авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Совершенствование технологии производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна

-- [ Страница 4 ] --

Модификация клеевых композиций поливинилацетатной дисперсией дает более значимый эффект. Кроме этого, при данной модификации существенно уменьшается усадка отвержденной клеевой композиции, что снижает вероятность появления внутренних напряжений в клеевых соединениях. Таким образом, предложенные варианты модификации клеевых составов оправданы с точки зрения термодинамических и реологических свойств системы наполнитель – полимер.

В пятой главе «Оценка влияния технологических факторов на свойства костроплит» путем реализации В-плана второго порядка оценено влияние плотности (x1), расхода связующего (x2), количества модификатора связующего (x3), количество гидрофобной добавки (x4) на основные физико-механические и экологические характеристики костроплит.

По результатам исследований получены адекватные регрессионные модели:

а) выходная величина – предел прочности при изгибе:

Y1 = 16,35 + 3,20 x1 + 2,22 x2 + 1,46 x3 – 0,16 x4 + 0,10 x12 + 0,10 x32 –

– 1,10 x42 – 0,31 x1 x2 – 0,37 x2 x3 + 0,26 x3 x4 ;

б) выходная величина – предел прочности при перпендикулярном отрыве: Y2 = 0,559 + 0,116 x1 + 0,072 x2 + 0,050 x3 – 0,0039 x42 – 0,021 x1 x2 ;

в) выходная величина – разбухание по толщине:

Y3 = 17,45 + 2,20 x1 – 5,92 x2 – 2,24 x3 – 6,92 x4 + 0,50 x12 + 1,70 x22 –

– 0,55 x 32 + 0,75 x42 – 0,92 x1 x2 + 2,36 x2 x4 + 1,08 x3 x4 ;

г) выходная величина – водопоглощение:

Y4 = 82,45 + 5,79 x1 – 13,68 x2 – 4,08 x3 – 16,70 x4 – 2,71 x12 – 1,00 x22 –

– 4,16 x32 – 5,91 x42 ;

г) выходная величина – содержание свободного формальдегида:

Y5 = 8,59 + 0,06 x1 + 2,26 x2 – 0,36 x3 – 0,07 x4 + 0,21 x12 – 0,09 x42.

Анализ полученных математических моделей и их оптимизация при максимизации прочностных показателей и минимизации физических позволили определить рациональные условия производства костроплит:

плотность плит – 700 кг/м3; расход связующего – 15% от массы наполнителя; количество модификатора клеевого состава (бутанола-1) – 2% от массы жидкой смолы; количество парафиновой добавки – 0,5% от массы наполнителя; температура прессования – 150С; давление прессования – 1,8–2,0 МПа; время выдержки под давлением – 0,35–0,40 мин на 1 мм толщины плиты.

При соблюдении указанных условий удается получать плитные материалы с физико-механическими показателями, удовлетворяющими требованиям ГОСТ на аналогичную древесную продукцию (ДСтП):

- предел прочности при изгибе – 21,2 МПа;

- предел прочности при перпендикулярном отрыве – 0,72 МПа;

- разбухание по толщине – 17,4 %;

- содержание свободного формальдегида – 8,5 мг/100 г.

В шестой главе «Технология и режимы производства композиционной фанеры» предложены организационно-технические решения по производству композиционной фанеры, наружные слои которой состоят из взаимно перпендикулярных слоев лущеного шпона, а внутренним заполнением является клеевая композиция на основе костры льна по принципу изготовления костроплит. Основу прочности данному материалу придают слои лущеного шпона, при этом его расход на единицу продукции существенно снижается. Разработаны технологические схемы производства данного вида продукции.

По результатам реализации В-плана второго порядка оценено влияние плотности внутреннего заполнения (x1), расхода связующего во внутреннем слое (x2), количества модификатора связующего (x3), количество гидрофобной добавки (x4) на основные физико-механические характеристики композиционной фанеры и получены адекватные регрессионные модели:

а) выходная величина – предел прочности при изгибе:

Y1 = 56,64 + 5,89 x1 + 9,48 x2 + 5,09 x3 – 2,57 x4 + 3,10 x22 + 3,15 x32 – 2,95 x42 ;

б) выходная величина – предел прочности при перпендикулярном отрыве:

Y2 = 0,429 + 0,089 x1 + 0,056 x2 + 0,019 x3 – 0,015 x4 + 0,011 x12 – 0,039 x42 –

– 0,021 x2 x3 ;

в) выходная величина – разбухание по толщине:

Y3 = 13,91 + 1,71 x1 – 4,71 x2 – 1,79 x3 – 5,49 x4 + 1,69 x22 – 0,36 x32 +

+ 1,89 x2 x4 + 0,86 x3 x4 ;

г) выходная величина – водопоглощение:

Y4 = 40,56 + 4,46 x1 – 12,90 x2 – 5,36 x3 – 15,93 x4 + 4,84 x22 – 2,07 x1 x2 +

+ 5,02 x2 x4 + 1,92 x3 x4.

Анализ полученных математических моделей и их оптимизация при максимизации прочностных и минимизации физических показателей позволили определить рациональные условия производства композиционной фанеры:

плотность внутреннего заполнения – 650 кг/м3; расход связующего – 10% от массы наполнителя; количество модификатора клеевого состава (бутанола-1) – 1,5% от массы жидкой смолы; количество парафиновой добавки – 0,3% от массы наполнителя; температура прессования – 150С; давление прессования – 1,8–2,0 МПа; время выдержки под давлением – 0,35–0,40 мин на 1 мм толщины материала.

При соблюдении указанных условий удается получать материалы, конкурирующие по свойствам с фанерой общего назначения – с прочностью при изгибе порядка 60 МПа, прочностью при перпендикулярном отрыве 0,46 МПа, разбуханием по толщине 18%.

В седьмой главе «Применение фурановых олигомеров в производстве композиционных материалов» предложено применение фурановых олигомеров для производства плитных композиционных материалов специального назначения.

В настоящее время фурановые связующие ограниченно используются преимущественно в строительстве, а также для модификации древесины, с целью улучшения био- и огнестойкости и других физико-механических показателей. Основной компонент фурановых смол - фурфурол, который можно получать из отходов лесозаготовок (лесосечных отходов), лесопиления и деревообработки, составляющих от 30 до 45% объема перерабатываемой древесины. Поэтому производство фурфурола и клееных материалов на его основе не только позволит получать малотоксичную продукцию с высокими эксплуатационными характеристиками, но и обеспечит повышение комплексности использования сырья. Необходимость проработки темы обусловлена тем, что высокие физико-механические свойства и пониженная токсичность фанеры, полученной с применением в качестве связующего фурановых смол, позволяют расширить область применения готовой продукции и прогнозировать высокий потребительский спрос. В экспериментальной части работы были отработаны режимы и технология синтеза фурфуролацетонового мономера ФА применительно к производству композиционных материалов, оценены термодинамические и реологические характеристики.

Установлено, что в отличие от традиционных карбамидных и фенольных олигомеров, фурановые отличаются малой вязкостью (25…40 с по ВЗ4мм), поэтому легко проникают в клеточные стенки древесины. При нанесении капли мономера ФА на поверхность образца из древесины березы происходит быстрое и полное растекание ее по поверхности и впитывание в макротрещины (рис. 12а).

а б в Рис. 12. Капля мономера ФА на поверхности субстратов: а – сосна, б – береза, в – костра льна На поверхности соснового образца капля мономера ФА распределяется несколько медленнее, однако также имеет место полное растекание и частичное впитывание в макротрещины (рис. 12б). На поверхности частиц костры капля мономера ФА концентрируется на поверхности с образованием положительного краевого угла смачивания (рис. 12в). Установлено, что мономер ФА наиболее применим в качестве связующего для частиц из хвойных пород древесины, костры льна, соломы злаковых растений и других наполнителей композиционных материалов с небольшой проницаемостью жидкостями и газами.

На рис.13 представлены временные зависимости относительных деформаций для клеевых составов на основе мономера ФА, карбамидо- и фенолформальдегидного олигомеров, рассчитаны реологические характеристики.

 Деформационные кривые: 1 – КФН-66; 2-31 Рис. 13. Деформационные кривые: 1 – КФН-66; 2 – СФЖ-3014; 3 – мономер ФА + 0,5% серной кислоты; 4 – мономер ФА + 3% бензолсульфокислоты С точки зрения соответствия реологических показателей адгезива и субстрата клеевые составы на основе мономера ФА более эффективны для использования в структуре композиционных материалов (по сравнению с карбамидо- и фенолформальдегид-ными олигомерами), так как их модули упругости, эластичности и эластической деформации ниже и приближены к соответствующим

показателям наполнителей, в том числе костры льна.

Результаты испытаний композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна в смеси с мономером ФА показали высокие физико-механические характеристики.

Рекомендованы рациональные технологические режимы производства:

плотность плит 650…750 кг/м3 (в зависимости от вида наполнителя); расход связующего – 15%; количество добавляемого отвердителя (сульфокислоты) – 3…5% от массы жидкого олигомера; температура прессования – 170 С; давление прессования – 2 МПа; время выдержки под давлением – 0,6 мин/1мм толщины.

При соблюдении указанных режимов удается получать плитные материалы с высокой прочностью при изгибе (20 МПа и более), повышенной водостойкости (разбухание по толщине составляет менее 10%).

Для оценки содержания токсичных веществ в материалах на основе фурановых смол была разработана и запатентована методика, сущность которой состоит в кипячении образцов плит в этиловом спирте с последующим фотоколориметрическим анализом полученной пробы. Результаты испытаний показали, что в данной продукции содержится менее 3 мг токсичных веществ на 100 г. На основе модифицированного газоаналитического способа определено выделение свободного фурфурола из плит при их эксплуатации, которое составило порядка 0,05 мг/м3.

В восьмой главе «Технико-экономические показатели и внедрение результатов исследований» рассмотрены факторы, определяющие конкурентоспособность новых композиционных материалов, и разработана методика оценки их конкурентоспособности на основе расчета интегрального показателя, обобщающего нормативные, технические, экологические и экономические параметры. Оценка конкурентоспособности композиционных материалов на основе костры льна по данной методике показала, что они вполне могут конкурировать с традиционной плитной древесной продукцией.

Расчет экономической эффективности предлагаемых решений показал, что организация производства композиционных материалов с использованием костры льна позволяет уменьшить себестоимость продукции на 5-10%, повысить рентабельность производства на 2-3% (в зависимости от вида композиционного материала). При этом снижается расход сырья, затраты на его обработку, эффективно утилизируются отходы льнопроизводства, а предприятия получают прибыль, соизмеримую с доходом от реализации традиционных плитных материалов (ДСтП, фанеры). Предложенные в работе технологические мероприятия позволяют увеличить выручку от реализации продукции на 10-25%.

Внедрение результатов исследований осуществлялось:

- при проведении опытно-промышленных испытаний производства костроплит на ОАО «Фанплит», опытно-промышленных испытаний производства композиционной фанеры с внутренним слоем на основе костры льна и древесных отходов на ОАО «Фанплит», ОАО «Мантуровский фанерный комбинат»;

- при проведении производственных испытаний производства фанеры на основе фурановой смолы на ОАО «Фанплит»;

- при разработке технологических инструкций на производство костроплит и композиционной фанеры);

- при разработке проекта реконструкции ОАО «Фанплит» на выпуск композиционной фанеры;

- при совершенствовании учебного процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Рассмотрена общая концепция повышения эффективности производства древесных композиционных материалов и выявлены пути его совершенствования. Установлено, что повышение эффективности производства композиционных материалов возможно при организации ресурсосбережения, которое может быть обеспечено путем всестороннего использования отходов деревообрабатывающих и льноперерабатывающих производств. При организации производства новых видов материалов на основе костры льна эффективно утилизируются отходы льнопроизводства, экономятся древесные ресурсы, происходит увеличение занятости населения и развитие инфраструктуры, улучшается экологическая обстановка.

  2. Установлено, что при производстве композиционных материалов на основе костры льна и синтетических олигомеров происходит неравномерное распределение клеевого состава по поверхности частиц наполнителя, что главным образом связано с различием величин их поверхностных натяжений. Определены пути повышения смачивающей способности традиционных синтетических связующих (на основе карбамидоформальдегидных и фенолформальдегидных олигомеров) по отношению к костре для чего разработана и опробована методика подготовки поверхности костры льна для определения поверхностного натяжения графическим методом на основе изучения взаимосвязи краевого угла смачивания и поверхностного натяжения адгезивов.
  3. Рассмотрены вопросы смачивания, адгезии и поверхностных явлений применительно к производству композиционных материалов на основе костры льна, в результате чего рекомендована модификация традиционных синтетических олигомеров спиртами и поливинилацетатной дисперсией с целью снижения их поверхностного натяжения и повышения смачивающей способности по отношению к костре. Полученные экспериментальные данные по определению физико-механических показателей костроплит, изготовленных на основе модифицированных составов, подтвердили эффективность и целесообразность рассмотренного метода.
  4. Получены математические зависимости краевых углов смачивания от поверхностного натяжения адгезивов применительно к различным субстратам в виде полиномов второго порядка.
  5. Определены сравнительные реологические характеристики модифицированных олигомеров, основных древесных наполнителей и костры льна. Установлено, что модификация синтетических смол спиртами способствует некоторому снижению реологических показателей. Наиболее эффективна модификация смол дисперсией ПВА, при этом реологические свойства модифицированных клеев оказываются меньше соответствующих показателей, характерных для древесных наполнителей и костры льна. Такое модифицирование способствует увеличению адгезионных и клеящих свойств клеев по отношению к костре и древесным наполнителям.
  6. Разработаны технологии производства композиционных материалов (костроплит и композиционной фанеры с внутренним заполнением на основе древесных отходов и костры льна), позволяющие выпускать конкурентоспособные материалы при снижении производственных затрат. Предложены технологические мероприятия по улучшению их эксплуатационных характеристик.
  7. Определены рациональные технологические режимы производства композиционных материалов с применением костры льна и клеевых композиций на основе карбамидоформальдегидных смол путем математической обработки экспериментальных планов второго порядка. Получены математические модели, позволяющие оценить влияние основных технологических факторов на свойства композиционных материалов на основе костры льна и прогнозировать их свойства при требуемых сочетаниях рассмотренных факторов. Определены рациональные рецептуры и режимы производства композиционных материалов.
  8. Определена экономическая эффективность производства композиционной фанеры с внутренним слоем на основе костры и отходов сопутствующего фанерного производства применительно к условиям ОАО «Фанпллит» (г. Кострома). Затрачиваемые на реконструкцию инвестиционные вложения окупаются за счет снижения производственных затрат и увеличения прибыли от реализации продукции.
  9. Предложено применение фурановых олигомеров в производстве композиционных материалов специального назначения. Определены термодинамические, реологические, клеящие свойства фурфурол-ацетонового мономера ФА. Рекомендованы технологические режимы его синтеза и производства композиционных материалов. Предложены методики оценки токсичности композиционных материалов нам основе фурановых смол.
  10. Разработаны критерии и методика оценки конкурентоспособности композиционных материалов. Расчеты показали, что костроплиты и композиционная фанера на основе костры конкурентоспособны с выпускаемой в настоящее время древесной плитной продукцией.
  11. Основные технические разработки нашли отражение в техдокументации, апробированы и приняты к использованию фанерно-плитными предприятиями Костромской области.

Публикации автора, отражающие содержание работы

Монография

  1. Угрюмов С.А. Организационно-техническое обеспечение производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна : монография / С.А. Угрюмов. – Кострома : КГТУ, 2008. – 147 с. 9,2 п.л.

Статьи в журналах, включенных в перечень, рекомендуемый ВАК

Минобразования России

  1. Ugryumov S.A. Enhancement of service characteristics of boon boards by modifying carbamide-formaldehyde binder with poly(vinyl acetate) dispersion / Ugryumov S.A., Tsvetkov V.E. // Polymer Science Series D. – N.-Y. : MAIK Nauka/Interperiodica distributed exclusively by Springer Science+Business Media LLC, 2008. – № 4. – Р. 241-243. 0,3/0,15 п.л.
  2. Угрюмов С. А. Исследование модификации фенолформальдегидного олигомера поливинилацетатной дисперсией применительно к производству костроплит / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2008. – №4. – С. 107-109. 0,3/0,15 п.л.
  3. Угрюмов С.А. Исследование реологических свойств модифицированных фенолформальдегидных олигомеров / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии, 2008. – №12. – С. 18-20. 0,4/0,2 п.л.
  4. Угрюмов С.А. Фурановые олигомеры в производстве фанеры и древесных плит / С.А. Угрюмов // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии, 2008. – №10. – С. 14-16. 0,3 п.л.
  5. Угрюмов С.А. Исследование реологических свойств модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии, 2008. – №8. – С. 32-34. 0,4/0,2 п.л.
  6. Угрюмов С.А. Повышение эксплуатационных характеристик костроплит путем модификации карбамидоформальдегидного связующего поливинилацетатной дисперсией / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Клеи. Герметики. Технологии. – М. : Наука и технологии, 2008. – №5. – С. 20-23. 0,4/0,2 п.л.

8. Угрюмов С. А. Математически обоснованный выбор рационального режима производства костроплит / С.А. Угрюмов, Е.А. Боровков, В.Е. Цветков // Деревообрабатывающая промышленность, 2008. – №4. – С. 18-20. 0,3/0,1 п.л.

9. Угрюмов С.А. Модифицирование карбамидоформальдегидной смолы для производства костроплит / С.А. Угрюмов, В.Е. Цветков // Деревообрабатывающая промышленность, 2008. – №3. – С. 16-18. 0,3/0,15 п.л.

10. Угрюмов С.А. Определение рационального расхода связующего и расчетной плотности костроплит / С.А. Угрюмов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник : периодический научный журнал. – М. : МГУЛ, 2008. – №2. – С. 107-109. 0,3п.л.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.