Лекция_ДСтП_1_Классификация

Раздел«Технология и оборудование для производства древесных плит и пластиков (ТиОДПП)»

дисциплины «ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ»

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

Древесностружечные плиты (ДСтП) - это листовой материал, изготовленный из древесных стружек со связующим, сформированных в виде ковра с последующим его горячим прессованием. Структурную схему получения ДСтП можно представить следующим образом:

КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА ДСтП

Древесностружечные плиты (ДСтП) изготовляют из различных видов древесины и недревесных частиц с использованием разных видов связующих, различными способами и для различных целей. Этим объясняется большое число разновидностей плит.

Чаще всего плиты классифицируют по следующим признакам.

Способ прессования. Здесь различают плиты плоского и экструзион-ного прессования (рисунок 1).

Рисунок 1 - Направление усилия прессования при изготовлении ДСтП:

а—плоского прессования; б — экструзионного прессования

В плитах плоского прессования древесные частицы расположены параллельно их плоскости. Такие плиты получают при приложении усилия прессования перпендикулярно их пласти (лицевой поверхности). Стружечные плиты плоского прессования получают в многоэтажных прессах периодического действия, одноэтажных прессах периодического и непрерывного действия, в каландровых и валковых прессах.

В плитах экструзионного прессования древесные частицы расположены преимущественно перпендикулярно их плоскости. Такие плиты получают в специальных экструзионных прессах непрерывного действия при приложении прессующего усилия параллельно их плоскости.

В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом в основном изготовляют плиты плоского прессования.

Конструкция плит. По этому признаку различают однослойные, трехслойные, пятислойные и многослойные плиты. Однослойные плиты имеют одинаковые размеры древесных частиц и одинаковое содержание связующего по всей их толщине. Они могут быть сплошными и с внутренними каналами (многопустотные плиты). Последние изготовляются экструзионным способом.

В трехслойных плитах оба наружных слоя изготовляют из более тонких или мелких древесных частиц и с количеством связующего вещества большим, чем во внутреннем слое. Слои могут отличаться и другими признаками — плотностью, наличием разных добавок. В России и за рубежом в основном выпускают трехслойные плиты.

Трехслойные плиты изготовляют без фракционирования древесных частиц в наружных слоях и с фракционированием. В плитах первого типа размеры древесных частиц одинаковы по всей толщине наружного слоя. В плитах с фракционированием древесных частиц в наружных слоях размер древесных частиц постепенно возрастает от поверхности по направлению к середине плиты. В поверхностных слоях находятся самые мелкие древесные частицы и древесная пыль, что обеспечивает получение плит с мелкоструктурной поверхностью и низким показателем её шероховатости.

Пятислойная плита состоит из одного внутреннего, двух одинаковых симметрично расположенных промежуточных и двух наружных слоев, отличающихся один от другого размерами древесных частиц и содержанием связующего. При изготовлении в наружных слоях используют мелкие древесные частицы и пыль, в промежуточных слоях — стружку со средними размерами и во внутреннем — стружку с наибольшими допускаемыми размерами.

В многослойных плитах размер древесных частиц постепенно возрастает от поверхности к середине плиты, а содержание связующего вещества соответственно уменьшается. Однако в отличие от трехслойных плит, в которых достаточно ярко выражена граница между наружными и внутренними слоями, в многослойных плитах такой границы нет.

Плотность плиты. На основании такого признака выделяют плиты малой плотности, плотность которых менее 550 кг/м³, плиты средней плотности — 550.. .750 кг/м³; плиты высокой плотности — 750 кг/м³ и более. В настоящее время большинство плит изготовляют плотностью 600... .. .650 кг/м³.

Вид используемых древесных частиц. Существуют плиты из специально изготовленных древесных частиц и крупноразмерной стружки. Основное количество плит сейчас и в дальнейшем будет производиться из специально изготовленных древесных частиц сравнительно небольших размеров, так как такие плиты имеют относительно высокие показатели физико-механических свойств, удовлетворяющие требования в первую очередь мебельной промышленности. В традиционных ДСтП преобладает плоская или игольчатая стружка длиной до 40, шириной до 12 и толщиной до 0,45 мм.

В США более 70 % ДСтП производят из стружки-отходов, образующейся в процессах деревообработки (строгании, фрезеровании и др.). Внешний вид такой стружки представлен на фотографии:

Сырые стружки-отходы, полученные при фрезеровании дугласовой сосны (шаг сетки 24,5 мм)

Плиты из крупноразмерной стружки (OSB) получают из древесных частиц, имеющих сравнительно большие размеры по длине и ширине при небольшой толщине. Используют древесные частицы продолговатой формы (длиной 60.. .90 мм, шириной 5. ..12 мм, толщиной 0,3.. .0,6 мм) или формы, близкой к квадратной (35x35; 40х40 мм при толщине 0,4.. .0,8 мм). Из крупноразмерной стружки изготовляют в основном плиты для строительства и плиты специального назначения. Производство таких плит организовано в значительных объемах в США, Канаде, ФРГ и других зарубежных странах. В ближайшее время плиты OSB будут производить и в России в значительных объёмах.

Вид древесных частиц для формирования наружных слоев. По этому признаку выпускают плиты с наружными слоями из тонкой резаной стружки без доизмельчения и плиты с мелкоструктурной поверхностью из мельчайших древесных частиц и древесной пыли.

Для формирования наружных слоев плит с мелкоструктурной поверхностью используют мелкие древесные частицы и пыль. Такие плиты пригодны для облицовки современными пленочными и полимерными материалами.

Вид (природа) используемого связующего. По этому признаку разли­чают плиты на органических и неорганических связующих. При изготовлении плит на органических связующих используют карбамидо-, фенол-,и меламиноформальдегидные смолы и полиизоционаты, которые вводят в стружечную массу в виде жидкостей, реже — в порошкообразном («сухом») виде. При изготовлении плит на неорганических связующих используют цемент, каустический магнезит и др. На основе неорганических связующих изготовляют в основном плиты строительного назначения, отличающиеся высокой водо-, био- и огнестойкостью. Наибольшее применение в производстве ДСтП получили карбамидоформальдегидные смолы в связи с их ценой и технологическими преимуществами.

Гидрофобность (водоустойчивость). По данному признаку плиты делят на плиты повышенной и обычной водостойкости. Плиты повышенной водостойкости изготовляют с применением фенолоформальдегидных, карбамидомеламиноформальдегидных смол, либо полиизоционатных смол. Плиты обычной водостойкости изготовляют с применением карбамидоформальдегидных смол с добавлением гидрофобных веществ.

Характер расположения древесных частиц (в основном крупноразмерной стружки) в слоях плиты. Выпускают плиты OSB с ориентированной и неориентированной стружкой. В плитах с ориентированной стружкой последняя укладывается длинной стороной в одном направлении в данном слое. В разных слоях направление ориентации стружки может быть различным, например, взаимно перпендикулярным.Такие плиты отличаются повышенной прочностью на изгиб в одном направлении. Плиты OSB с ориентированной стружкой (рисунок 2) предназначены для использования в строительстве, при изготовлении кузовов автомашин, контейнеров, сельскохозяйственных сооружений (бункеров, амбаров) и др.

Рисунок 2 – Ориентация частиц в OSB

В плитах с неориентированной стружкой древесные частицы укладываются в хаотическом порядке. Такие плиты имеют одинаковые механические показатели во всех направлениях плоскости плиты.

По виду обработки поверхности различают шлифованные и нешлифованные плиты.

По виду защитно-декоративных покрытий поверхности плиты бывают необлицованные и облицованные. Плиты облицовывают натуральным и синтетическим шпоном, бумажно-смоляными пленками, пластиками. Кроме того, поверхность плит покрывают красками, эмалями, лакокрасочными материалами.

Назначение плит. Выпускают плиты общего назначения, для строительства, специального назначения. К плитам общего назначения не предъявляют высоких требований в отношении их водо- и биостойкости. Особенностями плит общего назначения (в том числе для производства мебели) являются средний уровень прочности и водостойкости, низкая токсичность и в большинстве случаев высокое качество поверхностей. Такие плиты предназначены для эксплуатации в условиях, исключающих воздействие воды, влаги, высокой температуры, например, внутри отапливаемых помещений. Плиты общего назначения, как правило, используют для изготовления штучной и встроенной мебели, для отделки интерьера внутри здания и т. д. Такие плиты преимущественно изготовляют на основе карбамидоформальдегидных смол без введения в стружечную массу специальных добавок.

Плиты для строительства должны обладать повышенной прочностью, водо- и биостойкостью, а в отдельных случаях и огнестойкостью, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами и др. Такие плиты в основном изготовляют на основе фенолоформальдегидных смол и неорганических связующих (портландцемента, каустического магнезита и др.), а в отдельных случаях на основе карбамидоформальдегидных смол с введением в стружечную массу специальных добавок (гидрофобизаторов и антисептиков).

Плиты специального назначения должны обладать специальными свойствами, например, в отношении размеров, плотности, прочности в определенном направлении, водо-, био-, огнестойкости и др. Такие плиты изготовляют по специальным заказам.

В соответствии с ГОСТ 10632—2007 плиты общего назначения, используемые для производства мебели, в строительстве (кроме жилищного, строительства зданий для детских, школьных и лечебных учреждений), в машиностроении, радиоприборостроении и в производстве тары подразделяются:

• по физико-механическим показателям на марки П-А и П-Б;

• по качеству поверхности на I и II сорта;

• по виду поверхности — с обычной и мелкоструктурной (М) поверхностью;

• по степени обработки поверхности на шлифованные (Ш) и не шлифованные;

• по гидрофобным свойствам — с обычной и повышенной (В) водостойкостью;

• по содержанию формальдегида на классы эмиссии El, E2.

Условное обозначение плит при заказе должно включать следующее: марку, сорт, вид поверхности (для плит с мелкоструктурной поверхностью), степень обработки поверхности (для шлифованных плит), гидрофобные свойства (для плит повышенной водостойкости), класс эмиссии формальдегида, линейные размеры (длину, ширину и толщину) и сведения о нормативном документе, которому плиты должны соответствовать.

Пример условного обозначения плит марки П-А сорта I с мелкоструктурной поверхностью, шлифованных, обычной водостойкости, класса эмиссии формальдегида Е1, с размерами длины, ширины и толщины соответственно 3500х1750х15 мм, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10632-2007:

П-А, I, М, Ш, Е1, 3500х1750х15, ГОСТ 10632—2007.

То же плит марки П-Б сорта II с обычной поверхностью, нешлифованных, повышенной водостойкости, класса эмиссии Е2, с размерами 3500х1750х16:

П-Б, II, В, Е2 3500х 1750х16, ГОСТ 10632—2007.

По содержанию формальдегида в плитах в соответствии с европейской классификацией ГОСТ предусматривается два класса эмиссии. Допускаемое содержание формальдегида, в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой плиты для классов эмиссии составляет:

Е-1—до 8;

Е-2— 10-30.

Причем эти нормы относятся к необлицованным плитам. Для изготовления мебели применяют, как правило, плиты класса Е-1.

В Европейском союзе выделяют следующие виды древесностружечных плит:

• Древесностружечные плиты – Particleboard (европейский стандарт EN 312);

• Плиты из ориентированной крупноразмерной стружки – Oriented Strands Board, OSB (EN 300).

РАЗМЕРЫ ПЛИТ

Плиты изготавливают толщиной от 3 до 40 мм. Длина и ширина плит определяются конструкцией прессового оборудования. При изготовлении плит в одноэтажных и многоэтажных гидравлических прессах размеры прессуемых плит определяются размерами обогреваемых плит пресса. При изготовлении плит в прессах непрерывного действия длина получаемых плит может быть любой. Размеры плит по длине и ширине устанавливают исходя из возможностей применяемого оборудования и требований заказчика.

В ГОСТ 10632-2007 приведены только основные рекомендуемые размеры, мм:

• по длине— 1830; 2040, 2440; 2500; 2600; 2700; 2750; 2840; 3500; 3220; 3600; 3660; 3690; 3750; 4100; 5200; 5500; 5680;

• по ширине— 1220; 1250; 1500; 1750; 1800; 1830; 2135; 2440; 2450; 2500;

• по толщине – от 3 мм и более с градацией 1 мм.

СВОЙСТВА ПЛИТ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Древесностружечные плиты характеризуются целым рядом показателей (свойств), по которым можно судить о пригодности материала для тех или иных целей. Большинство этих показателей регламентированы стандартами.

В ГОСТ 10632-2007 приведены размеры и классификация ДСтП, технические требования, требования безопасности и охрана окружающей среды, правила приемки, транспортирования и хранения, методы испытаний плит. Нормы физико-механических показателей плит общего назначения плотностью от 550 до 820 кг/м³ приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-механические показатели плит по ГОСТ 10632—2007

Показатели	Марка ДСтП
	П-А	П-Б
1. Влажность, %:
Тн*	5	15
Тв*	13	13
2. Предельное отклонение плотности в пределах плиты, не более, кг/м3	± 10	± 10
3. Разбухание по толщине за 2 ч, %, Тв**	12	15
4. Предел прочности при изгибе, МПа, для толщины, мм, Тн:
от 3 до 4 включ.	14,0	13,0
от 5 до 6	15,0	14,0
от 7 до 13	14,0	12,5
от 14 до 20	13,0	11,5
от 21 до 25	11,5	10,0
от 26 до 32	10,0	8,5
от 33 до 40	8,5	7,0
свыше 40	7,0	5,5
5. Модуль упругости при изгибе, МПа, для толщины, мм, Тн**:
от 3 до 4 включ.	1800	-
от 5 до 6	1950	-
от 7 до 13	1800	-
от 14 до 20	1600	-
от 21 до 25	1500	-
от 26 до 32	1350	-
от 33 до 40	1200	-
свыше 40	1050
6. Предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти плиты, МПа, для толщины, мм, Тн :
от 3 до 4 включ.	0,45	0,31
от 5 до 6	0,45	0,31
от 7 до 13	0,40	0,28
от 14 до 20	0,35	0,24
от 21 до 25	0,30	0,20
от 26 до 32	0,25	0,17
от 33 до 40	0,20	0,14
свыше 40	0,20	0,14
7. Удельное сопротивление нормальному отрыву наружного слоя, МПа, для толщины, мм Тн **:
от 3 до 4 включ.	0,8	-
от 5 до 6	0,8	-
от 7 до 13	0,8	-
от 14 до 20	0,8	-
от 21 до 25	0,8	-
от 26 до 32	0,8	-
от 33 до 40	0,8	-
свыше 40	0,8	-
8. Покоробленность, мм (Тв)	1,2	1,6
9. Шероховатость поверхности пласти Rm , мкм, не более:
для шлифованных плит с обычной поверхностью	50	63
для шлифованных плит с мелкоструктурной поверхностью	32	40
для нешлифованных плит **	320	500

Т_н * и Т_в* - соответственно нижний и верхний пределы показателей.

** - Определяется по согласованию изготовителя с потребителем.

*** - Для плит повышенной водостойкости.

Показатель плотности ДСтП не является эксплуатационным и характеризует в первую очередь затраты сырья и связующего, т. е. материалоемкость продукции. В то же время известно, что плотность плит оказывает первостепенное влияние на показатели физико-механических свойств (механические показатели резко повышаются, водопоглощение уменьшается), однако при этом повышается расход сырья, связующего, других материалов и энергии на их производство, а следовательно, и их себестоимость, а также увеличивается масса изделий, изготовляемых из плит, например мебели.

Поэтому предприятия заинтересованы в производстве плит, отвечающих требованиям стандарта при наименьшей их плотности. Значение плотности является технологическим параметром, служит для определения расхода сырья, синтетических смол и химикатов и может корректироваться в зависимости от конкретных условий производства.

Определение плотности по каждой партии необходимо также для оценки технико-экономического уровня производства и при аттестации продукции для сравнения с отечественными и зарубежными аналогами.

К плитам, предназначенным для облицовки бумажно-смоляными пленками, предъявляются более высокие требования, чем к плитам для облицовки шпоном, бумажно-слоистым пластиком, пленочными полимерными материалами и др. Прежде всего такие плиты отличаются мелкоструктурной поверхностью. Поверхностные слои плит независимо от их конструкции (трех-, пяти- или многослойные) формируются из мельчайших древесных частиц и пыли.

Плиты под облицовку бумажно-смоляными пленками должны иметь равномерную по площади плотность. Неравномерная плотность приводит к неравномерному давлению прессования — более высокому в местах большей плотности и более низкому в местах меньшей плотности. Неравномерная плотность проявляется в виде недопрессовок, т. е. темных и светлых пятен на поверхности облицованных плит.

Чтобы получить необходимую прочность облицованного слоя, плотность поверхностных слоев исходных плит после калибрования и шлифования должна быть 850.. .900 кг/м³. При меньшей плотности облицовочный слой может отслоиться вследствие значительных напряжений, возникающих в нем.

Особенно высокие требования предъявляют к равномерности толщины плит. Разнотолщинность плиты не должна превышать ±0,15 мм.

Качество поверхности плит по ГОСТ 10632-2007 должно соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2

Дефект по ГОСТ 27935	Норма для плит
	шлифованных, сортов				нешлифованных, сортов
	I		II		I			II
Углубления (выступы), царапины на пласти	Не допускаются		Допускаются на 1 м поверх- ности плиты не более 2 шт. диаметром до 20 мм и глубиной (высотой) до 0,3 мм или двух царапин длиной до 200 мм		Допускаются на площади не более 5% поверхности плиты, глубиной (высотой), мм, не более:
					0,5			0,8
Парафиновые и масляные пятна, а также пятна от связующего	Не допускаются		Допускаются на 1 м поверхности плиты пятна площадью не более 2 см в количестве 1 шт.					Допускаются на площади не более 2% поверхности плиты
Пылесмоляные пятна	Не допускаются	Допускаются на площади не более 2% поверхности плиты				Допускаются
Сколы кромок	Не допускаются (единичные глубиной по пласти 3 мм и менее протяженностью по кромке 15 мм и менее не учитываются)	Допускаются в пределах отклонений по длине (ширине) плиты
Выкрашивание углов	Не допускается (длиной по кромке 3 мм и менее не учитываются)	Допускается в пределах отклонений по длине (ширине) плиты
Дефекты шлифования (недошлифовка, прошлифовка, линейные следы от шлифования, волнистость поверхности)	Не допускаются	Допускаются площадью не более 10% площади каждой стороны плиты				Не определяют
Отдельные включения частиц коры на пласти плиты размером, мм, не более	3	10				3	10
Отдельные включения крупной стружки на пласти плиты размером, мм:	Допускаются в количестве 5 шт. на 1 м пласти плиты размером, мм:
для плит с мелкоструктурной поверхностью	10-15			16-35		10-15	16-35
для плит с обычной поверхностью	Не определяют
Посторонние включения	Не допускаются
Примечание - Допускается для плит с обычной поверхностью не более 5 шт. отдельных включений частиц коры на 1 м пласти плиты размером, мм: для I сорта - от 3 до 10; для II сорта - от 10 до 15.