ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Древесно-волокнистые плиты

Древесно-волокнистыми плитами (ДВП) принято называть крупноразмерные листы, получаемые путем измельчения древе­сины в волокнистую массу, формования из нее изделий и их по­следующей тепловой обработки.

В основу деления плит на виды и марки положены средняя плотность и прочность при изгибе. В занпсимостн от средней плот­ности ДВП разделяют па виды: мягкие (М) со средней плотно­стью не более 350 кг/м3; полутвердые (ПТ) —не менее 400 кг/м3; ■„*

Твердые (Т) — не менее 850 кг/м3 и сверхтвердые (СТ) — не ме­нее 950 кг/м3.

В зависимости от прочности при изгибе ДВП разделяют на марки: М-4; М-12; М-20; ПТ-100; Т-350; Т-400; СТ-500. В услов­ном обозначении марки цифры отражают величину прочности при изгибе в кгс/см2 или в МПа, если цифровые индексы уменьшены в 10 раз.

В данном учебнике рассматривается технология только мяг­ких плит, применяемых для устройства теплоизоляционных и аку­стических конструкций.

Пористость ДВП регулируют в определенных пределах, из­меняя тонкость помола древесного волокна, давление прессова­ния и другие технологические факторы. У мягких плит порис­тость достигает 80%, а теплопроводность колеблется в пределах 0,053... 0,093 Вт/(м -°С).

Водостойкость нсех видов ДВП невысока, но особенно она низка у мягких высокопористых плит. Водопоглощение мягких ДВП довольно значительное, за 2 ч оно достигает 12... 30%. Гиг­роскопичность при влажности воздуха 100% составляет 10... 12%.

При увлажнении ДВП разбухают, особенно у кромок, проч­ность их падает, а теплопроводность заметно увеличивается. Для придания плитам водоотталкивающих свойств в состав формовоч­ной массы вводят гидрофобные вещества. В связи с тем что ДВП являются благоприятной средой для развития домовых грибков, в состав формовочных масс вводят антисептики, а для повыше­ния огнестойкости—антипирены или покрывают поверхность плит огнезащитными составами.

Предельная температура применения ДВП— 100°С.

Сырьем для ДВП могут служить любые волокнистые ма­териалы растительного происхождения, если их волокна достаточ­но длинные, гибкие и прочные: все виды древесины, стебли пше­ницы, хлопчатника, кукурузы, кенафа и др. Однако основными видами сырья, широко используемыми в производстве, являются: неделовая древесина, т. е. непригодная для строительных и иных целей (долготье и коротье); отходы лесопиления (горбыль, рейка, вырезки); отходы спичечного и фанерного производства (шпон некондиционный, брак соломки и лом коробки); бумажная маку­латура.

Целесообразность применения того или иного вида сырья за­висит прежде всего от того, есть ли оно в данном районе, от стоимости, условий доставки к месту переработки.

Основное сырье — древесина — состоит из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, образующих оболочку клеток, а также из смол, эфирных масел, дубильных и красящих веществ, заполняющих клетки. Целлюлоза'—химически стойкое вещество, не растворяю­щееся в поде н гндролизующееся прн давлении 1... 1,5 МПа и температуре 180°С. Строение ее кристаллическое, состоит она из кристаллитов — мицелл в виде палочек длиной 500... 700 А и тол­щиной 50 ...60А. Мицеллы и фибриллы составляют клетки удли­ненной волокнообразной формы. В древесине лиственных пород такие клетки, занимающие 60 ...65% объема, называют волокнами либриформа, их длина около 1 мм; в древесине хвойных пород содержание волокнообразных клеток — трахеид — длиной 3... 10мм достигает 90 ...95% по объему. Трахеиды длиннее, толще и проч­нее, чем волокна либриформа, поэтому в производстве ДВП пред­почтение отдается древесине хвойных пород.

Лигнин — аморфное вещество, представляющее собой сложное сочетание нескольких химических соединений. Химически он ме­нее стоек, чем целлюлоза, но не гидролизуется. В производстве ДВП лигнин повышает выход массы и в процессе прессования способствует образованию дополнительных связей между волок­нами. Гемицеллюлоза по составу близка к целлюлозе и состоит из пентозанов н гексозанов. Гексозаны при горячем прессовании гидролизуются и способствуют образованию смолоподобных про­дуктов.

Технология древесно - волокнистых плит доволь­но сложна и энергоемка. Процесс производства ДВП можно раз­делить на две практически самостоятельные части: получение древесных волокон путем последовательного измельчения древе­сины и переработка волокон в изделия.

Получение древесных волокон — процесс весьма многодельный и энергоемкий, он включает следующие последовательно осущест­вляемые операции: снятие коры с древесины (окориваиие), рас­пиловку дровяного долготья, колку толстых чураков, рубку дре­весины в шепку, размол щепы и получение волокнистой массы. Далее производят подютовку волокнистой массы путем ее сор­тировки, сгущения и проклейки.

Формование изоляционных ДВП осуществляют мокрым спо­собом из гидромасс, который основан на свободном их обезвожи­вании с последующим вакуумированием и подпрессовкой. Произ­водственный процесс закапчивается сушкой иітелпіі. Принципи­альная технологическая схема производства мягких ДВП приве­дена ниже.

Прочность мягких ДВП обеспечивается только за счет пере­плетення древесных волокон (свойлачпнаемостп), поэтому к дре­весному волокну для этого типа продукции предъявляют повы­шенные требования. Дли обеспечения лучшей свонлачпвасмостн волокна должны иметь высокую удельную поверхіншм і, н быть до­статочно длинными, поэтому в данном случае предпочтение отда­ется древесине хвойных пород.

Твердые ДВП в процессе изготовления подвергают горячему прессованию, при котором кроме образования плотных контактов между волокнами под действием высокой температуры образуют­ся смолоподобные продукты, Я11.1Я К) Пінеги поиуюпшм Полому при получении твердых ДВП требования к древесным волокнам могут быть несколько снижены.

Приготовление щепы осуществляют из предварительно окорен­ной древесины. Окориваиие поступившего на заво ї сырья (длин­номерной древесины, коротья. отхочоп лесопиления и т. п.) про­изводят в корообдирочпых барабанах, водоструйных корообдирках или на ножевых корообдирочпых станках. Кора ухудшает внеш­ний вид изделия, увеличивает его водопоглощение при содержа­нии ее в массе свыше 17% существенно снижает механическую прочность.

Оевобожіенная от коры древесина поступает на грубое нз мельчение. Длинноразмерную древесину распиливают дисковыми пилами с горизонтальной (балансирные пилы) или вертикальной (маятниковые пилы) качающейся рамкой. Толстые чураки раска­лывают на дровокольных станках с неподвижным или движущим­ся поступательно-возвратно клином. Полученные заготовки дли­ной 1500 мм измельчают в щепу на специальных рубильных ма­шинах, рабочим органом которых является массивный стальной диск толщиной 100 мм н более и диаметром до 3000 мм, на ко­тором закреплены ножи. В зависимости от диаметра диска ко­личество ножей может изменяться от 10 (при диаметре 2000 мм) и более. Диск приводится во вращение электромотором, его час­тота вращения 585 мин^1.

Древесину легче рубить вдоль волокон, чем поперек, поэтому поленья подаются к диску под углом 35... 45° по специальному на­клонному лотку

Для нормальной работы размольных агрегатов необходимо получать щепу одинаковых размеров: длина вдоль волокон 20... ...25 мм, поперек волокон 15... 30 мм и толщина 3... 5 мм. Из ру­бильной машины щепа выходит неодинаковая по величине, по­этому она сортируется на вибрационных плоских или барабанных ситах. Отсортированная щепа подается на мелкое измельчение к размольным агрегатам. Предварительно ее промывают в промы­вочном баке и затем на обезвоживающем винтовом конвейере, где щепу дополнительно промывают свежей водой.

Получение древесного волокна осуществляют одним из трех способов: механическим, термомеханическим или химико-механи - ческим

Необходимость размола заключается в получении тонких воло­кон с длиной, обеспечивающей хорошую свойлачиваемость при фор­мировании ковра Качество получаемого волокна (толщина и дли­на) зависит от породы применяемой древесины и способа его по­лучения

Качество волокна оценивается по скорости обезвоживания гид­ромассы. С учетом этого сконструирован прибор, с помощью ко­торого по скорости свободного водоотделения определяют тонкость помола волокна в градусах Шоиера-Риглера (°ШР) •—автора при­бора.

В зависимости от применяемого вида древесины, способа раз­мола и типа размольной машины получаемое волокно может иметь

'.Мб

Средний диаметр 30... 50 мкм и среднюю длину от сотых долей мил­лиметра до 3 . 4 мм. Слишком короткие волокна не могут быть использованы для получения мягких ДВГТ, поэтому выбор спосо­ба размола и типа размольной машины прн их производстве име­ет решающее значение.

Механический способ получения волокна основан на истирании чу раков быстровращающимися рифлеными дисками без прогрева или с прогревом древесины, с применением химических веществ и других средств, облегчающих размол древесины Процесс раз­вертывания удельной поверхности древесно-волокнистой массы при этом способе размола связан с большой затратой энергии. Как правило, в размольные аппараты добавляют большое коли­чество подогретой воды для облегчения размола и повышения выхода кондиционной волокнистой массы. Механический способ размола не нашел широкого применения вследствие больших за­трат электроэнергии (800 кВт на 1 т сухой волокнистой массы) и невозможности переработки древесины в виде щепы.

Термомеханический способ размола древесины основан на дву - стадийной обработке щепы: предварительном разогреве ее горя­чей водой (не ниже 70°С) или паром высокого давления с темпе­ратурой 170... 190°С и последующем истирании ее между вращаю­щимися с разной скоростью или в разные стороны рифлеными дисками. Разогрев щепы обычно производят в специальной каме­ре размольной машины (дефибратора или рафинатора). Под воз­действием теплоты и влаги лигнин древесины размягчается, ос­лабляя связи между волокнами; легко гидролизуемые углеводы гидролизуются и расщепление древесины на волокна существен­но облегчается.

Древесное волокно, получаемое этим способом, характеризу­ется ненарушенной структурой при высокой тонкости помола. В зависимости от требуемой тонкости волокон размол осущест­вляют в одну или две стадии. При производстве мягких ДВП не­обходим двустадийный размол.

Для первичного помола применяют дефибраторы или быстро­ходные рафинеры — машины с быстровращающимися рифлеными дисками, а для повторного — рафинаторы, голлендеры, обеспечи­вающие тонкий размол при более мягком воздействии на древе­сину. Термомеханнческий способ наиболее распространен в прак­тике приготовления древесно-волокнистой массы, для него харак­терно получение массы с высоким содержанием длинных и тон­ких волокон при сравнительно небольшом расходе электроэнергии (200...260 кВт на 1 т сухого волокна), что достигается за счет термовлажностной обработки щепы.

Химико-механический способ основан на различной раствори­мости компонентов древесины в слабом растворе щелочи и реа­лизуется в два этапа: проваривание древесной щепы в слабоще­лочном растворе и механический размол проваренной щепы При варке древесины в слабощелочном растворе происходит полное постепенное растворение лигнина и частичное гнмнцеллюлозы и инкрустирующих веществ, соединяющих волокна , у Это существен­но облегчает размол древесины и обеспечивает получение элас­тичных длинных волокон, пригодных для производства высокока­чественных мягких плит.

Однако этот способ не получил широкого применения вслед­ствие сложности химической подготовки сырья перед размолом и малого выхода волокна (до 80%).

Полученную при первичном размоле древесную массу разбав­ляют водой до концентрации 0,3 ...0,5% и подвергают мокрой сор­тировке путем пропускания гидромассы через плоские сита с раз­мером отверстий 5...6 мм Недомолотые частицы сіущают до 4... ...5% и направляют на повторный размол. Гидромассу из конди­ционных волокон направляют на вторичный помол, для ко­торого широко используют голендоры непрерывного действия, п которых получают эластичное и хорошо гпдратнропанное во­локно.

Подготовка волокнистой массы для формования плит включа­ет повышение концентрации волокон до 2,5... 3% с целью умень­шения емкости массовых бассейнов и снижения электроэнергии, потребной на ее перекачку, и проклейку массы.

Сгущение гидромассы производят в особых аппаратах — сгу­стителях, из которых ее затем перекачивают или направляют са­мотеком в массовые бассейны, оборудованные смесительными ме­ханизмами. Проклейку волокнистой массы (обработка ее эмуль­сиями химических веществ) производят при непрерывном переме­шивании гидромассы для улучшения свойств готовых изделий. Прочность ДВП повышают введением в гидроволокннстую массу водных эмульсий окисляющихся масел (льняного, конопляного и др.) либо синтетических (фенолоформальдегидных и др.) смол. Повышения водостойкости достигают введением гидрофобных эмульсин, в основном парафиновой, канифольной, битумной, в ко­личестве до 2%. Эмульсия осаждается на волокно в кислой среде (рН = 4...5); для получения такой среды в гидромассу вводят серную кислоту (1%) или сернокислый глинозем (0,5%). Повы­шения биостойкости ДВП добиваются введением в гидромассу ан­тисептиков (фтористого и кремнефторнстого натрия, крезола и др ). Огнестойкость повышают за счет введения антипиренов (серно­кислого аммония, железоаммонитофосфата и др.).

Следует отметить, что введение перечисленных водораствори­мых добавок эффективно при сухом способе производства ДВП, т. е. твердых их разновидностей. При мокром же способе (при получении мягких ДВП) эффект проклейки заметно снижается, так как при обезвоживании ковра во время формования изделий часть добавок уходит из массы с отжимными водами.

Фариопчшц і іч,,кіі ЛИ1І осу щеп или Ют на отливочных маши­нах непрерывного и периодическою действия. Обезвоживание во­локнистой гидромассы на отливочных машинах происходит после- .ч. ч довательно путем свободной фильтрации воды через сетку, отсо­са вакуумированием и отжима подпрессовкой.

Прн свободной фильтрации взвешенные в воде волокна сбли­жаются и переплетаются, возникают силы сцепления друг с дру­гом, т. е. происходит свойлачивание. При этом гидромасса обез­воживается и на сетке машины формируется ковер с относитезь- ной влажностью 90...92% Дальнейшее понижение влажности и уплотнение ковра происходят вакуумированием и отжимом (до влажности 60... 70%).

Наибочыпее распространение для формования ДВП получили длинносетчатые отливочные машины непрерывного действия. Про­цесс формирования на этих машинах осуществляется следующим образом Гидромасса через щель поступает на непрерывно дви­жущуюся ленту отливочной машины, огражденную бортами. Для улучшения переплетення волокон на отливочных машинах уста­навливают вертикальный вибратор. Свободная фильтрация воды прекращается при достижении концентрации волокна в массе 7... ... 10%, далее масса поступает в отсасывающую часть машины, оборудованную вакуум-насосами, где ее концентрация увеличи­вается до 12... 16%. Дальнейшее обезвоживание ковра происхо­дит между двумя сетками в прессовой части машины, включаю­щей несколько прессов с постепенно возрастающим давлением. Проходя через прессы, масса уплотняется, ее толщина уменьша­ется, а влажность достигает конечной величины 55.. 70%. Отфор­мованный таким образом ковер с помощью пил поперечной и про­дольной резки раскраивается на плиты заданных размеров, ко­торые направляются на тепловую обработку.

Тепловую обработку мягких ДВП производят в трехзонных многоэтажных роликовых сушилках непрерывного действия, ра­ботающих по принципу противотока с рециркуляцией теплоноси­теля. Длина роликовых сушилок может колебаться от 30 до 90 м. Чаще используют сушилки длиной 30 м Продолжительность суш­ки прн температуре теплоносителя 130 .. 160°С составляет 3 ч. В конце сушки предусмотрена зона охлаждения.

Мягкие ДВП широко используют в сельском строительстве для утеплення стен, полов и пототков щитовых панельных и кар­касных домов. Пх также применяют в качестве выравнивающих слоев под твердые покрытия полов и звукоизоляционных прокла­док

Следует отметить, что производство ДВП является энергоем­ким. В среднем на 1 т плит затрачивается 550... 650 кВт-ч элект­роэнергии, 4... 4,5 т пара и около 110 кг условного топлива. Вы­сокая энергоемкость объясняется большими затратами электро­энергии, идущими на помол древесины. В процессе производства затрачивается значительное количество топлива на тепловую об­работку сырья и сушку изделий. Высокие энергозатраты являются основной причиной стабилизации объемов выпуска ДВП.