Введение к работе
Актуальность темы. Проблема получения древесностружечных плит (ДСтП) с наперед заданными для различных областе:* применения свойствами является одной из актуальных. Для её решения необходимо иметь научно-обоснованные технологические режимы, позволяющие получать материал не только с заданными свойствами, но и вести-технологический процесс с наименьшими материальными затратами, для эффективного управления технологическим процессом производства ДСтП в настоящее время не представляется возможным с достаточной точностью произвести выбор технологических режимов, обеспечивающих получение ДСтП с наперед заданными свойствами. Для "той цели необходимо иметь математическое описание процесса и оптимизационную математическую модель, позволяющую устанавливать оптимальные значения технологических режимов. Основной трудностью в правильном выборе режимов производства ДСтП с заданными свойствами для различных областей применения является отсутствие математического описания процессов,определяющих основные свойства ДСтП.
Характеристикой прочностных свойств ДСтП служат два основных показателя - предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты р, и предел прочности при изгибе <>„. Рядом авторов установлено, что важнейшим из них является 6р.Этот показатель во многом определяет готовность ДСтП в процессе горячего прессования, с ним связан ряд других основных показателей плит, в том числе и Siii т.е. приближается к обобщенному показателю основных свойств плит.
Для аналитического определения велщч&на ( известны математические выражения, которые выведены, в основном, из механики дСтП и включают в себя лишь небольшую часть основных факторов, действующих в сложном механизме процесса, определяющего прочность ДСтП. Эти выражения являются настолько приближенными, что точность полученных по ним результатов имеет отклонение от экспериментальных до 200. Поэтому для практических расчетов они не применимы.
Обязательным требованием к ДСтП является малая их токсичность, т.е. выделение вредных веществ на допустимом уровне. Для
снижения токсичности ДСтП на практике применяются различные спо-
собы. Наиболее эффективные из них были' использованы в настоящей работе.
Поэтому проблема эффективного производства малотоксичных ДСтП заданной прочности для различных'областей применения имеет важное народно-хозяйственное значение.
Резение данной проблемы осуществлялось автором с 1977 по 1994 год в рамках выполнения работ по ватаюйшим темам СЭВ ( к.1.2Л в 1977...19о0г.г.), ГКНТ СССР С? П-У-11-80 и № 54-80^ по хоздоговорным темам координационных планов плитной тематики (К 71/82 и if 5/83 с ЬНИіі.древ; if 3/68 с УкрНПДО),по госбюджетной тематике кафедры механической технологии древесины ВЛ'ГЛ по линии Госкомитета по высшему образованию Российской Федерации с 1993г. по настоянеє время.
цель работы - выявление структурно-механических изменений, происходящих с основными компонентами древесностружечной плиты при ее получении; поиск оптимальных услорий для протекания процесса склеивания древесных частиц; разработка процесса получения малотоксичных плит заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласти, его математическое описание и создание оптимизационной модели, обеспечивающей эффективное производство плит для различных областей применения.
Методы исследований. Применялись теоретические и окспери-
ментальные методы. В основу теоретических исследований положе
ны математическое моделирование процесса получения ДСтП задан
ной прочности для поиска оптимальных технологических режимов
производства ДСтП,-математические методы расчета с использова
нием дифференциального исчисления. При проведении эксперимен
тальных исследований использовались методы активного экспери
мента с применением математической статистики, а также метод
итеррации при оптимизации процесса получения ДСтП заданной
прочности. Обработка результатов исследований производилась с
использованием стандартных и специально разработанных программ
для ЭВМ. ,
Научная новизна работы. Разработка процесса получения ДСтП заданной прочности при растяжении перпендикулярно пласти впервые была основана на исследовании прочности склеивания древес-
ных частиц в ДСі'П между соОой.
3 отличие от существующих методов подхода к планированию эксперимента предложен и апробирован метод, позволяющий значительно сократить объем экспериментальных исследований, что обеспечило возможность получения математического описания процесса получения ДСтП заданной прочности с учетом всей гаммы технологических факторов присущих данному процессу.
Получены новые экспериментальные данные по фнздческоагу состоянию в плите основных её компонентов - древесных частиц и связующего. Установлен тип связи этих компонентов в ДСтП.
Разработаны математические модели для-определения значений важнейших факторов, определяющих прочность ДСтП - прочности древесных частиц и прочности отвержденной массы связующего, толщины клеевого слоя и площади контакта древесных частиц по этому слою.
Дано математическое описание процесса получения ДСтП заданной прочности. Разработана оптимизационная математическая модель процесса, обеспечивающая эффективное произогадсзво малотоксичных ДСтП для различных областей применения. Для реализации модели построены алгоритмы и разработан комплекс программ для ЭВМ.
Предложены методы повышения эффективности технологии малотоксичных ДСтП, основанные на научно обоснованном выборе технологических режимов производства плит, на использовании разработанных способов получения малотоксичних ДСтП, защищенных 8-ю авторскими свидетельствами на изобретения.
На защиту выносится: научно обоснованный выбор технологических режимов для эффективного производства малотоксичных ДСтП заданной прочности для различных областей применения;
метод проведения эксперимента для изучения процесса получения ДСтП заданной прочности;
комплекс математических мотелей для определения значений важнейпіи х факторов, определяющих прочность ДСтП, послуживших основой для разработки модели процесса получения плит заданной прочности;
препараты комплексного действия для снижения токсичности и улучшения других свойств ДСтП;
оптимизационная математическая модель процесса получения ДСтП заданной прочности, обеспечивающая эффективную технологию производства малотоксичных ДСтП для различных облас-
6 тей применения;
методы расчета основных факторов, определяющих прочность ДСтП - толщины клеевого слоя и упругого сопротивления стружечного пакета сжатию в горячем прессе с учетом прогиба плит пресса;
методики определения физического состояния и прочности в ДСтП основных ее компонентов - древесных частиц и связующего;
технические решения эффективных способов производства малотоксичных ДСтП.
Достоверность основных положений и результатов исследований подтверждается хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных данных, использованием в экспериментах современных приборов и оборудования, применением современных методов математической статистики, математического моделирования и компьютерной техники, а также положительными результатами производственных испытаний.
Практическая значимость работы заключается в том, что в результате проведенных исследований получена возможность промышленного внедрения технологии малотоксичных ДСтП -заданной прочности для раз тачных областей применения; создан комплекс программ расчета на ЭВМ оптимальных технологических режимов производства ДСтП; разработаны и внедрены в производство технологические режимы получения малотоксичных ДСтП заданной прочности с получением значительного экономического эффекта.
Разработанные методы расчета технологических режимов и методы исследования прочности ДСтП могут быть использованы в отраслевых научно-исследовательских институтах при создании эффективных технологий ДСтП.
Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре механической технологии древесины ВЛТИ.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях: Воронежского ЛТИ (1932,...,1994 г.г.), Московского государственного университета леса (1990 г.); на Республиканских научно-технических конференциях: Таллиннского политехнического института (1962, 1907 г.г.); йвано-Франковского проектно-конструкїор-
7 схого и технологического института (1987, 1991 г.г.); на Республиканском семинаре по снижению токсичности древесных материалов в г.Киеве (1990 г); на Всесоюзных научно-технических конференциях Белорусского технологического института по модификации древесины в г.[/диске (1990 и 1991 г.г); ХУШ научной конференции "Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности" в г.Киеве (1991 г.); на Всесоюзном совещании по новым методам гигиенического контроля за применением полимерных материалов в народном хозяйстве в г.Киеве (1981 г.); на Международных научно-технических конференциях: в Болгарии, в г.Зволене (1991 г.); на научно-технических совещаниях в Федеративной Республике Германии: в научно-исследовательских институтах древесины и древесных материалов Мюнхенского университета, им.В.Клаудитца в г.Брауншвейге, в Гамбургском научном центре (I9d4 - 1985 г.г.).
Реализация результатов работы. Результаты исследований и рекомендации были использованы при разработке и внедрении нормативно-технологической документации на производство малотоксичных ДСтП заданной прочности на предприятиях отрасли (Калужском производственном объединении строительных деталей, Нижегородском ГСП "Стройдеталь", Сочинском ДОЗе, Жарковском ДОКе) с получением значительного экономического эффекта; при подготовке Минздравом "Дополнения к перечню полимерных материалов и изделий, разрешенных к применению в строительстве", куда были включены разработанные наїли ДСтП.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатных работы, в ток числе монография и 8 авторских свидетельств на
изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений и содержит 301 страницу основного текста, 96 иллюстраций и 60 таолиц.