Древесностружечные плиты с заданным изгибом

 

Плотников С.М., Руденко Б.Д. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)

 

Technological opportunities of manufacture of ornamental wallboards with mechanically given bend on the existing equipment for flat pressing are introduced.

 

Покоробленность и крыловатость древесностружечных плит (ДСтП), производимых в прессах периодического действия, являются распространенными дефектами, которые особенно нежелательны в мебельном производстве.  Здесь действует ограничение покоробленности до 1,5 мм.

Покоробленность устраняют как пассивными способами, осуществляемыми после изготовления ДСтП (выдержка в штабеле, калибрование, деформация при определенном температурно-влажностном воздействии), так и активными способами, проводимыми непосредственно в процессе изготовления (создание определенного послойного дисбаланса структуры или влажности исходного стружечного пакета или асимметрии температуры верхней и нижней плит пресса в процессе прессования) [1].

Если формирующее или прессовое оборудование оснащено системами управления покоробленностью активными способами, то возможно не только устранение данного дефекта, но и контролируемое использование его для получения ДСтП с конструктивно заданными изгибами. Например, за счет асимметрии температур прессующих плит возможно изготовление ДСтП в виде пологих оболочек, у которых стрела прогиба в центре не превышает 20% минимальной стороны ДСтП. При этом можно обойтись без трудоемкого процесса изготовления и замены пресс-форм, т. к. требуемый изгиб устанавливается при помощи вентилей, регулирующих подвод к прессу теплоносителя.

Такие ДСтП, в частности плиты OSB, имеющие повышенное содержащие парафина, могут найти широкое применение в строительстве и мебельной промышленности. Они могут быть использованы в качестве цилиндрических поверхностей для скругленных ограждений, для фрагментов куполообразных конструкций, для безразрывных опалубок, имеющих форму оболочек вращения или трансляционных оболочек. В железобетонных сооружениях, полученных с помощью таких опалубок, снижена опасность возникновения трещин. Из ДСтП с ограниченным изгибом могут быть изготовлены такие элементы мебели, как S-образные стойки столов, выпуклые двери и пр. Кривизна таких элементов придает им дополнительную устойчивость и жесткость.

Эксперименты показали, что вследствие равномерного дисбаланса температур верхней и нижней плит пресса готовая ДСтП приобретает форму эллиптического гиперболоида (трансляционная оболочка) с изгибом в сторону более холодной поверхности.

В [2] получена эмпирическая зависимость величины покоробленности f (стрела прогиба в центре ДСтП на пересечении диагоналей, мм) от разности температур ∆Т (⁰С) между верхней и нижней нагревательными плитами и плотности ДСтП ρ (г/см³):

.                              (1)

Уравнение регрессии представлено в степенном виде, удобном для дальнейших преобразований. Данная зависимость определяет стрелу прогиба ДСтП толщиной 16 мм через 20 минут после выгрузки ее из пресса. База измерения составляла 400 ∙ 400 мм². Формула (1) с погрешностью 5% описывает величину покоробленности ДСтП в диапазоне толщины от 10 до 20 мм и диапазоне плотности от 500 до 700 кг/м³. Измерения показали, что сразу после выгрузки из пресса  прогиб ДСтП увеличивается по зависимости близкой к экспоненциальной (постоянная времени коробления Т_к = 10,5 мин).

Установлено, что покоробленность ДСтП подчиняется условию подобия: для ДСтП квадратной плиты с длиной сторон L [мм] стрела прогиба отличатся в L/400 от стрелы прогиба образцов, для которых получено уравнение (1), т.е. для ДСтП с длиной сторон 400 мм. Поэтому поправка на формат составляет L/400. Для образцов неквадратной формы величина L определяется приближенно, как среднее арифметическое между их длиной и шириной. Формула (1) получена Т_к = 1,9 (t = 20 мин).

Практический интерес представляет конечное значение покоробленности (t = ∞). Т.к. формула (1) действительна для  t = 20 мин (1,9 Т_к), значение f в формуле (1) следует увеличить в  (1 – е ^–1,9)^–1 = 1,18 раз.

С учетом данных поправок из (1) можно получить обратное выражение, определяющее дисбаланс температур греющих плит пресса ∆Т, необходимый для создания заданной стрелы прогиба ДСтП с длиной сторон L (мм):

.                                    (2)

Например, если для ДСтП плотностью 0,7 гс/м³,  форматом 1000∙1000 мм² требуется получить стрелу прогиба f = 10 мм, то необходимо создать температурный дисбаланс ∆Т = 44 ⁰С.  Тогда  при  средней температуре прессования 180 ⁰С верхняя греющая плита должна быть нагрета до 202 ⁰С, а нижняя – до 158 ⁰С или наоборот.

Результаты экспериментов, проведенных на лабораторном прессе с электрообогревом показали хорошую сходимость с теоретическими положениями.

Некоторые примеры дисбаланса температур верхней и нижней нагревательных плит пресса и получающиеся при этом и формы ДСтП представлены в таблице 1. Темный фон соответствует более высокой температуре греющей плиты.

Формы 1-6 возможно получить в прессе, нагревательные плиты которого имеют продольные или поперечные каналы теплоносителя, установив туда соответствующие регуляторы [3]. Для получения более сложных форм 7, 8  (параболоиды) пресс должен быть дополнительно оснащен специальными электрообогревательными элементами.

 

Таблица 1 – Зоны повышенной температуры греющих плит и форма ДСтП

1. Эллиптический гиперболоид	2. Цилиндрическая поверхность
3. Эллиптический цилиндр	4. Эллиптический цилиндр
5. S-образная цилиндрическая поверхность	6. Коническая поверхность
7. Гиперболический параболоид	8. Поверхность с параболами в сечениях

 

В таблице 1 представлены зоны повышенных температур прессующих плит одноэтажных прессов. Для многоэтажных прессов такие зоны следует создавать поочередно для четных и нечетных этажей. При этом изготовленная в четном промежутке плита окончательно принимает такой же изгиб по величине, что и плита нечетного промежутка, но направленный противоположно.

После установки на существующие прессы для плоского прессования регуляторов, реализующих активные способы управления покоробленностью, возможно не только автоматически устранять покоробленность и крыловатость ДСтП, но и производить новые материалы - декоративные ДСтП с заданными изгибами.

Литература

1.         Плотников, С. М. Активные способы уменьшения покоробленности древесностружечных плит / С.М.Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. – 1992. – № 3. – С. 76-80.

2.         Плотников, С.М. Исследование покоробленности древесностружечных плит с асимметричной структурой / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. – 1989. – № 1.

3.   А.с. 1544569 СССР, МПК В 27 N 3/20.  Пресс для изготовления древесностружечных плит / Плотников С. М., Лурье М.С. – 1990,  Бюл. № 7.