Шадрина Е.В., Гороховский А.Г., Дружинин
А.В.
(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)
О СОВМЕЩЕНИИ ОПЕРАЦИЙ СУШКИ И ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ
ШПОНА В ПРОИЗВОДСТВЕ СЛОИСТОЙ КАРАНДАШНОЙ ДОЩЕЧКИ
ABOUT JOINING OF DRYING AND DECOMPOSING OPERATIONS
IN PRODUCTION OF THE PLY PENCIL
SLAT
Постановка
проблемы и формулировка задачи, решаемой в данной статье
С момента организации производства карандашных дощечек из цельной древесины кедра существовало несколько способов их облагораживания:
- обработка красителями с последующей пропиткой в парафине,
- обработка вводными растворами винной и азотной кислот с последующей выдержкой в вакууме,
- пропитка раствором нитрита натрия и этиленгликоля под давлением,
-обработка в среде водяного пара и др [3].
В 1939 году ЦНИИЛ разработал и внедрил в производство термоаммиачный метод облагораживания, который с частичными изменениями существует в наше время и является типовым.
Из типовой технологии облагораживания (улучшения чиночных свойств) цельные кедровые дощечки обрабатывают аммиачной водой и острым паром в автоклавах (при 130˚C в течение 2 часов), пропитывают парафином в специальных ваннах (при 80-90˚C в течение 1 мин.) и сушат в камерах непрерывного действия [1].
При изготовлении карандашной дощечки слоистой конструкции было предложено использовать лущеный шпон малоценных пород древесины (березы, осины, ели, пихты, сосны) для дальнейшего склеивания холодным способом клеями на основе смолы КФ-МТ или ПВАД.
Лущеный шпон имеет высокую начальную влажность, благодаря гидротермической обработке фанерного сырья. Известно, что в силу его малой толщины, он сушится при жестких режимах, при этом продолжительность сушки ограничивается минутами [2]. Учитывая, что термическая обработка шпона также ведется при высоких температурах в парафине, было сделано предположение о возможности совмещения операций облагораживания шпона с одновременной его сушкой. Данное совмещение двух энергоемких операций позволит повысить экономический эффект предложенной технологии изготовления дощечки оригинальной конструкции. При этом необходимо было ограничить, прежде всего, продолжительность сушки и содержание влаги в древесине в зависимости от продолжительности термической обработки. Исследованный диапазон периодов термообработки был выбран от 1 до 5 мин. с шагом в 1 мин.
Методика эксперимента
Для проведения экспериментов был
использован лущеный шпон размерами 350*350*1,5 мм. В качестве исследуемых пород
были выбраны береза и сосна, как наиболее характерные и используемые породы в
фанерном производстве. При этом шпон был взят разной начальной влажности: влажный,
непосредственно после лущения; сухой, непосредственно после сушки. Перед
погружением партии шпона в парафин, определялась его начальная влажность
весовым способом. Образцы шпона укладывались в специальные контейнеры с прокладками
из сетки и помещались в металлическую ванну с нагретым до температуры 200°С парафином. Через определенные промежутки времени (1 мин.;
2 мин.; 3 мин.; 4 мин.; 5 мин.) образцы вынимались, охлаждались в плотных
стопах во избежание коробления в течение суток. Эксперимент завершался
определением влажности термообработанного шпона.
Результаты экспериментов
В каждой партии испытывалось пять образцов. Средние значения результатов экспериментов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Зависимость конечной влажности лущеного влажного и сухого шпона
от продолжительности термообработки шпона в парафине
|
Продолжительность термообработки шпона, мин. |
Береза |
Сосна |
||||||
|
Влажность, % |
Содержание парафина, % |
Влажность, % |
Содержание парафина, % |
Влажность, % |
Содержание парафина, % |
Влажность, % |
Содержание парафина, % |
|
|
0 |
65 |
0,00 |
7,85 |
0,00 |
65 |
0,00 |
7,93 |
0,00 |
|
1 |
2,87 |
21,80 |
2,27 |
23,30 |
3,16 |
10,12 |
3,10 |
12,86 |
|
2 |
2,73 |
22,40 |
2,21 |
24,96 |
2,83 |
12,26 |
2,81 |
17,26 |
|
3 |
2,62 |
24,90 |
2,13 |
24,63 |
2,76 |
16,88 |
2,64 |
20,88 |
|
4 |
2,43 |
25,90 |
2,05 |
24,80 |
2,73 |
17,83 |
2,43 |
21,26 |
|
5 |
2,34 |
24,80 |
2,07 |
25,33 |
2,51 |
18,99 |
2,29 |
20,85 |
Как видно из проведенного эксперимента уже практически в 1 мин. термообработки происходит максимальное удаление влаги из шпона, причем как из влажного, так и из сухого шпона. При этом уже после проварки в течение 1 мин. влажность как одного, так и другого шпона практически не отличается, что позволяет сделать заключение о нецелесообразности дальнейшей термообработки. Это подтверждается также содержанием парафина после термообработки, которое в березе не меняется практически через 2 мин. после термообработки, а для сосны через 3 мин.
Некоторое увеличение содержания парафина при термообработке сухого шпона связано с более легким замещением влаги парафином, из-за ее незначительного содержания в шпоне. В большей степени это характерно для сосны, особенно в начальной стадии проварки. Учитывая результаты проведенного эксперимента, была сделана попытка более детально изучить процесс удаления влаги в зависимости от продолжительности нахождения шпона в парафине. При этом был расширен эксперимент, и уже изучались все исследуемые породы древесины (береза, осина, ель, пихта, сосна). Для более точного определения динамики удаления влаги из шпона в начальный момент времени, варьируемый интервал времени был сокращен до 30 сек.
Учитывая,
что в предыдущем опыте на скорость сушки практически не влияла начальная
влажность шпона, для дальнейшего эксперимента был взят сухой шпон с начальной
влажностью W=8%. Результаты экспериментов
представлены в таблице 2 и на графике 1.
Таблица 2
Зависимость конечной влажности шпона (W,%) от времени термообработки шпона
в парафине (τ, мин)
|
Продолжительность проварки, мин |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
30 |
60 |
120 |
|
|
Береза |
7,85 |
2,27 |
2,21 |
2,13 |
2,05 |
2,07 |
1,91 |
2,02 |
1,91 |
|
Осина |
7,90 |
2,12 |
2,10 |
2,08 |
1,92 |
1,93 |
1,91 |
1,78 |
1,55 |
|
Ель |
7,80 |
2,65 |
2,30 |
2,20 |
2,21 |
2,12 |
2,10 |
1,75 |
1,27 |
|
Пихта |
8,00 |
3,41 |
2,50 |
2,34 |
2,30 |
2,25 |
2,17 |
1,68 |
1,23 |
|
Сосна |
7,93 |
3,10 |
2,81 |
2,64 |
2,43 |
2,29 |
2,21 |
2,01 |
1,30 |
График 1 - Зависимость влажности шпона от продолжительности термообработки шпона в парафине (начальная влажность шпона W=8%)
Выводы
Проведенные эксперименты доказывают возможность совмещение операций сушки и термической обработки шпона. Независимо от породы древесины начальная влажность шпона уже через 1 мин. после начала термообработки не превышает 3%. Поэтому в качестве оптимального времени сушки можно рекомендовать продолжительность термической обработки шпона в парафине не более 1-2 мин.
Литература:
- Бобрикова Т.И., Ершов Д.П. Производство карандашей/ Томск. «Западно-Сибирское книжное издательство», 1975.- 217 с.
- Дружинин А.В. Технология клееных материалов: учебное пособие; Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2005.- 280 с.
- Исследование возможности замены древесины кедра древесиной других пород при производстве карандашей: отчет о НИР (заключительный): 1083/ УЛТИ; рук. Петри В.Н.; исполн. Желдакова В.В. [и др.]. Свердловск, 1984. 66 с. Инв. 0285, 005187.