Технология клеенных материалов
Содержание
Введение
1. Характеристика сырья, материалов, продукции и область их применения
2. Выбор схемы и описания технологического процесса
3. Расчет сырья, основных и вспомогательных материалов 4. Обоснование технологических режимов 5. Выбор и расчет потребного оборудования
Список используемой литературы
Приложения
Введение
Само слово "фанера" пришло к нам из немецкого языка (нем. Furnier - шпон, фанера; от франц. fournir - снабжать, накладывать) и обозначает листовой древесный материал. Фанера представляет собой слоистую клееную конструкцию, состоящую из трех и более листов древесины с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях. Это придает фанере повышенную прочность в различных направлениях, стабильность формы, что является несомненным преимуществом по сравнению с натуральной древесиной. Так же фанера, как и древесина, - материал, легко поддающийся обработке. Поверхность фанеры обрабатывается разными способами: ламинирование, покрытие строганым шпоном, красками, лаками.
Фанера имеет небольшой вес, легко комбинируется с другими материалами, проста в обработке, устойчива к перепадам температуры, имеет эстетичный внешний вид. Ее прочностные, теплопроводные и экологические характеристики гораздо выше показателей прочих древесно - плитных материалов, таких как ДСП, ДВП и МДФ. Относительное соотношение высоких эксплуатационных показателей и себестоимости производства у фанеры гораздо выше в сравнении с продукцией, изготовленной из металла или пластика.
Основными классификационными
признаками фанеры являются: направления
использования фанеры; марка фанеры,
в зависимости от степени водостойкости клеевого соединения; порода
древесины, из которой изготовлена фанера;
толщина фанеры; сорт, в зависимости от
внешнего вида поверхности; обработка
поверхности-шлифованная и нешлифованная;
формат листа; класс эмиссии (экологическая
безопасность), в зависимости от содержания
формальдегида в фанере; конструкция листа.
По степени водостойкости клеевого соединения фанеру подразделяют на марки: ФСФ - фанера повышенной водостойкости, склеивается клеем на основе фенол-формальдегидной смолы; ФК - фанера водостойкая, склеивается клеем на основе карбомидо-формальдегидной смолы. Фанера считается изготовленной из той породы древесины, из которой изготовлены ее наружные слои. Для изготовления наружных слоев фанеры применяют шпон лиственных пород: березы, ольхи, клена, ильма, бука, осины, тополя, липы. Для внутренних слоев, кроме названных, также применяют шпон хвойных пород: сосны, ели, пихты, лиственницы и кедра. Фанеру, изготовленную из древесины одной или различных пород, подразделяют соответственно на однородную и комбинированную. При четном числе слоев шпона два средних слоя должны иметь параллельное направление волокон. Симметрично расположенные слои шпона по толщине фанеры должны быть из древесины одной породы и толщины. Толщина шпона, применяемого для наружных слоев фанеры, не должна превышать 3,5 мм, а внутренних слоев - 4 мм.
Толщина фанеры, изготавливаемой заводами, в основном колеблется в диапазоне от 3 до 30 мм. Допускается также изготовление фанеры других толщин в соответствии с условиями конкретного договора или контракта.
В зависимости от внешнего вида наружных слоев фанеру подразделяют на пять сортов: Е (элита), I, II, III, IV. Сорт фанеры обозначается сочетанием сортов шпона лицевого и оборотного слоев: сорт лицевого слоя / сорт оборотного слоя, например, E/I, I/I, I/II, II/II, II/III, II/IV, III/III, III/IV, IV/IV и т.д.
1. Характеристика сырья, материалов, продукции и область их применения
Сырье
В производстве фанеры применяют лесоматериалы лиственных и хвойных пород. В фанерном сырье допускаются почти все пороки по ГОСТ2140-81. Нормы их допуска по размеру и состояние определяются сортом лесоматериалов: для лиственных по ГОСТ9462-71, для хвойных –ГОСТ9463-72.
К основным сортообразующим порокам древесины, оказывающим влияние на количественный и сортовой выход шпона, относятся сучки, кривизна, внутренняя гниль, ложное ядро, трещины и прорость.
Методы измерения пороков, механических повреждений и дефектов обработки, а также маркирование, сортирование, обмер, учет и методы проверки качества лесоматериалов производятся в соответствии действующими стандартами (ГОСТ2140-81, ГОСТ 2292-74, ГОСТ9462-71, ГОСТ9463-72).
Шпон
Для изготовления
большинства видов фанеры, фанерных
плит и др. слоистых пластиков, а
также при облицовывании
Шероховатость поверхности шпона Rzmax – до 320 мкм, хвойных – до 500 мкм. Влажность шпона должна быть 8+2%.
Таблица 1
Размеры лущеного шпона
Длина, мм |
Ширина, мм |
Толщина, мм | |||
Номинальная |
Предельные отклонения |
Номинальная |
Предельные отклонения |
Номинальная |
Предельные отклонения |
От 800 до 1300 с градацией 100 От 1300 до 2500 с градацией 100 |
+4,0
+5,0 |
От 150 до 700 с градацией 50 От 700 до 2500 с градацией 100 |
+10
+10 |
0,55; 0,75; 0,95; 1,15. От 1,5 до 4,00 с градацией 0,25 |
+0,05
+0,10 |
Длина и ширина листа шпона для изготовления клееной слоистой древесины часто связаны с форматом этой продукции. При этом припуск на обрезку составляет 75 мм. Шпон может изготавливаться и иных размеров, чем приведено в табл. Особенно это относится к толщине шпона. Толщина шпона применяется из расчёта получения продукции требуемой толщины с учётом специфических её свойств и возможностей лущильных станков. Шпон изготавливается из древесины осины. Конечная влажность шпона 8 %. Формат шпона соответствует формату фанеры с припуском на обрезку 75 мм.
Характеристика клея КФ – МТ
Карбамидоформальдегидные термореактивные смолы КФ-МТ, КФ-Б, КФ-БЖ, КФ-Ж (ГОСТ 14231-78) служат для приготовления клеев, применяемых как в производстве слоистых материалов, так и в других отраслях деревообрабатывающей промышленности-мебельной, производстве строительных деталей и др.
Основой карбамидоформальдегидных смол и клеев является карбамидоформальдегидные клеи и смолы, впервые синтезированные в 1929 г. Их появление вызвано дефицитностью фенола и необходимостью иметь неокрашенные клеи. Сырьем для смол служит мочевина (NH2)2CO, формальдегид CH2O и различного рода катализаторы, способные изменять кислотность среды в ту или другую сторону (уротропин (CH2)6N4, аммиак NH3, едкий натр NaOH, хлористый аммоний NH4Cl).
Клеевые соединения, выполненные на карбамидном клее, могут использоваться даже при температуре -40оС. Горячий же воздух температурой выше 80 0С за 6 ч снижает прочность соединений на 25-30 %, а при более длительном воздействии приводит к полному расклею. Горячая вода также разрушает клеевые соединения, выполненные на карбамидном клее. Поэтому недопустимо применять эти клеи для изделий, работающих в условиях тропического климата. Обусловлено это недостаточным развитием цепей молекул, малым количеством поперечных связей, большей гидрофильностью метилольных групп и низкой водостойкостью амидных связей.
Карбамидоформальдегидные клеи имеют высокую адгезию к древесине и другим материалам, дают прочные и стойкие к холодной воде соединения, атмосферостойкость их средняя, теплостойкость ограниченная, имеют высокие диэлектрические свойства. Скорость отверждения в 2 – 2,5 раза выше, чем у фенолоформальдегидных клеев; они недефицитны и дешевы; хорошо совмещаются с поливинилацетатной дисперсией.
Существенный недостаток карбамидных клеев – наличие в них части непрореагировавшего при поликонденсации формальдегида, а также образование его вследствие присутствия в клее метилольных групп и метиленэфирных связей, превращающихся в метиленовые. При этом формальдегид выделяется как в процессе горячего склеивания древесины, так и при эксплуатации готового изделия. Выделение формальдегида из клея – существенный недостаток вследствие его токсического действия на организм человека, а также из-за образования трещин в клеевом слое. Все карбамидоформальдегидные клеи пригодны как для горячего, так и для холодного склеивания древесины.
Приготовление клея заключается в добавке к смолам отвердителей. Для горячего склеивания фанеры в качестве отвердителя применяют хлористый аммоний в порошке (0,5-1 % к массе смолы), для холодного склеивания фанеры — щавелевую (5-25 к массе 10%-ного водного раствора) или молочную кислоты (3-6 к массе 50%-ного водного раствора).
Все Карбамидоформальдегидные клеи в отличие от феноло-формальдегидных образуют бесцветные клеевые швы, что особенно необходимо при склеивании фанеры и лицевых поверхностей древесины. Клей КФ-МТ содержит пониженное количество свободного формальдегида, оказывающего вредное влияние на человеческий организм в процессе производства и эксплуатации изделий, поэтому он предпочтительнее клеев других марок.
Характеристика фанеры общего назначения марки ФК
Фанера ФК – фанера общего
назначения, средней водостойкости,
с применением
Фанеру ФК общего назначения изготавливают из трех и более слоев шпона и используют в производстве мебели, тары, в строительстве, а также в ряде других отраслей.
2. Выбор схемы и описания технологического процесса
На основе типового
процесса изготовления фанеры разрабатывается
структурная схема для
Схема технологического процесса
Сырье и логистика.
Сырьем для производства фанеры служат березовые лесоматериалы (фанерный кряж). На комбинаты сырье поступает железнодорожным и автомобильным транспортом и водным путем на судах.
Обработка древесины.
Фанерное сырье обрабатывается гидротермическим способом перед лущением шпона. Такая обработка повышает пластические свойства древесины и создает условия для получения качественного шпона. Гидротермическая обработка осуществляется методом проваривания сырья в варочных бассейнах. На предприятиях имеются открытые бассейны циклического типа, а также крытые бассейны непрерывного (проходного) типа.
Разделка фанерного сырья.
Лесоматериалы для производства лущеного шпона поступают на комбинат в кряжах и чураках. Кряжи после гидротермической обработки разделываются на чураки для лущения.
Лущение.
Лущение представляет
собой процесс резания древесин
Сушка шпона. Сушка шпона производится в роликовых сушилках. Вдоль сушилки шпон перемещается системой парных вращающихся роликов. Проходя камеру сушки, шпон высушивается до влажности 6±2%. После чего охлаждается в специальной камере.
Сортировка шпона.
Сортировку шпона производят по сортам: для наружных слоев и для внутренних слоев, в соответствии с технологической инструкцией.
Починка шпона.
Починка шпона
– технологический процесс
- удаление из листов шпона дефектов древесины с последующей заделкой этих мест вставками из качественного шпона;
- подклейка торцевых трещин клеевой лентой;
- скрепление трещин металлическими скрепками с помощью степлера.
Ребросклейка шпона.
Кусковой неформатный шпон подается на прирубку (обрезку кромок). Данная операция выполняется на станке гильотинного типа. Затем прирубленные куски подаются на линию ребросклеивания, где склеиваются с помощью поливинилацетатной эмульсии в непрерывную ленту, которая потом рубится на нужный формат. Для ребросклеивания шпона применяется также позиционное оборудование. При этом куски склеивают с помощью ПВА-эмульсии, бумажной ленты с клеевым слоем или термопластичной нити. В дальнейшем ребросклеенный шпон используется наряду с цельным в качестве слоев фанеры.
Технологический процесс производства фанеры из шпона.
Технологический процесс производства фанеры состоит из следующих операций:
- приготовление клея;
- нанесение клея на шпон;
- формирование пакетов;
- предварительная холодная подпрессовка пакетов;
- склеивание пакетов сухим горячим способом.
Сборка пакетов фанеры
Включает в себя нанесение клеевого слоя на шпон на клеенаносящем станке путем пропуска листов шпона между вращающимися клеевыми барабанами и укладку листов шпона в определенной последовательности, в зависимости от сорта и толщины фанеры.
Склеивание фанеры
Склеивание фанеры производится горячим способом в гидравлических прессах с выдерживанием определенных температурных режимов, в зависимости от марки и толщины фанеры. Перед горячим прессованием пакеты фанеры проходят холодную подпрессовку. Склеенная фанера после 24-х часовой выдержки поступает на обрезку кромок и шлифование.
Обрезка кромок
Производится с целью придания фанере определенных геометрических размеров. Операция производится полистно на форматно-обрезных станках проходного типа, расположенных друг за другом и производящих попарную опиловку двух параллельных кромок листа.
Шлифование фанеры
Выполняется для выравнивания поверхности фанеры и устранения разнотолщинности, а также для придания продукции более привлекательного товарного вида. Шлифованию подвергаются только высшие и средние сорта фанеры.
Сортировка фанеры.
При сортировке определяют количество и пороки древесины, дефекты обработки, прочность склеивания, размеры, покоробленность листов. Сортировщики фанеры визуально определяют сорт каждого листа и выявляют скрытые дефекты: расслоения, пузыри. Пузыри определяют простукиванием поверхности фанеры деревянным молоточком или с помощью автоматических дефектоскопов ультразвукового типа. Фанера, имеющая расслоения, выбраковывается. При сортировке также выполняется ручная доработка фанеры с целью устранения некоторых дефектов, например, дошлифовка отдельных мест, замазка трещин. Некоторые листы фанеры направляются на повторную обрезку с целью устранения дефектов, которые не могут быть устранены при сортировке.
Маркировка и пакетирование листов фанеры. На каждый лист фанеры наносится четкая маркировка в виде круглого штампа, нанесенного несмываемой краской. Штампы наносят в правом углу обратной стороны фанеры. Вся фанера упаковывается в пакеты, обеспечивающие при доставке ее целостность и сохранность. Фанера подлежит защите сверху и снизу обложками и с боковых сторон обкладками. Маркировка пакетов производится несмываемой типографской краской и наносится на 2-х противоположных обкладках пакета.
Хранение.
Фанера хранится на специально оборудованном складе готовой продукции и должна быть защищена от внешних воздействий.
3. Расчет сырья и материалов
Сущность методики расчета сырья, необходимого для изготовления требуемого объема продукции, заключается в последовательном увеличении объема полуфабрикатов на каждой стадии в направлении, обратном ходу технологического процесса, из-за технологических, производственных потерь сырья в процессе его переработки.
Расчет ведется отдельно для каждого вида продукции, начиная с определения объема готовой продукции и заканчивая расчетом объема сырья.
Расчет количества сухого шпона, потребного на изготовление заданного количества нешлифованной фанеры
Объем продукции или полуфабриката Qn на технологическом участке определяется по формуле:
Qn= 100Qn-1/(100-an)
где Qn – объем полуфабриката на последующем по технологии участке, м3;
an – процент потерь или отходов на данном этапе (при переходе от участка n к участку n-1).
Объем отходов или потерь pn (м3) определяется по формуле:
pn=Qn-Qn-1
Объем готовой фанеры, сдаваемой на склад готовой продукции, меньше объема обрезной фанеры, т.к. после операции обрезки по формату фанера сортируется. При этом часть фанеры потребует дополнительного переобреза на меньший формат из-за различных дефектов (слабые углы, непроклей, трещины и пр.). Часть фанеры идет на образцы для проведения физико-механических испытаний с целью определения качества фанеры, часть – для внутризаводского употребления. Следовательно, объем готовой продукции определяется следующим образом:
Q0= Q1(100-a1)/100
где Q0 – объем готовой фанеры, сдаваемой на склад, м3 (заносится в графу 8 таблицы №3);
Q1 – объем обрезной фанеры, м3 (приведен в задании, заносится в графу 5 таблицы №3);
a1 – процент отходов на переобрез, (заносится в графу 6 таблицы №3) принимается равным для:
- рядовой фанеры – 1 %,
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 4 мм:
- определяем объем готовой фанеры, сдаваемой на склад готовой продукции:
Q0 = 21000*(100 – 1)/100 = 20790 куб.м.
- определяем объем отходов на переобрез:
p1 = 21000 – 20790= 210 куб.м.
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 10 мм:
- определяем объем готовой фанеры, сдаваемой на склад готовой продукции:
Q0 = 49000*(100 – 1)/100 = 48510 куб.м.
- определяем объем отходов на переобрез:
p1 = 49000–48510= 490 куб.м.
Объем необрезной фанеры, поступающей из клеильного цеха на участок форматной обрезки, определяется с учетом потерь на форматную обрезку по формуле:
Q2 = 100Q1/(100 – a2) (4)
где Q2 – объем необрезной фанеры, м3 (заносится в графу 11 таблицы №3);
a2 – процент отходов при обрезке, определяется из выражения:
a2=( LnBn – L0B0 )/(LnBn) (5)
где L0 и B0 - соответственно длина и ширина обрезной фанеры, мм (приведены в задании, заносятся в графу 3 таблицы №3);
Ln и Bn - соответственно длина и ширина необрезной фанеры, мм. Размеры необрезной фанеры соответствуют стандартной длине чураков с учетом припуска на обрезку:
Размеры фанеры, мм.
1220 1300 |
|
1830 1900 |
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 4 мм:
- определяем процент отходов при обрезке:
a2=(1900*1300-1830*1220)/(
- определяем объем необрезной фанеры, поступающей из клеильного цеха на участок обрезки:
Q2=100*21000/(100-9,61)=23232,
- определяем объем отходов при обрезке:
p2=23232,66-21000=2232,66 куб.м.
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 10 мм:
- определяем процент отходов при обрезке:
a2=(1900*1300-1830*1220)/(
- определяем объем необрезной фанеры, поступающей из клеильного цеха на участок обрезки:
Q2=100*49000/(100-9,61)=54209,
- определяем объем отходов при обрезке:
p2=54209,54-49000=5209,54 куб.м.
Объем сухого шпона, поступающего на участок сборки пакетов, определяется с учетом безвозвратных потерь на упрессовку. Величины упрессовки зависит от породы древесины и ее влажности, давления на склеиваемый пакет, времени выдержки под давлением, толщины шпона и т.д.
Объем сухого шпона Q3 рассчитывается по формуле:
Q3 = 100Q2/(100 – a3) (6)
Процент потерь на упрессовку определяется в соответствии с маркой и толщиной данного вида фанеры, а также породой древесины шпона.
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 4 мм:
- определяем
объем сухого шпона,
Q3=100*23232,66/(100-6,5)=
- определяем объем безвозвратных потерь на упрессовку:
p3=24847,76-23232,66=1615,1 куб.м.
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 10 мм:
- определяем
объем сухого шпона, поступающе
Q3=100*54209,54/(100-8)=58923,
- определяем объем безвозвратных потерь на упрессовку:
p3=58923,41-54209,54=4713,87 куб.м.
После сушки
технологическим процессом
Повышение качества форматного шпона достигается починкой форматных листов с удалением (вырубкой) дефектов и установкой на этом месте вставки.
Объем сухого шпона после сушилок Q4 определяется из выражения:
Q4 = 100Q3/(100 – a4)
где a4 - процент отходов на починку, фуговку и ребросклейку шпона a4 укрупнено принимается равным 2…3 %.
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 4 мм:
- определяем
объем сухого шпона после
Q4=100*24847,76/(100-2)=25354,
- определяем
объем отходов на починку,
p4=25354,86-24847,76=507,1 куб.м.
Для фанеры марки ФК, форматом 1830x1220 мм и толщиной 10 мм:
- определяем
объем сухого шпона после
Q4=100*58923,41/(100-2)=60125,
- определяем
объем отходов на починку,
p4=60125,93-58923,41=1202,52 куб.м.
Таблица №2
Расчет количества шпона
Марка фанеры |
Толщина, мм |
Формат, ммхмм |
Слойность |
Q1, куб.м. |
а1, % |
р1, куб.м. |
Q0, куб.м. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
ФК |
4 |
1830x1220 |
3 |
21000 |
1 |
210 |
20790 |
ФК |
10 |
1830x1220 |
9 |
49000 |
1 |
490 |
48510 |
ВСЕГО |
70000 |
700 |
69300 |
Продолжение
а2, % |
р2, куб.м. |
Q2, куб.м. |
а3, % |
р3, куб.м. |
Q3, куб.м. |
а4, % |
р4, куб.м. |
Q4, куб.м. |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
9,61 |
2232.66 |
23232.66 |
6.5 |
1615.1 |
24847.76 |
2 |
507.1 |
25354.86 |
9,61 |
5209.54 |
54209.54 |
8 |
4713.87 |
58923.41 |
2 |
1202.52 |
60125.93 |
7442.2 |
77442.2 |
6328.97 |
83771.17 |
1709.62 |
85480.79 |