Установление технологических и технико-организационных параметров участка склеивания шпона
СОДЕРЖАНИЕ
1. Характеристика продукции………………
2. Обоснование и выбор
материалов…………………...……………………….
2.1. Шпон лущёный………………………………………………
2.2. Клеи на основе
2.3 Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол.........................
3. Параметры условий и
режимов склеивания………………………………
3.1. Нанесение клея…………………………………………
3.2. Сборка пакетов…………………………………………
3.3 Подготовка клеевого слоя………………
3.4 Температура склеивания……………………………………………….7
3.5 Давление при склеивании…………………
3.6 Продолжительность склеивания пакетов……………………………..9
4. Расчет толщины пакетов шпона.…
5. Обоснование структуры участка склеивания……………………………….12
5.1. Расчет производительности
5.2. Расчет количества
сборочных участков…………………………..
6. Расчёт количества сырья и материалов……………………………………...16
6.1. Расчёт количества сырого шпона…………………………………...16
6.2. Расчёт объёма продольного и поперечного шпона………………...18
6.3. Расчет потребного количества жидкого клея и его компонентов.20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………....21
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦИИ
Фанера марки ФК – водостокая на карбамидофармальдегидных клеях. Рассматриваемая в проекте фанера имеет размеры 3050х1525 мм и.
Критерием водостойкости фанеры является величина предела прочности при скалывании по клеевому слою после термовлажной обработки образцов, выполненной в определенном режиме. Для фанеры марки Фк из березового шпона предел прочности при скалывании по клеевому слою после вымачивания в воде в течении 24 часов, равно как и после кипячения в течении часа, не менее 1,5 МПа.
Фанера считается изготовленной из той породы древесины, из которой изготовлены ее наружные слои. В соответствии с сортами применяемых наружных (лицевых и оборотных) слоев шпона фанера различается по сортам: Ех/Ех, Ix/Ix, IIx/IIx, IIIx/IIIx, IVx/IVx, Ex/Ix, Ix/IIx, IIx/IIIx, IIIx/IVx, Ex/IIx, Ix/IIIx, IIx/IVx, Ex/IIIx, Ix/IVx.
Фанера общего назначения изготовляется нешлифованной или шлифованной с одной или с двух сторон. Шероховатость нешлифованной фанеры R z max – не более 320 мкм, шлифованной R z max - не более 100 и 200 мкм.
Содержание формальдегида в фанере в
зависимости от класса эмиссии должно составлять:
Е1−до 10 мг/100 г фанеры; Е2−свыше 10 до 30
мг/100 г фанеры.
2. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ
Для изготовления большинства видов фанеры, фанерных плит и древесных пластиков, а также при облицовывании применяется лущеный шпон. Шпон изготовляют из древесины лиственных пород – березы, ольхи, осины, тополя, клена, бука, дуба, ильма, ясеня, липы, а также хвойных – сосны, лиственницы, ели, пихты, кедра.
В зависимости от пороков древесины и дефектов обработки шпон подразделяют на пять сортов в порядке ухудшения качества: лиственных пород – Е, I, II, III, IV, хвойных пород – Ex ,I x, II x, III x, IV x . Основными сортообразующими пороками и дефектами являются сучки различных видов, трещин, ложное ядро, пятнистость, грибные и химические окраски, прорость, наклон волокон, засмолок, кармашек, царапины, риски, вырыв, закорина, ворсистость и ряд других. Влажность шпона должна быть 6 ( 2 %). Шероховатость поверхности Rm шпона хвойных пород не более 320 мкм.
Средняя прочность лущеного шпона при растяжении вдоль (поперек) волокон для хвойного шпона – 50,0 МПа (1,0 МПа). Формат шпона соответствует формату фанеры 3125х1600мм с припуском на обрезку 75 мм. Толщина шпона принимается из расчета получения продукции требуемой толщины с учетом специфических ее свойств и возможностей лущильного станка.
2.2 Клей
При изготовлении слоистой клееной древесины применяют, в основном, две группы клеев – на основе фенолоформальдегидных и карбамидофор- мальдегидных смол. В состав клеев, кроме смолы, входят отвердители, нередко наполнители, служащие для регулирования вязкости клея и экономии смолы в его составе, модификаторы. Последние выступают в качестве ускорителей процесса желатинизации клея, пластификаторов, структурообразователей клея при его желатинизации.
2.3 Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол
Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол образуют клеевые соединения средней водостойкости. Такие клеи применяются при изготовлении фанеры марки ФК из древесины лиственных и хвойных пород, фанеры марки ФОК, фанерных плит. Используются смолы следующих марок КФ-О, КФ-Ж
3. ПАРАМЕТРЫ УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ СКЛЕИВАНИЯ
Технологический процесс склеивания слоистых клееных материалов включает следующие операции: нанесение клея на шпон, сборка пакетов, подготовка клеевого слоя к склеиванию, склеивание пакетов, кондиционирование склеенного материала. Качественное склеивание слоистых древесных материалов может быть достигнуто при соблюдении параметров условий и режимов склеивания. Параметрами условий склеивания являются характеристики древесных и клеевых материалов, расход клея, характеристика пакетов для склеивания и способ подготовки их к склеиванию.
3.1 Нанесение клея
Для нанесения клея на листы шпона применяются вальцовые клеенаносящие станки. При этом способе клей наносится на обе стороны листа шпона. Этим способом можно наносить невспененный и вспененный клей вязкости 60…300 с по ВЗ – 4 с расходом 90…240 г/м 2. Скорость подачи материала при нанесении – до 0,5 м/с. Достоинства способа – двухстороннее нанесение клея на шпон, благодаря чему сохраняется устоявшаяся десятилетиями организация участков сборки пакетов. Это важно в условиях ограниченности средств на модернизацию фанерных производств.
Существенными недостатками способа являются: влияние типографии материала (макро − и микронеровностей поверхности) на расход клея и равномерность его распределения. Отсюда – излишне высокий минимально необходимый расход клея. Потери клея достаточно велики – до 10 % .
3.2. Сборка пакетов
Сборка пакетов при изготовлении фанеры производится в соответствии с ее видом, толщиной, сортом и, нередко, маркой. Процесс сборки пакетов подчиняется следующим требованиям, обеспечивающим наименьший расход материалов на продукцию, минимальную её формоизменяемость, простоту организации данного процесса.
Набор шпона в пакете может быть неравнослойным, состоящим из шпона древесины разных пород, но обязательно симметричным относительно оси сечения пакета. Симметрично расположенные слои шпона должны быть обращены левой стороной внутрь пакета.
В неравнослойном пакете листы шпона из древесины одной породы должны отличаться по толщине визуально, т.е. не менее чем на 0,3 мм.
Набор шпона в пакете должен состоять из возможно меньшего количества слоев шпона (обычно пакеты формируются из нечетного числа слоев – трех и более). Слойность пакета обуславливается толщиной применяемого шпона или оговаривается требованиями технических условий. Сумма толщин шпона в наборе должна быть наименьшей допустимой.
3.3. Подготовка клеевого слоя
Вязкость клея, наносимого па шпон, чаще всего ниже требуемой. Это обусловлено необходимостью равномерного нанесения клея па поверхность склеивания. Однако такой клей глубоко проникает в полости склеиваемой поверхности и не обеспечивает непрерывного клеевого слоя. Это ведет к снижению прочности склеивания. При изготовлении фанеры особенно с тонкими лицевыми слоями клей проникает через них, образуя пятна на поверхности или склеивая смежные касты продукции в пакете.
Для ликвидации указанных явлений вязкость клеевого слоя после его нанесения необходимо повысить. Для ликвидации указанных явлении вязкость клеевого слоя после его нанесения необходимо повысить. Для этого существует способ подпрессовки пакетов шпона. В этом случае пакеты, собранные в стопы толщиной 400-..800 мм, выдерживают под давлением в холодном прессе, что обеспечивает сплошной контакт склеиваемых поверхностей. Повышение вязкости клея происходит за счет вышеотмеченных причин.
Применение подпрессовки увеличивает компактность пакета. Это предотвращает смещение листов в пакете и их разрушение, позволяет увеличить скорость транспортирования пакетов на участке склеивания, уменьшить высоту промежутка пресса. Увеличение числа промежутков без увеличения высоты пресса повышает его производительность в среднем на 6,6% на один этаж. Возможность хранения подпрессованкых пакетов позволяет исключить жесткую цикличную связь участков сборки пакета и горячего склеивания.
3.4. Температура склеивания
Нагрев пакетов при склеивании интенсифицирует этот процесс, улучшает условия формирования клеевого слоя. При изготовлении клееной слоистой древесины обычно используют кондуктивный метод нагрева — путем передачи тепла пакета греющими плитами пресса. Поэтому обоснование температуры склеивания сводится к назначению рациональной в данных условиях температуры плит пресса.
При выборе температуры склеивания необходимо учитывать ее влияние на условия формирования клеевого слоя, характеристики клея и склеиваемого материала, условия подготовки и склеивания пакетов.
Применение достаточно высоких температур (105..155°С) ведет к уменьшению вязкости клея в начальный период нагревания, повышению эластичности древесины. Это, при одновременном действии на пакет давления, способствует равномерному распределению клея в плоскости клеевого слоя, проникновению его в древесину на достаточную глубину (0,2...0,4 мм), смятию неровностей склеиваемых поверхностей. В таких условиях образуется тонкий, однородный по толщине и непрерывный по структуре клеевой слой, увеличивается поверхность связи клея с древесиной что, в конечном счете, определяет получение прочного клееного соединения. Таким образом, чем выше вязкость клея, шероховатость и плотность склеиваемой древесины, тем выше требуемая температура склеивания.
Однако излишне высокая температура отрицательно влияет на условия формирования клеевого слоя, а следовательно, на качество склеивания. Чрезмерное первоначальное разжижение клея приводит к глубокому его проникновению в древесину и, как следствие, к образованию прерывистого клееного слоя. Проникший глубоко клей не участвует в связывании склеиваемых поверхностей, бесполезно теряется, проникает на лицевые поверхности склеиваемого материала, что чаще всего нежелательно. Резкое в дальнейшем отверждение клея и удаления из него растворителя затрудняет его качественное структурообразование, что сказывается на прочности отвержденного клея. В клеевом слое образуются значительные термические напряжения, увеличивается упрессовка пакетов, древесина темнеет.
3.5 Давление при склеивании
Давление на пакет при склеивании должно быть таким, чтобы обеспечить максимально тонкий, однородный по толщине и непрерывный по структуре слой. Давление на пакет должно действовать и течение времени, обеспечивающего образование надежной клеевой связи между склеиваемыми слоями древесины. Величина и характер изменения давления в этот период вытекают из его роли при склеивании и зависят от ряда нижеследующих факторов.
Действие давления на пакет при склеивании, особенно при повышенных температурах, позволяет смять неровности на поверхности склеиваемого материала, распределить клей в плоскости клеевого слоя и внедрить его в древесину на достаточную глубину (0,2…0,4), удалять газообразные продукты из клеевого слоя.
С учетом этих обстоятельств, при прочих равных условиях склеивания горячим способом, давление должно быть тем больше, чем больше плотность, шероховатость и разнотолщинность склеиваемых слоев древесины, чем больше вязкость клея. С увеличением влажности склеиваемого пакета и температуры склеивания требуемая величина давления уменьшается. Величина давления при склеивании шпона в случае изготовления фанеры общего назначения из лиственничного шпона на жидких клеях составляет 1,8...2,0 МПа.
Для уменьшения упрессовки фанеры пакеты склеивают при уменьшающемся в течение времени склеивания давления.
При склеивании по режиму ступенчатого уменьшения давления его величина поддерживается максимальной до момента формирования клеевого слоя, отвечающего вышеприведенным требованиям - в течение 0,55...0,65 от общего времени склеивания. Затем давление снижают до 0,8...1.0 МПа и поддерживают таким до окончания времени склеивания.
Снижение давления плит пресса на пакет следует осуществлять по-разному. Если склеивание происходит без охлаждения, то давление снижают в два этапа рис. 3.1. На первом это делается за минимальное технически достижимое время (10... 15 с), на втором -в течение времени, необходимого для постепенного выхода пара из пакета. Это время зависит от влажности пакета, его толщины и паропроводности.
Рис. 3.1. Диаграмма ступенчатого режима изменения давления при склеивании.
3.6. Продолжительность склеивания пакетов
Продолжительность горячего склеивания – это время, в течение которого достигается наибольшая прочность и водостойкость клеевого соединения. Продолжительность склеивания тем больше, чем меньше реакционная способность клея, ниже температура склеивания, толще склеиваемый пакет.
Продукция после склеивания подвергается кондиционированию в течение 24 ч, что необходимо для стабилизации температуры, перераспределения влажности и внутренних напряжений в склеенном материале. Для этого ее укладывают в стопы высотой до 3 м. При этом продукцию, изготовленную с применением карбамидоформальдегидных клеев, недопустимо укладывать в плотные стопы. Толщина каждой пачки в стопе не должна превышать 200…300мм, для чего они разделяются прокладками. Это предотвращает деструкцию клеевых слоев за счет тепла, аккумулированного пактами. Такую продукцию можно кондиционировать в специальных охладителях веерного или конвейерного типов при температуре не более 40 °С.
4. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ПАКЕТА
Толщина пакета выбирается в зависимости от толщины фанеры и от породы древесины и определяется по формуле
где Sф - заданная толщина фанеры
y - величина упрессовки
m - количество пакетов в промежутке
Величину упрессовки выбираем по таблице 3.5 /1/ в зависимости от толщины и марки фанеры.
Для Sф =6,5 мм y=10-12 %
Sф =21 мм y=10-12 %
Провожу расчёт для Sф =6,5 мм
Возможные толщины пакетов
Толщина лущеного шпона
Принимаем k=3 по табл. 1.3(1)
Принимаем =2,55мм.
Толщина сухого шпона
Толщина пакета
Провожу расчёт для Sф =21 мм
Возможные толщины пакетов
Толщина лущеного шпона
Принимаем k=9 по табл. 1.3(1)
Принимаем =2,75 мм.
Толщина сухого шпона
Толщина пакета
5. ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ УЧАСТКА СКЛЕИВАНИЯ
Участок склеивания строится на базе горячего пресса, определенного его производства. Он включает следующие участки:
- Нанесение клея,
- Сборка пакетов,
- Подпрессовки пакетов,
- Прессование
- Склад выдержки склеенной продукции.
Перемещение сборочных пакетов осуществляется с помощью конвейеров, выгрузка с роликами, толкателями загрузки-разгрузки.
Производительность пресса зависит от цикла его работы. Загрузочная этажерка отодвигается от пресса по рельсовому пути в период её загрузки, это делается для уменьшения теплового воздействия пресса на пакеты.
5.1 Расчет производительности пресса
Исходные данные для расчета
Фанера марки ФК
Порода древесины – сосна
Толщина фанеры ,мм - 6,5, 21
Толщина пакета , мм ; 14,52 ; 23,49
Формат фанеры в обрезном виде , мм – 3050х1525
Производительность пресса А находиться по формуле
Где Fo – площадь листа обрезной продукции, м2
Sф – толщина продукции, мм
n – число этажей пресса
m – число пакетов загружаемых в один промежуток пресса
– продолжительность цикла работы пресса, с
k – коэффициент использования рабочего времени. k=0,95
t1- продолжительность склеивания фанеры марки ФК по табл. 1,5 принимаем равное для =6,5 6,6 мин = 396 с.
t2- продолжительность второго этапа снижения давления принимаю по табл 1.7 равное 120 сек.
t2- продолжительность второго этапа снижения давления принимаю по табл 1.7 равное 210 сек.
t3 - продолжительность загрузки выгрузки пакета в пресс
Время смыкания плит пресса до закрытия его промежутков ,с :
h- высота рабочего промежутка пресса принимаем 70 мм.
u2-скорость поднимания и опускания плит пресса принимаем 100 мм/с
для Sп=9,12
Продолжительность создания рабочего давления на пакет с,:
Время размыкания плит пресса рассчитываем по формуле
для Sп=14,52
Цикл работы пресса:
для Sф=6,5
для Sф=21
Производительность пресса, м3/ч, для фанеры заданной толщины
для Sф=6,5
Установим количество продукции каждого вида. Qi м3/смену, выпускаемой участком в смену, при ее продолжительности 7,7ч. Расчёт производится по формуле:
pi - заданный объём производства продукции каждого вида, %.
для Sф=6,5
4.2 Расчет количества сборочных участков
Количество сборочный участков ,К, шт, определяется по формуле:
где -время, которым нужно располагать для сборки пакета при изготовлении фанеры каждой толщины , с; -необходимое время сборки пакета; результат К, округляется до ближайшего целого значения.
Время, которым нужно располагать для сборки пакета,
где -цикл работы пресса ,с; - время на прессование стопы и подготовку сборочной платформы к сборке очередной партии пакетов ,с, -40…60 с; n-количество рабочих промежутков горячего пресса; m-количество пакетов, одновременно загружаемых в промежуток пресса;
Необходимое время сборки пакета
где - размер шпона в направлении перемещения, м; – слойность пакета; – скорость движения шпона через клеенаносящие устройство равна =1,0…1,5 м/с
Для нахождения количества сборочных участков принимаем наибольшие значения и :
Для обеспечения необходимой производительности необходимо принять 1 сборочный участок.
1.Горячий пресс
2.Загрузочная этажерка с толкателем 3.Разгрузочная
этажерка с извлекателями-роликами 4.Поворотный
выталкиватель 5.Конвейер выгрузки пакетов
из этажерки
6. Сборочный конвейер
7.Вакуумный укладчик шпона 8.Вилочный
укладчик шпона 9.Клеенаносящий вальцовый
станок 10.Дисковый конвейер с роликовым
укладчиком шпона с нанесенным клеевым
слоем
11.Позиция сборки пакета с подъемной платформой
12.Конвейер
13.Подпрессовочный пресс 14.Подъемные
платформы со шпоном 15.Подъемная платформа
с подпрессоваными пакетами 16.Устройство
загрузки пакетов в этажерку
17.Подъемная платформа с фанерой 18.Пульт
управления
6. Расчёт количества сырья и материалов для производства фанеры.
6.1. Расчёт количества сырого шпона
Количество переобрезной фанеры определяется по формуле, м3ш.
для Sф= 6.5
Объём отходов, получаемых при обрезе, устанавливается из выражения, м3.
для Sф= 6.5
Процент отходов на обрезку фанеры a2 определяют из выражения:
Определим количество необрезной фанеры из выражения, м3:
для Sф= 6.5
Объём отходов, образующихся при обрезке фанеры, составит, м3:
для Sф= 6.5
Количество шпона поступающего на участок сборки пакетов, с учетом потери на упрессовку определяется выражением, м3:
для Sф= 6.5
Потери шпона на упрессовку при склеивании, м3:
для Sф= 6.5
Количество сухого шпона выходящего из сушилок с учетом отходов, м3:
для Sф= 6.5
Объём отходов шпона на участке сортировки, м3:
для Sф=6,5
Определяем расход сырья на 1 м3 фанеры:
6.2. Расчёт объёма продольного и поперечного шпона
Расчёт обьёма необходимого продольного и поперечного шпона , м3:
для Sф=6,5
6.3. Расчет потребного количества жидкого клея и его компонентов
Потребляемое количество жидкого клея на 1 м3 фанеры определяется по формуле, кг:
для Sф=6,5
Расчёт количества
необходимого клея для
для Sф=6,5
Общее количество необходимого клея, кг.:
Принимаю формулу № 5, Количество компонентов, мас.ч, входящих в состав:
КФ-0 |
ЛСТ |
Карбамид |
Альбумин |
Хлористый аммоний |
Мел |
100 |
30 |
6 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Рассчитываю количество каждого ингредиента клея, кг: