Курсовая работа: Теплоизоляционные материалы из древесных отходов

Таблица 1.1

Состав связующего по первому варианту

После перемешивания в течение 30 с смолы с отвердителем связующее переливалось в распылитель, где создавалось избыточное давление, необходимое для распыления связующего. Из-за большой вязкости и высокой адгезии связующего не удалось добиться его распыления. В ходе эксперимента в первые секунды наблюдался выброс связующего из жидкостной форсунки распылителя в виде однородной струи. Затем, вследствие начала реакции поликонденсации, связующее приобретало повышенную вязкость (более 120 с по вискозиметру), тем самым исключая возможность смешивания с воздушными частицами и собственно распыления.

По второму варианту приготовления связующего к смоле в количестве 50 г постепенно добавляли воду от 10 до 35 г. В результате было установлено, что при добавлении 35 г воды в стаканчике для приготовления связующего выпадает осадок. Таким образом, было установлено, что смолу можно разбавлять водой в соотношении не более чем 1: 0,65.

В разбавленную в таком соотношении смолу вводили 10% раствор щавелевой кислоты в количестве 1,5 г при непрерывном перемешивании. Приготовленный состав переливали в устройство для распыления. В распылителе, так же, как и в предыдущем случае, создавалось избыточное давление.

В отличие от первого варианта процесс распыления осуществлялся в течение 20 с. После чего наступала реакция поликонденсации, отверстие форсунки распылителя забивалось отверждаемыми частицами связующего, и процесс распыления прекращался.

Таким образом, в ходе опытной проверки гипотезы о возможности реализации метода осмоления древесных частиц путем распыления связующего было установлено, что карбамидоформальдегидная смола отверждаемая 10% раствором щавелевой кислоты (холодный способ) не пригодна для распыления. Основная причина этого заключается в повышенной реакционной способности компонентов связующего и быстром увеличении вязкости смолы после введения в неё отвердителя. Поэтому данный способ осмоления мелкодисперсных частиц в дальнейших исследованиях не рассматривался из-за невозможности реализовать его на практике при современном состоянии оборудования. Результаты эксперимента представлены в табл.2.

Внешний вид образцов представлен на рис. 3-6.

Таблица 2

Результаты эксперимента

Рис. 3 Образец с долей добавки связующего 20%

Рис. 4 Образец с долей добавки связующего 40%

Рис. 5 Образец с долей добавки связующего 20%

Рис. 6 Образец с долей добавки связующего 40%

2.2 Проверка технологичности осмоления древесных частиц ручным методом

Методика проведения опытной проверки данного способа заключалась в следующем. В качестве связующего использовалась карбамидо-формальдегидная смола отверждаемая 1 гр. раствора ортофосфорной кислоты с добавлением 5% вспомогательного вещества ОП-10.Требуемое количество смолы взвешивалось на весах ВЛТК с точностью до 0,01 г, после чего в смолу добавлялся отвердитель в виде 1гр. раствора при непрерывном перемешивании смолы.

Состав связующего представлен в табл. 3.

Таблица 3

Состав связующего

После перемешивания в течение 30 с смолы с отвердителем связующее постепенно переливалось в емкость с отходами деревообработки (опилки), где происходило осмоление опилок миксером.

Внешний вид образцов после осмоления представлен на рис.7.

В результате эксперимента о возможности реализации метода осмоления древесных частиц миксером было установлено, что карбамидоформальдегидная смола, отверждаемая 1 гр. ортофосфорной кислоты не пригодна для осмоления. Причиной этому стало большое время застывания материала (холодный способ) и маленькая прочность плит. Поэтому данный способ осмоления мелкодисперсных частиц в дальнейших исследованиях не рассматривался из-за невозможности реализовать его на практике при современном состоянии оборудования.

Рис. 7 Образцы после осмоления ручным методом

2.3 Методика проведения эксперимента

Основные свойства теплоизоляционных материалов: теплопроводность, водопоглощение, морозостойкость, горючесть, разбухание по толщине, прочность при статическом изгибе.

В лаборатории кафедры лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств были изготовлены образцы теплоизоляционного материала из отходов деревообработки с разными диапазонами варьирования плотности и долей опилок по массе наполнителя (табл. 4). План эксперимента в кодированном и натуральном обозначениях (табл. 5-6).

Таблица 4

Диапазоны, уровни и интервалы варьирования факторов

Таблица 5

План эксперимента в кодированном обозначении факторов

Таблица 6

План эксперимента в натуральном обозначении факторов

Выходная величина в эксперименте У - прочность плит при статическом изгибе У, МПа. Варьируемые факторы - плотность, кг/м³, удельная продолжительность прессования, мин/мм, доля опилок по массе наполнителя, %.

Для изготовления материалов, в качестве связующего использовалась фенолформальдегидная смола с добавление отвердителя NH₄Cl.

У изготовленных образцов определялась плотность, прочность на статистический изгиб, водопоглощение. Обработка результатов испытаний проводилась по ГОСТ 10633-78 «Плиты древесностружечные. Общие правила подготовки и проведения физико-механических испытаний» [16].

2.4 Определение физико-механических свойств образцов теплоизоляционного материала из отходов деревообработки

Механические свойства плит в основном определяют их область применения. Предел прочности при статическом изгибе является одним из самых важных показателей, так как в большинстве случаев плиты работают на изгиб. С увеличением плотности плит, расхода связующего прочность при статическом изгибе возрастает. Большое влияние на прочность при статическом изгибе оказывают вид составляющих композицию плиты и их ориентация. Волокнистые, крупноразмерные частицы позволяют получить плиты, близкие по прочности к ДВП или древесностружечной плите [17].

Метод определения предела прочности регламентируется ГОСТ 10635-78 (СТ СЭВ 6013-87) «Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости при изгибе» [18].

Согласно ГОСТ 10635-78, для определения прочности при статическом изгибе отбирается десять образцов. Ширина образца 75 мм, длина должна быть равна 25-кратной номинальной толщине плиты плюс 50 мм, но не менее 150 мм. Для нужд народного хозяйства допускается использовать образцы шириной 50 мм и длиной, равной 10-кратной толщине плюс 50 мм, но не менее 250 мм.

Испытания проводят на двух группах образцов, вырезанных соответственно вдоль длины ширины плиты. В пределах каждой группы половину образцов испытывают, укладывая на опоры испытательного устройства лицевой частью вверх, вторую половину - лицевой частью вниз.

Расстояние между опорами должно быть равно 25-кратной номинальной толщине плиты, но не менее 100 мм. Для образцов шириной 50 мм расстояние между опорами должно быть равно 10-кратной номинальной толщине плиты, но не менее 200 мм. При изгибах на меньших пролетах сказывается действие поперечных сил, и значения предела прочности получаются заниженными.

2.5 Методика определения прочности плит при статическом изгибе

Для испытаний используются образцы размерами 2505016 мм. Ширину образца измеряют штангенциркулем по его поперечной оси, толщину измеряют в двух точках, в середине образца. Разрешается, измерять ширину в большем количестве точек. За результат измерения толщины принимаем среднее арифметическое нескольких замеров. Результаты замеров заносим в протокол испытаний.

Оборудование:

- испытательная машина по ГОСТ 785-74 ДИ-1(максимальное усилие 5 т);

- приспособление для испытания образцов на статический изгиб;

- микрометр по ГОСТ 6507-78 с погрешностью измерения не более 0,01 мм;

- штангенциркуль по ГОСТ 166-80 с погрешностью измерения не более 0,1 мм.

Образцы укладывают на опоры испытательной машины так, чтобы продольная ось образца была перпендикулярна опорам, а поперечная ось - параллельна оси ножа приспособления. Нагружение образца производят непрерывно с постоянной скоростью в течение (90±30) секунд до разрушения. Допускается нагружать образец со скоростью перемещения ножа 10 мм/мин. Схема испытания и проверка образца на прочность при статическом изгибе представлена на рис. 8.

Значение разрушающей нагрузки Р, Н заносят в протокол испытания (табл. 7).

Предел прочности образцов при изгибе , МПа вычисляется по формуле (1)

, (1)