Энергоэффективная установка для сушки и термовлажностной обработки измельченной древесины Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 674.8

Ф. В. Назипова, П.А . Кайнов ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ И ТЕРМОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ

ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Ключевые слова: древесно-полимерный композиционный материал, термическая модификация, камера барабанного типа.

В статье рассмотрен процесс термомодифицирования измельченных древесных частиц с последующим изготовлением композиционных материалов. Главная задача предложенной технологии - оптимизация и снижение энергетических затрат на процесс термомодифицирования измельченной древесины.

Keywords: wood-plastic composite material, thermal modification, the dryer drum type.

The article describes the process of thermal modification of shredded wood particles, followed by the manufacture of composite materials . The main objective of the proposed technology - optimization and reduction of energy costs on the process of thermal modification of chopped wood.

Введение

Без преувеличения можно сказать, что 21 век становится веком активного использования композитных материалов. Военно-промышленный комплекс, медицина, самолетостроение, строительные материалы - ни одну из этих отраслей уже невозможно представить без активного участия композитных материалов [1].

ДПК состоит из нескольких составляющих: измельченная древесина, полимер, аддитивы и добавки [2].

От традиционных древесно-наполненных пластмасс (ДНП) композитные материалы отличаются высоким (более 50 %) содержанием древесины по массе в составе общей композиции и соответствующим ее влиянием на свойства готового продукта. В ДНП древесного наполнителя не много и свойства такой пластмассы определяются, в основном, свойствами полимера. А когда древесины становится больше, то свойства композита определяются уже: - свойствами матрицы; -свойствами частиц древесины; - характером связей между древесными частицами и матрицей; -структурой полученного композита. На рис. 1 показаны три схематических структуры наполненного материала.

Содержание древесины в составе древесно-полимерного композита на основе термопластичных смол может меняться в широких пределах. Большинство американских производителей работают пока с составами, содержащими 50 - 70 % древесины. Европейские разработчики технологий экструзии ДПК стремятся получать композиции, содержащие более высокое наполнение древесиной - до 80% и более.

Измельченная древесина представляет собой технологическую щепу, опилки или древесную муку различных фракций. Чем мельче размер частицы, тем лучше она пропитывается полимерным связующим. Значит, материал лучше выдерживает внешние нагрузки.

В большинстве случаев размер древесных частиц в композите находится в пределах от 500 до 50 мкм. Частицы древесной муки могут принимать самые разнообразные формы. Отношение длин

частиц муки к их ширинам находится в пределах от 1:1 до 4:1 [2].

» •_<S8S5

а б

ЗДНЮ

Рис. 1 - Схематическая структура наполненных образцов: а) слабо-наполненный пластик; б) средне-наполненный композит; в) высоко-наполненный композит

Существуют различные способы модификации технологической щепы: в вакууме, в среде топочных газов, контактным методом [3].

Самыми первыми агрегатами для сушки стружки в производстве стружечных плит были сушильные барабаны. В них материал перемешивался за счет медленного вращения барабана диаметром 2-3 м, а сушка выполнялась с помощью горячего воздуха, продуваемого мощным вентилятором через барабан. Недостатками такой конструкции были неравномерная конечная влажность стружки и налипание смолы на внутренние поверхности барабана [4].

Суть способа

Для повышения качества древесного сырья к различным воздействиям, на кафедре архитектуры и дизайна изделий из древесины предложен способ термической обработки древесного сырья в усовершенствованной барабанной сушилке. Это объясняется тем, что процессы теплообмена протекают в данных устройствах достаточно интенсивно и экономично благодаря хорошему

в

контакту между обрабатываемым сыпучим материалом и тепловым агентом [5].

Установка представляет собой

цилиндрический кожух (рис. 2), который разделен на две части: первая часть стационарная (т.е. неподвижная) 1, вторая часть подвижная, вращающаяся 2. Главным рабочим органом установки является шнек 3 (вал с винтовой нарезкой). Привод осуществляется от электродвигателя. Расположение барабана -горизонтальное (для обеспечения оптимальных условий работы, исключения значительного осевого давления барабана, износа катков, нарушения концевых уплотнений).

Рис. 2 - Схема ведения процесса термического модифицирования древесного наполнителя контактным методом: 1 - стационарная часть корпуса, 2 - нестационарная часть корпуса, 3 -шнек, 4 - дополнительный барабан

Вращающаяся часть корпуса оснащена дополнительным барабаном 4, выполненным в виде спирали. По всей длине установка оснащена нагревательными элементами.

Нагревательные элементы установлены на внешней поверхности кожуха под слоем теплоизолирующего материала. Процесс термомодификации происходит следующим образом: исходный материал подается в бункер, перемещаясь по первой части установки, немного подсушивается, проходит во вращающийся участок, где происходит основной процесс модификации. В результате получаем термомодифицированную щепу, обладающую следующими свойствами:

устойчивая к гниению; равновесная влажность сохраняется на уровне 3-5%; не меняет свои геометрические параметры от влияния температуры и влажности; обладает пониженной гигроскопичностью. Основными плюсами данной установки являются: простота обслуживания, высокая производительность, малый срок окупаемости, ремонтопригодность, малая длительность подготовки производства.

На выходе из установки

термомодифицированная щепа имеет ряд важных характеристик: - влажность - 6-8%; - цвет -получают новый цвет, который содержится в полном объеме, т.е. в дальнейшем не нужно подкрашивать; - биостойкость - повышается стойкость к гниению; - безопасность -экологически чистый продукт.

Основными достоинствами барабанных аппаратов являются: большая единичная производительность, простота конструкции и эксплуатации, возможность высокой степени механизации и автоматизации процесса [7].

Литература

1. Абушенко, А.В. Древесно-полимерные композиты: слияние двух отраслей / А.В. Абушенко // Мебельщик. -2005. -№3. -с. 32-36.

2. Клесов, А.А. Древесно-полимерные композиты / А.А.Клесов // Научные основы и технологи/ - СПб., 2010. - 736 с.

3. Ананьин, П.И. Высокотемпературная сушка древесины./ В.Н. Петри - М.: Гослесбумиздат, 1963. -127 с.

4. Хасаншин Р.Р., Термическая обработка древесного наполнителя в производстве композиционных материалов / В.А. Лашков, Р.Р. Сафин, Ф.Г. Валиев // Вестник Казан. Технол. ун-та.-2011.-№20.-С. 150-154.

5. Сафин, Р.Р. Термомодифицирование древесины в среде топочных газов/ Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина// Вестник Московс. Госуд. Унив-та. Леса - Лесной вестник.-2010.-№4.-с.95-98.

6. Сафин, Р.Р. Исследование термомодифицирования древесины в среде топочных газов/ Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов// Деревообрабатывающая промышленность. -2012. - №1. - с.15-18.

7. Сафин Р. Р. Разработка новой технологии получения термодревесины/ Р.Р. Сафин, Е.А. Белякова, Е.Ю. Разумов// Вестник Каз-го нац-го иссл-го техн-го ун-та -2010 - №3 - с.95-98.

© Ф. В. Назипова - асс. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ, [email protected]; П. А. Кайнов -к.т.н., доцент той же кафедры.

© F. V. Nazipova - Assistant Department of "Architecture and design of wood" KNRTU, [email protected]; P. A. Kainov - PhD, docent in the same department.