автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Формирование покрытий столярно-строительных изделий воднодисперсионными красками методом налива

ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С.М.КИРОВА

! * 0 ^ у {]

На правах рукописи

Трошкин Сергей Николаевич

УДК 684.4.059

ФОРМИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЙ СТОЛЯНЮ-СТРОИГЕЙШЫХ ИЗДЕЛИЯ ЮДН0ДШ1ЕРСИ0ШШМИ КРАСКАМИ МЕТОДОМ НАЛИВА

05.21.05 - Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение

Автореферат

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ленинград 1990

• • л,

Работа выполнена в Братском индустриальном институте на кафедре технологии деревообработки

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор ОНЕГИН В.И. - кандидат технических наук, доцент ЧЕРННХ А.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ЭЛЬБЕРТ A.A. - кандидат технических наук, доцент САНАЕВ З.Г.

Ведущая организация - Всесоюзное научно-производственное объединение "Союзнаучстандартдом"

Защита состоится " 05 "_____1990 года в II часов

на заседании специализированного совета К 063.50.05 в лесотехнической академии им. С.М.Кирова (I9WI8, Ленинград, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Просим принять участие в работе специализированного совета К 053.50.05 или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 19^018, Ленинград, Институтский пер., 5, Лесотехническая академия. Ученый совет.

Автореферат разослан "____"_____ 1990 года

Ученый секретарь

специализированного совета ^ÜVigwJr Гудцев Р.И.

а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.Л,,,-, Актуальность темы. Одним из главных направлений научно-технического прогресса в деревообрабатывающей промышленности является совершенствование экологически безопасных технологий на базе внедрения новых высокоэффективных материалов, развитие автоматизации и комплексной механизации процессов отделки, снижение расхода сырья, материалов, а также сокращение удельных капитальных затрат.

Одним из путей в решении указанных задач, при условии повышения качества лакокрасочных покрытий столярно-строительных изделий, является разработка и внедрение поточной линии окраски дверных- блоков с использованием воднодисперсионных экологически полноценных материалов.

Окраска столярно-строительных изделий в производственных условиях и поставка продукции полной заводской готовности, позволит значительно сократить общий расход лакокрасочных материалов при существенном сокращении вредных выбросов в процессе проведения окрасочных работ. •

Намеченные структурные изменения в потреблении лакокрасочных материалов, прежде всего, ставят задачи снижения расхода материалов, в том числе растворителей, производство которых, несмотря на общий рост выпуска лакокрасочных материалов, не будет увеличиваться.

Все большее применение при окраске столярно-строительных изделий находят водорасзбавляемые материалы воднодисперсионного типа. В связи с этим, повышение эффективности окраски дверных полотен методом налива, может быть характеризовано как решение проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, полностью соответствующее направлению научно-технического прогресса в деревообрабатывающей промышленности.

Технологические возможности метода налива, который нашел широкое применение при отделке древесины и древесных материалов, могут быть существенно повышены за счет совмещения окраски вертикальных и горизонтальных поверхностей подложки путем определения оптимальных технологических режимов процесса с учетом предварительной подготовки подложки.

Цель работы. Повышение эффективности формирования покрытий дверных полотен воднодисперсионными красками методом налива

за счет улучшения качества при одновременной окраске вертикальных и горизонтальных поверхностей подложки.

Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально доказана принципиальная возможность процесса совмещенной окраски вертикальных и горизонтальных поверхностей изделий при нанесении воднодислерсионных покрытий методом налива путем определенной ориентации движущейся подложки по отношению к завесе лакокрасочного материала и ее поступательного движения по плоскости завесы перпендикулярно продольной оси конвейера лаконаливной машины. Разработан способ регулирования толщины покрытий на вертикальных поверхностях при наливе, заключающийся в локальном варьировании расходом лакокрасочной струи путем изменения ширины участка, путем сливного устройства, соответствующего зоне контакта струи с движущейся вертикальной поверхностью подложки. Разработаны математические модели, описывающие зависимость толщины покрытия на вертикальных поверхностях при наливе от параметров нанесения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Смещение зоны контакта свободно падающей струи лакокрасочного материала с движущейся подложкой по плоскости завесы - необходимое условие формирования воднодисперсионных покрытий одновременно на горизонтальных и вертикальных поверхностях древесных подложек методом налива.

2. Неразрывность процесса формирования покрытий на вертикальных поверхностях определяется адгезионным взаимодействием лакокрасочного материала и поверхности движущейся подлокки', которое обусловлено термодинамическими'свойствами контактирующих фаз и кинематическими параметрами процесса налива.

3. Равномерность покрытия по толщине на вертикальных и горизонтальных поверхностях при наливе, может быть достигнута раздельным регулированием расхода лакокрасочного материала по ширине сливного устройства в зависимости от конфигурации изделия.

Достоверность гф^рмулировдняш и диг^ртяции-ндуццк»- ""-""же-ний, выводов, рекомендаций, подтверждается использованием современных методов и средств проведения исследований, включая математическое моделирование, планирование эксперимента, оптимальное проектирование технологических режимов и процессов, а также положительными результатами промышленных испытаний.

Зависимость (5) позволяет с точностью 10-15% определить толщину покрытия при известных параметрах процесса налива и отражает его физическую сущность.

Далее, в теоретической части исследована возможность одновременной окраски вертикальных и горизонтальных поверхностей методом налива (рис.2).

Первоначально рассмотрен процесс отрыва струи лакокрасочного материала от верхней кромки боковой поверхности подложки толщиной б . Слив краски в плоскости ОУК в направлении, противоположном оси 02 из сливной головки, находящейся на высоте И под напором Н , происходит со скоростью:

Щ-уЩШЩ

Струя единичной толщины, достигая горизонтальной поверхности, одинаково распределится в обоих направлениях оси ОН и ОУ со скоростью 11 нр > а единичная масса краски равномерно распределяется по всем четырем направлениям, например, в положительном направлении оси О У импульс или количество движения:

Ру - ^т и.нр (7}

Импульсы отдельных струй вдоль оси О У вдали от кромки компенсируют друг друга.

Импульс справа от струи, находящейся над верхней кромкой подложки, не компенсируется и направлен в положительном направлении оси ОУ . В го же время на струю жидкости, отбрасываемую от кромки, действует импульс струи, находящейся вне кромки, в отрицательном направлении оси 02 :

Р2 = /71 ■ И «р (8)

Результирующий импульс будет под углом У с отрицательным направлением вертикальной оси 02 , т.е.

^ = т (э)

откуда следует, что ¿!г » 14°.

Рис.2. Схема окраски вертикальных и горизонтальных поверхностей подложки

Жидкость отбрасывается с кромки боковой вертикальной поверхности подложки под углом ^^М0, на расстоянии йУ , определяемая по формуле:

-,- И +И /Н+Н + 6

Н+М ( , дУ -у— (~Ь-у-я+н ;

(Ю)

Для определения толщины покрытия на вертикальной поверхности рассматривая уравнение (I) относительно оси ОХ , получим:

с&пУ-^ет8*0 (II)

Используя первый закон капиллярности Лапласа, получим:

б--у <12>

отсюда

¡Чй-ЬирН'Ф*}'*]

(13)

Радиус кривизны мениска перехода вертикальной завесы в пленку определяется по формуле:

ЬуА^ШЯ (14)

На расстоянииЦ-п толщина пленки /I {У ) стабилизируется вдоль оси 04 и тогда:

ь - Ь^УгдШ+М)

ЛСТ ми„0

Мой (15)

Доказано также, что влияние противотока при нанесении пленки на горизонтальную поверхность подложки незначительно, и оно действует только в сторону уменьшения Й .

Как видим, толщина Нп жидкого слоя воднодисперсионной краски определяется:

- радиусом кривизны мениска перехода струи краски в пленку на поверхности подложки, который в свою очередь, зависит только от физико-технологических свойств используемого лакокрасочного материала, в частности, плотности и коэффициента поверхностного натяжения, а также от величины угла сС и ;

- технологическими параметрами красконаливных машин с нали-ючными головками, обеспечивающими сплошную завесу краски, в част-юсти, шириной щели и коэффициентом расхода сливной головки, напо-юм в сливном устройстве, высотой сливной головки от поверхности : скоростью движения подложки.

. По полученным формулам произведены расчеты толщины пленки

пст .

Для воднодисперсионной краски с G = 55+56- 10""^ Н/м и Р = 1210 кг/м3 на горизонтальной поверхности, получаем/? — 2 мм.

0Дяя используемой красконаливной установки с параметрами;

= 1,351,5 m;jU = 0,5; Я = 250 мм; W = 120 мм;Ц,= 1,3+1,5 /с имеем Л^^КЗ ккм.

Установлено, что первостепенное влияние на толщину пленки, называют технологические параметры процесса налива.

В третьем разделе раскрываются направления эксперименталь-ых исследований, рассматриваются основные методические положения роведения экспериментов и обработки их результатов, а также да-тся характеристика используемых материалов, применяемого оборудо-ания и приборов.

При проведении экспериментов в лаборатории и на производстве максимально возможной степени, использовались одни и те ке при-эрн и материалы, чтобы приблизить характер проведения лаборатор-згх испытаний к условиям производства.

В качестве исходных материалов при проведении эксперимента-ьных исследований использовались: воднодисперсионная краска 5-ВА-27А и ВД-АК-228; щитовые полотна наружных дверей, изготов-земых согласно ГОСТ 475-78 "Двери деревянные". Общие технические зло вия.

Качество подготовки материалов и изделий контролировалось гандартными методами.

Для определения толщины покрытий и удельного расхода лако-засочных материалов, использовались разработанные автором при-юсобления.

Исследование влияния технологических параметров на лрацесс >рмирования покрытий методом налива, осуществлялось на лабора->рной полупромышленной установке. Производственные испытания говодились на нестандартном оборудовании, установленном на 13 №2 г.Ленинграда и импортной линии фирмы "Штутгарт" ДрК Я5 Москвы.

В четвертом разделе приводятся исследования влияния технологических факторов на свойства воднодисперсионной краски и процесс смачивания подложки. Результаты исследований температурных зависимостей вязкости краски и краевого угла смачивания свидетельствуют о том, что нагрев свыше 35-4С°С производить нецелесообразно, так как это приводит к ухудшению смачивающей способности, появлению пузырей.

Исследования влияния вязкости краски на краевой угол смачивания позволяет сделать вывод о том, что вязкость краски Вд-БА--27А не оказывает существенного влияния на краевой угол смачивания. 3?о объясняется тем, что в качестве разбавителя этой краем используется дистиллированная вода, имеющая большое поверхностно натяжение (72.,7 Ш/м^). Возрастание краевого угла смачивания с увеличением температуры предварительного подогрева подложки бол« заметно на поверхности древесно-волокнистой плиты, чем древесиш что объясняется большей гидрофильностью поверхности древесины.

В пятом разделе приводятся результаты экспериментальных ш следований влияния параметров налива на толщину покрытия вертию льных и горизонтальных поверхностей подложки. В результате пров! дения многофакторного эксперимента В4 с воднодисперсионной краской ВД-ВА-27А и подложкой, облицованной древесно-волокнистой пл. той, и обработки полученных данных, найдено адекватное математи «еское описание процесса в кодированных обозначениях.

и, = {40,8-31,56Я, + 6,дш> + 6.6ВД +7,375Ща +

+ 3,083йеЧб, 75Я3 + 37,75^ + + И, 53ЯД + /0,59ВД +3,4691^-15 ,ЩЯН * 8, ОЗй/ + -16, Щг + &.7&Я* + 20,7ЬХ!

Уз = Ш,5 + й.бвЗГэ

~ 43,33% + ¿3,67Ы3 -33,67У, - 73,593% -- 7, - 6,6563^ + 15,09^ + + -

-25,55%

У5= 16-59,5% + 20,67Х3 9,9^ -7,76Г%% + + 30,09^-/7,9/^

¡=1,2,3, Л

90& У4 л 2Ю У, а ЙО ЮО* У3 ^ Ш

0& У, & -70£= у5 ^ 50

где % - скорость подачи подложки; - температура подложки,

- высота сливного устройства над поверхностью подложки, ^ - угол разворота подложки относительно продольной оси лако-наливной машины, - толщина покрытия на пласти подложки, Ч^ -толщина покрытия на кромке подложки, У3 - толщина покрытия на горце подложки, Чч - разнотолщинность покрытия (пласть-кромка), У5 - разнотолщинность покрытия (пласть-торец).

Приведенные уравнения регрессии свидетельствуют о том, что доминирующее влияние на толщину покрытия на вертикальной поверхности оказывает угол разворота подложки при пропускании образцов через завесу. Толщина покрытия возрастает с увеличением угла разворота, что подтверждает результаты теоретических исследований и свидетельствует о правильности выдвинутых научных положений. Скорость движения подложки также вносит положительный вклад в толщину покрытия на боковой кромке, ¿то ыокно объяснить также увеличением скорости смещения боковой поверхности по плоскости завесы.

Температура подложки способствует увеличению толщины покрытия на вертикальных поверхностях, при этом возрастает равномерность покрытия по высоте кромки. Это связано с положительным температурным градиентом вязкости воднодиеперсионной краски, что в конечном итоге приводит к быстрому нарастанию ее вязкости в нанесенном жидком покрытии и предотвращению стенания.

Увеличение скорости движения подложки, угла встречи вертик льных поверхностей с завесой (рис.3), приводит к уменьшению раз толщинности, что можно объяснить увеличением скорости смещения вертикальных поверхностей по плоскости завесы и устойчивым адге зионвдм контактом завесы с поверхностями подложки в процессе ки нетического смачивания. ■

I ко I

^ ео

\ <о

j

—i

fec* pabCofcxrx» иЗмо.««, tpoS.

рооборото noönOMu , tpaÄ

Рис.3. Зависимость разнотолщинности покрытий (плаеть-кроыка) и Спласть-торец) от угла разворота подложки

1 - скорость движения подложки - 135 м/мин,

температура подложки - 52°С,

высота сливного устройства - 115 мм;

2 - скорость движения подложки - 105 м/мин,

температура подложки - 52°С,

высота сливного устройства - 115 мм;

3 - скорость движения подложки - 75 м/мин,

температура подложки - 52°С,

высота сливного устройства - 115 мм.

Проведенный анализ результатов шогофакторного эксперимент свидетельствует о правильности основных научных положений, сфор мулпрованных в работе. Полученные математические зависимости ыо гут Сыть использованы при определении значений технологических параметров процесса налива и толщины получаемых покрытий.

В шестом -разделе представлена производственная апробация п лученных лабораторных режимов формирования воднодисперсионных п крытой дверных полотен и приводится расчет экономической эффект носта внедрения результатов работы.

В процессе производственных исследований были получены и уточнены технологические параметры процесса нанесения укрывисты

гакокрасочных материалов, используемые в дальнейшем для составле-1ия заявки и исходных требований на разработку линии отделки дверных блоков. Технологические параметры формирования покрытий тредставлены в табл.1.

Таблица I

Технологические параметры процесса формирования покрытий воднодисперсионными лакокрасочными материалами

Я!» Наименование параметра' Значение параметра-

[. Количество окрасочных слоев

2. Температура краски, °С

3. Условная вязкость по БЗ-4, с 1. Температура подложки, °С

Скорость подачи подложки, м/мин Тип сливной головки Толщина покрытия, мкм: на пласть на кромку I. Удельный расход краски, г/м**: на пласть на кромку !. Напор в сливной головке, мм :0.Угол разворота подложки, град.

1.Высота головки над подложкой, мм

2.Время отверждения покрытия при I = 100 + 5°С, мин

I

20 + 2 40+5 65 + 5 НО + 5 щелевая

120 + 15

80 + 15

250 + 10 200 + 10 не менее 250 20 + 2 80 + 5

[аны рекомендации по совершенствованию процесса окраски стодярно-троительных изделий методом налива.

Результаты работы использованы при составлении заявки и ис-:одных требований на проектирование и освоение линии .окраски ¡верных блоков методом налива и разработке проекта реконструкции 'Тделения по производству столярно-строительных изделий комплекса. ;еревообрабатываицих предприятий треста "Илимсклесирой". Ожидае-мй экономический эффект от использования результатов ¡работы в казанных разработках составляет, соответственно 220,5 я 380,0 т.р

Общие вывода и рекомендации

1. Законченная окраска стслярно-строительных изделий водно-дисперсконными ладо красочными материалами может быть осуществлен на лаконаливных машинах в производственных условиях.

2. Одновременная окраска горизонтальных и вертикальных поверхностей столярно-строительных изделий методом налива, достигается при движении изделия под углом Л 14° к завесе в горизонтальной плоскости.

3. Толщина покрытий, сформированных на вертикальных и горизонтальных плоскостях, зависит от параметров процесса налива, свойств исходного лакокрасочного материала. На вертикальных поверхностях толщина покрытий на 15-20% меньше, чем на горизонтальных.

4. Предварительный подогрев подложки в пределах 50-60°С способствует формированию равномерных по толщине покрытий, сокращает время отверждения.

5. Дверное полотно состоит из различных материалов. При выборе режимов отверждения краски, следует ориентироваться на время ее высыхания на древесно-волокнистой плите, которое, как правило, больше на 15-25&, что объясняется проявлением на пористых подложках эффекта коагуляционного осаждения воднодисперсионной краски.

6. Полученные в теоретической части и апробированные на практике аналитические математические модели, описывающие зависимость толщины покрытия на вертикальных и горизонтальных поверхностях могут быть использованы при оптимизации процесса налива.

7. Установлено, что равномерность покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях повышается при дискретном регулировании расхода сливного устройства в зависимости от конфигурации изделия.

В. Разработанный технологический процесс, режимы окраски дверных блоков, заявка и исходные требования на оборудование по; воляет получить при внедрении экономический эффект в сумме 220500 рублей на одну поточную линию при среднем объеме произво; ства 300 ООО ы2 дверных блоков в год.

По материалам диссертации опубликованы следующие.работы:

1. Черных А.Г., Маркина Г.В., Трошкин С.Н. Самопроизвольное нарушение сплошности лакокрасочных покрытий древесины /Братский индустр. ин-т. - Братск,1985. - 6 с. - Деп. во ВНИГМЗИлеспром И539-лб 85.

2. Черных А.Г., Трошкин С.Н. Формирование водоэмульсионных покрытий дверных полотен методом налива. - Б кн.: Основные направ-чения ускорения научно-технического прогресса в деревообрабатыва-ощей промышленности в ХП пятилетке. Тезисы докладов ХУ1 научно-технической конференции. - Киев: УкрНШМ0Д,Г986, сЛЗС.

3. Трошкин С.Н., Черных А.Г., Падерин В.А., Шестаков В.Д. Зтделка брусковых изделий из древесины методом налива. - В кн.: 3оль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности использования древесины и ее отходов в народном хозяйстве. Тезисы ;окладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Архангельск: Р®М0Д,1986, с. 24.

4. Трошкин С.Н., Черных А.Г., Денисов C.B., Падерин В.А., Зестаков В.Д. формирование водоэмульсионных покрытий дверных по-ютен методом налива. - В кн.: Роль молодых ученых и специалистов s повышении эффективности использования древесины и ее отходов в тродном хозяйстве. Тезисы докладе Всесоюзной научно-технической гонференции.,- Архангельск: ЦНИКМ0Д,1986, с.108.

5. A.C. М484382 (СССР). Способ регулирования толщины покры-•ия при окраске методом налива. /Братский индустр,ин-т. Авторы [зобрет. Черных А.Г., Трошкин С.Н., Симиков H.A., Шестаков В.Д. !аявл. 29.06.87 M30C4D6/3I-05. Опубл. в "Изобретения в СССР и

¡а рубежом". 1989. »21 ЫКИ В 05 С 5/00.

6. Черных А.Г., Симиков Й.А., Трошкин С.Н., Рожин Й.Л. ^следование реологических свойств лакокрасочных материалов ¡Д-ВА-27А и Щ-115 /Братский индустр. ин-т. - Братск,1989. - 20 с.

Деп. во ВНИШШлеспром, №2561-лб 89.

7. Трошкин С.Н., Черных А.Г., Симиков И.А. Исследование влия-ия вида и температуры древесных материалов на процесс формирова-ия покрытий на основе краски ВД-ЕА-27А /Братский индустр.ик-т..

Братск, 1989 - 8 с. -Деп. ъо ВНИШаИлеспром, Р2560-лб 89.

8. Черных А.Г,, Грошкин С.Л., Шестаков В.Д., Симиков И.А., ожин И.Л. Формирование покрытий крупногабаритных столярно-строи-ельных изделий /Братский индустр. ím-t. - Братск,Í389 - 10 с. -еп. во ВНИШШлеспром, »2563-лб 89.