Технологическая схема производства ДПК на основе термомодифицированного древесного наполнителя

УДК 674.04

Р. В. Салимгараева, К. В. Бикмуллина, Л. Н. Нигматуллина, Г. А. Тимербаева

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ДПК НА ОСНОВЕ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАННОГО ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ

Ключевые слова: древесный наполнитель, технологическая схема, термомодифицирование, установка барабанного типа.

Предложена усовершенствованная линия производства древесно-полимерного композиционного материала на основе термомодифицированного древесного наполнителя. Представлены пилотные испытания технологического процесса производства ДПК.

Keywords: wood filler, flowsheet, thermal modification, installation drum type.

The improved production line of wood-polymer composite material based on thermomodified wood filler. Presented a pilot test production process WPC.

Производство древесно-полимерных композитов (ДПК) основано на смешивании древесного наполнителя с полимерными добавками. Полученная смесь полимеризируется и приобретает новые свойства. Наполнителем могут служить отходы деревообработки (опилки, щепа или древесная мука). В качестве добавки используются поливинилхло-рид, полиэтилен или пенопропилен. Чтобы придать материалу определенные качества, в его состав включают также различные химические добавки.

Обычно в производстве ДПК применяется метод экструзии - технологический процесс, при котором изделие получается путем продавливания расплава материала через формирующее отверстие. Сначала древесина измельчается и сушится, после чего все компоненты смеси дозируются и поступают в пресс.

Для повышения качества и устойчивости композиционного материала к различным воздействиям предлагается применение термической обработки древесного сырья в среде инертных газов [1, 2, 3].

Термомодифицирование древесного сырья проводят в аппарате термомодифицирования барабанного типа, в котором материал нагревается до температуры 200 оС без доступа кислорода воздуха [4, 7, 10]. При этом подвод тепловой энергии к древесному сырью происходит как конвективно (в полете), так и контактным методом (в завале) [5, 6, 11]. Благодаря вращению аппарата и ковшам внутри камеры, древесное сырье постоянно перемешивается, что позволяет провести равномерную термическую обработку материала. Пересыпание частиц материала в барабане происходит сверху на слой материала, находящийся в нижней части аппарата. В то же время часть материала непосредственно контактирует с нагретой поверхностью. По мере продвижения частиц по длине аппарата происходит их полное термомодифицирование. После выгрузки из барабана древесное сырье охлаждается. Для получения готового древесно-полимерного композита, модифицированные древесное сырье после обработки доизмельчают до состояния муки и далее смешивают с ПВХ или ПВД в определенной пропорции и осуществляют формование.

Целесообразность использования термомодифицирования древесного наполнителя в производстве ДПК была установлена в результате проведенных экспериментальных исследований [8, 12]. В связи с этим была разработана технологическая схема [9], в которой термомодифицирование предлагается интегрировать после стадии сушки древесных частиц, перед процессом доизмельчения древесного наполнителя, представленная на рис. 1.

Суш» Вторичный полиупн™

.....J----------- 1

Шусльчгннс

--------------1-------------- • 1

Дончлнгльчгкнг Сушка

I 1

Ло111[кжлнне Дозирование

г

Рис. 1 ДПК

Технологическая линия производства

Предложенная очередность операций технологического процесса объясняется дополнительными предварительными исследованиями, при которых было установлено снижение механических усилий на процесс доизмельчения термообработанного древесного наполнителя и одновременное повышение тонкости помола с увеличением температуры предварительной обработки.

Для осуществления процесса термомодифицирования измельченной древесины была модернизирована и запущена простаивавшая барабанная установка, где в качестве агента обработки использовались топочные газы. Внешний вид установки представлен на рис. 2.

Рис. 2 - Установка для термического модифицирования древесного наполнителя: а - внешний вид; б - вид изнутри

Установка работает следующим образом. Процесс начинают с загрузки отходов деревообработки в топку газификатора, установленного в торце аппарата, и его розжига, где осуществляется процесс газификации с образованием синтез-газа. Далее синтез-газ поступает в камеру дожига газификатора, где происходит его дожигание с коэффициентом избытка воздуха 0,95-1 и образованием топочных газов. Далее топочные газы поступают в камеру термомодифицрования через газоход. После прогрева барабана начинается процесс термомодифицирования древесного наполнителя, для чего через насыпной бункер измельченную древесину непрерывно загружают в камеру термомодифицирования. Движение измельченных частиц по длине аппарата происходит в результате вращения барабана и пересыпания с помощью внутренних лопаток камеры, выполненных в виде спирали (рис. 2 б). Температуру в камере поддерживают на значениях 180220 оС путем расхода топлива. После прохождения барабана измельченная древесина попадает в «рюмку», где частицы, не достигшие требуемой степени обработки, фонтанируют до снижения их плотности до заданного значения. Далее термомодифициро-ванная древесина выгружается в бункер-накопитель для последующего охлаждения. После охлаждения измельченная древесина направлялась на доизмель-чение и сепарацию; далее подготовленный таким образом древесный наполнитель отправлялся на линию создания ДПК.

Проведенный технико-экономический анализ целесообразности использования технологии термомодифицирования в производстве ДПК показал, что снижение затрат, вызванных введением стадии термомодифицрования, частично компенсируется снижением затрат на доизмельчение материала и

повышением качества продукции, обеспечивающим долговечность и потребительский спрос.

Литература

1. Хасаншин Р.Р. Предварительная термическая обработка древесного наполнителя в производстве ДПКМ / Р.Р. Хасаншин, Р.В. Данилова // Вестник Казан. технол. ун-та.-2012. - № 7. - С. 62-63.

2. Сафин Р.Р. Термомодифицирование древесины в среде топочных газов / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. Москва. -2010. - № 4. - С. 95-98.

3. Сафин Р.Р. Разработка новой технологии получения термодревесины / Р.Р. Сафин, Е.А. Белякова, Е.Ю. Разумов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - №1. - С.157-162.

4. Сафин Р.Р. Энергосберегающая установка для сушки и термической обработки древесины / Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина // Вестник Казан. технол. унта. - 2010. - № 9. - С. 542-546.

5. Сафин Р.Р. Исследование вакуумно-кондуктивного процесса модифицирующей термообработки древесины / Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов, М.К. Герасимов, Д.А. Ахмето-ва // Деревообрабатывающая промышленность. - 2009. - № 3. - С. 9.

6. Разумов Е.Ю. Тепломассоперенос внутри древесины в процессе ее термического модифицирования / Е. Ю. Разумов, П.А. Кайнов, Р.В. Данилова // Вестник Казан. технол. ун-та.- 2011. - №20. - С. 137-141.

7. Разумов Е. Ю. Способ обработки термомодифицирован-ной древесины / Е.Ю. Разумов, Р.В. Данилова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - № 4. - С. 74-78.

8. Сафин Р.Р. Повышение эксплуатационных характеристик композиционных материалов, созданных на основе термически модифицированной древесины / Р. Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.В. Данилова // Вестник Казан. технол. ун-та.- 2012. - № 7. - С. 64-66.

9. Сафин Р.Р. Усовершенствование технологии производства ДПК / Р.Р. Сафин, Р.В. Салимгараева, К.В. Бикмул-лина // Вестник Казан. технол. ун-та.- 2014. - № 5. - С. 191-193.

10. Пат 2453425 RU, МПК B27K5/04 Способ термической обработки древесины / Р.Р. Сафин и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "КГТУ". - № 2011101723/13; заявл. 18.01.2011; опубл. 20.06.2012 Бюл. № 17.

11. Разумов Е.Ю. Физическая картина процессов, протекающих при предварительной сушке и термообработке пиломатериалов / Е.Ю. Разумов, Р.В. Данилова // Деревообрабатывающая промышленность. - 2012. - № 2. - С. 2429.

12. Кайнов П.А. Термомодифицирование древесного наполнителя в производстве композиционных материалов / П. А. Кайнов, Р. Ф. Салимгараев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2014. - № 14. - С. 207-209.

© Р. В. Салимгараева - канд. техн. наук, доц. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ; К. В. Бикмулли-на - магистрант КНИТУ; Л. Н. Нигматуллина - магистрант КНИТУ; Г. А. Тимербаева - студентка КНИТУ, reginka.danilova@mail.ru.

© R. V. Salimgaraeva, candidate of technical sciences, Docent, Department of "Architecture and design of wood", KNRTU; K. V. Bikmullina, Master in the same department; L. N. Nigmatullina, Master in the same department; G. A. Timerbaeva, Student in the same department, reginka.danilova@mail.ru.