Форм із деревного пластику. Рідке дерево своїми руками створюємо деревопластик будинку. Підготовка до виробництва

У цій статті ми розповімо, як можна зробити популярним будівельний матеріалпід назвою рідке дерево своїми руками, а також опишемо всі його переваги.

Будь-який домашній умілець знає, що вироби з деревини бояться негативних впливіврізноманітних експлуатаційних факторів, що знижує термін їхньої служби. При цьому дерево улюблене багатьма людьми та професійними будівельниками. Воно екологічне, чудово виглядає, заряджає людину позитивною енергією, має безліч інших переваг.

Виріб з рідкого дерева

З цих причин фахівці досить довго намагалися вигадати замінник натуральної деревини, який би візуально і за фізичними властивостями нічим не відрізнявся від дерева, перевершуючи останнє за своєю якістю та стійкістю до впливу природних явищ. Дослідження завершились успіхом. Сучасна хімічна промисловість спромоглася створити унікальний матеріал- Рідке штучне дерево. Воно буквально увірвалося на будівельні ринкивсього світу. Нині таке дерево продається під абревіатурою ДПК (деревнополімерний композит). Матеріал, що цікавить нас, виготовляється з наступних компонентів:

1. Подрібнена деревна основа – по суті відходи обробки натурального дерева. У тому чи іншому композиті їх може бути від 40 до 80 %.
2. Термопластичні хімічні полімери – полівінілхлориди, поліпропілени тощо. З їх допомогою дерев'яна основа збирається в єдину композицію.
3. Добавки, які називають адитивами. До таких відносять колоранти (фарбують матеріал у необхідний відтінок), лубрикатори (збільшують стійкість до вологи), біоциди (захищають вироби від плісняви ​​та комах-шкідників), модифікатори (зберігають форму композиту і забезпечують його високу міцність), спінювачі ).

Зазначені компоненти змішують у певних пропорціях, сильно нагрівають (доки склад не стане рідким), виробляють полімеризацію суміші, а потім подають її в особливі форми під високим тискомта охолоджують. В результаті всіх цих дій виходить композиція, яка має гнучкість і відмінну корозійну стійкість, пружність і удароміцність. А головне – ДПК має чарівний аромат натуральної деревини, а також колір та текстуру, ідентичну справжньому дереву.

Сподіваємося, що з нашого короткого огляду ви зрозуміли, як виробляється рідке дерево, і розібралися, що таке. Деревно-полімерні вироби, що описуються, характеризуються рядом експлуатаційних переваг. Наводимо основні з них:

• - підвищена стійкість до пошкоджень механічного плану;
• стійкість до температурних перепадів (експлуатувати вироби з ДПК можна і за +150 °С, і за -50°);
• висока вологостійкість;
• легкість самостійної обробки та монтажу (для цих цілей застосовують інструмент, яким працюють із натуральним деревом);
• тривалий термін служби (мінімум 25-30 років);
• великий вибір колірних рішень;
• стійкість до грибка;
• простота обслуговування (композит легко миється, його можна циклювати, лакувати, фарбувати у будь-який колір).

Прикраса з деревопластику

Важливою перевагою деревопластику є і те, що він має цілком доступну вартість.Досягається це з допомогою використання під час виробництва ДПК продуктів вторинної переробки (подрібнена фанера, тирсу, стружка). Недоліки в матеріалі, що розглядається, знайти складно, але вони є. А як без цього? Мінусів у деревопластику лише два. По-перше, при використанні в житлових кімнатах необхідно облаштовувати якісну вентиляцію. По-друге, ДПК не рекомендується застосовувати у випадках, коли в приміщенні одночасно і постійно присутня висока вологість та підвищена температура повітря.

Особливі характеристики композиту з деревини та пластику дозволяють виготовляти з нього різноманітні будівельні вироби. Цей матеріал йде на виробництво зовнішнього сайдингу, гладкого, порожнистого, рифленого та суцільного декінгу (інакше кажучи – терасної дошки). З ДПК роблять шикарні балюстради, чудернацькі перила, надійні паркани, розкішні альтанки та безліч інших конструкцій. Деревопластик дозволить вам розкішно облаштувати інтер'єри у житловому приміщенні та зробити свою заміську ділянку по-справжньому красивою.

Вартість композиту, що описується, залежить від того, який полімер використовується для його виготовлення. Якщо виробник робить ДПК із поліетиленової сировини, ціна на готову продукцію буде мінімальною. Але варто зауважити, що такі вироби не мають стійкості до ультрафіолету. А ось полівінілхлоридні полімери надають деревопластику високу стійкість до вогню та УФ-променів, а також роблять його дуже довговічним. Вироби з ДПК (зокрема декінг) прийнято ділити на безшовні та зі швами. Перші монтуються без клямерів, шурупів та інших металовиробів. Такі дошки просто зчіплюються один з одним, формуючи міцну суцільну поверхню.

Деревно-пластиковий матеріал

А ось для установки виробів зі швами потрібно використовувати пластикове або металеве кріплення (найчастіше в ролі такого виступають клямери). ДПК-плити або дошки можуть бути порожнистими та повнотілими. Для облаштування веранд приватних будинків краще використовувати вироби з пустотами. Вони легені, працювати з ними самостійно дуже просто. Повнотілий деревопластик, який здатний витримувати суттєві навантаження, більше підходить для укладання у громадських місцях (набережні, літні ресторани та бари, корабельні палуби), де відзначається висока прохідність людей.

При виборі дощок з ДПК звертайте увагу на товщину їх стінок (вона має бути не менше 4-5 мм), висоту ребер жорсткості (що вони вищі, тим більш надійними в експлуатації будуть вироби) та їх кількість (чим більше ребер, тим міцніше виходить конструкція).

Також слід розумно вибирати ширину композитних панелей та дощок. Тут слід розуміти один момент. Чїм ширші вироби ви купите, тим легше вам буде з ними працювати, адже для монтажу таких дощок потрібно відчутно менше кріплень . Ще кілька корисних пораддля вас. Уточнюйте у продавців, з яких тирси виготовлявся ДПК. Якщо для цього виробник використовував хвойну деревину, краще пошукайте інший матеріал. Чому? З тієї причини, що композити на хвойній основі вважаються пожежонебезпечними. Та й характеристики таких виробів залишають бажати кращого. ДПК на базі відходів переробки листяних деревпозбавлені зазначених недоліків.

У випадках, коли на композитних панелях (дошках, плитах) добре видно світлі прожилки або ділянки, експлуатаційна надійність виробів буде низькою. Найімовірніше, виробник застосовував деревне борошно низької якості, та, до того ж, погано перемелену. Такі панелі зазвичай мають малий показник водостійкості. Використовувати їх на вулиці не можна. Про недостатню якість ДПК говорить і наявність на поверхні неоднорідного забарвлення (розлучення, добре помітні переходи відтінків).

А тепер найцікавіше. За бажання ви цілком можете в домашніх умовах виготовити своїми руками гідний аналог ДПК. Саморобний деревопластик виробляється з тирси та звичайного ПВА-клею та використовується для відновлення паркетної дошки, ремонту ламінату на підлозі, реставрації інших дерев'яних покриттів. Також його можна застосовувати для виготовлення грубих настилів для підлоги в альтанках та приміщеннях допоміжного призначення.

Кмпозитний матеріал з тирси та клею

ДПК робиться своїми руками за такою схемою:

1. Подрібнюєте тирсу в кавомолці або ручному кухонному млині до стану пилу.
2. Додаєте до подрібненої тирси ПВА-клей (пропорції – 30 до 70 %) і перемішує ці компоненти до моменту, поки у вас не вийде суміш з консистенцією пасти.
3. У виготовлений склад наливаєте барвник (рекомендується використовувати добавки, що застосовуються для звичайної водоемульсійної фарби). Ще раз все перемішуєте.

Ось ви і виготовили саморобний деревопластик! Сміливо заповнюйте таким складом дірки в дерев'яні підлоги. Після застигання ДПК відреставровану ділянку потрібно буде лише відшліфувати, використовуючи наждак із дрібним зерном. Склад, зроблений своїми руками, можна застосовувати і для облаштування нових підлог. Зберіть , виготовте домашній ДПК в необхідних кількостях і залийте опалубну конструкцію. Товщина саморобних дощок в даному випадку повинна дорівнювати не менше 5 см. Дерзайте!

22.05.2015

Пластики з деревної прес-маси (МДП) виготовляють шляхом її п'єзотермічної обробки прес-формах, що забезпечують отримання деталей необхідної конфігурації.
Матеріали.Для виготовлення деревних прес-мас різних видів застосовують кусковий шпон товщиною 0,5-1,8 мм, вологістю до 12%, відходи деревних шаруватих пластиків, відходи деревообробних виробництв - стружки та тирсу. Відходи деревини не повинні містити включень кори та гнилі, а відходи ДСП розрізають на відрізки довжиною до 120 мм для можливості завантаження їх у дробарку.
Як сполучні при виготовленні прес-мас застосовують бакелітові лаки СБС-1 і ЛБС-3, фенолоформальдегідну смолу СФЖ-3011 і фенолоспирти Б і В. Концентрація бакелітового лаку перед просоченням повинна бути 43-45 %, а фенолоформаль5. Як добавки, що покращують властивості виробів з МДП, використовують мінеральну олію, олеїнову кислоту, барвники, алюмінієву пудру, сріблястий графіт, мідний порошок та ін.
Технологічний процесвиробництва МДП Технологічний процес виробництва МДП складається з наступних операцій: підготовки кондиційних-деревних частинок, приготування робочого розчину сполучного, дозування та змішування деревних частинок із сполучним та модифікатором та сушіння маси.
Особливості технологічного процесу виробництва МДП пов'язані з видом застосовуваних деревних відходів, при виготовленні прес-маси з тирси (рис. 106, а) вони просіюються на вібросіті з осередками розміром 10x10 мм для великої фракції і 2x2 мм - для дрібної. Кондиційні частки надходять у сушарку, де висушуються при 80-90 ° С до вологості 3-8%. Для сушіння застосовують барабанні, стрічкові та аерофонтанні сушарки.
При використанні в якості сировини шматкового шпону і відходів ДСП технологічний процес включає операцію подрібнення деревини в дробарках (рис. 106, б). Для подрібнення шпону застосовують молоткові дробарки, наприклад, ДКУ-М. Дроблення шпону проводиться ножами та молотками, встановленими на роторі машини. У міру подрібнення до потрібної фракції частинки викидаються через змінне сито і пневмотранспортом видаляються в бункер. В результаті утворюються частинки деревини голчастої форми завдовжки 5-60 мм, завширшки 0,5-5 мм, завтовшки 0,3-2 мм. Для подрібнення відходів ДСП застосовують молоткову дробарку С-218, що роздроблює та сортує деревні частинки. Довжина частинок після подрібнення 12-36 мм, ширина 2-7 мм, товщина 0,5-1,2 мм. Розміри часток залежить від призначення МДП.
Деревні частинки зі сполучним змішуються в черв'ячно-лопатевих змішувачах, а тирса - і в змішувачах-бігунах. Катки бігунів при русі по шару тирси дроблять їх у волокна, що надалі забезпечує підвищені фізико-механічні властивості виробів із МДП. Деревні частинки та сполучна дозуються по масі. Змішування їх здійснюється шляхом подачі деревних частинок порціями 80-100 кг. Температура просочувального розчину в залежності від його в'язкості 20-45 °С. Тривалість змішування у черв'ячних змішувачах залежить від виду частинок. Тирса, стружки і частинки шпону змішуються протягом 10-30 хв, а частинки ДСП - 15-20 хв. Кількість сухої смоли в МДП має бути відповідно 25-30% та 12-15%). Тривалість змішування в бігунових змішувачах 30-40 хв, а вміст сухої смоли у прес-масі 25-35 %.
Модифікатори в змішувачі подаються після завантаження просочувального розчину в наступній кількості %: олеїнова кислота 0,8-1,5, уротропін 1-3, барвники 2-5, графіт 2,5- 10, алюмінієва пудра або мідний порошок 1,5- 3, мінеральна олія 10-20.
Сушіння прес-маси проводиться при 40-50 ° С протягом 30-60 хв до вологості 5-7%. Для цього використовуються самі агрегати, що і для сушіння сирих частинок деревини.
Технологічний процес виробництва виробів із МДП.Для виготовлення виробів МДП можна застосовувати у вигляді сипучої маси або у вигляді брикету, отриманого в результаті попереднього ущільнення. Застосування брикетів дозволяє більш точно дозувати МДП, у 2-3 рази зменшити обсяг завантажувальної камери прес-форми, прискорити процес попереднього прогріву. Брикети формою, що відповідає формі виробу (циліндри, паралелепіпеди та ін), виготовляються у спеціальних брикетуючих пресах або прес-формах. Брикетування проводиться під тиском 20 МПа. За температури до 25 °С тривалість витримки під тиском 1 хв, при 50-60 °С - 0,5 хв.
Для скорочення циклу пресування виробів із МДП її попередньо підігрівають. При 60-70 ° С прогрів ведуть 30-60 хв, а за 140 ° С - до 5 хв. Найбільш рівномірне прогрівання досягається в полі ТВЧ. Застосовується також конвективний, індукційний та інші види нагріву.
Вироби з МДП виготовляють гарячим пресуванням у гідравлічних пресах сталевих прес-формах закритого типу. Пресування здійснюється прямим та ливарним способами (рис. 107). При прямому пресуванні тиск впливає безпосередньо на масу, що знаходиться в порожнині прес-форми. При литьовому пресуванні МДП під тиском перетікає із завантажувальної порожнини у формуючу, пряме пресування застосовують при виготовленні нескладних та великогабаритних виробів. Литєвим способом виготовляють вироби з тонкими стінками та складною конфігурацією. У процесі пресування МДП нагрівається, розм'якшується, ущільнюється, розтікаючись у порожнині прес-форми, і затверділи.

Тиск при пресуванні МДП, що має слабку плинність, залежить від конфігурації деталей і способу пресування. При прямому пресуванні деталей із прямим контуром воно дорівнює 40-50 МПа. При литьковому пресуванні деталей з фігурним контуром у процесі продавлювання прес-маси у форму тиск 80-100 МПа, при пресуванні - 40-50 МПа.
Температура прес-форми під час прямого пресування 145± 5 °С. Тривалість пресування залежить від товщини стінок виробу. Для виробів із товщиною стінок до 10 мм при обігріві матриці та пуансону вона дорівнює 1 хв/мм, при обігріві лише матриці – 1,5-2 хв/мм, для виробів із товщиною стінок понад 10 мм – відповідно 0,5 та 1 хв /мм.
при литьовому пресуванні МДП спочатку ущільнюється при температурі прес-форми 120-125 ° С протягом 1-2 хв. Продавлювання маси у форму проводиться при тій же температурі. Закінчення цього періоду пресування визначається моментом початку падіння тиску. Пресування проводиться за 145-165 °С протягом 4 хв. Після закінчення пресування вироби охолоджують.
Вироби з великою поверхнею контакту з прес-формою охолоджують разом із нею до 40-60 °З. Тонкостінні вироби охолоджують у затиснутому стані у спеціальних пристосуваннях під тиском 0,2-0,3 МПа. Деталі нескладної конфігурації та деталі, до розмірів яких не висувають високих вимог, охолоджують у вільному стані.
Механічна обробка виробів із МДП полягає в основному у видаленні облої та литників. Додаткова механічна обробка з метою зміни форми та розмірів деталей проводиться на металорізальних верстатах.
При виробництві 1 т МДП витрачається: суха деревина 1,8-2 м3, смоли 600 кг, етилового спирту 340 л, пара 2 т, електроенергії 70 кВт * год.

Завдання технології виготовлення виробів з термопластичних деревно-полімерних композиційних матеріалів важливо просте - з'єднати всі компоненти майбутнього композиту в однорідний матеріал і сформувати з нього продукт необхідної форми. Однак для її реалізації потрібен деякий набір досить складного технологічного обладнання.

1. Загальні засади технології.

Вихідною сировиною для виробництва ДПК є борошно деревне (або волокно), базова смола у вигляді суспензії або гранул і до 6-7 видів необхідних добавок (адитивів).

Існує дві схеми отримання екструзійних виробів з термопластичних ДПК, що принципово розрізняються:

• двостадійний процес (компаундування + екструзія),
• одностадійний процес (пряма екструзія).

У двостадійному процесі спочатку з вихідних інгредієнтів виготовляється деревополімерний компаунд. Смола та борошно знаходяться у двох силосах. Борошно, підсушене у спеціальній установці та смола направляються у ваговий дозатор, і надходить у змішувач, де ретельно перемішується у гарячому вигляді з додаванням необхідних адитивів. Отримана суміш формується далі у вигляді невеликих гранул (пеллет), які потім охолоджується в спеціальному пристрої (охолоджувачі).

Мал. 1. Схема отримання гранульованого деревополімерного компаунду

Потім цей компаунд використовується для екструзії профільних виробів, див. схему екструзійної ділянки, Рис. 2.

Мал. 2. Схема екструзійної ділянки

Гранулят подається в екструдер, розігрівається до пластичного стану та продавлюється через фільєру. Видавлений профіль калібрується, розпилюється впоперек (а за потреби і вздовж) і укладається на приймальний стіл.

Деревнополімерний компаунд використовується також для лиття або пресування виробів із термопластичних ДПК.

У разі прямої екструзії інгриденти направляються безпосередньо в екструдер, див., наприклад, одну із схем організації процесу прямої екструзії ДПК на Рис. 3.

Мал. 3. Схема прямої екструзії деревополімерних композитів.

В даному випадку деревне борошно подається з бункера в сушильну установку, підсушується до вологості менше 1% і надходить в бункер-накопичувач. Потім борошно і добавки надходять у дозатор, а з нього - в міксер (змішувач). Підготовлена ​​в міксері суміш (компаунд) за допомогою транспортної системи подається в накопичувальну ємність екструдера. Смола, пігмент і змащувальний агент з відповідних ємностей подаються в екструдер, де відбувається їхнє остаточне перемішування, нагрівання та видавлювання через фільєру. Далі відбувається охолодження (і за потреби) калібрування отриманого профілю, а потім обрізання на потрібну довжину. Така схема називається прямою екструзією.

В даний час в промисловості широко використовуються обидві схеми, хоча багато хто вважає більш прогресивною пряму екструзію.

Там існують підприємства, що спеціалізуються лише з виробництва грануляту для ДПК, тобто. на продаж. Наприклад, на фірмі WTL International потужності установок такого типу становлять до 4500-9000 кг/год.

Зразкове розташування обладнання екструзійної ділянки (лінії) для прямої екструзії профільних деталей див. на наступній схемі.

Залежно від мети проекту виробництво екструзійних ДПК може бути реалізовано у вигляді компактної ділянки на одній установці, або у формі цеху (заводу з більшою або меншою кількістю технологічних ліній.

На великих підприємствах можуть бути десятки екструзійних установок.

Граничні температури процесу екструзії для різних видівбазових смол, показані на діаграмі рис.6.

Рис.6. Граничні температури робочої суміші (лінія 228 градусів – температура займання деревини)

Примітка. Більшість природних та синтетичних полімерів при температурі вище 100 град. Зі схильно до деградації. Це з тим, що енергія окремих молекул стає достатньої руйнації міжмолекулярних зв'язків. Що температура, то таких молекул стає більше. В результаті скорочується довжина молекулярних полімерних ланцюжків, відбувається окислення полімеру і істотно погіршуються фізико-механічні властивості полімеру. При досягненні граничних температур деградація молекул полімеру відбувається масово. Тому, при гарячому компаундуванні та екструзії необхідно ретельно контролювати температуру суміші та прагнути до її зниження та до скорочення операційного часу. Деградація полімерів відбувається під час природного старіння композиту при впливі ультрафіолетового випромінювання. Деградації схильний як пластик, а й молекули полімерів, складових структуру деревної компоненти композиту.

Тиск розплавленої суміші у циліндрі екструдера зазвичай становить від 50 до 300 бар. Воно залежить від складу суміші, конструкції екструдера, форми профілю, що екструдується, і швидкості закінчення розплаву. Сучасні потужні екструдери створюються з розрахунком на робочий тиск до 700 бар.

Швидкість екструзії ДПК (тобто швидкість закінчення розплаву з фільєри) знаходиться в межах від 1 до 5 метрів за хвилину.

Головною частиною цього технологічного процесу є екструдер. Тому нижче ми розглянемо деякі види екструдерів.

2. Види екструдерів

У вітчизняній літературі екструдери часто називають черв'ячними пресами. Принцип роботи екструдера – це добре відомий кожному "принцип м'ясорубки". Шнек (черв'як), що обертається, захоплює з приймального отвору матеріал, ущільнює його в робочому циліндрі і під тиском виштовхує в фільєру. Крім того, в екструдері відбувається остаточне перемішування та ущільнення матеріалу.

Рух матеріалу в екструдері при обертанні шнека відбувається внаслідок різниці в коефіцієнтах тертя матеріалу про цук і циліндр. Як образно висловився один закордонний фахівець: "полімер прилипає до циліндра і ковзає по шнеку".

Основне тепло в робочому циліндрі виділяється внаслідок стиснення робочої суміші та роботи значних сил тертя її частинок про поверхню екструдера та один об одного. Для переробки термопластів екструдери забезпечуються додатковими пристроями для розігріву робочої суміші, вимірювання температури та її підтримки (нагрівачі та охолоджувачі).

У пластиковій індустрії найбільш поширеними, внаслідок відносної простоти та порівняно низької ціни, є одноциліндрові (одношнекові) екструдери, див. схему та фото, рис. 7.

Мал. 7. Стандартна схема та зовнішній вигляд одноциліндрового екструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3-циліндр; 4- порожнину для циркуляції води; 5- нагрівач; 6 - грати; 7 формуюча головка. Фази процесу (I – подача матеріалу, II – нагрівання, III – стиск)

Основними характеристиками екструдера є:

• діаметр циліндра, мм
• відношення довжини циліндра до його діаметру, L/D
• швидкість обертання шнека, об/хв
• потужності двигуна та нагрівача, кВт
• продуктивність, кг/година

Примітка. Паспортна продуктивність екструдера є умовною умовою. Фактична продуктивність екструдера може значно відрізнятися від паспортної в конкретному технологічному процесі в залежності від матеріалу, що переробляється, конструкції фільєр, пост-екструзійного обладнання і т.д. Показниками ефективності конкретного екструзійного процесу є відношення продуктивності до споживаної потужності, вартості обладнання, чисельності персоналу тощо.

На наступній діаграмі показані відмінності у продуктивності екструдерів серії TEM англійської фірми NFM Iddon Ltd при виготовленні гранул та профілю на різних композиціях ДПК.

Наступним видом є екструдер з конічним шнеком. Конструктивно він схожий на циліндричний екструдер, але шнек та робоча порожнина виконані у формі конуса. Це дає можливість більш енергійно захоплювати і проштовхувати пухкий матеріал. робочу зону, ущільнювати його та швидше піднімати тиск у районі фільєри до необхідного рівня.

Примітка. Циліндричні та конічні одношнекові екструдери можуть використовуватися у виробництві профілів із термопластичних ДПК у двостадійному процесі, тобто. під час переробки готового ДПК компаунда.

Більш продуктивними є екструдери з двома циліндричними або конічними шнеками, див. рис. 8. Крім того, вони мають істотно кращі змішувальні властивості. Шнеки екструдера можуть обертатися в один бік або протилежних напрямках.

Мал. 8. Схеми шнеків двоциліндрового та двоконусного екструдерів: зона подачі, зона стиснення, зона вентиляції, зона дозування

Конструкція двошнекової машини набагато складніша і вона дорожча.

Шнеки сучасних екструдерів є складною конструкцією, див. рис 6.9.а. та рис. 6.9.б.

Рис.1.9. Вікно для реального
спостереження процесу у екструдері.

У робочій порожнині екструдера відбуваються різні механічні, гідравлічні та хімічні процеси, спостереження та точний опис яких утруднений. Рис. 9 показано спеціальне броньоване вікно для безпосереднього спостереження за екструзійним процесом (фірма FTI)

Завдяки високій продуктивності та хорошим змішувальним властивостям саме двошнекові маски застосовуються для реалізації схеми прямої екструзії термопластичних ДПК. Тобто. в них здійснюється і змішування компонентів та подача приготовленої робочої суміші у фільєру. Крім того, двошнекові екструдери часто застосовуються у двостадійному процесі як компаундери для отримання ДПК у гранулах.

Шнеки двошнекових машин не обов'язково мають гвинтові поверхні. Для поліпшення їх змішувальних властивостей на шнеках можуть бути виконані спеціальні змішувальні ділянки з іншими типами поверхонь, які забезпечують суттєву зміну напрямку та характеру руху робочої суміші, тим самим краще її перемішування.

Нещодавно японською фірмою Creative Technology & Extruder Co. Ltd для переробки дерево-полімерних композицій було запропоновано комбінована схемаконструкції екструдера, в якому в одному корпусі циліндрі поєднані двошнековий та одношнековий екструдери.

Основні механізми явищ, що відбуваються при екструзії термопластичних матеріалів, добре вивчені. Загалом див. наприклад додаток "Введення в екструзію"

Примітка. В установці для виробництва дерево-полімерного листа Ростхіммаш використаний дисковий екструдер. У деяких випадках у виробництві ДПКТ замість екструзії шнекової може використовуватися поршнева екструзія.

Існують спеціальні методиматематичного комп'ютерного моделювання екструзійних процесів, що використовуються для розрахунку та конструювання екструдерів та фільєр, см. Рис. 10. та в системах комп'ютерного управління екструдерами.

Мал. 10. Система комп'ютерного моделювання екструзійних процесів.

Екструдери, що застосовуються у виробництві ДПК, повинні бути забезпечені ефективним пристроєм дегазації для відведення парів і газів і мати зносостійкі робочі поверхні, наприклад, циліндр з глибоким азотуванням і шнек, зміцнений молібденом.

Традиційно, у технології виробництва ДПК використовується деревне борошно вологістю менше 1%. Однак нові сучасні екструдери, розроблені спеціально для виробництва ДПК, здатні переробляти борошно вологістю до 8%, оскільки забезпечені потужною системою дегазації. Деякі вважають, що водяна пара, що утворюється в екструдері, якоюсь мірою сприяє полегшенню процесу екструзії, хоча це спірне твердження. Наприклад, фірма Cincinnati Extrusion вказує, що фірмою, що випускається, екструдер мод. Fiberex A135 при вологості борошна 1-4% матиме продуктивність 700 - 1250 кг/годину, а при 5-8% лише 500-700 кг/годину. Таким чином, стандартний екструдер навіть обладнаний системою дегазації, все ж таки не є сушаркою, а просто здатний більш-менш ефективно видаляти з робочої суміші невелику кількість вологи. Однак, є й винятки з цього положення, наприклад, описаний далі фінський екструдер Conex, здатний працювати і на вологих матеріалах.

Як правило, в ході екструзії вода повинна бути повністю видалена з матеріалу для отримання щільної і довговічної структури композиту. Однак, якщо виріб буде експлуатуватися всередині приміщення, то він може бути більш пористим і, відповідно, менш щільним.

Один з екструдерів, розроблений спеціально для виробництва деревополімерних композитів, показаний на Мал. 11.

Мал. 11. Екструдер моделі DS 13.27 фірми Hans Weber Gmbh, технологія "Fiberex"

Екструдери використовуються двостадійний процес для попереднього гранулювання ДПК замість профільної фільєри забезпечуються спеціальною гранулюючою головкою. У гранулюючій головці, що виходить з екструдера, потік робочої суміші поділяється на кілька струмочків малого діаметра (стренгів) і розрізається ножем на короткі відрізки.

Після охолодження вони перетворюються на гранули. Охолодження гранул здійснюється на повітрі або у воді. Вологі гранули висушуються. Гранульовані ДПК придатні для зберігання, транспортування та подальшої переробки деталі на наступній стадії технологічного процесу або на іншому підприємстві методом екструзії, лиття під тиском або пресування.

Раніше екструдери мали одну зону завантаження. Нові моделі екструдерів, що розробляються для переробки композиційних матеріалів, можуть мати дві або більше зон завантаження - окремо для смоли, окремо для наповнювачів та адитивів. З метою кращого пристосування до роботи на різних композиціях екструдери - компаундери часто виконуються секційною розбірною конструкцією, що дозволяє змінювати співвідношення L/D

3. Фільєри (головки) екструдерів

Фільєра (т.зв. "головка екструдера") є змінним інструментом екструдера, яка надає розплаву, що залишає робочу порожнину екструдера, необхідну форму. Конструктивно фільєра є щілина, якою продавлюється (витікає) розплав.

Мал. 12. Фільєра, профіль, калібратор.

У фільєрі відбувається остаточне формування структури матеріалу. Вона значною мірою визначає точність поперечного перерізупрофілю, якість його поверхні, механічні властивості і т. п. Фільєра є найважливішою складовоюдинамічної системи екструдера-фільєра і фактично визначає продуктивність екструдера. Тобто. з різними фільєрами один і той же екструдер здатний зробити різну кількість профілю в кілограмах або погонних метрах (навіть для того самого профілю). Це залежить від ступеня досконалості реологічного та теплотехнічного розрахунку системи (швидкість екструзії, коефіцієнта набухання екструдату, в'язкоеластичні деформації, збалансованість окремих потоків екструдату тощо). На фотографії рис. 6.13. зображена фільтра (ліворуч) з якої виходить гарячий профіль (у центрі) і прямує до калібратора (праворуч).

Для отримання виробів складного профілю застосовують фільєри, що мають відносно великий опір руху розплаву. Основне завдання, яке має бути вирішене всередині фільєри в процесі екструзії, і особливо для складної профільної деталі, - вирівнювання об'ємної швидкості різних потоків розплаву в головці по всьому перерізу профілю. Тому швидкість екструзії складних профілів менша, ніж простих. Ця обставина необхідно враховувати вже у стадії конструюванні самого профілю, тобто. вироби (симетрія, товщини, розташування ребер, радіуси переходів та ін.).

Рис.13. Збірна дворучна фільєра для виробництва віконних профілів.

Екструзійний процес дозволяє на одному екструдері виробляти одночасно два або більше, як правило, однакових профілів, що дозволяє максимально використовувати продуктивність екструдера при виробництві невеликих профілів. Для цього використовуються дворучні або багаторучні фільєри. На фотографії показаний зовнішній вигляд дворучної фільєри, див. 13

Фільєри виготовляються із міцних та зносостійких сталей. Вартість однієї фільєри може перебувати в межах від кількох тисяч до кількох десятків тисяч доларів (залежно від розмірів, складності конструкції та точності та застосовуваних матеріалів).

Здається, що технічна складність потужних сучасних екструдерів і фільєр для них (за точністю, технологіями виробництва та застосовуваними матеріалами) наближається до складності авіаційних двигунів і далеко не кожному машинобудівному заводу це по плечу. Проте, цілком можна розглядати можливість організації виробництва вітчизняної екструзійної техніки - якщо використовувати готові комплектуючі вироби імпортного виробництва (робочі циліндри, шнеки, редуктори тощо). За кордоном існують компанії, що спеціалізуються на виготовленні саме такої продукції.

4. Дозатори та змішувачі.

У виробництві конструкційних матеріалів питання однорідності (рівномірності структури) та сталості складу мають, як відомо, першочергове значення. Важливість цього для дерево-полімерних композитів навіть вимагає спеціальних пояснень. Тому в технології ДПК велика увага приділяється засобам дозування, перемішування та подачі матеріалів. У виробництві ДПК реалізуються різноманітні технологічні прийоми та схеми вирішення цих процесів.

Дозування матеріалів здійснюється 5 способами:

• Просте об'ємне дозування, коли матеріал насипається в ємність певного розміру (мірне відро, бочку або ємність змішувача)
• Просте вагове дозування, коли матеріал насипається в ємність, розташовану на терезах.
• Безперервне об'ємне дозування, наприклад, за допомогою шнекового дозатора. Регулювання здійснюється зміною швидкості подачі пристрою.
• Безперервне вагове (гравіметричне) дозування за допомогою спеціальних електронних пристроїв.
• Комбіноване дозування, коли одні компоненти дозуються одним способом, інші - іншим.

Засоби об'ємного дозування дешевші, засоби вагового дозування точніше. Кошти безперервного дозування простіше організувати в автоматизовану систему.

Змішування компонентів може здійснюватися холодним та гарячим способами. Гарячий компаунд направляється безпосередньо в екструдер для формування профілю або гранулятор і охолоджувач для отримання гранул. У ролі гарячого змішувача може бути спеціальний екструдер-гранулятор.

Примітки:

1. Гранульовані матеріали зазвичай мають стабільну насипну масу і можуть бути досить точно дозовані об'ємними методами. З порошками, і тим більше з деревним борошном, справа йде протилежним чином.
2. Органічні рідкі та пилоподібні матеріали схильні до займання та вибуху. У нашому випадку це відноситься, особливо, до деревного борошна.

Змішування компонентів може бути виконане у різний спосіб. Для цього існують сотні різних пристроїв, як найпростіших мішалок, так і автоматичних змішувальних установок, наприклад, змішувачі лопатевого типу для холодного і гарячого змішування.

Мал. 14. Комп'ютеризована змішувально-дозуюча станція фірми Colortonic

На рис. 14. зображено гравіметричну систему автоматичного дозування та змішування компонентів, розроблену спеціально для виготовлення дерево-полімерних композитів. Модульна конструкціядозволяє формувати систему для змішування будь-яких компонентів у будь-якій послідовності.

5. Живильники

Особливістю деревної муки є її дуже маленька насипна щільність і не дуже хороша сипкість.

Мал. 15. Конструктивна схема живильника

Як би швидко не обертався шнек екструдера, він не завжди в змозі захопити достатню кількість (за вагою) пухкої суміші. Тому для легких сумішей та борошна розроблені системи примусового харчування екструдерів. Живильник подає борошно в зону завантаження екструдера під деяким тиском і забезпечує тим самим достатню щільність матеріалу. Схема влаштування такого живильника показана на Мал. 15.

Зазвичай, примусові живильники поставляються виробником разом з екструдером на спеціальне замовлення під конкретну суміш, див. наприклад схему організації процесу прямої екструзії, пропоновану фірмою Coperion, Рис. 16.

Мал. 16. Схема прямої екструзії ДПК із примусовим харчуванням, фірма Coperion.

Схема передбачає завантаження окремих компонентів композиту у різні зони екструдера. Зовнішній виглядподібної установки фірми Milacron, див. рис.1.17.а.

Мал. 17.а. Двошнековий конічний екструдер TimberEx TC92 із системою примусового живлення продуктивністю 680 кг/год.

6. Охолоджувач.

У найпростіших випадках процес екструзії ДПК може закінчитися охолодженням профілю. Для цього використовується нескладний водяний охолоджувач, наприклад корито з душовою головкою. Гарячий профіль потрапляє під струмені води, охолоджується та приймає остаточну форму та розміри. Довжина корита визначається умовою достатнього охолодження профілю до температури скловання смоли. Ця технологія рекомендується, наприклад, фірмами Strandex та TechWood. Вона застосовується там, де вимоги до якості поверхні та точності форми профілю не надто високі ( будівельні конструкції, деякі декінг-продукти і т.п.) або передбачається подальша обробка, наприклад - шліфування, облицьовування і т.д.

Для виробів з підвищеними вимогами до точності розмірів виробу (збірні конструкції, елементи інтер'єру, вікна, двері, меблі тощо) рекомендується використовувати калібраційні пристрої (калібратори).

Проміжне положення за точністю розмірів виробів займає технологія природного повітряного охолодження профілю на рольгангу, що застосовується, наприклад, німецькою фірмою Pro-Poly-Tec (і здається однією з корейської фірм).

7. Калібратори.

Профіль, що виходить з фільєри, має температуру до 200 градусів. При охолодженні відбувається температурне усадження матеріалу і профіль обов'язково змінює свої розміри та форму. Завдання калібратора – забезпечити примусову стабілізацію профілю у процесі охолодження.

Калібратори бувають повітряного та водяного охолодження. Існують комбіновані водо-повітряні калібратори, що забезпечує кращий притиск екструдата до поверхонь, що формують калібратора. Найбільш точними вважаються вакуумні калібратори, в яких поверхні, що рухаються формується профілю підсмоктуються вакуумом до поверхонь формуючого інструменту.

Австрійська фірма Технопласт нещодавно розробила спеціальну систему водяного калібрування та охолодження деревно-полімерних профілів, що отримала назву Лігнум, див. рис. 18.

Мал. 18. Система калібрування Лігнум фірми Technoplast, Австрія

У цій системі калібрування профілю відбувається за допомогою спеціальної приставки до фільєри, де відбувається водяне вихрове охолодження поверхні профілю.

8. Тягне пристрій і відрізна пилка.

На виході екструдера гарячий композит має малу міцність і може бути легко деформований. Тому для полегшення його руху через калібратор часто використовується пристрій, що тягне, зазвичай гусеничного типу.

Мал. 19. Тягне пристрій з відрізною пилкою фірми Greiner

Профіль делікатно захоплюється траками гусениць і виводиться з калібратора із заданою стабільною швидкістю. У деяких випадках можуть бути використані й валкові машини.

Для поділу профілю на відрізки потрібної довжини використовуються рухомі дискові маятникові пилки, які в процесі пиляння рухаються разом з профілем, а потім повертаються у вихідне положення. Пиляльний пристрій, за потреби, може бути забезпечений і поздовжньою пилкою. Тягне пристрій може бути виконано в одній машині з відрізною пилкою, див. фотографію на Мал. 19.

9. Приймальний стіл

Може мати різну конструкціюта ступінь механізації. Найчастіше використовується найпростіший гравітаційний скидач. Зовнішній вигляд див., наприклад, Мал. 20.

Мал. 20. Автоматизований розвантажувальний стіл.

Всі ці пристрої змонтовані разом, з загальною системою управління, утворюють екструзійну лінію, див. 21.

Мал. 21. Екструзійна лінія для виробництва ДПК (приймальний стіл, пила, пристрій, що тягне, калібратор, екструдер)

Для переміщення профілів по підприємству використовуються різні візки, транспортери та навантажувачі.

10. Оздоблювальні роботи.

У багатьох випадках профіль, виготовлений з ДПК, не вимагає додаткової обробки. Але є багато застосувань, у яких з естетичних міркувань оздоблювальні роботинеобхідні.

11. Упаковка

Готові профілі збирають у транспортні пакети та обв'язують поліпропіленовою або металевою стрічкою. Відповідальні деталі для захисту від пошкоджень можуть бути додатково укриті, наприклад, поліетиленовою плівкою, картонними прокладками).

Дрібні профілі для запобігання поломці можуть вимагати жорсткої упаковки (картонні ящики, решетування).

Вітчизняні аналоги.

У ході інформаційних досліджень у галузі екструзії ДПК було проведено і пошук вітчизняних технологій. Єдину лінію для виробництва дерево-полімерного листа пропонує завод "Ростхіммаш", сайт http://ggg13.narod.ru

Технічні характеристики лінії:

Вид продукції – лист 1000 х 800 мм, товщина 2 – 5 мм

Продуктивність 125 - 150 кг на годину

Склад лінії:

• екструдер двошнековий
• дисковий екструдер
• голівка та калібр
• вакуум-калібрувальна ванна
• тягнучий пристрій
• ріжучий пристрій, для обрізки кромок та обрізки по довжині
• накопичувач-автомат

Габаритні розміри, мм, не більше (габарит вказаний без теплової станції та комплекту пристроїв керування – уточнюється при розміщенні обладнання у замовника)

• довжина, 22500 мм
• ширина, 6000 мм
• висота, 3040 мм

Маса – 30 620 кг

Встановлена ​​потужність електроустаткування близько 200 кВт

Цю установку можна оцінити так:

• має невисоку продуктивність
• не пристосована до виробництва профільних деталей
• вкрай низька точність (+/- 10% за товщиною)
• велика питома матеріаломісткість та енергоспоживання

480 руб. | 150 грн. | 7,5 дол. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC", BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Дисертація - 480 руб., доставка 10 хвилин, цілодобово, без вихідних та свят

Савиновський Андрій Вікторович. Отримання пластиків з деревних та рослинних відходів у закритих прес-формах: дисертація... кандидата технічних наук: 05.21.03 / Савіновських Андрій Вікторович; [Місце захисту: Уральський державний лісотехнічний університет].

Вступ

Розділ 1. Аналітичний огляд 6

1.1 Деревно-композиційні матеріали із синтетичними сполучними 6

1.2 Лігновуглеводні та п'єзотермопластики 11

1.3 Методи модифікації деревних частинок 14

1.4 Лігнін та лігновуглеводний комплекс 19

1.5 Кавітація. Кавітаційна обробка рослинної сировини 27

1.6 Біоактивація деревних та рослинних частинок ферментами. 33

1.7 Вибір та обґрунтування напряму досліджень 35

РОЗДІЛ 2. Методична частина 36

2.1 Характеристика вихідних речовин 36

2.2 Методики проведення вимірів 41

2.3 Підготовка біоактивованої прес-сировини 41

2.4 Виготовлення зразків ДП-БС 41

2.5 Приготування навішування прес-сировини для пластику 42

РОЗДІЛ 3. Отримання та вивчення властивостей деревних пластиків без сполучного з використанням модифікаторів 43

РОЗДІЛ 4. Вплив хімічної модифікації лушпиння пшениці на властивості РП-БС 57

ГЛАВА 5. Отримання та вивчення властивостей деревних пластиків без сполучної з використанням біоактивованої прес-сировини 73

РОЗДІЛ 6. Технологія отримання ДП-БС 89

6.1 Розрахунок продуктивності екструдера 89

6.2 Опис технологічного процесу виробництва 93

6.3 Оцінка собівартості готової продукції 95

Висновок 97

Список літератури

Введення в роботу

Актуальність теми дослідження.Обсяги виробництва продуктів переробки деревної та рослинної сировини постійно збільшуються. При цьому зростає і кількість різних відходів переробки деревини (тирса, стружка, лігнін) та сільськогосподарських рослин (солома та оболонка насіння злаків).

У багатьох країнах існують виробництва деревних композиційних матеріалів з використанням як полімерної матриці синтетичних термореактивних і термопластичних органічних та мінеральних сполучних, як наповнювачів – подрібнених відходів рослинного походження.

Відома можливість отримання деревних композиційних матеріалів плоским гарячим пресуванням з відходів деревообробки без додавання синтетичних сполучних, які отримали назву п'єзотермопластики (ПТП), лігновуглеводні деревні пластики (ЛУДП). При цьому зазначається, що вихідні прес-композиції мають низькі показники пластично-в'язкісних властивостей, а отримані композити мають невисокі показники фізико-механічних властивостей, особливо водостійкості. І це вимагає пошуку нових способів активації лігнін-вуглеводного комплексу.

Отже, роботи, створені задля застосування деревних і рослинних відходів без використання синтетичних сполучних із створення виробів, є актуальними.

Робота виконувалася за завданням Міносвіти РФ, проект № 2830 «Отримання деревних пластиків з відходів біомаси дерева та сільськогосподарських рослин» на 2013-2016 рр.

Мета та завдання роботи. Метою роботи є одержання пластиків із деревних (ДП-БС) та сільськогосподарських відходів (РП-БС) без додавання синтетичних сполучних з високими експлуатаційними властивостями.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

Дослідити процес формування ДП-БС та РП-БС на основі деревних (тирса сосни) та рослинних (лушпиння пшениці) відходів.

Вивчити вплив хімічних модифікаторів, а також технологічних параметрів (температура, вологість) на фізико-механічні властивості ДП-БС та РП-БС.

Визначити раціональні умови отримання ДП-БС та РП-БС із деревних та рослинних відходів.

Встановити вплив біоактивації прес-сировини активним мулом на фізіо-

ко-механічні властивості ДП-БС.

Ступінь розробленості теми дослідження. Аналіз науково-технічної та патентної літератури показав дуже низький рівень розробленості питань, пов'язаних із закономірностями формування структури та властивостей деревного пластику без синтетичного сполучного.

Наукова новизна

Методом ДСК встановлено кінетичні закономірності процесу формування ДП-БС та РП-БС (енергія активації, передекспоненційний множник, порядок реакції).

Встановлено вплив хімічних модифікаторів (пероксид водню, уротропін, ізометилтетрагідрофталевий ангідрид, кавітаційний лігнін, гідролізний лігнін) на швидкість процесу формування ДП-БС та РП-БС.

Отримано кінетичні закономірності отримання ДП-БС із використанням біоактивованих деревних відходів.

Теоретична значимість роботи полягає у встановленні закономірностей впливу ряду модифікаторів та вологості прес-сировини з деревних та сільськогосподарських відходів на фізико-механічні властивості ДП-БС та РП-БС.

Практична значимість роботи полягає у використанні відходів відновлюваної сировини та експериментальному доказі можливості отримання ДП-БС та РП-БС із підвищеними фізико-механічними властивостями. Запропоновано рецептуру отримання ДП-БС та РП-БС. Вироби з ДП-БС мають низьку емісію формальдегіду.

Методологія та методи дослідження. У роботі використовувалися традиційна методологія наукових дослідженьі сучасні методидослідження (диференціальна скануюча калориметрія, ІЧ Фур'є-спектроскопія, ПМР 1 Н).

На захист виносяться

Результати дослідження термокінетики освіти ДП-БС, РП-БС та впливу модифікаторів та вологості на даний процес.

Закономірності формування властивостей ДП-БС та РП-БС у закритих прес-формах під впливом температури, вологості прес-сировини та її хімічної модифікації.

Ступінь достовірності результатів досліджень забезпечена багаторазовим повторенням експериментів, застосуванням методів статистичної обробки одержаних результатів вимірювань.

Апробація роботи. Результати роботи доповідені та обговорені на VIII міжнародній науково-технічній конференції «Наукова творчість молоді – лісовому комплексу» (Єкатеринбург, 2012), IX міжнародній науково-технічній конференції «Наукова творчість молоді – лісовому комплексу» (Єкатеринбург, 2013), Міжнародна матеріали на деревних та інших наповнювачах» (м.Митищі, 2014).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 статей, зокрема 4 статті у виданнях, рекомендованих ВАК.

Обсяг роботи

Дисертацію викладено на 107 сторінках машинописного тексту, містить 40 таблиць та 51 малюнків. Робота складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку літератури, що включає 91 посилання на вітчизняні та зарубіжні роботи.

Лігновуглеводні та п'єзотермопластики

Лігновуглеводні та п'єзотермопластики. Ці матеріали виготовляються з деревної тирсиабо іншої рослинної сировини високотемпературної обробки прес-маси без введення спеціальних синтетичних сполучних. Технологічний процес виробництва лігновуглеводних деревних пластиків складається з наступних операцій: підготовки, сушіння та дозування деревних частинок; формування килима, холодного його підпресування, гарячого пресування та охолодження без зняття тиску. При підготовці прес-маси дерев'яні частинки сортують, потім фракція крупністю більше 0,5 мм додатково подрібнюється, кондиційна тирса надходить у сушарку, а потім в розстилочну машину. Килим формується на піддонах, покритих шаром тальку або антиадгезійної рідини. Спочатку готовий килим подається в прес для холодного підпресування, яке триває протягом 1,5 хв при тиску 1-1,5 МПа, після чого прямує на гаряче пресування при тиску 1,5-5 МПа та температурі 160-180 С. Пресування плит товщиною 10 мм продовжується 40 хв.

Під впливом температури відбуваються частковий гідроліз полісахаридів деревини та утворення органічних кислот, які є каталізаторами, що сприяють деструкції лігновуглеводного комплексу. Хімічно активні продукти (лігнін і вуглеводи), що утворилися, взаємодіють між собою при пресуванні. В результаті утворюється щільніший і міцніший матеріал, ніж деревина.

Сировину для виробництва лигновуглеводного деревного пластику отримують обробкою деревини хвойних та листяних порід. Поряд з тирсою, верстатною стружкою, дроблянкою, для отримання пластику можуть бути використані кора в суміші з деревиною, дроблені лісосічні відходи та деякі сільськогосподарські відходи, що здеревіли. Домішки в сировині деревини, що частково згнили, покращують фізико-механічні властивості лігновуглеводних пластиків.

У порівнянні з деревностружковими плитами, лігновуглеводні пластики мають ряд переваг: вони не схильні до старіння через деструкцію органічного в'яжучого і їх показники міцності не знижуються з часом; при експлуатації немає токсичних виділень у навколишнє середовище. Істотними недоліками виробництва лігновуглеводних пластиків є необхідність потужного пресового обладнанняі тривалість циклу пресування.

Відзначено, що під впливом тиску і температури подрібнена рослинна сировина набуває здатності утворювати міцний і твердий матеріал темного кольору, який може формуватися. Цей матеріал отримав назву п'єзотермопластик (ПТП).

Вихідною сировиною, поряд з тирсою, можуть бути подрібнена деревина хвойних і листяних порід, лляна і конопляна багаття, очерет, гідролізний лігнін, одубіна.

Існує кілька способів отримання ПТП, що пройшли глибоке опрацювання та впровадження у виробництво, але не знайшло подальшого застосування у зв'язку з високими енерговитратами: 1) одностадійний спосіб отримання ПТП (А.М. Мінін. Білоруський технологічний інститут); 2) двостадійний спосіб отримання пластиків з гідролізованої тирси (Н.Я. Солечник, Ленінградська ЛТА); 3) технологія отримання лігновуглеводних деревних пластиків (ЛУДП) (ВН. Петрі, Уральський ЛТІ); 4) технологія парового вибуху (Я.А. Гравітіс, Інститут хімії деревини. Латвійська АН). П'єзотермопластики поділяють на ізоляційні, напівтверді, тверді та надтверді.

При середній щільності 700-1100 кг/м3 п'єзотермічні пластики, виготовлені з березової тирси, мають межу міцності при статичному вигині 8-11 МПа. При підвищенні середньої густини до 1350-1430 кг/м3 межа міцності при статичному вигині досягає 25-40 МПа.

Високі фізико-механічні властивості п'єзотермопластиків дозволяють застосовувати їх для виготовлення підлог, дверей, а також як оздоблювального матеріалу. Різновидом деревних пластиків є віброліт, технологічні особливості якого, полягають у частковому подрібненні тирси та дрібної стружки на вібромлинці, перемішуванні тонко розмеленої маси з водою і потім отримуємо шлам. З суміші шламу з частками величиною 0,5-2 мм у відливній машині формується килим, що зневоднюється вакуум-насосом. Отримана прес-маса надходить на холодне та гаряче пресування. Готові плити транспортують у гартальну камеру, де протягом 3-5 год при температурі 120-160 °С вони піддаються термічній обробці, внаслідок чого майже в 3 рази знижується їх водопоглинання і більш ніж у 2 рази - набухання.

Віброліт застосовують для настилу чорної підлоги, влаштування перегородок, облицювання панелей стін у громадських будинках, виготовленні вбудованих меблів та щитових дверей.

Починаючи з 30-х років у СРСР отриманням плитних матеріалів шляхом п'єзотермічної обробки рослинної сировини без застосування традиційних сполучних займалися багато дослідників. Роботи велися в наступних напрямках: 1) пресування природних, нічим не оброблених тирси; 2) пресування тирси, підданих попередньо автоклавної обробки водяною парою (предгідроліз) або водяною парою з каталізатором (мінеральна кислота); 3) пресування тирси, попередньо оброблених хімічними реагентами: а) желатинування прес-маси (хлором, аміаком, сірчаною кислотою та ін речовин) для її часткового гідролізу та збагачення речовинами, що володіють сполучними властивостями; б) хімічна поліконденсація прес-маси за участю інших хімічних речовин (фурфурол, фенол, формальдегід, ацетон, лужний та гідролізний лігніни та ін.).

Підготовка біоактивованої прес-сировини

Ендотермічний мінімум відповідає процесу гідролізу лігнін – вуглеводного комплексу та легкогідралізованої частини целюлози (полісахаридів).

Екзотермічний максимум відповідає процесам поліконденсації, які обумовлюють процес утворення ДП-БС. Так як процес каталізується кислотами, що утворюються при піролізі деревини, а також за рахунок наявності смоляних кислот, що містяться у складі екстрактивних речовин, – це реакція n-го порядку з автокаталізом.

Для деревних відходів з модифікуючими добавками (пероксид водню, уротропін, ІМТГФА) максимуми піків на кривих ДСК зсуваються вліво, що вказує на те, що дані сполуки виступають як каталізатори вищевказаних процесів (Т1 100-120 0С, Т2 100-2) прискорюючи процес гідролізу полісахаридів деревини, а також лігнін-вуглеводного комплексу.

З табл.3.2 видно, що на першій стадії зі збільшенням вологості прес-сировини збільшується ефективна енергія активації (з 66,7 до 147,3 кДж/моль), що свідчить про більший ступінь гідролітичної деструкції деревини. Застосування модифікаторів призводить до зменшення ефективної енергії активації, що вказує на їхню каталітичну дію.

Значення ефективної енергії активації на другій стадії процесу модифікованого прес-сировини зі збільшенням вологості змінюється незначно.

Застосування модифікаторів призводить до зниження ефективної енергії активації та на другій стадії процесу. Аналіз кінетичних рівнянь показав, що найкращою моделлюна першій стадії процесу є реакцією n-порядку, на другій стадії – n-порядку з автоприскоренням: A1B2C.

Використовуючи кінетичні параметри процесу, були розраховані t50 і t90 (час, необхідний досягнення ступеня перетворення 50 і 90%) для не модифікованого і модифікованого прес-сировини (табл.3.3), і навіть представлені криві ступеня перетворення (рис.3.4-3.6) .

Залежність ступеня перетворення від часу за різних температур (сосна, вихідна вологість прес-сировини – 8%) Рисунок 3.5 - Залежність ступеня перетворення від часу за різних температур (сосна, модифікатор – уротропін, вихідна вологість прес-сировини – 12%)

Залежність ступеня перетворення від часу за різних температур (сосна, модифікатор – пероксид водню, вихідна вологість прес-сировини – 12%) Таблиця 3.3 – Значення часу досягнення ступеня перетворення 50% та 90% за різних температур № п/п Ступінь перетворення Прес-сировина з вологістю 8% Прес-сировина з вологістю 12% (модифікатор -1,8% H2O2, %) Прес-сировина з вологістю 12% (модифікатор - 4% C6H12N4, %)

Використання пероксиду водню призводить до прискорення процесу на першій стадії більш ніж 4 рази, ніж при модифікації прес-сировини уротропіном. Аналогічна закономірність спостерігається і другій стадії процесу. За сумарним часом формування ДП-БС активність прес-сировини можна розташувати в наступний ряд: (немодифікована прес-сировина) (прес-сировина модифікована уротропіном) (прес-сировина модифікована перекисом водню). З метою встановлення впливу вологості та вмісту кількості модифікатора в прес-сировині на експлуатаційні властивостіДП-БС було проведено математичне планування експерименту. Попередньо проведено дослідження впливу вологості вихідної прес-сировини на фізико-механічні властивості ДП-БС. Результати наведено у табл. 3.4. Встановлено, що чим більша вихідна вологість прес-сировини, тим менші фізико-механічні властивості, такі як міцність при згинанні, твердість, модуль пружності при згинанні. На нашу думку, це пов'язано з більшим ступенем термогідролітичної деструкцією лігновуглеводного комплексу. Таблиця 3.4 - Фізико-механічні властивості ДП-БС, отримані при різній вологості прес-матеріалу

Таким чином, фізико-механічні властивості ДП-БС залежать від рецептури та умов її отримання. Так, для пластику з високими фізико-механічними властивостями потрібно використовувати наступний склад: вміст лігніну 3%, вміст ІМТГФА 4%, вихідна вологість прес-сировини 6% і температура гарячого пресування 1800C. Для пластику з низькими значеннями водопоглинання та набухання потрібно використовувати склад: вміст лігніну 68%, вміст ІМТГФА 2%, вихідна вологість прес-сировини 17% та температура гарячого пресування 195 C0.

Вплив хімічної модифікації лушпиння пшениці на властивості РП-БС

Глибина протікання термогідролітичної деструкції лігніну деревини та рослинної сировини залежить від виду застосовуваного хімічного модифікатора.

Проведені нами дослідження формальної кінетики отримання пластиків показують, що лігнін хвойних порід (сосна) має більшу реакційну здатність, ніж лігнін однорічних рослин(лушпиння пшениці). Ці результати узгоджуються з результатами окислення модельних сполук лігніну хвойних, листяних порід і лігніну рослинного походження. Аналіз літературних показав, що теоретичні дослідження особливостей перетворення деревини за ензиматичного впливу дали можливість розробити біотехнологію деревних пластиків на основі часткової біодеградації лігновуглеводного комплексу.

Відомо, біотрансформовані дерев'яні частинки суттєво змінюють свою пластичність. Також породний склад деревної сировини дуже впливає на фізико-механічні властивості пластику.

Біоактивована обробка деревних відходів різними видамилигноразрушающими грибами, бактеріями, у разі активним мулом, є перспективним виготовлення прес-сировини для ДП-БС(Аи).

Спочатку були вивчені закономірності процесу отримання ДП-БС(Аі) на основі відходів дерев з використанням активного мулу (рис 5.1) з різним терміном біоактивації. 0,5 7 діб 14 діб

Дослідження процесу формування ДП-БС(Аі) методом ДСК показало, що на кривих w = f(T) (рис. 5.2) є два екзотермічні максимуми. Це свідчить про те, що можна як дві паралельні реакції, відповідні для біоактивованого і неактивованого прес-сировини, тобто. A 1 B і C 2 D. При цьому реакції 1 та 2 є реакціями n-порядку).

Визначено кінетичні параметри процесу утворення ДП-БС(Аі). Результати наведено у табл. 5.1. Таблиця 5.1 – Кінетичні параметри процесу утворення ДП-БС(Аі)

На другій стадії процесу отримання ДП-БС(Аі) значення ефективної енергії активації має той самий порядок, що й для деревної прес-сировини (див. гл. 3). Це свідчить про те, що цей екзотермічний пік відповідає не біоактивованого деревного прес-сировиною. З використанням кінетичних параметрів процесу були розраховані t50 і t90 (час, необхідний для досягнення ступеня перетворення 50 і 90%) модифікованої прес-сировини (рис.5.3, 5.4).

Малюнок 5.3 - Значення часу перетворення ДП-БС(Аі) за різних температур (час біоактивації 7 діб) Малюнок 5.4 - Значення часу перетворення ДП-БС(Аі) за різних температур (час біоактивацій 14 діб)

З метою встановлення впливу активного мулу та кавітаційного лігніну на фізико-механічні властивості ДП-БС(Аі) було складено матрицю планування експерименту на основі регресійного дробового математичного планування виду 25-1 (див. табл. 5.2).

Як незалежні фактори були використані: Z 1 – вміст кавітаційного лігніну, %, Z 2 – температура гарячого пресування, C, Z 3 – витрата активного мулу, %, Z 4 – тривалість витримки (біоактивації), добу; Z 5 - вихідна вологість прес-сировини,%.

За вихідні параметри взято: щільність (P, кг/м3), міцність при згині (П, МПа), твердість (Т, МПа), водопоглинання (В), набухання (L, %), модуль пружності при згині (Eі, МПа) ), ударна в'язкість (А, кДж/м2).

Згідно з планом експерименту були виготовлені зразки у вигляді дисків та визначено їх фізико-механічні властивості. Експериментальні дані були оброблені та отримані вивчення рівняння регресій у вигляді лінійної, полінома 1 та 2 ступеня з оцінкою значущості факторів та адекватності рівнянь, які представлені у табл.5.2-5.4. Таблиця 5.2 - Матриця планування та результати експерименту (трирівневий п'ятифакторний математичний план) а) температури гарячого пресування та вмісту кавітаційного лігніну; б) витрати мулової суміші та температури пресування; в) вологості прес-сировини та тривалості біоактивації; г) тривалості біоактивації та вмісту кавітаційного лігніну.

Встановлено, щільність ДП-БС(Аі) зі збільшенням вмісту кавітаційного лігніну в прес-сировині носить екстремальний характер: мінімальна щільність 1250 кг/м3 досягається за змістом КЛ - 42%. Залежність щільності ДП-БС(Аі) від тривалості біоактивації прес-сировини також має екстремальний характер і максимальне значення досягається за 14 діб біоактивації (рис 5.5в).

Оцінка собівартості готової продукції

Проведені дослідження з одержання ДП-БС, ДП-БС(Аі) та РП-БС (див. гл. 3,4,5) показують, що фізико-механічні властивості пластику залежать від рецептури прес-сировини, виду хімічного модифікатора та умови його виготовлення .

У табл. 6.1 наведено фізико-механічні властивості пластиків (ДП-БС, ДП-БС(Аі) та РП-БС), отриманих за раціональних умов.

З аналізу отриманих результатів (табл. 6.1) видно, що для виготовлення виробів, що мають високі фізико-механічні властивості, рекомендується прес-композиція наступного складу: відходи дерева (соснова тирса), модифікатор - пероксид водню (витрата - 1,8%) вихідна вологість - 12%.

Для підвищення продуктивності пропонується екструзійний спосіб, що дозволяє виготовляти погонажні вироби.

У дисертаційній роботі розглянуто виробництво плінтусу. Для дотримання умов, визначених при гарячому пресуванні в закритих прес-формах, екструзійна головка складається з двох частин (частина голівки, що обігрівається, і друга – без обігріву). При цьому час перебування прес-композиції в частині екструзійної голівки, що обігрівається, – 10 хв.

Для визначення річного обсягу виробництва було виконано розрахунок продуктивності екструдера.

Для одношнекового екструдера зі змінною (зменшується) глибинної нарізки спірального каналу розрахунок об'ємної продуктивності (Q, см3/хв) можна проводити наступним чином:

Тут А1, В1, С1 – постійні відповідно до прямого і двох зворотних потоків при змінній глибині нарізки шнека, см3; Таблиця 6.1 - Фізико-механічні властивості ДП-БС, ДП-БС(Аі) та РП-БС (зведена таблиця) № п/п1245 6 Показник Вологість прес-сировини, % Модифікатор ДП-БС(Аі) ДП-БС РП-БС 12 % (4%-C6H12N4) 12% (1,8%-Н202) КЛ - 3% Витрата АІ-37% Вологість - 10% ГЛ - 3% ІМТГФА-4% Вологість - 6% ГЛ - 68% ІМТГФА-2, 5% Вологість-17,9% Вологість - 12% ГЛ - 3%Пероксидводню-0,06%Вологість-12% ГЛ-35%Пероксидводню-5%Вологість-12%

Міцність при вигині, МПа 8 12,8 10,3 9,6 12,0 - 8 9,7 Твердість, МПа 29 29,9 27,7 59 69 20 19 34 Модуль пружності при вигині, МПа 1038 2909,9 6 732,6 2154 1402 1526 1915 Водопоглинання, % 59,1 148 121,7 43 59 34 143 139 Набухання, % 6,0 12 8 3 5,0 1,0 7 7,0 К=0,00165 см3; n – частота обертання шнека, n=40 об/хв. де t - крок нарізки, см прийнято t = 0,8 D; - Число заходів нарізки шнека, = 1; e – ширина гребеня шнека, див; e = 0,08D; - Коефіцієнт геометричних параметрів шнека:

Коефіцієнти, a, b залежать від геометричних розмірів шнека. Їх легко розрахувати, якщо є креслення шнека, з якого беруть такі величини: h1 - Глибина спірального каналу на початку зони живлення, см; h2 - глибина спірального каналу на початку зони стиснення, см; h3 – глибина спірального каналу у зоні дозування, див; Якщо розміри шнека невідомі (за винятком D і L, які відомі з марки екструдера), приймають h1=0,13D. Після цього обчислюють інші параметри: де L - Довжина шнека, см; L0 - Довжина шнека до зони стиснення, см; де Lн - Довжина напірної частини шнека, см; Lн = 0,5L. де і – ступінь стиснення матеріалу; і = 2,1. Отримані результати розрахунків за наведеними вище формулами дозволяють розрахувати деякі інші параметри шнека.

Деревні відходи сортуються на віброситах (поз.1) від великих частинок, потім деревини проходять металошукач (поз.3). Велика фракція попадає в молоткову дробарку (поз.2) і після цього повертається на вібросито (поз.1). З віброситу дрібні частинки пневмотранспортом подаються в циклон (поз.4), а потім в бункер (поз.5), звідки порційним гвинтовим транспортером подаються в сушарку барабанного типу (поз.6), частинки деревини сушать до вологості 6%. Подрібнені деревні відходи надходять у циклон (поз.7), потім у бункер подрібнених сухих відходів (поз.8) з гвинтовим транспортером, за допомогою якого вони подаються на стрічкові ваги (поз.9).

Приготування розчину пероксиду водню відбувається у баку (поз.10) змішування з водою. Пероксид водню дозується за допомогою ваги (поз.11). Подача необхідної кількості води регулюється витратоміром. Концентрація пероксиду водню має становити 1,8%. Стрічкові ваги подають необхідна кількістьподрібнених частинок деревини змішувач безперервної дії (поз.12), куди також надходить певну кількість розчину модифікаторів. У змішувачі здійснюється ретельне перемішування компонентів, вологість прес-сировини має становити 12%.

Потім прес-сировина потрапляє у розподільну воронку (поз.13), звідки надходить у бункер (поз.14) готової прес-сировини. Бункер є основним буферним складом забезпечення безперебійної роботи установок. Бункер (поз.14) забезпечений шнековим дозатором (поз.15), за допомогою якого здійснюється завантаження готової композицією в бункер екструзійної установки (поз.16), за допомогою якого подається готова композиція в екструзійну головку.

Канал екструзійної установки (поз.17) розігрівається до температури 1800С, час перебування в частині, що обігрівається, становить 10 хв, в необігрівається так само 10 хв.

Відпресований виріб (поз.18) направляється на стадію обрізки, вибракування та сортування, потім надходить на стадію механічної обробки. Після стадії контролю, готові вироби прямує складу готової продукції. Малюнок 6.1 Технологічна схема виробництва виробу у формі плінтуса ДП-БС з відходів деревообробки без додавання сполучних методом екструзії

У таблиці 6.2 представлений розрахунок річної потреби у сировину для плінтуса. Передбачувана річна продуктивність лінії виробництва цього виду продукції становить 1 тонна. Таблиця 6.3 - Розрахунок потреби в сировині та матеріалах Вид сировини Норма витрати (1 т), Вартість 1 кг сировини, руб. Сума витрат за 1т продукції, тыс.руб. Соснова тирса 0,945 8 7,56 Технічна вода 0,048 7 0,33 Пероксид водню 0,007 80 0,56 Разом: 8,45 Сума витрат на придбання сировини одну тонну готової продукції виробництва становитиме 8,456 тисяч рублів. Порівняно з виробництвом цього виду продукції з ДПКТ, що склала 47,65 тисяч рублів. Таким чином, виробництво плінтуса із ДП-БС є економічно доцільним. За виробництва 50 т/р економія за сировиною становитиме 1,96 млн.руб.

Бізнес ідея для організації дрібносерійного виробництва виробів із різних ливарних матеріалів у домашніх умовах. Завдяки інноваційним технологіям сьогодні під час виготовлення пластикових виробів можна обійтися без дорогих верстатів термопласт автоматів. Більше того, налагодити дрібносерійне міні-виробництво можна прямо на своєму робочому столі. Дану бізнес ідею можна розглядати у двох напрямках:

1. Як основний бізнес з виготовлення готових виробів і форм шляхом лиття з рідкого:
   • пластика;
   • силікону;
   • поліуретану;
   • прозорих смол та інших матеріалів.
2. Виготовлення форм як ефективне доповнення до інших видів бізнесу в галузі:
   • будівництва;
   • харчової промисловості;
   • миловаріння.

У першому та другому випадки лиття в домашніх умовах не вимагає великих вкладень фінансових коштів. Почати ливарний бізнес можна просто зараз.

Виготовлення за допомогою рідких пластиків

Процес виготовлення здійснюється за допомогою рідких пластиків та силіконових форм. Тепер з'явилася можливість у домашніх умовах виготовляти пластикові вироби дрібними серіями:

• сувенірну продукцію;
• іграшки;
• біжутерію;
• запчастини для автотюнінгу;
• запчастини до різних механічних пристроїв;
• взуття;
• посуд.

Існують компоненти для виготовлення деталей із тонкостінного пластику, якими можна суттєво розширити асортимент продукції та виробляти деталі будь-якої складності. Наприклад, змішування двох компонентів марки Axson FASTCAST F32 від французького виробника дозволяє отримати супер-рідкий пластик, який відтікає найдрібніші складки рельєфу форми моделі. До того ж, він нешкідливий для дітей і не має запаху.

Підготовка до виробництва

Для організації виробництва знадобиться насамперед модель-зразок. По ній спочатку потрібно зробити форму зі спеціальних силіконових або поліуретанових компонентів. З досвідом і якістю матеріалів можна навчитися знімати форми з моделей на такому високому рівні, що будуть видно відбитки пальців на виробах (при необхідності). Тобто копія вийде на рівні ідентичності, яку не можна відрізнити не озброєним оком. Пластиковим виробам можна надати складні компаунди з будь-яким рельєфом. Якщо нема готової моделі для зразка, а потрібно зробити унікальні вироби, її можна замовити у власників 3D принтера. До речі, лиття суттєво перевищує за показниками продуктивності 3D друку з пластику.

Коли виріб готовий його можна оформити за допомогою супутньої продукції, яка додається до рідких пластиків:

• фарби для художніх ефектів;
• ґрунтовки;
• клею.

Звичайно в деяких випадках без творчості не обійтися, і доведеться вручну розмалювати вироби, що може позначитися на продуктивності. Але створення кожного бізнесу – це безперечно творчий процес. Адже управління фінансами – це мистецтво.

Виготовляємо виріб із рідкого пластику.

Технологія створення ідеального дрібного рельєфу при виготовленні силіконової форми своїми руками. Для початку необхідно підготувати всі компоненти та матеріали. Нам знадобляться:

1. Селікон Platinum.
2. Рідкий пластик Axson FASTCAST F18 (колір білий, має консистенцію води, без запаху!).
3. Барвник для силікону червоного кольору.
4. Поліуретановий лак.
5. Терези.
6. Шприц.
7. Пилка-баф.

Надійно закріплюємо модель-зразок на дні опалубки для формування форми за допомогою нейтрального воскового пластиліну (щоб уникнути підтікання силікону). Фарбуємо силікон, з якого вийти готова формачервоний колір, щоб на формі чітко було видно якість вимішування компонентів рідкого, білого на колір пластику. Корисна порада: щоб форма була ідеальна, слід попередньо модель-зразок обмазати силіконом за допомогою широкого пензлика. Таким чином, акуратно заповнити усі поглиблення рельєфу компаунди. Тільки після цього заливаємо форму повністю. Силіконом заповнюємо всю опалубку. Залишаємо на закріплення структури форми 7-8 годин. Найважче позаду.

Вітаємо! Тепер у вас є готова форма для багаторазового виробництва виробів-копій моделі-зразка. Перед початком лиття переконайтеся, що форма повністю висушена, щоб уникнути утворення бульбашок. Потім дуже ретельно змішуємо компоненти пластику 1:1 за вагою (для цього краще використовувати аптечні або лабораторні електронні ваги). Час схоплювання 7 хвилин, але для повного закріплення потрібно ще 20 хвилин. Цей пластик нейтральний до силікону та не прилипає до нього. Але після багаторазового використання компаунди з часом, можливо, знадобиться мастило-розділювач із захисними властивостями EaseRelease. Після закінчення необхідного часу дістаємо готовий виріб, скопійований точно за зразком.

Поліуретанові форми для будівництва

Разом з пластиковими виробамиможна виготовляти форми для лиття. Застосування ливарних форм у будівництві зараз дуже популярне. Можна виготовляти компаунди для виробництва будівельних матеріалів. Вони довговічні і не вимагають обробки спеціальними мастилами при виготовленні. Адже бетон абсолютно нейтральний до поліуретану. Наприклад, рідкі поліуретанові компаунди дозволятимуть виготовляти форми для заливання:

• бетонних декоративних виробів (плитки, огорожі та ін.);
• гіпсових елементів декорації інтер'єру (балясини, ліпини та ін);
• рідкого пластика при створенні різних виробів (сувеніри, іграшки, статуетки та ін).

Силіконові форми для кондитера та миловаріння

Застосування технології лиття у формах у харчовій промисловості цілком очевидне. Нові інноваційні рішення в галузі хімії сьогодні пропонують рідкі: пластики, силікони, силіконові маси, які відповідають усім нормам охорони здоров'я та мають відповідні сертифікати. Такими безпечними компонентами можна виготовляти форми харчової промисловості. Наприклад, для виробництва:

• шоколаду;
• карамелі;
• ізомальту;
• льоду;
• мастики.

Також компаунди мають великий попит у миловарів. Вони завжди потребують нових оригінальних форм, для створення сувенірів, що продаються, зроблених з мила. Цілком не складно знайти замовника бажаючого виготовляти свою продукцію з унікальною формою.

Можливості невеликої бізнес-ідеї

Дана бізнес-ідея дозволяє легко створювати потрібну продукцію своїми руками. Готові роботи можна продавати через інтернет-магазин. Також можна надавати послуги або продавати готові компаунди для інших виробників інших галузей. Найголовніше, що за всіх цих широких можливостях домашнього бізнесу вартість компонентів більш ніж доступна. Асортимент компонентів широкий і дозволяє вибрати необхідні матеріалидля створення форм або їх заливання. Все, що буде потрібно, це модель-зразок, з якої буде знята форма. Така бізнес-ідея є дуже привабливою для домашнього бізнесу. Вона не вимагає багато витрат, дозволяє виробляти корисні товари та захоплює творчим процесомвиробництва.