ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

Пьезотермопластики

Название пьезотермопластик происходит от греческих слов piezo — давлю и therme — тепло. Таким образом, название пла­стика говорит о том, что его получают путем обработки прессма - териала при высоких давлениях и температуре. В зависимости от вида исходного древесного сырья пьезотермопластики подразделя­ются на следующие марки: ПТП-ИЛД — пьезотермопластики из измельченной лиственной древесины; ПТП-ИХД — пьезотермопла­стики из измельченной древесины хвойных пород; ПТП-ЦХД — Пьезотермопластики из цельной древесины хвойных пород,

ПТП-ЦЛД—пьезотермопластики из цельной древесины листвен­ных пород, ПТП-ГЛ — пьезотермопластики из гидролизного лиг­нина.

В зависимости от применяемых режимов пьезотермнческой об­работки и степени измельчения прессматериала пластики подраз­деляются на изоляционные, полутвердые, твердые и сверхтвердые.

Существуют два способа получения пьезотермопластиков. По первому способу прессуют необработанные естественные древесные отходы. По второму способу прессованию предшествует предвари­тельная обработка отходов для частичного гидролиза и пиролиза древесины. Второй способ в зависимости от способа предваритель­ной обработки древесных отходов может быть подразделен на сле­дующие три варианта:

1. Предварительная обработка отходов горячен водой или па­ром при высокой температуре, т. е. гидролиз древесины. Так обра­батывать древесные отходы можно в процессе сушки древесины при высокой температуре, в ретортах при производстве брикетов или при производстве баркалаита, в котлах-пушках при производ­стве мессонита, где древесные отходы подвергаются гидротермиче­ской обработке под давлением 75—80 атм, или в гидролизаппара - тах, где производится гндротермическая обработка при давлении 8—12 атм.

2. Желатинирование прессматериала хлором, аммиаком, раз­бавленной серной кислотой и другими химикатами с целью частич­ного гидролиза прессматериала и обогащения его исходными свя­зующими веществами.

3. Химическая поликоиденсация прессматериала с различными химическими реагентами (фурфуролом, фенолом, щелочным и гид­ролизным лигнином и др.).

Наиболее прост первый сопособ. Его выгодно применять в тех случаях, когда влажность древесных отходов не превышает 12%. Из второго способа наиболее прост вариант с предварительной об­работкой прессматериала в процессе сушки при высокой темпера­туре. В других случаях в технологический процесс входит допол­нительная операция предварительного гидролиза или поликонден­сации прессматериала.

Некоторые из перечисленных способов производства пьезотер­мопластиков освоены промышленностью и будут более подробно рассмотрены ниже; другие способы изучены еще недостаточно и требуют проверки их эффективности в производственных условиях. В процессе исследований в области изыскания оптимальной техно­логии пьезотермопластиков, проведенных Белорусским лесотехни­ческим институтом, было предложено несколько технологических схем их производства, описание некоторых из них приводятся ниже.

Технологический процесс производства пла­стика из опилок без прессформ представлен на рис. 28 в виде технологической планировки.

Древесные опилки из лесопильного цеха - или со склада сырья транспортером 1 доставляются в приемный бункер 2, находящийся
над сортировочным транспортером 3. Из приемного бункера опилки винтовым транспортером подаются па электромагнитный сепара­тор и инерционный сортировочный транспортер.

Отсортированные от металлических включений и крупных фракций опилки, прошедшие через сито, поступают в бункер сырья 4, а крупные фракции (щепа, сколы и т. д.) в приемный бункер 5 газовой топки 6 и используются в ней как топливо.

Из бункера сырья 4 просеянные опилки винтовым транспорте­ром 7 непрерывно подаются для сушки в пневмогазовую трубу — сушилку. Опилки сушатся во взвешенном состоянии под воздей­ствием горячих газов, получаемых в газовой топке 6 или же из ко-

Тельной по трубопроводу 8 (при использовании опилок влажностью менее 20% процесс сушки исключается).

Высушенные опилки вместе с парогазовой смесью трубы-су­шилки 9 поступают в циклон 10, где оседают в нижней конической части, а парогазовая смесь с древесной пылью подается вентиля­тором высокого давления 12 в мокрый фильтр 13 марки ФМ-2. В фильтре пыль и тепло улавливаются, а очищенная парогазовая смесь выбрасывается в атмосферу. Опилки под действием соб­ственного веса проваливаются в раздаточный бункер 11, распо­ложенный над транспортером формования плит.

Пакеты формуются на двухцепном транспортере 15 с пульси­рующим движением, проходящем под порциоппым питателем (ба­рабанного типа). На транспортер укладывается между опорами очищенная металлическая прокладка с ограничительной рамкой, на которую кладется надставка, равная формату ограничительной рамки. Подготовленные прокладка и надставка подаются транс­портером к порционному питателю, который заполняет надставку определенным количеством опилок. Опилки выравниваются специ­альным щитком, установленным на раме транспортера 15.

Загруженные опилками надставки транспортером 15 подаются для предварительной подпрессовкн в одноэтажный гидравлический пресс 14 с неподвижной нижней плитой. К верхней плите пресса прикреплен пуансон, который свободно заходит внутрь формовоч­ной надставки. Подпрессовка происходит в течение 20—30 сек при давлении 20—25 кгс/см2. После этого подпрессованпые пакеты ос­вобождаются от формовочной надставки и накрываются металли­ческой полированной прокладкой. В таком виде пакет поступает на загрузочный транспортер 16, который подает его в загрузочную этажерку 17. После загрузки этажерки все пакеты подаются одно­временно толкателем в многоэтажный гидравлический пресс горя­чего прессования 18, действующий от гидропривода 20. Управление агрегатами осуществляется оператором с пульта 19. В зависимости от назначения материала плиты прессуют по одному из режимов, приведенных в табл. 27.

Таблица 27

Из пресса пакеты выгружаются разгрузочной этажеркой 21, нз которой они подаются на транспортер 22, доставляющий их к ме­сту разборки. Прокладки возвращаются па транспортере 24 к ме­сту сборки пакетов. На этом же транспортере прокладки очища­ются от нагара. Для поворота верхних прокладок пользуются специальным приспособлением 23. Необрезные плиты укладывают в стопу на трехнепной транспортер 25, которым они подаются к об­резным двухппльпым станкам 26. После обрезки готовые плиты сортируют п упаковывают в пачки 27, 28, 29, 30.

Производительность рассмотренной технологической линии (при работе в 3 смены)—500 тыс. м2 в год. Потребное количество опилок (с учетом расхода их на топливо) — 12 тыс. м3 в год. Себе­стоимость изготовления пьезотермопластика из опилок влаж­ностью 50% составляет около 24 руб. за 100 м2.

Технология производства, пьезотермопласти - ков при герметизации пьезотермического про­цесса в отличие от приведенной выше технологии предусматри­вает для прессования пьезотермопластиков в горячих прессах при­менение специальных прессформ. Режимы прессовапня пьезотермо­пластиков по указанной технологии приведены в табл. 28.

Для производства пьезотермопластиков по указанной техноло­гии могут быть использованы любые древесные отходы, причем наиболее сложен технологический процесс при использовании в качестве сырья крупных кусковых древесных отходов, требую­щих двойного измельчения.

При использовании мелких отходов (опилок, пыли и др.) ряд производственных операций исключается. Рассматриваемая техно­логия производства пьезотермопластиков легла в основу промыш - леино-экспериментальных цехов пьезотермопластиков при Бобруй­ском фанерно-деревообрабатывающем и Костромском фанерио-ме - бельном комбинатах.

В качестве исходного сырья для производства пьезотермопла - стнка на Бобруйском фанерно-деревообрабатывающем комбинате проектом предусмотрено использование сырых и сухих измельчен­ных древесных отходов. В соответствии с приведенной технологи­ческой схемой (рис. 29) древесные отходы подаются пневмотранс­портом в циклон 5, а затем в бункер 6. Из бункера отходы винто­вым транспортером 7 направляются в эжекционную воронку 4 Пневматической трубы-сушилки 9, где они сушатся до влажности 8—12%. В трубе-сушплке производится фракционирование отхо­дов: мелкие и более сухие частицы, попадая в струю горячих га­зов, уносятся в верхнюю часть трубы-сушилки, а более влажные и крупные частицы задерживаются в нижней части сушилки. По

Мере высушивания отходы поднимаются вверх, достигая суженного сечения трубы-сушилки, где подхватываются паровоздушной смесью и уносятся в циклон 10. Тяжелые частицы (песок, камни и др.) падают на дно сушилки, где под действием их тяжести открывается затвор 8 и они поступают в специальный ящик. Высу­шенные древесные отходы осаждаются в нижней части циклона, а паровоздушная смесь с пылью и мелкими частицами отходов поднимается по внутренней трубе циклона вверх и попадает в фильтр 11, где очищается от пыли. Осажденная пыль исполь­зуется для производства пластика. Воздушная смесь вентилято­ром 1 подается на рециркуляцию. Для поддержания необходимой относительной влажности воздуха в сушилке часть паровоздуш­ной смеси выбрасывается через трубопровод 2 в атмосферу.

Основная масса паровоздушной смеси вентилятором 1 нагне­тается через пластинчатый калорифер 3 в трубу-сушилку. Нахо­дящиеся в циклонах 10, 12 высушенные отходы своим весом от­крывают затвор и проваливаются в бункер 13. Из бункера 13 Отходы подаются винтовым транспортером 14 на инерционный сор­тировочный транспортер 15 или, минуя сортировку, поступают по лотку 16 в бункер 19. После сортировки кондиционные отходы по лотку 18 подаются в бункер 23, а отходы, требующие дополнитель­ного измельчения, по лотку 17 поступают в бункер 19 и далее вин­товым транспортером 20 в молотковую дробилку 21. После из­мельчения отходы подаются вентилятором 22 в циклон 25, где зна­чительная часть их осаждается и проваливается в бункер 27. Древесная пыль вместе с транспортирующим воздухом передается в фильтр 26, где она осаждается и проваливается в бункер 27.

Древесная пыль (от шлифовальных станков) пневмотранспор­том подается в циклоны 29 и 30, а оттуда попадает в бункер 31. Из бункеров 23, 27 и 31 подготовленный прессматериал загру­жается объемно-весовыми порционными питателями 24, 28 и 32 В матрицы 33, 34 и 35, установленные на цепном пульсирующем транспортере. Заполненные матрицы .поступают на узел предва­рительного подогрева прессматериала в поле токов высокой ча­стоты 36, после чего подаются в одноэтажный гидравлический пресс 37 для подпрессовки при удельном давлении от 25 до 150 кгс/смг (меньше при нагретом прессматериале, большее — без предварительного подогрева). Температура плит пресса 18—25° С, продолжительность выдержки от 25 до 45 сек. Давление снимается в течение 5—8 сек. Для сокращения времени выдержки в горячем прессе уплотненный прессматериал можсг быть нагрет до 130—150° С в поле токов высокой частоты 38.

Заполненная уплотненным и нагретым прессматериалом мат­рица накрывается полированной хромированной металлической прокладкой, после чего прессформы с прессматериалом транспор­терами 39 подаются в загрузочные этажерки 40 многоэтажных гидравлических прессов 41.

Из пресса пьезотермопластики выгружаются в разгрузочную этажерку 42. Из этажерки по цепному транспортеру матрицы с го­товыми изделиями подаются на пневматический станок 43, с по­мощью которого они освобождаются от изделий.

Освобожденные матрицы и металлические прокладки посту­пают на очистку от нагара и смазку олеиновой кислотой. Подго­товленные матрицы и прокладки подаются на место формирования пакетов 33, 34 и 35. Выгруженные из матриц изделия транспорте­ром 46 подаются в камеру кондиционирования 45 и далее на по­следующую окончательную обработку (снятие грата, армирование, окраска и т. д.) 44, 47.

Существующая технология производства плиток для полов из пьезотермопластика на Костромском фанерно-мебельном комби­нате несколько отличается от рассмотренной выше.

Плитка изготовляется размером 300X300X12 мм из гидролн - зованных опилок хвойных и лиственных пород древесины по тех­нологии, включающей следующие основные процессы: приготов­ление прессмассы; брикетирование; облицовку поверхности; прес­сование; обработку готовых изделий.

Прессмассу для плиток изготовляют путем обработки отсорти­рованных опилок хвойных и лиственных пород древесины, прошед­ших через сито с ячейками размером 2 мм, насыщенным паром в автоклаве при температуре 170—180° С, давлении 8—10 атм В течение 2 ч.

По окончании обработки давление в автоклаве снижается до 3—5 атм и масса влажностью 100—130% выгружается оттуда так называемым «выстрелом» в специальный циклон с бункером. Из бункера древесная масса шнеком подается к вентилятору и далее в сушилку непрерывного действия. Сушится масса при температуре 80—90°С до конечной влажности около 8%. Из сушилки пневмо­транспортом она направляется в бункер-сборник.

Для повышения текучести н устранения возможного прилипа­ния к поддонам древесные частицы смачиваются в специальном смесителе раствором олеиновой кислоты концентрацией 0,25%.

Контроль качества прессмассы состоит прежде всего в проверке массы на содержание влаги. В случае заниженной исходной влаж­ности в прессмассу добавляют необходимое количество воды, ко­торое вводят в смеситель вместе с олеиновой кислотой. Перед прессованием прессформы должны быть очищены от древесных частиц, которые удаляют с их поверхности сжатым воздухом. Так как гидролизованная прессмасса имеет объемный вес в насыпном виде всего 250—270 кг/ж3, перед прессованием в горячем прессе требуется предварительное холодное уплотнение — брикетирова­ние в прессах без обогрева. Для этого прессмасса засыпается рав­номерным слоем в матрицу прессформы, рабочая поверхность ко­торой смазывается олеиновой кислотой, затем пуансоном она прес­суется при удельном давлении 30 кгс/см2 в течение 5 сек на 1 мм Толщины плитки.

При брикетированйи масса уплотняется до объемного веса 750—800 кг/мв. По окончании брикетирования давление снимается и брикет выгружается или вместе с прессформой транспортируется к прессу горячего прессования.

Подготовленный брикет вместе с ограничительной рамкой по­мещается между двумя металлическими шлифованными проклад­ками и загружается в многопролетный пресс. Перед прессованием рабочая поверхность прессформ и прокладок смазывается олеино­вой кислотой. Смыкание плнт пресса и подъем давления до задан­ной величины производятся при выключенном паре.

По достижении заданного удельного давления (150 кгс/см2) от­крывается паровой вентиль и плиты пресса прогреваются до тем­пературы 160° С. При достижении температуры плит пресса 155° С начинается отсчет времени выдержки из расчета 1 мин на 1 мм Заданной толщины готового изделия. По окончании прессования пар отключается и в плиты пресса или прессформу подается вода для охлаждения. Продолжительность охлаждения плит пресса (до температуры не ниже 40° С) 1—1,5 мин на 1 мм толщины прессуе­мого изделия. После охлаждения давление снимается, изделие вы­гружается из прессформы и выдерживается в помещении цеха не менее 24 ч, после чего поступает на обработку. Обработка плиток (снятие облоя, обрезка, шлифование) происходит на токарных, фрезерных и других станках.

По требованию потребителя паркетная плитка может быть из­готовлена с облицованной поверхностью. Для облицовки исполь­зуют различные бумажные пленки па фенолформальдегидных, мочевино-формальдегидных н других смолах, специальную бумаж­ную пленку, покрытую слоем из смеси фенол форм альдегидной смолы, древесных опилок и сурика следующего состава (вес. ч):

Смола СБС-1 концентрации Опилки необработанные, фрак-

30- 35% или фенолоспирты. . 1 ции менее 0,5 мм............................ 1

Сурик железный или охра ... 1

Порядок приготовления смеси следующий. Опилки тщательно смешивают с суриком или охрой, опрыскивают раствором смолы или фенолоспиртами, снова перемешивают и сушат до влажности

2—6%. Полученную массу засыпают равномерным тонким слоем в прессформу, затем засыпают навеску прессмассы и снова тон­кий слой облицовочной массы. После этого брикет прессуют. Об­лицовочную массу наносят с таким расчетом, чтобы после прессо­вания толщина облицовочного слоя составляла 2—3 мм.

Высокие физико-механические свойства пьезотермопластиков (табл. 29) позволяют широко применять их в строительстве для устройства полов, изготовления дверей, в качестве отделочного ма­териала и т. д. На рис. 30 показаны полы, выполненные из штуч­ного паркета и из пьезотермопластиков. Паркетные плитки из пьезотермопластика укладываются, как правило, по бетонному основанию, причем, влажность основания не должна превышать 8%, а предел прочности на сжатие должен быть не менее 50 кгс/см2. Перед наклеиванием плитки основание должно быть очищено от пыли и загрунтовано.

Для приклеивания плиток из древесного пластика могут быть рекомендованы следующие мастики: резино-бнтумная, а также ма­стика на основе поливинилацетатной эмульсин. Состав мастики на основе поливинилацетатной эмульсин (в процентах по весу):

Портландцемент................................. 15 Поливинилацетатиая эмульсия

Песок кварцевый мелкий .... 56 пластифицированная....................... 13

Вода . . ................... 16

В непластифицированную эмульсию добавляют 15%-ную вод­ную эмульсию дебутилфталата (4% от веса ПВАЭ).

Последовательность настила полов из паркетной плитки сле­дующая: выравнивание основания; огрунтовка поверхности осно­вания и сушка грунта в течение суток; нанесение мастики слоем 0,6—0,8 мм укладка плиток по горизонтали с предварительной разбивкой центральных осей.

При применении резино-битумнон мастики на бетонное осно­вание наносят грунт из мастики и бензина в соотношении 1 :3. Спустя сутки после огрунтовки на основание наносят слоем до

Направляются в дробилку 5 для измельчения и далее в бункер 2. Гусеничным прессом (прн давлении 25 кгс/см2) гидролизный лиг­нин обезвоживается до влажности 38,5% и подается ленточным транспортером 7 в приемный люк наклонного элеватора 8, а затем направляется на ленточный транспортер 9. С ленточного транспор­тера сырье подается на скребковый транспортер 10, распределяю­щий его по барабанным сушилкам. После сушки лигнин порцион­ным питателем 11 подается в пневмогазовую трубу-сушилку 12 И затем в циклон 13 и бункер сухого лигнина 14.

Для улавливания мелких частиц лигнина из газов после суши­лок установлен циклон 15. Из бункера 14 порционным питате­лем 16 прессматериал загружается в матрицы, установленные на двухцепном пульсирующем транспортере, проходящем под пита­телем. Перед загрузкой на матрицу устанавливается формовочная рамка. Для выравнивания прессматериала в формовочной рамке на пути движения матрицы находится выравнивающий валик. Под­готовленная матрица с лигнином подается для подпрессовки в од­ноэтажный гидравлический пресс 17. Предварительное уплотнение массы происходит при давлении 35—40 кгс/см2, время выдержки 45 сек.

После выдержки пуансон пресса поднимается вместе с формо­вочной рамкой, включая транспортер, который перемещает мат­рицу с уплотненным прессматериалом на место окончательной сборки пакетов На участке сборки пакетов формовочная рамка передается на транспортер 18, а пакет накрывается сверху хорошо смазанной металлической прокладкой. В таком виде пакеты по­даются по одному в загрузочную этажерку 19 и далее в гидравли­ческий многоэтажный пресс.

Сушка лигнина ведется топочным газом с температурой, рав­ной 300°. Газ поступает из котельной по газопроводу 20.

Прессование плит из гидролизного лигнина влажностью 10—12% происходит прн температуре плит пресса 150—160° С, удельном давлении 25 кгс/см2. Время выдержки в прессе 0,5 мин/мм, Время снижения давления 3 мин. Плиты для черного пола могут быть изготовлены размером 1500X1000X25 мм.

Таблица 30

Физико-механические свойства плит из лигнина приведены в табл. 30.