноволокнистой массы производят следующим образом.

Отвешивают с точностью до 0,1 г навеску волокни­стой массы данной влажности из расчета 20 г абсолют­но сухого волокна. Эту навеску тщательно размешивают віл воды (1 л минус влага, содержащаяся в волокне) с температурой 40—45° С. Подготовленную таким обра­зом пульпу (концентрации 2%) выливают в цилиндр прибора 8 при плотно закрытом конусе 7. После под­нятия конуса пульпа попадает на сетчатое дно цилин­дра. При этом вода протекает через сетку и попадает в делительную воронку 4, а волокно остается на сетке.

Вначале происходит интенсивное водоотделение, а затем, по мере обезвоживания массы, вода отделяется все медленнее. При интенсивном водоотделении уро­вень воды в делительной воронке поднимается выше изогнутой трубки, так как через отверстие 19, имеющее малый диаметр, вода не успевает вытекать. Вследствие этого большая часть воды вытекает из воронки 4 через изогнутую трубку 3 и попадает в мерный цилиндр 1, а меньшая часть воды попадает в цилиндр 20 через от­верстие 19.

Если масса жирная, то водоотделение идет медлен­нее и в цилиндр 19 попадает больше воды, чем при испытании тощей массы, которая отдает воду значи­тельно легче.

Градус помола (°Ш-Р) определяют по количеству воды, попавшей в цилиндр 19. Чем больше будет воды в этом цилиндре, тем выше градус помола массы.

Например, если в цилиндре 19 собрано 180 см3 воды, то это означает, что масса имеет тонкость помола, рав­ную

180-100/1000= 18% = 18° Ш-Р.

Работа 1. Исследование влияния тонкости помола древесного волокна на прочность мягких древесноволокнистых плит

Данная работа выполняется шестью бригадами сту­дентов, объединенными в виде подгруппы. Для полу­чения наглядных результатов в лаборатории необходимо иметь по крайней мере три вида древесного волокна, отличающихся друг от друга тонкостью помола.

Студенты побригадно выполняют задание, исходные данные для которого содержатся в табл. 29. В учебных целях можно разнообразить задания, получая большее число вариантов, путем изменения средней плотности плит вплоть до 800—900 кг/м3 и изменения их тол­щины.

Каждая бригада выполняет следующие определения: 1) устанавливает тонкость помола выданной ей волок­нистой массы в °Ш-Р; 2) изготовляет образцы изоля­ционных или изоляционно-отделочных плит в количе-

Стве трех штук для заданного вида древесноволокнистой массы; 3) испытывает образцы на среднюю плотность и предел прочности при изгибе.

Полученные результаты вся подгруппа (три бригады) использует для построения графика зависимости: «тон­кость помола волокнистой массы — прочность образцов при изгибе».

Исследованиями и производственным опытом уста­новлено, что древесноволокнистая масса должна иметь определенную тонкость помола для производства раз­личных видов плит (табл. 30). Данные этой таблицы используют для сравнения при выполнении работы.

Выполнение данной работы рекомендуется произво­дить в следующем порядке.

1. Расчет расхода сырьевых материалов. Определив по методике, приведенной выше, градус помола древес­новолокнистой массы и записав результат в журнал, приступают к изготовлению образцов, для чего вначале производят расчет расхода сырьевых материалов, кото­рый выполняют следующим образом.

А. Определяют массу сухого образца: m0eр = ^обррср» где Уобр'—объем образца, см3; рСр — заданная средняя плотность образца, кг/м3.

Б. Определяют массу абсолютно сухого волокна, не­обходимую для изготовления одного образца при задан­ном составе формовочной массы (кг):

_ В Тс m°6P Too'

Где В — содержание волокна в образце, %.

В. Вычисляют необходимое количество волокна при данной его влажности (кг)

Где W — абсолютная влажность волокна, %•

Г. Находят количество парафина, необходимое для улучшения качества изделий (кг)

П

П обр 100>

Где Я—заданное содержание парафина в массе, %.

Д. Определяют количество сернокислого глинозема, необходимое для осаждения заданного количества пара­фина (кг)

. Г тг = т0 бр —,

Где Г — количество сернокислого глинозема в массе, %.

Таким образом, исходными данными для расчета расхода материалов на один образец (или на одну плиту) являются: заданная средняя плотность образца; размеры образца; процентное соотношение компонентов в данной массе; влажность древесного волокна.

Пример расчета расхода материалов для изготовле­ния 1 образца.

Требуется изготовить образец изоляционно-отделоч­ной плиты со средней плотностью в высушенном со­стоянии 300 кг/м3 и размером 140 X 140 X 12,5 мм.

Применяющиеся сырьевые материалы: древесное во­локно хвойных пород с влажностью 4%; имеющиеся добавки — парафиновая эмульсия концентрации 25% и раствор сернокислого глинозема концентрации 20%.

Заданный состав в % по массе: 95% волокна (абсо­лютно сухого); 2% парафина и 3% сернокислого гли­нозема.

А. Определяем массу изготавливаемого образца в высушенном состоянии да'обр = 14 X 14 X 1,25 X 0,3 =

0,0735 кг.

Б. Находим массу абсолютно сухого волокна, необ­ходимую для изготовления образца при заданном со­ставе массы:

Те=0,0735-0,95 = 0,0698 кг.

В. Вычисляем необходимое количество волокна при данной его влажности

Та=0,0698-1,04=0,0726 кг.

Г. Определяем количество парафина

Та=0,0735-0,02 = 0,00147 кг.

Так как в парафиновой эмульсии собственно пара­фина содержится 25%, то ее количество составит

.0,00147-4= 0,0059 кг.

Д. Определяем количество сернокислого глинозема

Тг=0,0735-0,03=0,0022 кг.

Учитывая концентрацию раствора сернокислого гли­нозема, имеющегося в наличии, определяем необходи­мое количество 0,0022 X 5 = 0,011 кг.

2. Приготовление формовочной массы. Для получе­ния гомогенной массы и улучшения условий ее про­клейки, т. е. наилучшего распределения добавок, при­нято приготавливать формовочную массу 2%-ной кон­центрации.

Отвешенное количество волокна, необходимое для изготовления одного образца, заливают теплой водой (40—45° С) с таким расчетом, чтобы концентрация волок­на в пульпе была равна 2%. Влажностью волокна, если она не превышает 5%, можно пренебречь.

Например, в рассмотренном нами случае для полу­чения пульпы 2%-ной концентрации надо взять 0,0726-100/2 = 3,63 л воды.

3. Формование образцов. Для этого используют ла­бораторную отливочную установку, схема которой пока­зана на рис. 59.

Установка состоит из металлического короба 7, четырехгранной воронки 10, верхняя часть которой (крышка) выполнена в виде перфорированной металлической пластинки 8 с круглыми отверстия­ми диаметром 4—5 мм, расположенными в шах­матном порядке. Короб в плане имеет размеры 140X140 мм.

Короб 7 и воронка 10 Крепятся между собой прижимными винтами 1. Для создания герметич­ности между коробом и перфорированной пластинкой 8 имеется резиновая про­кладка 9, которая укладывается по контуру пластинки. Нижняя часть воронки заканчивается трубкой 11, слу­жащей для стока воды и подсоединения вакуум-насоса.

Короб сверху плотно закрывается крышкой 5 с рези­новой прокладкой 6 с помощью прижимных винтов 3.

Перед заливкой пульпы на перфорированную пла­стинку укладывают металлическую сетку 2 с ячейками в 2—3 мм, а затем при непрерывном перемешивании выливают приготовленную пульпу в короб отливочной установки.

После прекращения свободного вытекания воды на короб одевают крышку и подключают отливочную уста­новку к вакуум-насосу.

Образцы выдерживают под вакуумом в течение. 6—■ 8 мин, после чего, сняв крышку и освободив прижим­ные винты 1, придерживая массу деревянным шабло­ном 4 (рис. 59), снимают верхний ««роб, а затем вме­сте с сеткой снимают об^азеи-

4. Тепловая обработка образцов. Образцы изоляци­онных плит перед тепловой обработкой предварительно подпрессовывают на холодном прессе. Для этой цели можно применять любой лабораторный гидравлический пресс, используемый для определения прочности образ­цов при сжатии. Образцы на сетке устанавливают на нижнюю плиту пресса, с двух сторон образца ставят металлические ограничители (два четырехгранных стержня) нужной толщины, равной заданной толщине образца, сверху на образец кладут металлическую пла­стинку и производят нагружение. Образец выдержи­вают под нагрузкой в течение 10—15 мин, а затем на той же сетке или на специальном поддоне его помещают в сушильный шкаф, где сушат при температуре 130— 140° С до постоянной массы.

Образцы изоляционно-отделочных, полутвердых и твердых плит из отливочной установки устанавливают на горячий пресс, где они подвергаются термомехани­ческой обработке при температуре 170—180° С в тече­ние 20—25 мин. Так же, как при формовании изоляци­онных плит, заданная толщина изоляционно-отделоч - ных, жестких и полужестких плит достигается приме­нением металлических ограничителей.

5. Испытание образцов и обработка полученных ре­зультатов. Изготовленные образцы высушивают до по­стоянной массы, определяют их среднюю плотность, а затем из каждого образца вырезают плиту размером 140 X 100 мм и испытывают на прочность при изгибе, пользуясь методикой, изложенной в I части практикума. Расстояние между опорами принимают равным 120 мм.

Согласно ГОСТ 17177—71, расстояние между опора­ми при испытании изделий на изгиб измеряют при рас­стоянии между опорами 200 мм. Для этого надо иметь большие образцы, что в лабораторных условиях затруд­нительно. С другой стороны, изложенная в настоящей главе методика изготовления и испытания образцов дре­весноволокнистых плит вполне удовлетворяет учебным целям и позволяет выявить заданную зависимость (за­висимость прочности образцов от тонкости помола дре­весного волокна).

Полученные результаты рекомендуется записывать по следующей форме:

По полученным результатам каждая подгруппа (1, 2, 3 и 4, 5, 6-й бригад) строит график зависимости: «°Ш-Р — прочность образцов при изгибе». Анализируя данные таблицы и график, делают общие выводы о влиянии тонкости помола древесного волокна на проч­ность изоляционных и изоляционно-отделочных плит.

Лабораторное оборудование и приборы: 1. Отливоч­ная установка лабораторная. 2. Пресс гидравлический холодного прессования 10-тонный. 3. Пресс гидравличе­ский горячего прессования 10-тонный. 4. Прибор Шоп - пера-Риглера. 5. Комплект сетчатых поддонов размером 140 х 140 мм. 6. Весы технические Т-200. 7. Ртутный термометр. 8. Мерная посуда. 9. Сушильный шкаф или лабораторная сушилка с принудительной подачей тепло­носителя.

ПРИЛОЖЕНИЕ

[1] Прибор К - Э. Горяйнова, В. А. Прибылова, С. Т. Рохленко.

[2] Прибор К - Э. Горяйнова и В. А. Прибылова.

[3] Реология — наука о деформациях и течении реальных тел.

[4] Предложен К. Э. Горяйновым и сотрудниками.

[5] І

[6] У образцов из газобетона через 3—4 ч выдерживания необхо­димо срезать горбушку.

[7] Шилл Ф. Пеностекло. Пер. с чешек. М., 1965.