СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-МАТЕРИАЛА ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1995 года по МПК B32B21/00 B27N3/02 

Изобретение относится к технологии изготовления древесных композиционных материалов (ДКМ) и может быть использовано в производстве конструкционных, тепло-, звукоизоляционных и декоративно- облицовочных материалов для машиностроения, промышленного и жилищного строительства, мебели, тары и других товаров широкого потребления.

Известны способы получения древесных композиционных материалов, включающих наполнитель, связующее и добавки (Вигдорович А.И. Сагалаев Г.В. Поздняков А.А. Древесные композиционные материалы в машиностроении. М. Машиностроение, 1991, с. 240. Справочник по производству древесно-стружечных плит. Отлев И. А. Штейнберг Ц.Б. Отаева Л.О, Бова Ю.А. Жуков Н.И. и Конаш Г.И. М. Лесная промышленность, 1990, с.384), состоящие из сушки древесных отходов (наполнителя), смешивания наполнителя, связующего и добавок, термообработки или нагревания полученной смеси и прессования.

Однако описанные способы обладают низкой экологической культурой производственного процесса из-за высокой токсичности связующих материалов, связанной с присутствием в них экологически вредных продуктов (формальдегида, фенола, оксида углерода, аммиака, летучих мономеров и др.). Данные способы характеризуются недостаточно высокими эксплуатационными характеристиками получаемых ДКМ, например водо-, био-, и огнестойкостью.

Наиболее близким к предложенному способу является способ изготовления лигноуглеводных пластиков из древесных частиц, включающий термообработку исходного материала (древесных частиц осины) влажностью 8-10% при температуре 180^оС в течение 1-3 мин на 1 мм толщины плиты и прессование давлением 2,0-5,0 МПа с последующим охлаждением до комнатной температуры. С целью исключения дополнительной операции сушки пластиков после термообработки, которую обычно проводят при производстве подобного вида изделий, и снижения себестоимости продукции, в состав исходной массы в качестве добавки вводят 30-50% коры осины. Процесс изготовления пластиков производят в условиях свободного доступа кислорода воздуха и даже в режиме искусственной его подачи к исходному веществу.

Однако таким способом получают изделия только на основе отходов осины, что ограничивает широкое практическое его применение, получаемые изделия имеют невысокие физико-механические показатели. Данный способ характеризуется низкой экологической культурой производства пластиков, обусловленной выделением в атмосферу токсичных летучих компонентов в процессе термообработки древесной массы.

Целью изобретения является повышение технологичности способа при повышении экологической чистоты производства за счет исключения экологически вредных продуктов.

Это достигается тем, что при способе изготовления пресс-материала из древесных частиц, включающем формование и нагревание исходного материала, формование осуществляют давлением 6-100 МПа, а нагревание ведут при температуре 105-320^оС в закрытом объеме без доступа воздуха. Кроме того, формование осуществляют, начиная с предварительной прессовки давлением 0,05-1,8 МПа. Причем формование осуществляют давлением 12,4-62,0 МПа, а нагревание ведут при температурах 185-245^оС.

Предлагаемый способ изготовления пресс-материала из древесных частиц заключается в следующем.

Отходы древесины сортируют по размеру частиц в поперечнике и в дозированном количестве помещают для формования давлением 6-100 МПа в пресс-форму любой конфигурации, в которую сверху помещают плотно прилегающий к стенкам плунжер. Закрытую пресс-форму разогревают с помощью любого теплоносителя до заданной температуры в интервале 105 -320^оС, в котором последовательно и параллельно протекают физические и химические процессы испарение воды (влаги), выделение летучих компонентов, испарение органических жидкостей; размягчение термопластичных олигомерных и полимерных продуктов, образование термореактивных смолистых связующих веществ, экзотермические реакции разложения (окисления, деструкции и др.) твердых и жидких компонентов древесины, образование технического углерода и золы минеральных веществ и др. Величину температуры внутри древесной массы контролируют, например, с помощью термопары. Разогретую массу формуют, снижают давление, охлаждают полученный продукт до комнатной температуры и кондиционируют в течение 24 ч. В разных вариантах изготовления пресс-материала операции нагревания и прессования (формования) массы производят как последовательно, так и параллельно. Для улучшения контакта между частицами возможно проведение операции предварительной подпрессовки исходной массы небольшим давлением.

При нагревании обеспечивают полное исключение или ограничение доступа воздуха (кислорода воздуха) к древесной массе, что достигают в закрытом объеме реактора, величину которого определяют объемом исходного вещества. Это обеспечивает заметное снижение скорости всех окислительных процессов, протекающих в указанном интервале температуры, и предотвращение глубокого разложения (деструкции) древесины. Исключение свободного доступа воздуха в реакционный объем является принципиально важным отличием. Контроль за ходом процесса нагревания в условиях замкнутого объема ведут, например, по изменению массы исходного вещества. Выделяемые в процессе нагревания и формования компоненты улавливают любым способом, применяемым при сухой перегонке древесины. Нагреванием исходного вещества в закрытом объеме без доступа воздуха и без введения в состав дополнительного связующего достигают повышение экологической чистоты производства.

Нагревание в закрытом объеме без доступа воздуха относится только к внутренней части реактора, т.е. к реакционному пространству. Внешняя часть реактора может нагреваться в условиях свободной или принудительной циркуляции воздуха.

В целях ускорения процесса нагревания вещества и более равномерного распределения компонентов наполнителя, связующего и добавок, образующихся непосредственно в ходе разогрева, формование начинают с предварительной подпрессовки древесной массы небольшим давлением (0,05-1,8 МПа).

Режим формования (прессования, штамповки, прокатки, экструзии и др.) обеспечивает надежный контакт и хорошую адгезию частиц наполнителя со связующим и добавками, а время выдержки массы под давлением должно быть достаточным для сохранения высокой прочности адгезионного соединения.

Охлаждение пресс-материала производят как естественным, так и искусственным путем до комнатной температуры. Способ реализуют на базе современного оборудования, в том числе и отечественного.

Изобретение поясняют примерами конкретного выполнения, технологические и эксплуатационные параметры которых представлены в табл. 1-3.

В табл. 1 отражено влияние температуры внутри вещества и условий подачи воздуха на величину потери массы и основные эксплуатационные параметры заявляемых пресс-материалов из древесных частиц с размером в поперечнике не более 3 мм хвойных пород древесины (сосна, ель, пихта).

Из табл. 1 и 2 видна невозможность получения качественных материалов при нарушении режима проведения процесса нагревания в закрытом объеме без доступа воздуха, температуре и давлении, выходящих за рекомендуемые пределы. Данные табл. 3 показывают, что предложенный способ может быть распространен как на хвойные, так и на лиственные породы древесины и их комбинации, например, при массовом соотношении 1:1 (пример 27).

Способ можно распространить на изделия, получаемые из древесных частиц с широким интервалом по размерам их в поперечнике. Эксперименты показали, что функционально пригодные ДКМ могут быть получены как из высокодисперсных (менее 0,16 мм), так и из крупнодисперсных (более 3 мм) фракций древесных частиц, ДКМ, изготовленные из пылевидной фракции (менее 0,16 мм), обладали высокими прочностными показателями и водостойкостью.

Предлагаемый способ позволяет получить широкий ассортимент древесных композиционных материалов для промышленного, гражданского, в том числе индивидуального строительства, производства мебели и других товаров, например малогабаритных древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, декоративных и облицовочных панелей, тепло-, звуко- и электроизоляционных пластиков и т. д.

Использование: деревообрабатывающая промышленность. Сущность изобретения: древесные частицы формируют под давлением 6 100 МПа и нагревают при температуре 105 320 °С в закрытом объеме без доступа воздуха для изготовления пресс-материала. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-МАТЕРИАЛА ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ, включающий формование и нагревание исходного материала, отличающийся тем, что формование осуществляют давлением 6 100 МПа, а нагревание ведут при 105 320^oС в закрытом объеме без доступа воздуха. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование осуществляют, начиная с предварительной прессовки давлением 0,05 1,8 МПа. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование осуществляют давлением 12,4 62,0 МПа, а нагревание ведут при 185 245^oС.