Департамент образования

администрации Владимирской области

государственное бюджетное образовательное учреждение

начального профессионального образования Владимирской области

« Профессиональное училище №10» г. Муром

Методическая разработка

по МДК 02.01.
Тема:

«Новые технологии в деревообработке-

древесные полимеры».

Подготовила:

Овчинникова Антонина Степановна

мастер – преподаватель высшей категории

2012 год

Аннотация

В данной методической разработке приводятся: необходимость применения альтернативных технологий в производстве плитных материалов, область применения композиционных материалов их свойства, состав, физико - механические свойства композитов, применение композиционных материалов в мебельной промышленности, изготовление гипсо - стружечных плит, их характеристики, свойства и области применения, изготовление биотоплива из отходов древесины - пеллет.

Рекомендуется для учащихся образовательных учреждений профессионального образования по профессии «Мастер столярного и мебельного производства».

Рецензент:

Зам. директора ГБОУ НПО ПУ №10 г. Мурома

Владимирской области

/Коротина Н.В.

Содержание

стр.

1. Введение 4

2. Область применения композитов 5-6

3. Свойства композитов. 6

4. Состав композитов. 7

5. Физико-механические свойства ДПКТ. 8-9

6. Применение ДПКТ в мебельном производстве. 9

7. Гипсо-стружечные плиты. 11-13

8. Древесное биотопливо - пеллеты. 14

Литература 15

Приложение: слайды оборудования для биотоплива,

композитных материалов. 16-20

1. Введение

21 век - век композитных материалов

Дерево - замечательный материал, у которого есть одна особенность.

При обработке древесины образуется большое количество отходов в виде обрезков, стружек и опилок. Чем крупнее изделие или сложнее его форма, тем больше возникает отходов.

Необходимость более эффективного использования древесины стало причиной развития производства сначала фанеры, а затем и древесных плит. Без плитных материалов невозможно представить себе современную деревообрабатывающую промышленность, строительство, мебельное производство и многое другое.

Изделия профильной формы по – прежнему изготовляются фасонным фрезерованием из натуральной древесины, или, с недавних, из древесно- волокнистых плит средней плотности ( МДФ ).

Существует ли альтернатива традиционной технологии? Она есть. Это экструзия древесно – полимерных материалов.

21 век – это век композитных материалов, своего рода очередная промышленная революция, подготовленная всем развитием века прошлого. Природные и даже синтетические материалы уже не удовлетворяют требованиям конструкторов и технологов. Поэтому суть заключается в том, что в сочетании разных материалов проявляются их лучшие стороны в той степени, в которой это нужно для конкретного применения. До недавнего прошлого, основной сферой применения композитов были космонавтика и авиация.

Сегодня повсеместно происходит осознание преимуществ этого направления в самой широкой практике.

В результате нескольких десятилетий исследований, опытно – конструкторских и технологических работ за рубежом совсем недавно были созданы древесно – полимерные композиты на термопластичном связующем ( ДПКТ), пригодные для промышленной переработки, а также гипсо - стружечные плиты.

В США и Канаде, Германии и Финляндии организовано их крупномасштабное производство.

В России это производство находится в зачаточном состоянии.

2. Область применения композитов.

Объем мирового производства древесно –полимерных композитов на основе термопластичных смол, изготовленных методом экструзии в 2002году составил 500-600 тыс.тонн на сумму около 750 млн.долларов США, что соответствует годовому выпуску отечественной мебели. Ожидается, что темпы роста составят примерно 20% в год.

Наиболее характерные области применения изделий промышленно изготавливаемых из ДПКТ приведены в таблице №1.

Таблица №1

Строительные элементы	Настилы Балюстрады Оконные и дверные профили Сайдинги и аксессуары Штакетник Кровля
Конструкционные элементы	Тротуары Пирсы Морские сваи, переборки Перила Железнодорожные детали Противошумовые барьеры Опалубка для бетонных работ
Промышленные и потребительские применения	Садовые конструкции Поддоны, тара Оборудование спортивных детских площадок Парковые скамьи, столы, емкости для мусора Мебель и ее элементы Декинги – продукты

Декинг – это высококачественная палубная доска для прибрежной и приусадебной архитектуры. В России в северных городах и поселках традиционно используют мостовые и дощатые тротуары.

Какой бы хорошей эта доска не была, без специальной защиты в подобных условиях она долго не простоит. В то же время сильные антисептики и фунгициды токсичны, а обычный пластик слишком дорог. Декинги, изготовленные методом экструзии из древесно-полимерных материалов, стали локомотивом развития этой технологии.

Древесно-полимерные композитные материалы, предназначенные для переработки методом экструзии, состоят из трех основных компонентов:

- частиц измельченной древесины;

- синтетических или органических термопластичных полимерных материалов или их смесей;

- комплекса специальных химических добавок ( аддитивов).

3. Свойства композитов.

Свойства получаемого композита определяются свойствами полимерной матрицы, свойствами частиц древесины и характером связей и взаимодействий между ними. количество древесины в композите ( по весу) находится от 50 до 80%. Такие материалы называют полимерами супернаполненными. Последние исследования показали, что доля древесины в композите может достигать 90-95%, но это приведет к удешевлению продукции. Самоцелью это быть не должно.

Сходство между композитами и музыкальными сочинениями – общий корень - от лат. composito- сочинение, составление. В музыке всего семь нот, а сколько произведений?

4.Состав композиции.

В состав композиции могут входить опилки, а также другие растительные волокна: пенька, лен, кенаф, сизаль, рисовая шелуха, солома, ореховая скорлупа.

В производстве ДПКТ могут использоваться любые термопластичные полимеры и их смеси, однако на практике применяются три группы смол: Полиэтилен(РЕ), Полипропилен (РР), Поливинилхлорид(PVC).

Из них, полиэтилен занимает -70%, а остальное – примерно, пополам. В России производство этих пластмасс хорошо налажено.

Наряду со смолами заводского изготовления можно с успехом использовать в производстве ДПКТ пластиковые промышленные отходы (упаковочные пленки, бутылки и т.п.)

Для управления свойствами ДПКТ и технологическим процессом в его состав вводят различные добавки – модификаторы: антиокислители, антимикробные средства, поверхностно – активные вещества, связующие вещества, противоударные модификаторы, смазочные материалы, пигменты, стабилизаторы, огнезащитные средства, светостабилизаторы и вспенивающие агенты.

Очень важным направлением в производстве ДПКТ является применение в качестве связующих, биологических полимеров, зерновых крахмалов и отходов кожевенного и бумажного производства. Помимо дешевизны, они создают возможность изготовления легко утилизируемых биологоразлагаемых композитов. Все ДПКТ пригодны к повторному использованию в тех же процессах. Здесь используется формула: «Отходы – в доходы»

5. Физико – механические свойства ДПКТ.

По внешнему виду ДПКТ с высоким содержанием древесины более всего напоминают МДФ или твердую ДВП, а с малым ее количеством – пластмассу Он может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном.

Существует технология покрытия ДПКТ тонким слоем облицовочной пластмассы, или нескольких пластмасс, непосредственно в процессе его выдавливания в экструдере. Эта технология широко распространенная в пластиковой индустрии называется со-экструзия или ко- экструзия.

По физическим и механическим свойствам ДПКТ занимает промежуточное положение между деревом и пластмассой ( табл. 2).

Таблица №2

Наименование показателей	Значения
Плотность	1,0 – 1,4
Временное сопротивление	15 - 50
Модуль упругости при растяжении	4 - 8
Сопротивление изгибу	25 - 60
Модуль упругости при изгибе	3 - 6
Относительное удлинение при растяжении ( % )	0,5 - 1
Ударная вязкость	3 - 4

Многие рецептуры ДПКТ обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому воздействию. У некоторых композитов гарантия на 10 – 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице без специальной защиты, т.е. устойчивости к воздействию влаги, света, грибов и насекомых. Большинство производимых ДПКТ могут принимать в себя небольшое количество ( 0,1 – 4%) влаги, не теряя при этом формы и прочности, и восстанавливать прежние свойства при высыхании без коробления. В отличии от металлоконструкций ДПКТ не ржавеют.

ДПКТ обрабатываются теми же инструментами, что и древесина: легко пилятся, строгаются, сверлятся, хорошо удерживают металлические крепления. Многие рецептуры поддаются склеиванию обычными клеями для дерева. Некоторые композиты можно сваривать, подобно пластмассе. Есть возможность гнутья в подогретом виде.

Профили из ДПКТ могут эффективно комбинироваться с металлическими или стеклопластиковыми профилями ( полосами, трубами, уголками, и т. п ) для создания очень прочных и жестких конструкций.

Почему производство ДПКТ не было внедрено ранее, ведь опыты и эксперименты проводились ранее?

Тому есть несколько причин.

- Во – первых, древесина не очень податливый в технологии материал. Она не желает течь в экструдере или литьевой машине, подобно пластику.

- Во – вторых при высоком давлении и температуре начинает гореть.

- В – третьих, древесина обладает серьезными абразивными свойствами, быстро изнашивает плунжерные пары, рабочие цилиндры и шнеки дорогостоящих экстредеров и поверхности формующих инструментов.

Дешевизна и доступность древесины, не стимулировала внедрение новых технологий переработки. последние 10-15 лет отношение к древесине во всем мире резко начало меняться. Нет уже малоценной древесины, а есть ценная и драгоценная, особенно плотная, медленно растущая древесина наших широт в Северной Европе, России и Канаде. Именно за ней англичане еще в допетровскую эпоху плавали в Архангельск и называли ее красным деревом.

6. Применение ДПКТ в мебельной промышленности.

Новая технология позволяет легко изготавливать детали такой формы, которые непросто изготовить из древесины и плит. Размеры современных экструдеров позволяют изготавливать изделия различных размеров и форм например, от мелких декоративных профилей, до изделий шириной 800мм Определяющим фактором в применении этих композитов для производства тех или иных элементов мебели будет себестоимость производства. Для сравнения в США стоимость 1 кг композита составляет один доллар. В России это производство обойдется значительно дешевле. Существует реальная возможность изготовления вполне конкурентоспособной продукции и для зарубежных рынков.

Классическая схема производства ДПКТ:

- измельчение древесины;

- сушка измельченной древесины;

- дозирование компонентов;

- смешивание компонентов;

- прессование изделия;

- обрезка по длине или разрезание по длине.

Эта схема совпадает с производством ДСП или МДФ. Но реализуется на оборудовании химического типа, т.е. пластмассовой промышленности, что дает большие преимущества. Оборудование весьма компактно и для его размещения не нужны большие площади. Оно хорошо поддается механизации и автоматизации. Такое предприятие может быть эффективным даже при сравнительно небольшой мощности, т.е. несравнимым с масштабами завода по производству ДСП и МДФ.

В производстве ДПКТ исключительно высока производительность труда. Преимущества новой технологии могут быть реализованы только на основе квалифицированных и проверенных решений в технике, технологии и эксплуатации. Конкретные технические приемы и рецептуры хранятся, как правило, в секрете и охраняются патентами.

В нашей стране плохо обстоит дело с реализацией новой технологии.

Могут ли ДПКТ потеснить традиционные плитные материалы? Напротив! Сочетание термопластичных композитов и плит создает дополнительные возможности в эффективном применении плитных материалов, особенно плит уменьшенных толщин. Этого материала давно ждали конструкторы, архитекторы и производственники.

Отечественная деревообработка давно дружит с химией и психологического неприятия не должно быть. Могут быть допущены ошибки, связанные с выбором не вполне компетентного поставщика оборудования или инструмента. Сегодня имеются все необходимые предпосылки для организации на наших предприятиях больших или

малых производств по выпуску этой новой и интересной продукции - древотермопласта

7 . Гипсо - стружечные плиты

Гипсо - стружечные плиты (ГПС) - современный строительный материал для отделки внутренних поверхностей помещений. Экологически чистый, пожаробезопасный, высокотехнологичный материал, существенно превосходящий по качеству гипсокартон.

Впервые этот материал был изготовлен в 1984 году в Финляндии, в настоящее время он является самым популярным материалом в европейских странах. Сейчас ГПС производится и в России.

Гипс + древесина = ГСП

ГПС - строительный материал нового поколения, экологически чистый материал, в котором сочетаются лучшие свойства гипса и древесины.

Производство ГСП осуществляется полусухим методом, при котором влажная смешанная масса гипсового связующего и древесных стружек располагается на стальных листах, после чего прессуется и высушивается.

Состав гипсо - стружечного листа: гипс - 83%, древесный фибр ( стружка)-15%, влага - 2%.

При изготовлении ГСП не используется ни клей, ни асбест, поэтому панели не содержат и не выделяют никаких вредных веществ, вредных для здоровья человека.

Характеристики ГСП

Размеры: 1250х3000мм, толщина 8, 10, 12 и 16мм.

Класс горючести - Г1 - слабогорючие

Класс воспламеняемости - трудновоспламеняемые

Теплопроводность - 0,24Вт/Км

Удельный вес - 900 - 1200 кг/м³

Влажность - до 2%

Прочность на изгиб - до 1200 Н/см²

Плита очень прочная, но в тоже время легко распиливается самой обычной ножовкой по дереву. Имеет гладкую поверхность с обеих сторон, готовую для нанесения обоев или других финишных материалов.

Преимущества ГСП

1. Экологически чистый материал

С помощью ГСП можно производить отделку в жилых помещениях, детских комнатах. Она не содержит примесей асбеста, фенола, формальдегидных смол, поэтому не выделяет вредных веществ.

2. Малая звукопроводность.

Хорошая звукоизоляция, как полов, так и стен - неотъемлемая часть высококачественного здания. Кроме того, данный материал отлично сберегает тепло.

3. ГСП отвечает жестким требованиям пожаробезопасности.

Гипс не горит и при этом защищает от горения древесные волокна плиты.

4. Высокая прочность.

Структура плиты, армированная древесными волокнами, придает ей высокую устойчивость к износу и ударам. Это означает меньше повреждений при монтаже и эксплуатации.

5. Многообразие финишной отделки

Плотная и прочная поверхность ГСП может легко подвергаться любой отделке. ГСП можно окрашивать, Облицовывать керамической плиткой, шпоном, оклеивать обоями. Но, кроме того, ламинированные ГСП обеспечивают широкую цветовую гамму.

6. Биостойкость.

ГСП устойчива к воздействию грибков, насекомых и грызунов.

Область применения: отделка стен и потолков, для полов, для каркасного домостроения при отделке внутренней стены каркасной конструкции, в качестве материала для подоконников.

8. Древесное биотопливо - пеллеты.

В настоящее время остро стоит вопрос возможности применения эффективного древесного биотоплива в нашей стране.

Этим вопросом занимаются специализированные предприятия Северо - Западного Федерального округа за счет близости к ЕС и наличию морских портов. Эти предприятия ориентируют производство древесного биотоплива полностью на экспорт, так как это направление не имеет потенциала в нашей стране и паллеты выгоднее вывозить за границу.

В России уже действуют крупные котельные на древесных гранулах.

Пеллеты удобны для перевозки на большие расстояния и позволяют автоматизировать котельные, которые на них работают.

Другие виды древесного биотоплива, такие как щепа и опилки, выгодны для использования, если транспортировка от места производства до котельной измеряется десятками километров. Древесные брикеты, производство которых обходится дешевле пеллет, также как и древесные гранулы, можно транспортировать на большие расстояния. Однако недостаток брикетов аналогичен использованию обычных дров: невозможность автоматизировать котельные, использующие этот вид топлива. К тому же цена на брикеты намного ниже цен на пеллеты. Брикеты можно изготовлять из отходов деревообрабатывающего производства, не сортовой древесины.

Пеллеты, особенно на экспорт, изготовляют из качественной древесины путем ее измельчения, увлажнения и спекания при температуре 75-80° при высоком давлении в специальных установках. Один килограмм пеллет заменяет 1м³ газа.

Кроме пеллет , есть возможность применения газогенераторных станций на древесных отходах, которых достаточно в любом деревообрабатывающем производстве.

Ориентация на разных потребителей способствует развитию, как российских биоэнергетических технологий, так и притоку западных инвестиций в Россию.

Заключение.

В заключение можно сказать, что отходы производства деревообработки в виде опилок можно использовать для изготовления мебельных щитов и в виде твердого биотоплива - пеллет, что приводит к сохранению окружающей среды.

Отходы - это продукт жизнедеятельности человека и представляют серьезную угрозу окружающей среде. При этом они могут использоваться в качестве эффективного, возобновляемого, экологически чистого продукта: плит и биотоплива - это новые альтернативные технологии.

В данной методической разработке «Новые технологии - древесные полимеры» дается описание технологии изготовления ДПКТ, гипсо-стружечных плит и биотоплива, их физико - механических свойств, применяемого оборудования, преимущества применения в производстве данного вида альтернативных технологий.

Задачи методической разработки: необходимость применения альтернативных технологий в производстве плитных материалов, область применения композитных материалов и гипсо- стружечных плит, их свойства, область применения, изготовление биотоплива из отходов древесины, технология их изготовления, область применения, используемое оборудование были решены.

Литература

1. Журнал «Биржа технологий», Москва, 2010.

2. Газета «WOODWORKING NEWS» № 6 и 8 , 2009.

3. Информационно-рекламный журнал «Формула строительства»

4. Информационно-справочное издание «Промоборудование».

№4, №7 - 2010, №3, №9 -2011.

5. Информационно-рекламный журнал «MDM - ТЕХНО», 2009