Реферат: Древесностружечные материалы ДВП и ДСтП

Повышенный интерес к древесным композиционным материалам (композитам)

обусловлен рядом причин: низкой стоимостью древесного сырья, малыми затратами

труда и энергии при производстве древесных композиционных материалов и изделий

из них, ценными, а в отдельных случаях и уникальными, свойствами этих

композитов, непрерывной возобновляемостью древесных ресурсов и др.

По данным Отдела леса и лесных продуктов продовольственной

сельскохозяйственной комиссии Организации Объединенных Наций (ФАО ООН),

производство в мире только трех древесных композиционных материалов в объемных

единицах превосходит производство сталей, пластмасс и алюминия.

Композиционные материалы состоят из двух или более компонентов (фаз), между

которыми имеется граница раздела.

Понятие композиционного материала в широком смысле, безусловно, включает и

природные материалы, например древесину. Таким образом, древесными

композиционными материалами должны быть названы материалы, состоящие из

древесины или ее частиц и одного или нескольких других компонентов (металла,

полимера, минерала), между которыми имеется граница раздела.

В древесном композите граница раздела между компонентами может проходить по

наружной поверхности и по внутренней поверхности, т.е. по поверхности сосудов,

волокон и пор древесины.

Увеличение производства древесных композитов в значительной мере определяется

тем, что объем потребления материалов на планете каждые 11 лет удваивается, а

запасы сырья для производства традиционных материалов ограничены и не

восстанавливаются.

Ученые-материаловеды единодушны в оценке – время дешевого сырья прошло!

В этих условия особенно пристальное внимание обращено на древесные материалы.

Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира 50 млрд. т, прирост промышленной

древесины составляет 3,5–4 млрд. т в год, а добывается в мире лишь 1,1–1,3

млрд. т в год. Из всего лесного массива используется около 7,5% древесины,

причем в так называемых «отходах» оказывается не менее 30% промышленной

древесины. Следовательно, сейчас в мире образуется 330–1200 млн. т

(ориентировочно 660–2400 млн. плотных кубометров) «отходов» древесины, из

которых можно изготавливать композиционные материалы в количествах, равных

выпуску стали, алюминия и пластмасс, вместе взятых по массе. Эта сырьевая база

не иссякнет и в дальнейшем, так как лес непрерывно возобновляется и жизнь на

планете возможна лишь при наличии леса, дающего кислород и защищающего людей

экологически. Возобновляемость и высокая экономическая эффективность – основные

факторы, гарантирующие древесным композитам положение материалов будущего. Их

дополняют невысокая плотность (50–1400 кг/м3), достаточная прочность

(до 300 МПа), низкая трудоемкость и энергоемкость изготовления.

Древесные пластики (wood plastics, Holzplaste, plastiques du

bois) – материалы на основе древесины, подвергнутой термической обработке под

давлением (пластификации). Древесные пластики делятся на: 1) древесину

прессованную (пластифицированную); 2) древесно-слоистые пластики; 3) древесную

пресскрошку; 4)древесные плиты (древесно- волокнистые и древесно-стружечные).

Древесноволокнистыми плитами называются листовые материалы, сформированные

из переплетных древесных волокон. Изготавливают их из древесных отходов или из

низкокачественной древесины. В отдельных случаях в зависимости от условий

снабжения предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и

дровяную древесину в круглом виде. Наиболее распространенные способы

изготовления плит – мокрый и сухой. Промежуточными между ними, причем менее

распространенными, будут мокро-сухой и полусухой способы. Мокрый способ основан

на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в водной среде и

горячем прессовании нарезанных из ковра отдельных полотен, находящихся во

влажном состоянии (при относительной влажности 60–70%). Сухой способ

основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в

воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность

5–8%.

Полусухой способ основан на формировании ковра из высушенной

древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен,

имеющих влажность 16–18 %. Мокро-сухой способ основан на

формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде, сушке полотен и

горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к нулю.

В процессе изготовления плит любым из названных способов древесину сначала

измельчают в щепу, а затем щепу превращают в волокна, из которых формируют

ковер. Ковер разрезают на полотна. Сухие полотна прессуют в твердые плиты.

Влажные полотна или прессуют, получаю твердые или полутвердые плиты, или сушат,

получая мягкие (изоляционные) плиты.

Применяют 3 способа получения

волокнистой массы: термо-механический – с использованием дефибраторов и

рафинеров, механический – с размолом на дефибрерах, и химико-механический, при

котором размолу предшествует варка сырья в щелочных растворах. В волокнистую

массу для придания водостойкости вводят различные эмульсии (парафиновые,

смоляные, масляные) и осадители (сернокислый алюминий). Плиты формируются на

отливочных машинах. Влажность плит после отливок достигают 70%. По этому

изоляционные плиты поступают на сушку, а твердые и полутвердые прессуют в

горячих многоэтажных прессах (t 135 –180 ℃). Твердые и сверх твердые

плиты затем проходят закалку при t 150 – 170 ℃ с последующим увлажнением

до 5 – 7% (по массе). Сверхтвердые имеют объемную массу не менее 950 кг/м3

; твердые – не менее 850 кг/м3; полутвердые – не менее 400 кг/м

3; изоляционно-отделочные – 250 –350 кг/м3; изоляционные – до

250 кг/м3. Размеры плит (в мм): длинна от 1200 – 3600, ширина 1000 –

1800, толщина 3 – 8.

Важнейший показатель качества древесноволокнистых

плит – предел прочности при изгибе. Временное сопротивление статическому изгибу

должно быть не менее (в кгс/см2): для сверхтвердых плит – 500; для

твердых плит – 400; для полутвердых – 150; для изоляционно-отделочных – 20; для

изоляционных плит – 12.

Существенный показатель качества сверхтвердых,

твердых и полутвердых плит – гигроскопичность. Стандарт допускает величину

набухания плит после суточного нахождения испытываемых образцов в воде: для

твердых и полутвердых – не более 20%, а для сверхтвердых не более 12%.

Водопоглощение же установлено: для сверх твердых плит – 15%, для твердых – 30%,

для полутвердых – 40%. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают

значительно меньшей гигроскопичностью 10 – 12% так как при их изготовлении

применяют фенолформальдегидные смолы.

Показатели теплопроводности

имеют решающие значение для изоляционных и изоляционно-отделочных плит, так как

их основным назначением является теплоизоляция. Коэффициент теплопроводности,

измеряемой ккал/м*ч*град, для изоляционных плит должен

быть не более 0.06 и для изоляционо-отделочных плит 0.08.

При

использовании твердых древесно волокнистых плит в строительных конструкциях

особое значения приобретают показатели твердости и стираемости плит.

Связующие и добавки в производстве древесно волокнистых плит.

В ДВП применяют следующие полимерные связующие полимерные связующие:

фенолоформальдегидные и мочевино-формальдегидные, обладающие термореактивными

свойствами и высокой адгезионной способностью к древесине. Термореактивные

синтетические смолы твердеют под действием высокой температуру и давления.

Для ускорения реакции вводят различные катализаторы. Затвердевшая смола не

растворяется, а при повторном нагревании не размягчается. Синтетические смолы

получают в результате реакции поликонденсации фенола или мочевины с

формальдегидом. Расход смолы составляет обычно до трех процентов от веса

плит.

В качестве гидрофобных веществ можно использовать различные воски: парафин,

церезин, озокерит. Содержание их в плитах обычно не превышает одного процента

веса так как эти вещества ослабляют связь между волокнами тем самым понижая

плотность плит. Гидрофобизаторы вводят в волокнистую массу в виде водных

эмульсий. Для получения тонко дисперсной эмульсии в качестве эмульгаторов

применяют высокомолекулярные кислоты «олеиновую, стеариновую, польметиновую».

Для эмульгирования парафина достаточно олеиновой кислоты лишь два-три процента

от веса парафина, однако при осаждении парафина на волокна сернокислым

алюминием олеат аммиака образует олеат алюминия, обладающий водоотталкивающими

свойствами, поэтому олеиновую кислоту применяют в большем колличестве.

Необходимое условия для осаждения на волокнах гидрофобных веществ – создания в

древесноволокнистой массе кислой среды

pH 4.5 – 5.0. Такая среда образуется в результате введения в

древесноволокнистую массу раствора сернокислого глинозема или алюмокалиевых

квасцов, служащих одновременно коагуляторами, или осадителями.

Значительно более эффективным гидрофобизатором (в сравнении с парафином и его

эмульсии) является атактический полипропилен (АПП). В отличие от парафина и его

эмульсий АПП действует в течение всего срока эксплуатации изделий, успешно

применяется для введения в составы ДВП в количестве 0.5-5.0%. При введении АПП

одновременно повышается прочность, ударная вязкость и текучесть материала в

процессе переработки его в изделия.

Антисептики применят для защиты древесных наполнителей от древоразрушающих

грибов и насекомых. Против всех биоразрашителей эффективен пентахролфенолят

натрия, вводимый в количестве 1-2% массы сухой древесины.

Для снижения пожароопасности вводят антипирены. В рецептуру антипиренов

входят следующие компоненты: ортофосфорная кислота, мочевина, дициандиамид.

Введение этой рецептуры в состав ДВП сухого способа производства приводит к

получению трудногорючих материалов. Компоненты рецептуры действую совместно и

каждый из них выполняет определенные функции: ортофосфорная кислота подавляет

горение, мочевина повышает прочность и снижает разрушающие действие кислоты на

древесину при получении и эксплуатации ДВП, дициандиамид участвует в

образование огнезащитного комплекса, устойчивого при температуре прессования

плит, обеспечивает их прочность и водостойкость. Для ДВП мокрого способа

производства используют нефелиновый антипирен.

Применение

Мягкие древесноволокнистые плиты находят широкое применение в строительстве в

качестве материала для термоизоляции стен, потолков и полов. Благодаря малой

плотности, большим размерам, легкости обработки мягкие плиты являются хорошей

изоляцией элементов щитовых, панельных и каркасных домов. Твердые плиты

применят в строительстве в качестве листового обшивочного материала для

облицовывания каркасных перегородок стен и потолков. Сверхтвердые плиты

применяют для покрытия полов.

Изготовление ДВП – один из перспективных способов использования древесных

отходов и неделовой древесины.

Древесностружечные плиты

Древесностружечная плита (ДСтП) –

материал, получаемый путем склеивания частиц древесины связующим веществом,

нанесенным на их поверхность, при прессовании в результате создания контакта

между частицами древесины и воздействия тепла. В этом искусственно созданном

материале пористой структуры древесные частицы расположены параллельно

плоскости плиты и дезориентированы по направлению волокон. Таким образом,

анизотропия свойств плит, определяемая структурой, отсутствует в плоскости и

существует перпендикулярно плоскости материала. Объем порового пространства в

плите определяется плотностью и содержанием связующего. От этих двух

характеристик в основном зависят свойства материала. Содержание связующего

колеблется в пределах 7 – 15% (считая на сухие вещества от массы абсолютно

сухой древесины) в зависимости от конструкции, вида и назначения плит.

Образование ДСтП происходит при воздействии тепла в результате перехода

связующего в олигомерной форме в неплавкое и нерастворимое состояние сетчатой

структуры и возникновение адгезионных связей между компонентами древесины и

связующего. На направление этих процессов большое влияние оказывают условия

прессования. ДСтП изготавливаются горячим прессованием древесной стружки.

Себестоимость изготовления древесной стружки ниже себестоимости древесного

волокна. В качестве связующего применяют мочевино-формальдегидные,

феноло-формальдегидные и другие смолы.

Древесностружечные плиты

классифицируют по способу прессования, конструкции, виду измельченной

древесины, применяемому связующему, облицовочному материалу. По способу

прессования различают древесностружечные плиты плоского прессования и

экструзионные, т. е. полученные выдавливанием. Первые изготовляют с приложением

прессующего усилия перпендикулярно плоскости плиты, а вторые параллельно ей. По

конструкции плиты плоского прессования выпускаются одно-, трех-, пяти- и

многослойными; экструзионные – однослойными сплошными и с внутренними каналами.

В однослойных плитах размеры древесных частиц и содержание связующего одинаковы

по всей толщине плиты. В трех- и пятислойных плитах один или оба наружных слоя

(с каждой стороны) изготовляют из более тонких частиц и с повышенным

содержанием связующего по сравнению с внутренними слоями. Такие плиты имеют

гладкую поверхность и обладают высокой прочностью. ДСтП выпускают облицованные

и необлицованные (одним или двумя слоями лущеного или строганого шпона,

бумагой, пропитанной синтетическими смолами, синтетической пленкой). ДСтП

изготовляют шлифованные и нешлифованные. По плотности (в зависимости от способа

прессования и марки) древесностружечные плиты подразделяют на группы: очень

малой плотности (350 – 450 кг/м2), малой (450 – 650), средней (650 –

800), высокой (700 – 800). Основные размеры ДСтП (мм): плоского прессования –

длина 2500 – 3500; ширина 1220 – 1750; толщина 10 – 25; экструзионные – длина

2500; ширина 1250; толщина 15 – 52.

Физико-механические свойства ДСтП

в основном зависят от объемной массы, формы и размеров древесных частиц,

количества и качество связующего, конструкции и др. ДСтП характеризуются

следующими показателями: влажность 8%; водопоглощение 12 – 88%; коэффициент

теплопроводности 0.06 – 0.22 ккал/(м*ч*℃); удельная

теплоемкость 1.7 – 1.9 кДж/(кг*К); разбухание (за 24 часа) по

толщине 5 – 30%; предел прочности при растяжении перпендикулярно плиты 0.25 –

0.4 Мн/м2 (2.5 – 4 кг/см2).

Связующие и

добавки

Наиболее распространенными связующими веществами, применяемыми для

изготовления ДСтП различного назначения, являются карбамидоформальдегидные

олигомеры благодаря ряду преимуществ: способности к быстрому отверждению в

присутствии ускорителей, сочетанию сравнительно высокой концентрации с

пониженной вязкостью. Они обеспечивают высокую прочность ДСтП, используемых в

производстве мебели и частично в строительстве уступая другим смолам главным

образом в стойкости к одновременному и длительному воздействию влаги и

повышенной температуре (более 60 ℃). Карбамидоформальдегидные смолы

примерно в два раз дешевле фенолоформальдегидных. Фенолоформальдегидные

олигомеры обеспечивают образование клеевых соединений, способных хорошо

сопротивляться переменным воздействиям повышенной влажности и температуры

окружающей среды. Однако они требуют применение более высоких температур

прессования плит или удлинения продолжительности этого процесса. Кроме того,

существенное улучшение показателей водостойкости достигается только при

введении более 15% смолы. Применение фенолоформальдегидных смол для ДСтП

ограниченно так же неудовлетворительными санитарно-гигиеническими свойствами,

связанными с токсичностью фенола. Меламиноформальдегидные олигомеры обладают

всеми преимуществами карбамидо- и фенолоформальдегидных и не имеют их

недостатков. Меламиноформальдегидные смолы обладают высокой водо- и

теплостойкостью. Однако из-за ограниченного объема производства и дороговизны

меламина они не нашли широкого применения для изготовления ДСтП.

В состав ДСтП применяют введение 0.5 – 1.0% гидрофобизаторов. К числу

гидрофобизаторов относят: парафин, церезин, петролатум, воск и их эмульсии.

Эмульгаторами этих веществ являются мыло, поверхностно-активные вещества

(ПАВ) и др. Лучшим эмульгатором признан ПАВ марки ОП-7. Основным недостатком

перечисленных гидрофобизаторов является их временное воздействие на

уменьшение водопоглощения. Самым эффективным гидрофобизатором, как и для ДВП

является атактический полипропилен (АПП). В состав ДСтП его вводят в

количестве да 3.0%.

Трудновоспламеняемые ДСтП получают путем введения в их состав смеси

ортофосфорной кислоты и хлористого цинка в соотношении от 2 : 5 до 5 : 2.

Трудносгораемые ДСтП получают введением гранулированной борной кислоты в

количестве 5 – 10%.

Применение

Древесностружечные плиты – один из наиболее перспективных конструктивно-

отделочных материалов для мебельной промышленности и строительства по

сравнению с пиломатериалами и другими листовыми материалами. По показателям

прочности и жесткости они приближаются к древесине хвойных пород.

План

1. Введение. Древесные композиционные материалы.

2. Древесные плиты. ДВП.

а) технология, и свойства

б) связующие и добавки

в) применение

3. ДСтП

а) технология, и свойства

б) связующие и добавки

в) применение

Список литературы

1. Вигдорович А.И., Сагалаев Г.В., Поздняков А.А.

Древесные композиционные материалы

машиностроения: справочник. М: Машиностроение, 1991.

2. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клеевых конструкции. М: Лесная

промышленность, 1987.

3. Поташев О.Е., Лапшин Ю.Г.

Механика древесных плит М: Лесная промышленность, 1980.

4. Ребрин С.П., Мерсов Е.Д., Евдокимов Е.Г.

Технология древесноволокнистых плит. М: Лесная промышленность, 1982.

5. Эльберт А.А.

Химическая технология древесностружечных плит

М: Лесная промышленность, 1984.

Калининградский Государственный Технический Университет

РЕФЕРАТ

Древесностружечные и древесноволокнистые материалы (ДВП и ДСтП)

Выполнил: студент гр. 01-ТС

Трубин Андрей

Проверил:

Калининград 2002