автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Склеивание древесных материалов модифицированными клеями-расплавами

ВВЕДЕНИЕ .'.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Состав и свойства клеев-расплавов

1.2. Физико-химические аспекты получения клеев-расплавов

1.3. Анализ технологии применения клеев-расплавов

1.4. Выводы.

1.5. Цель и задачи исследований.

2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

2.1. Исходные материалы и их характеристика

2.1.1. Древесные материалы

2.1.2. Облицовочные материалы

2.1.3. Полимерные материалы для исследований свойств клеев-расплавов

2.2. Основные положения по склеиванию

2.2.1. Постановка опытов

2.2.2. Установка для проведения экспериментальных исследований

2.2.3. Оценка адгезионных свойств клеев-расплавов и качества склеивания

2.3. Математическая обработка экспериментальных данных

2.4. Методы определения технологических показателей клея-расплава.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА НА СВОЙСТВА КЛЕЯ-РАСПЛАВА 73 3.1. Исследования состава и свойств клеев-расплавов

3.1.1. Высокомолекулярные соединения - исследование в качестве основ клеев

3.1.2. Испытания термопластичных компонентов адгезионного назначения.

3.2. Исследование закономерностей изменения свойств клеев

3.2.1. Исследование влияния состава на технологические показатели

3.2.2. Свойства типовых рецептур

3.2.3. Выбор эффективных наполнителей

3.3. Исследования новых ингредиентов клея-расплава

3.3.1. Введение алкилфенолоальдегидных смол и производных канифоли

3.3.2. Модификация клеев олигомерами адгезионного назначения

3.4. Разработка математической модели и выбор рациональных рецептур клеев

3.4.1. Расчет влияния компонентов на свойства клеярасплава

3.5. Состав и свойства новых клеев-расплавов

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ КЛЕЕВ И

ТЕХНОЛОГИИ СКЛЕИВАНИЯ.

4.1. Некоторые теоретические особенности адгезионного взаимодействия клеев-расплавов с древесиной

4.2. Экспериментальные исследования свойств разработанных клеев

4.2.1. Исследование термостабильности клеев термографическим методом

4.2.2. Исследование термомеханических свойств клеев-расплавов

4.2.3. Электронно-микроскопическое исследование взаимодействия клея-расплава с древесными материалами

4.3. Экспериментальное исследование технологии облицовывания древесных материалов пластиками

4.3.1. Предварительные исследования параметров режима

4.3.2. Результаты проведения многофакторного эксперимента

4.4. Санитарно-химические исследования новых клеев-расплавов

4.4.1. Токсикологическая характеристика летучих компонентов клеев

4.4.2. Методика исследования

4.4.3. Санитарно-химические исследования

4.5. Выводы.

5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Создание производства отечественных клеев-расплавов и их экономическая эффективность

5.2. Разработка рациональной технологии облицовывания и склеивания.

5.3. Выводы.

Решениями ХХУ1 съезда КПСС предусматривается дальнейшее повышение материального и культурного уровня жизни советского народа на основе динамического и всестороннего развития производства, ускорения научно-технического прогресса, роста производительности труда т ■

В решениях Партии и Правительства указано главное направление повышения эффективности общественного производства: "создавать и внедрять в производство принципиально новую технику и материалы, прогрессивную технологию".

В соответствии с пятилетним планом развития народного хозяйства на 1981-1985 гг. объем производства древесных материалов и мебели увеличится примерно в 1,3 раза.

Для решения поставленных перед деревообрабатывающей промышленностью задач необходимо разрабатывать новую прогрессивную технологию склеивания и создавать полимерные клеевые материалы для процессов склеивания и облицовывания.

К наиболее эффективным клеям, получающим все большее распространение в мебельной промышленности, относятся клеи-расплавы. Основными преимуществами этих клеев являются: значительный рост производительности труда, возможность механизации и автоматизации операций склеивания, снижение трудоемкости и повышение качества выпускаемой продукции.

Поэтому исследования и разработка технологии склеивания древесных материалов с применением клеев-расплавов представляются вполне актуальными и своевременными.

Потребность отрасли в клеях-расплавах, которая к 1985 г. составит 10 тыс.тонн, удовлетворяется, в основном, за счет импорта, что сдерживает развитие прогрессивной технологии.

В настоящей работе поставлена цель разработать новые клеи-расплавы с повышенными физико-механическими свойствами, а также рациональную технологию склеивания древесных материалов на их основе.

На основании анализа состояния вопроса показана возможность создания эффективной технологии облицовывания путем термоактивации клеевого слоя, предварительно нанесенного на облицовочный материал или на деталь.

Однако для реализации данной технологии необходимо разработать клеи, обладающие высокой термостабильностью и адгезионной способностью, что требует проведения глубоких исследований их состава и свойств.

В процессе экспериментальных исследований рецептур клеев были установлены закономерности совмещения высоко- и низкомолекулярных соединений, позволяющие получить клеи с заданными свойствами.

С применением математических методов планирования эксперимента были получены зависимости, описывающие влияние состава на основные технологические показатели клеев: прочность склеивания, температуру размягчения и текучести, текучесть и время отвердевания.

Экспериментально подтверждено вьщвинутое предположение о возможности модификации клеев-расплавов олигомерами адгезионного назначения.

Разработанные в результате исследований составы клеев-расплавов, приоритет которых защищен авторскими свидетельствами, по своей адгезии к древесным материалам, термостабильности и другим физико-механическим показателям не уступают лучшим импортным клеям.

Выполненные исследования термомеханических свойств клеев, термостабильности при повышенной температуре и взаимодействия с древесиной дуба, древесностружечной и древесноволокнистой плитой дали возможность разработать рациональную технологию облицовывания древесных материалов пластиками.

В результате обработки экспериментальных данных на ЭВМ ЕС-1022 получены зависимости прочности склеивания декоративного бумажнослоистого и полиэфирного пластика с древесностружечной плитой от скорости подачи, давления прессования, температуры активации и расхода клея.

Анализ полученных уравнений позволил разработать параметры технологического режима облицовывания мебельных деталей методом термоакти вации.

На основании проведенных исследований создана принципиальная технологическая схема процесса облицовывания мебельных деталей, предусматривающая нанесение клея-расплава на деталь или облицовочный материал, активацию клеевого слоя и последующее прессование пакета в валковом прессе.

Результаты проведенных санитарно-химических исследований позволили Междуведомственному комитету по изучению и гигиенической регламентации полимерных материалов рекомендовать Главному санитарно-эпидемиологическому управлению Минздрава СССР утвердить разработанные клеи-расплавы к применению в мебельной промышленности и включить их в "Перечень полимерных материалов и изделий, разрешенных к применению в строительстве".

Для выпуска клеев-расплавов и замены импортных клеев на Вели-кобычковском лесохимкомбинате Минлеспрома УССР организовано промышленное производство мощностью 400 тонн в год, где с 1980 г. впервые освоен серийный выпуск отечественного клея-расплава марки

КРУС. Клей выпускается также Краснодарским зеркально-фурнитурным комбинатом. Экономический эффект от выпуска 420 тонн клея-расплава в 1983 г. на Великобычковском ЛХК составил 282,7 тыс.руб.

На защиту выносятся следующие положения:

- основные закономерности изменения технологических свойств клеев-расплавов при совмещении высоко- и низкомоленулярных соединений;

- принцип модификации клеев-расплавов олигомерами адгезионного назначения;

- состав и свойства разработанных клеев-расплавов;

- результаты исследования параметров облицовывания древесностружечных плит пластиками методом термоактивации клеевого слоя и технологические режимы облицовывания кромок мебельных деталей.

Настоящая работа выполнена на кафедре технологии древесных пластиков и плит Московского лесотехнического института (МЛТИ) и в лаборатории технологии склеивания и связующих Украинского научно-исследовательского института механической обработки древесины (УкрНИИМОД).

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Современные достижения науки и техники обусловливают развитие и все более широкое применение в производстве мебели новых полимерных клеевых материалов к которым относятся и клеирасплавы, а также разработку эффективной технологии склеивания древесных материалов на их основе.

Клеи-расплавы в значительной степени повышают производительность облицовочных процессов и качество склеивания, поскольку обладают целым рядом преимуществ:

- отвердевают за несколько секунд;

- не содержат в своем составе растворителей;

- состоят из 100 % сухих веществ;

- отличаются высокой адгезионной способностью к различным материалам [27] .

Однако, ассортимент и область применения клеев в деревообработке пока ограничены, так как глубоких исследований состава клеев, взаимного влияния природы адгезива и субстрата на процесс склеивания не проводилось. Поэтому требуются дальнейшие исследования в области разработки новых клеев с заданными свойствами, а также технологии склеивания и облицовывания древесных материалов с их применением.

С целью выбора путей решения этой проблемы произведен анализ состава и свойств существующих клеев-расплавов и технологии их применения для склеивания и облицовывания древесных материалов, результаты которого излагаются ниже.

Основные выводы и положения диссертации изложены в работах [62 7 71 ~76, ¿0~ $5] , новизна защищена авторскими свидетельствами.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. -224 с.

2. Адгезия, клеи, цементы, припои /Н.Дебройна, Р.Хувинка. -М.: Издатинлит, 1954. 584 с.

3. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. - 157 с.

4. Азаров В.И. Модификация карбамидоформальдегидных смол и применение их в древесных материалах: Автореф.дисс. докт. техн.наук. М., 1983. - 33 с.

5. Артамонов Б.И. Перспективы применения клеев для мебельной промышленности. В кн.: Клеи и их применение в технике: Тез.докл.науч.-техн. конф. Кировакан, 1978, с. 126-127.

6. Артамонов Б.И., Левкина Л.И. Новые клеевые материалы для мебельной промышленности. Обзор. М./ВНИПИЭИлеспром,1977. 52 с.

7. Баженов В.А. Проницаемость древесины жидкостями и ее практическое значение. М.: Изд-во АН СССР, 1952. - 83 с.

8. Баженов В.А. Пьезоэлектрические свойства древесины. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 239 с.

9. Баженов В.А. и др. Технология и оборудование производства древесных плит и пластиков. М.: Лесная промышленность, 1980. - 360 с.

10. Барабанова A.B. Основные тенденции в области производства и потребления клеев на основе синтетических смол за рубежом. Химическая промышленность за рубежом. /НИИТЗХим,1978, вып. 9, с. 23-48.

11. Басин В.Е. Исследование роли межфазной поверхности в формировании свойств адгезионных соединений на основе полимеров: Автореф.дисс. докт.хим.наук. М., 1978. - 41 с.

12. Басин В.Е. Адгезионная прочность. М.: Химия, 1981. -208 с.

13. Берг Л.Г. Введение в термографию. -М.: Наука, 1969. -395 с.

14. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974. - 390 с.

15. Бикерман Я.О. Успехи химии. 1972. Т. 41, с. I43I-I464.

16. Бронникова Г.В. Клеи-расплавы и канифольные смолы для их производства. Гидролизная и лесохимическая промышленность,1979, № 8, с. 6.

17. Бухтияров В.П., Иванов H.A. Клеевые материалы для производства мебели. М. /ВНИПИЭИлеспром, 1978. - 22 с.

18. Бухтияров В.П., Иванов H.A., Савченко В.Ф. Полимерные материалы в производстве мебели. М.: Лесная промышленность,1980. 272 с.

19. Винарский Л.С., Лурье М.В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. Киев, Техн1ка, 1975. - 168 с.

20. Воюцкий С.С. Аутогезия и адгезия высокополимеров. М.: Ростехиздат, i960. - 244 с.

21. Воюцкий С.С. Физико-химические основы пропитывания и импрег-нирования волокнистых материалов дисперсиями полимеров. -М.: Химия, 1969. 336 с.

22. Гайворонская Н.И., Чумаченко С.М., Сорокина Л.И., Морозова Л.П. Полиамидные клеи-расплавы для сборки обуви. Коже-венно-обувная промышленность, 1971, № 2, с. 19.

23. Глебов Н.Т. Оборудование для нанесения клеев-расплавов. Обзорная информация. М./ВНИПИЭИлеспром, Плиты и фанера, 1979, № 5, с. 20-25.

24. Григорьева Л.А., Никулаева В.М., Кондратьев А.Н. и др. Получение и свойства бутадиен-стб -метилстирольных термоэласто-пластов. Каучук и резина, 1980, № 8, с. 7-9.

25. Григораш Б.М. Исследование процесса облицовывания кромок и разработка конструкции кромкооблицовочного станка: Автореф. дисс.канд.техн.наук. Львов, 1982. - 16 с.

26. Гриншпун С.Д. Клеи-расплавы. Обзор. М./ЦНШТЭИлеспром, 1968. - 17 с.

27. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1979. - 351 с.

28. Даниэль Н.В., Николаев А.Ф. Сополимеры винилацетата и этилена. Пластические массы, 1970, № б, с. 7.

29. Дерягин Б.В., Кротова H.A. Адгезия. М.: Изд-во АН СССР, 1949. - 244 с.

30. Дерягин Б.В., Кротова H.A., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973. - 279 с.

31. Довгошея С.Т., Васюк Н.П., Руденко Н.Г. Установка для определения термомеханических свойств клеев. ИВУЗ, Технология легкой промышленности, 1979, т. 22, № 1(27), с. I09-II2.

32. Догадкин Б.А. Химия эластомеров. М.: Химия, 1972. - 391 с.

33. Зотов A.A., Черкасов Н.Я. 0 прочности соединения кромочных пластиков с древесностружечными плитами. Деревообрабатывающая промышленность, 1984, № I, с. 4, 5.

34. Иванов H.A., Артамонов Б.И. Новые клеи в производстве мебели. М./ВНИПИЭИлеспром, 1972. - 50 с.

35. Исследование процессов склеивания термопластичными клеями: Отчет /МЛТИ; Руководитель работы Б.М.Буглай. 41 Г (169). Б 637036. - М., 1978. - 54 с.

36. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.: Химия, 1967. - 232 с.

37. Кардашов Д.А. Синтетические клеи. М.: Химия, 1976. - 504 с,

38. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи. Создание и применение. М.: Химия, 1983. - 256 с.40