Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

КУРСОВоЙ проект

по дисциплине: «Утилизация промышленных отходов»

на тему

Получение древесно-полимерных композитов из древесных отходов

Студент

Д.В. Строков

МОСКВА 2012

Содержание

древесный полимерный композит отходы

Введение

1. Литературный обзор

1.Древесные отходы

2. Древесно-полимерный композит

3. Состав, свойства и обработка изделий из ДПК

4. Применение древесно-полимерного композита

5. Получение древесно-полимерного композита

5.1 Технологии производства изделий из ДПК

2. Технологическая часть

1. Выбор линии по утилизации древесных отходов с получением гранул ДПК

2. Оборудование, входящее в автоматическую линию переработки древесных отходов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Отходы - это та часть сырья, которая отделяется в процессе обработки как не соответствующая техническим условиям на изготовляемую заготовку, деталь или изделие. Отходы могут быть использованы в качестве основного сырья при изготовлении продукции другого вида или размера. Таким образом, используемые отходы представляют собой вторичное сырье или материал.

Масштабы производства предметов из древесины и темпы развития деревообрабатывающей промышленности в целом всегда находятся на высоком уровне. Количество образующихся отходов пропорционально масштабам производства. В этих условиях важной задачей является утилизация древесных отходов.

В России опилки и станочная стружка раньше практически не использовались и в основном направлялись в отвалы. Только в последнее время, в связи с наметившимся ростом производства в деревообрабатывающей промышленности, многие лесопильные и деревообрабатывающие предприятия стали искать применение отходам. Широкое распространение получило их использование в качестве дешевого древесного топлива в виде брикетов без применения связующих веществ. Кроме топлива мягкие отходы в небольших количествах используются в гидролизном производстве, для изготовления арболита.

Переработка леса в России и за рубежом - это не только переработка древесины как сырья: технологии рубок, транспортировка, хранение древесины, лесопиление, т.е. деревообработка. Но и переработка вторичных лесных ресурсов (из отходов лесосек и деревообработки); целлюлозно-бумажное производство (ЦБП); мебельное производство. Если говорить о самых современных технологиях в области лесного комплекса, то это и биотехнология - применение микроорганизмов для бесхлорной, бездиоксинной отбелки целлюлозы, - очистки стоков целлюлозно-бумажных комбинатов и гидролизных производств. Даже для беглого обзора всех перечисленных направлений не хватит и нескольких сотен страниц, поэтому, характеризуя всю переработку леса, мы остановимся лишь на некоторых - наиболее современных и перспективных отраслях хозяйства, которые еще недавно бурно развивались, и за которыми будущее.

Однако наиболее перспективным направлением переработки отходов является изготовление на их основе композиционных материалов, способных заменить массивную древесину.

В данной работе основное внимание уделяется переработке древесных отходов в качественный наполнитель для дальнейшего получения гранул древесно-полимерного композита.

1. Литературный обзор

1. Древесные отходы

В зависимости от вида производства, при котором образуются древесные отходы, выделяют отходы лесозаготовок и отходы деревообработки.

К древесным отходам при лесозаготовках относятся отделяемые части дерева в процессе заготовки леса. Это листья и хвоя, не одеревеневшие побеги и кора, сучья и ветви, козырьки, вершинки, откомлевки, фаутные вырезки ствола, отходы производства колотых балансов. Получаемые при лесозаготовках древесные отходы в своем естественном виде малотранспортабельны, а при использовании энергетическом их предварительно измельчают в щепу.

Отходы деревообработки образуются при деревообрабатывающем производстве. Это горбыль и рейки, короткомер и срезки, опилки и стружка, отходы производства технологической щепы и древесная пыль, кора.

В зависимости от характеристики биомассы древесные отходы могут быть из элементов кроны, из стволовой древесины, из коры, а также древесная гниль. Форма и размер древесных отходов говорит о кусковых древесных отходах и мягких древесных отходах. К кусковым древесным отходам относятся откомлевки и фаутные вырезки, горбыль и козырьки, срезки и рейка, короткомеры. Стружки и опилки относят к мягким древесным отходам.

Количество древесных отходов определяется по доле отходов из древесины, не использованной в данном технологическом процессе при производстве конкретного вида товара. Исчисление количества образованных древесных отходов проводится в процентном соотношении от объема древесного сырья, которое было использовано при производстве продукции. Вид продукции влияет на количество отходов.

Многочисленные исследования установили линейную зависимость между объемом вывозимой стволовой древесины и количеством отходов при заготовке леса.

Древесные отходы лесопиления представлены кусковыми отходами, используемыми в ряде случаев для энергетических целей. Кусковые отходы лесопиления - это отходы из периферийной части бревен. Бревна без предварительной окорки имеют в изобилии кору, что исключает возможность их применения для производства древесных плит и варки целлюлозы.

В зависимости от местных условий количество древесных отходов лесопиления может изменяться и зависит от объема распиливаемого сырья. Количество коры на древесине зависит в большей степени от породы и возраста деревьев. Условия произрастания исходного материала также сказываются на количестве древесных отходов. Диаметр ствола дерева также влияет на количество коры. На общем количестве коры, которую получают при окорке, сказывается ее потеря во время лесозаготовок. Транспортировка древесины сплавом способствует отваливанию коры и уменьшает ее общий выход до 8 - 10 % от объема окоренной древесины.

Учитывая практические расчеты, количество коры составляет 10 % от объема окоренной древесины. Это немалое количество коры на древесине, что определяет важность и возможность применения отходов окорки древесины. Ведь окорка древесины обязательна при производстве все возрастающих объемов целлюлозно-бумажных товаров производства.

Количество отходов деревообрабатывающих производств зависит от качества поставляемого сырья, типа и размера изготовляемой продукции, техновооруженности предприятия и его мощности. Количество отходов в деревообработке составляет 45-63% исходного сырья.

2. Древесно-полимерный композит

Древесно-полимерный композит (ДПК) - композиционный материал, содержащий полимер и древесный наполнитель, модифицированный, как правило, химическими добавками. Другие используемые названия древесно-полимерных композитов: "жидкое дерево", древесно-пластиковый композит, древопласт, поливуд, древотермопласт и т.п. Особенность древесно-полимерных композитов заключается в том, что готовые изделия получаются из отходов производства и потребления: опилок, стружек, древесной муки, сельскохозяйственных отходов и различных видов отходов потребления.

По внешнему виду древесно-полимерный композитный профиль с высоким содержанием древесины более всего напоминает твердую ДВП, а с малым ее количеством - пластмассу. Его можно пилить, строгать рубанком, вбивать гвозди. Он может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном.

Древесно-полимерный композит - современный материал, который имеет все лучшие природные свойства дерева, но так же имеет и ряд недостатков, таких как подверженность гниению и плесени, горючесть, дефекты поверхности, не впитывает влагу и т.д.

Состав ДПК: древесная мука (или мелкая щепа) с фракцией 0,5-2мм, полимер и аддитивы. В качестве полимера может быть ПВХ (50/50), полиэтилен (70/30) или полипропилен (60/40).

Производство древесно-полимерных композитов - один из наиболее перспективных в области рационального использования отходов лесопиления, мебельного и деревообрабатывающего производств, использования низкосортной древесины, растительных целлюлозосодержащих отходов и вторичных пластмасс для переработки в высококачественные профильные детали для широкого спектра применений, включая строительство и мебель.

3. Состав, свойства и обработка изделий из ДПК

Используемые материалы и состав

Древесно-полимерные композиционные материалы состоят из трех основных компонентов:

· частиц измельченной древесины, 30-80% (в зависимости от используемого полимера)

· термопластичного полимера

· комплекса специальных химических добавок (модификаторов, аддитивов), улучшающих технологические и другие свойства композиции и получаемой продукции. 0-5%

В настоящее время на рынке существуют 3 разновидности древесно-полимерных композитов: ПЭ ДПК, ПП ДПК и ПВХ ДПК. В профильных изделиях большее распространение получили материалы на основе ПЭ и ПВХ. При этом изделия, изготовленные на основе ПВХ, имеют самые лучшие характеристики в сравнении с ПЭ и ПП по прочности, негорючести и т.д.

Рецептура изделий напрямую зависит от вида и условий эксплуатации самих изделий и в каждом случае подбирается индивидуально.

Свойства получаемого композита определяются свойствами полимерной матрицы, частиц древесины и характером связей и взаимодействий между ними. Количество древесины в композите (по весу) находится в диапазоне от 50 до 80 %. Иногда такие материалы называют супернаполненными полимерами. Последние исследования свидетельствуют о принципиальной возможности изготовления композита с долей древесины до 90?-?95 % .

В производстве ДПК могут использоваться любые термопластичные полимеры и их смеси, однако на практике применяются три группы термопластов : полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и поливинилхлорид (ПВХ). Больше всего используется полиэтилен - до 70 %. Для управления технологическим процессом и свойствами ДПК в их состав вводят различные добавки-модификаторы: антиокислители, антимикробные средства, поверхностно-активные вещества, связующие, противоударные модификаторы, смазочные материалы, температурные стабилизаторы, пигменты, огнезащитные средства, светостабилизаторы и вспенивающие агенты.

Еще одним направлением в производстве ДПК является применение в качестве связующих биологических полимеров - например, зерновых крахмалов, отходов кожевенного и бумажного производств и т.п. Биополимеры дешевы, к тому же из них можно изготавливать легко утилизируемые биоразлагаемые композиты.

По внешнему виду ДПК с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ или твердую ДВП, а с малым содержанием - пластмассу. Они могут окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном.

B качестве древесного наполнителя может быть использована не только древесина хвойных пород, как этого требуется при изготовлении ДСП, но практически любой вид древесины, а также различные отходы (рейка, обрезки, шпон, стружки, опилки) лесопильных и деревообрабатывающих производств и не востребованная древесина санитарных рубок в лесах. Кроме того, дополнительным сырьевым ресурсом является целлюлозосодержащие отходы сельскохозяйственного производства (костра льна, рапс, рисовая шелуха и др., а также самовозобновляемые растения: камыш, тростник и др.).

Размер частиц древесной муки может быть различным - от 0, 001 до 1 мм, и чем крупнее частицы наполнителя, тем дешевле конечное изделие. Крупные фракции имеют ограничение в использовании, поскольку размер частиц наполнителя тесно связан с прочностью и качеством поверхности получаемого материала.

Свойства древесно-полимерного композита

Материалы ДПК обладают уникальным набором свойств:

· поддаются механической обработке;

· сырьём служат отходы производств;

· возможность эксплуатации изделий на открытом воздухе при любых погодных условиях, - материал не трескается на морозе и не коробится;

· экологически чистая основа, отсутствие токсичных выделений;

· разнообразные и сложные конфигурации профиля;

· экономия на весе при производстве полого профиля (с пустотами);

· окраска по всему объёму.

Многие рецептуры ДПК обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому воздействию: ультрафиолетовому излучению, влаге, воде, минеральным растворам, устойчивы к атакам микроорганизмов и насекомых. Некоторые фирмы - изготовители ДПК предоставляют гарантии на 10 - 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице, без специальной защиты.

При этом все материалы из древесно-полимерный композитов могут подвергаться обработке как дерево: обработка рубанком, крепление гвоздями и болтами, распил, печать, покраска.

Обрабатываются они теми же инструментами, что и древесина. Легко пилятся, строгаются, сверлятся и т.п. Хорошо удерживают гвозди, скобы, шурупы, многие поддаются склеиванию обычными клеями для дерева. Некоторые композиты можно сваривать, подобно пластмассе. Возможно их гнутье в подогретом виде.

Профили из ДПК могут эффективно комбинироваться с металлическими или стеклопластиковыми профилями (полосами, трубами, уголками, таврами и т.п.) для создания очень прочных и жестких конструкций.

Таблица 1. Физические и механические свойства ДПК

Наименования показателей, ед. измерения	Значения
Плотность [кг/дм 3]	1,0- 1,4
Временное сопротивление [МПа]	15 - 50
Модуль упругости при растяжении [ГПа]	4- 8
Сопротивление изгибу [МПа]	25 - 60
Модуль упругости при изгибе [ГПа]	3 - 6
Относительное удлинение при растяжении [%]	0,5 - 1
Ударная вязкость [KJ/m2]	3 - 4

4. Применение древесно-полимерных композитов

ДПК широко применяются для изделий, эксплуатируемых в уличных условиях .ДПК не гниет и не плесневеет, не рассыхается и не трескается от перепадов температуры и прямого нагрева солнца. Из этого материала получаются превосходные отделочные элементы внешнего архитектурного дизайна - садовые дорожки, веранды, обрамление бассейнов, ступени, беседки, декинг, сайдинги, элементы кровли, ограждения, мостовые конструкции и причальные элементы, транспортные поддоны, садовая и парковая мебель. Облицовка загородного дома блок-хаусом из ДПК будет гораздо практичнее и красивее, нежели сайдинг.

Благодаря способности хорошо изгибаться в подогретом виде возможно получать не только прямые погонажные профили, но придавать им изогнутые формы. Это открывает практически бесконечные возможности использования данных материалов в архитектурном декоре, ограниченные лишь фантазией дизайнеров.

ДПК также используются в транспортном машиностроении: можно уверенно прогнозировать их применение в сельскохозяйственном производстве, в горном деле, а также во многих других сферах.

Материалы ДПК стремительно завоевывают отрасли, где позиции дерева и пластика еще совсем недавно казались непоколебимыми.

Среди них можно выделить:

Декинг - доска из климатически устойчивого материала (рис.1),которую используют на открытых площадках и причалах, вблизи водоемов, во влажных помещениях, таких как бани и бассейны.

Не требует защитных покрытий, не коробится, не гниет, не покрывается плесенью, не выгорает на солнце в течение многих лет, не имеет сучков и дефектов.

Рис.1 Декинг

Двери - Технология ДПК даёт возможность полностью производить дверные комплекты: дверные полотна, детали дверной коробки с их последующей механической обработкой и облицовкой шпоном или пленками. При этом при производстве дверей из ДПК требуется меньшее количество трудозатрат и технологических операций, чем при других способах производства дверей.

Текстура дверей ДПК практически аналогична текстуре натурального дерева, но при этом такие двери не царапаются и не коробятся.

Среди преимуществ дверей ДПК можно выделить влагостойкость, огнестойкость, отсутствие в составе фенол-формальдегидных смол.

Подоконники - в сравнении с традиционным ПВХ профилем из ПВХ, профиль ДПК имеет более низкий коэффициент температурного расширения, меньшую хрупкость, и выше стойкость к царапанию.

Сайдинг- Обладая хорошей стойкостью к перепадам температур, стойкостью при эксплуатации на открытом воздухе, ДПК отлично зарекомендовал себя в качестве материала для производства сайдинга (Рис.2) и блокхауса.

Рис.2 Сайдинг

Мебель - ДПК - это экологически чистый, огнестойкий материал, легко поддается механической обработке и как следствие находит свое применение в производстве мебели.

ДПК находят широкое применение в различных областях.

5. Получение древесно-полимерного композита. Основные методы получения ДПК

Производство изделий ДПК как правило осуществляется в два этапа. Первичное сырье (полимер, древесная мука и комплекс добавок) совмещаются в процессе, называемом компаунирование. При этом происходит равномерное распределение древесины и добавок в расплаве полимера. В результате компаунидирования получаются гранулы ДПК, которые затем перерабатываются в изделие. Осуществлять переработку возможно большинством традиционных методов производства пластмассовых изделий. Это экструзия - продавливание расплава материала через канал с сечением конечной продукции и последующее охлаждение (таким образом производят листовые и профильные изделия); литье под давлением -- впрыск расплава материала в холодную форму; а также термоформование из листа. На сегодняшний день самым крупнотонажным методом переработки ДПК является экструзия.

Экструзия с предварительным компаундированием

Компаунидирование

Этот метод переработки предполагает производство гранулы ДПК, которая затем будет переработана в изделие. Древесный наполнитель (например, опилки) измельчается и тщательно высушивается. Гранулы полимера, подготовленная древесная мука и комплекс добавок в заданной пропорции тщательно перемешиваются в миксере. Готовая смесь поступает в бункер экструдера, проходит по обогреваемому рабочему цилиндру экструдера, где происходит ее плавление. Расплав проходит через пакет сеток по каналам экструзионной головки и выдавливается через отверстия экструзионной головки (фильеры) в виде цилиндрических стержней в камеру, в которой вращаются ножи. Ножи движутся со скоростью, обеспечивающей отрезание гранул заданной длины. Готовые гранулы охлаждаются и собираются в накопительную емкость.

Производство изделий из ДПК на основе ПВХ позволяет обойтись без стадии гранулирования. Смесь для переработки можно подготовить используя двухстадийный турбосмеситель. В этом случае, порошек ПВХ, древесная мука, подготовленная соответствующим образом, и комплекс добавок загружаются в сектор горячего смешения турбомиксера. Смешение происходит при температуре около 100°С. Далее смесь поступает в зону холодного смешения, где происходит охлаждение композиции.

Недостатком данного метода является короткий срок хранения такой смеси, в отличие от гранулы, смесь быстро «хватает» воду из атмосферы, в результате чего может потребоваться дополнительная сушка смеси перед переработкой.

Переработка гранул ДПК в изделие

Экструзионная линия для изготовления профиля состоит из загрузочного устройства, экструдера, экструзионной головки, калибрирующей насадки, охлаждающей ванны, тянущего устройства, отрезного устройства и укладчика готового изделия.

Гранулы или рабочая смесь подаются загрузочным устройством в бункер экструдера, где происходит плавление. Расплав выдавливается из экструдера через экструзионную головку (фильеру) в виде непрерывного профиля заданной конфигурации, захватывается тянующем устройством и протягивается через калибрирующую насадку, где профиль калибруется и частично охлаждается; затем профиль поступает в охлаждающую ванну, в которой он окончательно охлаждается. Далее профиль поступает на отрезное устройство, где отрезается на заданной длине, и продвигается на стол-укладчик.

При необходимости придания профилю различной текстуры, в линию устанавливаются специальные теснильные валы, которые придают поверхности требуемый узор. При необходимости профиль ДПК ламинируется декоративной пленкой.

Прямая экструзия

Данный тип линий комплектуется экструдером с зоной предварительной пластикации, где происходит плавление полимера.

Далее данный расплав поступает в основной рабочий цилиндр экструдера и продвигается шнеками к экструзионной головке.

Древесный наполнитель и комплекс добавок поступают в основной цилиндр экструдера через многокомпонентный гравиметрический дозатор. В дозатор данные компоненты поступают из обычных емкостей с помощью вакуум загрузчиков. Формующие инструменты спроектированы и изготовлены, таким образом, что позволяют экструдировать профили с довольно высокими скоростями.

Дополнительное преимущество данной технологии заключается в том, что предварительная пластикация термопласта при такой высокой температуре перед подачей в основной цилиндр экструдера позволяет значительно быстрее избавиться от влаги в древесном наполнителе, что значительно улучшает качество профилей.

В настоящее время технологии ДПК позволяет производить профиль хорошего качества с содержанием древесины 30 - 80 %. Если используются ПЭ или ПП, рекомендуется гранулировать смесь сырья. Это позволит обеспечить равномерную экструзию и гладкость поверхности профиля. В случае использования ПВХ, этап грануляции необязателен в технологическом процессе производства.

Существуют определенные требования к древесному порошку: дисперсность должна быть порядка 60-80 меш (число отверстий на линейный дюйм). При использовании более крупных частиц могут возникать трудности в контроле качества производства, что повлияет на качество поверхности и сечения профиля. При возможности приобретения древесного порошка надлежащего качества можно использовать одностадийную технологию производства. В случае если нет поставщика готового древесного порошка, то необходимы две стадии технологического процесса, первая из которых будет стадия подготовки древесного порошка. Порошок также должен быть соответствующе просушен до поступления в экструдер, иначе могут возникать проблемы с пенообразованием, опалением и вскипанием в цилиндре экструдера.

Для производства также используются некоторые добавки для обеспечения хорошей экструзии и формования. Добавки необходимы для обеспечения совместимости полимера с древесным порошком, снижения трения между экструдируемой массой и рабочими механизмами, для улучшения текучести и т.п.

Схема получения древесно-полимерных композитов

1)Получение гранул ДПК из полимеров, древесной муки и добавок.

2)Получение готового изделия из гранул ДПК.

Получение гранул на древесно-полимерном оборудовании происходит на линии грануляции похожей на те, которые применяются для гранулирования вторичных полимеров. Отличия в том, что для ДПК это специально сконструированный агрегат (оборудование ДПК), периферийными устройствами к которому служат смеситель и дозаторы компонентов.

Процесс получения гранул ДПК заключается в следующем:

1. Измельчение древесины

2. Сушка измельченной древесины

3. Дозирование компонентов

4. Смешивание компонентов

5. Прессование (грануляцию)

Измельчение

Эффективным способом улучшения совместимости полимеров с наполнителями является тонкий помол последних, который сопровождается образованием свежих, реакционно-активных поверхностей. По ряду признаков механическое измельчение представляет собой наиболее универсальный и экономичный способ получения тонкодисперсных порошков из дешевых, практически «бросовых» материалов. Одним из самых распространенных органических наполнителей является древесная мука.

Одним из этапов подготовки сырья к гранулированию является его измельчение. Весь процесс направлен на уменьшение фракции исходного сырья, с целью «облегчения» работы пресса гранулятора. Правило одно: чем меньшего размера частицы древесины попадают в камеру прессования во внутреннюю полость вращающейся матрицы, тем меньше сопротивление на двигатель и роликовый узел. Соответственно ресурс работы пресса увеличивается.

Древесная мука получается размолом древесины, как правило сухим, на машинах непрерывного или периодического действия из сухой и чистой технологической щепы и опилок.

Поскольку древесина - не самый твердый и прочный продукт, то ее размол может осуществляться на самых разнообразных типах мельниц. При этом классификация частиц муки может происходить как внутри агрегата, так и на внешних классификаторах (ситовых, воздушных и т.д.). Размол может производиться в одну или в несколько стадий.

Для производства древесной муки используют опилки от лесопиления и древесную стружку. Так как вместе с опилками от лесопильных рам первого ряда попадает значительное количество коры, примесь которой придает древесной муке темный цвет, для производства муки отбирают опилки от лесопильных рам второго ряда, распиливающих брус, и от всех круглых пил (обрезных станков и торцовок); при распиливании окоренного сырья используют опилки от всех станков. Опилки от лесопильного цеха пневматическим транспортом подаются в циклоны цеха древесной муки, откуда направляются в молотковые дробилки (мельницы) для предварительного размельчения

Наибольшая производительность у молотковых мельниц. Мельница способна пропустить от 350 до 450 кг в час продуктов размола; из них муки фракции 180 получается 60-65 %. От молотковых дробилок измельченные опилки поступают в бункер, куда обычно поступает и сухая стружка от деревообделочных станков. Из бункера опилки и стружка попадают в специальные сушилки барабанного типа, где сушатся до 5-8% влажности. При выходе опилок из сушилки, они проходят через сепаратор для удаления металлических частей, которые могут попасть в массу опилок. Высушенные и предварительно измельченные опилки и стружка пневматическим транспортом направляются в бункера, питающие сухими опилками молотковые ударные мельницы, откуда размельченные опилки и стружки поступают на рассевы (сита). От рассевов идут три потока: древесная мука, крупные и мелкие сходы (т.е. фракции, непригодные по тонкости помола для древесной муки).

Крупный сход поступает вторично в молотковую мельницу, а мелкая фракция схода -- в жернова для вторичного помола. Из жерновов получаемая древесная мука направляется на рассевы (сита) для сортировки муки по тонкости помола. Кондиционная древесная мука отбирается, а получаемый сход, т. е. некондиционная часть муки, поступает на дальнейший размол на жернова третьей ступени помола, откуда она поступает на сортировку на рассевы, от которых кондиционная древесная мука отбирается, а некондиционная часть снова идет на жернова для повторного помола.

Сушка древесных отходов

Осуществляется в барабанных сушилках. В этих сушилках стружку высушивают во взвешенном состоянии в потоке высокотемпературной газовоздушной смеси, что обеспечивает интенсивный теплообмен и высокую производительность процесса сушки. В качестве теплоносителя используется топочный газ. Такая сушильная установка отечественного производства схематически изображена на рисунке 4. Барабан диаметром 2,2 либо 2,8 м установлен с наклоном в два-три градуса в сторону загрузки и вращается с частотой 3-4 об/мин. Внутри барабана имеются лопасти, которые захватывают и поднимают измельчённую древесину, продуваемую газовоздушной смесью.

Недостатками сушилок такого типа являются: стружка в барабане имеет неравномерную конечную влажность; при сушке измельчённой древесины хвойных пород на лопастях барабана образуется налёт смолы. Более совершенны отечественные агрегаты комбинированной сушки (рис. 4). Их основные узлы: топочное устройство, циклонно-спиральная приставка, сушильный барабан, два циклона-отделителя, противопожарный бункер, а также установленный между барабаном и циклонами-отделителями вентилятор с двигателем. Стружка загружается из бункера через шнековый питатель. Топочные газы с температурой через смесительную камеру поступают из топки в спиральную приставку.

Смешение компонентов

Перед стадией экструдирования необходимо приготовить гомогенную смесь из полимера, с добавлением следующих специальных добавок:

1) Стабилизаторов. Их доля составляет 5-15%. Различают

термостабилизаторы (для предотвращения деструкции и окраски при переработке), светостабилизаторы (для сохранения цвета изделий), стабилизаторы-антиоксиданты (для защиты ПВХ и его модификаторов от окисления при повышенных температурах. Термостабилизаторы бывают свинцовые, оловоорганические, барий-кадмий цинковые, кальций-цинковые. К светостабилизаторам относятся бензофеноны, бензотриазолы и пр. Стабилизаторы-антиоксиданты -- это амины, фенолы, феносульфиды.

2) Модификаторов. Их доля составляет 10-15%. Модификаторы вводят для улучшения переработки композиции и повышения ударной вязкости. Это акриловые сополимеры, хлорированный полиэтилен и каучук.

3) Наполнителей. В нашем случае это в основном древесная мука.

4) Пигментов. Их доля составляет 3-5%. Пигменты необходимы для окраски. Чем выше их дисперсность, тем выше равномерность окраски. Вместе с пигментами для компенсации желтого оттенка вводят 0,001-0,05% осветлителей -- тинопал, белофор и др.

Все компоненты должны пройти стадию дозирования на дозаторах, а затем смешения в высокоскоростных смесителях для получения гомогенной смеси. После чего смесь подается в экструдер.

Грануляция

Грануляция необходима для улучшения технологических свойств вещества, предотвращения спекания (слипания) и увеличения сыпучести, обеспечения возможности использования материала мелкими порциями, облегчения погрузки, транспортировки. В зависимости от метода грануляции одно и то же вещество может приобрести различную твердость, гидравлические свойства и др.

Технология и устройство гранулятора

Гранулятор (агломератор) - оборудование, необходимое для приготовления суперконцентратов, наполненных композиций, компаундов, производства и переработки пластмасс, а так же для переработки полимерных отходов в виде дробленки/хлопьев ПП, ПЭ, ПА, ПС, АБС, ПВХ материала с целью получения более однородного и чистого гранулированного сырья для его повторного использования.

Выбор оборудования для грануляции напрямую зависит от физических и химических свойств материала, который планируется перерабатывать (ПП, ПЭ, ПА, ПС, АБС, ПВХ), его вида (пленка, дробленка, агломерат и т.д.), а так же от степени наличия посторонних частиц.

В состав грануляционной линии входит:

1) система загрузки сырья (шнековая/вакуумная, объёмная/весовая)

2) экструдер (одношнековый/двушнековый, каскадного типа)

3) Фильтрующий элемент

4) Калибрующая экструзионная головка

5) Устройство резки

6) Система охлаждения

7) Пневмотранспортная система

В зависимости от типа полимера применяют стренговую, водокольцевую и горячую резку гранул. Рассмотрим принципы действия грануляции полимеров более подробно.

Грануляция полипропилена со стренговой резкой

Принцип действия гранулятора с водокольцевой резкой представлен на рисунке 3.



Рис. 3 Гранулятор с водокольцевой резкой

Данная операция подходит для таких полимеров как ПП, ПЭ, ПА, ПС, АБС.

Предварительно измельченное сырье загружается в приёмный бункер, откуда непосредственно поступает в цилиндр экструдера. В цилиндре под воздействием подведенного от нагревателей тепла и вращения шнеков, сырье проходит последовательно через фазы плавления, сжатия, перемешивания, гомогенизации, фильтрации через сетку-фильтр и далее выдавливается через экструзионную головку. На данном этапе нарезка гранул осуществляется подобно мясорубке вращающимися ножами, где циркуляционный насос непрерывно осуществляет подачу охлаждённой воды. Далее гранулят вместе с водой поступает в агрегат отделения гранулы от воды (центрифуга). После сушки гранула попадает на вибростол для разделения гранул на фракции, и далее с помощью центробежного вентилятора и системы воздуховодов, дополнительно подсушенная вторичная гранула транспортируется в бункер-накопитель.

5.1 Технологии производства изделий из ДПК

Формование из компаунда

Основным направлением в технологии производства этих изделий является формование, которое может осуществляться несколькими описанными ниже способами.

ДПК изготавливаются из компаунда, состоящего из смеси древесных частиц, термопластичного полимера и небольшого количества функциональных и технологических добавок. Компаунд для формования подготавливается заранее или смешивается непосредственно в ходе технологического процесса формования.

Во время формования полимер, содержащийся в компаунде, размягчается под действием температуры и становится пластичным, что позволяет придавать компаунду самые разнообразные геометрические формы. Специальные технологические добавки, вводимые в компаунд, улучшают пластические свойства и текучесть рабочей смеси и облегчают протекание процесса. Высокая пластичность древесно-полимерного компаунда дает возможность осуществлять производство изделий несколькими индустриальными методами.

Прессование

Прессование изделий из ДПК проводится в стандартных гидравлических прессах или специальных прессовых установках. Могут быть получены листовые изделия, бруски и детали более сложных форм. Используется предварительно приготовленный древеснополимерный компаунд, например в гранулированном виде.

Прессование осуществляется при температуре, обеспечивающей достаточную пластичность полимерной матрицы (130-180^оС). Изделия извлекаются из прессформы после остывания до температуры ниже температуры размягчения полимера.

Этот метод часто применяется в лабораторных опытах, но в производстве термопластичных ДПК большого распространения пока не получил. Заметим, что прессование широко используется в промышленности при формовании древесных композитных материалов на основе термореактивных смол (например, бакелита, древесностружечных и древесноволокнистых плит).

Достоинством этого метода является относительная простота получения изделий большой площади (до нескольких квадратных метров), включая детали довольно сложных геометрических форм.

Прокатка

Метод прокатки реализуется на специальных прессовых установках непрерывного действия.

Транспортировка компаунда внутрь пресса и вынос готового листа осуществляется при помощи бесконечных стальных лент, перемещаемых внутри плит пресса.

Литье под давлением

Литье под давлением является широко распространенным способом промышленного изготовления изделий сложных геометрических форм из термопластичных материалов. Этот метод реализуется при помощи специальных литевых машин, т. н. термопласт-автоматов.

В термопласт-автомате разогретый компаунд подается в закрытую прессформу посредством поршня, но чаще -- шнекового нагнетателя, создающего достаточно высокое давление.

Литье под давлением -- способ изготавливать как небольшие, так и крупногабаритные детали, например, элементы дверных коробок длиной более 2 м. Размеры получаемых изделий лимитируются параметрами пресс-формы и мощностью литьевой машины.

Этим методом перерабатывается сейчас примерно 15% от всех термопластичных ДПК -- например, для производства кровельных изделий, соединительных и декоративных элементов в баллюстрадах, мебельных деталей и др.

Литье является одним из наиболее перспективных способов изготовления изделий из ДПК, т. к. подходит для массового производства продуктов самого широкого назначения: деталей машин и механизмов, сантехники, архитектурного декора, игрушек и других товаров народного потребления, включая мебель, мебельные детали и мебельную фурнитуру.

Экструзия

Метод экструзии широко применяется при выработке полимерных листов и пленок, но особенно эффективен для выпуска труб и профильных деталей. В настоящее время экструзия является основным способом переработки термопластичных ДПК.

Экструзия фактически представляет собой процесс непрерывного литья под давлением в бездонную пресс-форму, позволяющую получать изделия бесконечной длины. Для экструзии можно использовать заранее приготов- ленный гранулированный компаунд. Однако в последнее время в экструзии ДПК становятся популярными специальные экструзионные установки для т. н. прямой экструзии.

В установку для прямой экструзии подаются все необходимые компоненты смеси (измельченная древесина, базовая смола, технологические и функциональные аддитивы), которые тщательно смешиваются в ходе вращения шнеков экструдера и затем выдавливаются через фильеру.

Возможно использовать технологию экструзии для получения и продольно-армированных изделий, таких как металло-древесно-полимерные трубы или продольно-армированные профили. В отрасли переработки пластмасс такой вид экструзии называется пултрузией.

Повторное термическое формование

Этот метод позволяет изменить форму изделия, уже изготовленного из термопластичного композита (листа, трубы, профиля).

При повторном формовании изделие подогревается в печи или в специальной установке до температуры размягчения композита (но не до его расплавления), а затем деформируется при помощи специальной оснастки.

Данный метод чаще всего применяется для получения тонкостенных изделий довольно сложных форм из листового ДПК (например при помощи вакуумформовочной оснастки), в частности, в автомобильной промышленности.

Также горячее тиснение становится одним из важных способов декорирования профильных изделий, полученных методом экструзии. В этом случае тиснение поверхностной более или менее глубокой текстуры или другого декора производится проходным методом на тиснильных станках вальцового типа.

Последующее термоформование начинают также использовать в конструкциях мебели.

При необходимости повторное термоформование может быть сопряжено с облицовыванием шпоном, декоративной пленкой, тканью, нетканым полотном, кожей и т. д.

Горячее гнутье профильных элементов используют и в строительстве, например, для гнутья перил, арочных конструкций, досок пола, труб и других профильных элементов.

2. Часть. Технологическая

1. Выбор линии переработки древесных отходов с получением гранул древесно-полимерного композита

Рис. 4. Схема линии переработки древесных отходов с получением гранул древесно-полимерного композита:

1 - Бункер-накопитель; 2 - Ленточный конвейер; 3 - Молотковая мельница; 4 - Мукомольная установка; 5 - барабанная сушилка; 6 - Элеватор; 7 - Бункер полимерного компонента; 8 - Бункер компонента стабилизатора; 9 - Бункер компонента модификатора; 10 - Бункер-накопитель; 11- Ленточный конвейер; 12 - магнитный сепаратор; 13 - Двухстадийный смеситель; 14 - Экструдер; 15 - Фильтр, фильера экструдера; 16 - Охлаждающая ванна; 17 - Устройство обдува сжатым воздухом; 18 - Приемо-гранулирующее устройство; 19 - Емкость для гранулята; 20 - Дозаторы; 21 - Рубильная машина

Особенности линии грануляции АБС

1. Шнековая пара (шнек и цилиндр), изготовленная из импортированной высококачественной конструкционной стали, прошла наладку, окончательную обработку и азотацию и является надежной в использовании и имеет долгий срок службы.

2. В линии присутствует высокоскоростной смеситель, гарантирующий нужную степень гомогенности.

3. Головка червячного пресса оборудована электрическим или гидравлическим устройством прессования, таким образом улучшается производительность.

4. Использование высокотехнического устройства контроля температуры гарантирует качество готовой продукции.

5. Главный электродвигатель использует мотор с регулируемой скоростью, что обеспечивает применяемость любого вида полимера для грануляции.

Состав оборудования автоматической линии горячего брикетирования металлической стружки

1. Автоматический погрузчик отходов

o пластинчатый транспортер с накопительной емкостью

2. Молотковая дробилка (мельница)

o предварительное измельчение

3. Барабанная сушилка

o удаление влаги до 5-8%

4. Магнитный сепаратор

o полное извлечение магнитной фракции из отходов

5. Мукомольные жернова

6. Дозатор

7. Высокоскоростной смеситель

o Смешение компонентов ДПК

8. Экструдер

9. Стренговая головка

10. Сменный фильтр

11. Ванна охлаждения из нержавейки

12. Устройство для обдува сжатым воздухом

13. Устройство приемо-гранулирующее

14. Приемный бункер гранулята

Описание комплекса оборудования

Условие:

· Отходы вторичной деревообработки (без коры): древесная стружка, щепа мелкой крупности, опилки, древесная пыль

· Производительность системы 60-120 кг/час

· Способ отделения влаги - во взвешенном состоянии в потоке высокотемпературной газовоздушной смеси

В результате:

· Отходы измельчаются до состояния древесной муки низкой крупности

· Происходит дозирование и смешение компонентов

· Производится экструдирование отходов

· Получение стренгов (протаскивание через фильерную головку)

После процесса охлаждения получаются гранулы размером 0,5-15 мм

Рабочий процесс линии

Крупные отходы лесопиления(горбыли, рейки и т.д.) попадают через наклонный патрон в рубильную машину(21) и измельчаются. Измельченные отходы в виде древесной стружки, щепы мелкой крупности, опилок, и древесной пыли загружаются в бункер-накопитель(1). Из бункера проходят через магнитный сепаратор(12), для удаления металлических частей, которые могут попасть в массу опилок, и подают в молотковую мельницу(3) для предварительного размельчения. Крупный сход поступает вторично в молотковую мельницу, а мелкая фракция схода -- в жернова для вторичного помола. От молотковой мельницы измельченные опилки поступают в мукомольную установку(4). Из мукомольной установки полученная древесная мука попадает в специальную сушилку барабанного типа(5), где сушатся до 5-8% влажности. Из барабанной сушилки древесная мука направляется по элеватору(6) в бункер-накопитель(10). Из бункера по ленточному конвейеру мука попадает в двухстадийный смеситель(13) . При помощи дозатора(20) в смеситель поступают также: полимер (полиэтилен, полипропилен), стабилизаторы, модификаторы, пигменты. В двухстадийном смесителе происходит смешение компонентов. Затем масса попадает на цилиндр экструдера(14), где она плавится, перемешивается, превращается в гомогенную массу. Далее сырье проходит фильтрацию и дозируется через фильеру(15), приобретая вид нитей. Эти нити охлаждаются в специальной ванне(16), затем сушатся устройством обдува сжатым воздухом(17) и нарезаются на гранулы нужной величины на гранулирующем устройстве(18). Гранулят складируется в бункер(19) или упаковывается.

Преимущества данной автоматической линии утилизации отходов АБС-пленки с получением вторичного пластика

· В линии присутствует двухстадийная система измельчения, позволяющая полностью классифицировать по крупности и перерабатывать все поступающие древесные отходы

· Работа линии не требует привлечение большого количества человеческих ресурсов (необходимы 1-2 человека)

· Все единицы оборудования не требуют специального фундамента при установке, достаточно ровной поверхности

· Экологически чистая технология.

2. Оборудование, входящее в автоматическую линию по утилизации отходов АБС-пленки

1)Рубильная машина

Рубильная машина МРНП-30 дисковая с наклонным загрузочным патрубком предназначена для измельчения в щепу низкокачественной древесины и крупномерных отходов лесопиления (горбылей, реек и т.д.)



Рис. 5.Рубильная машина МРНП-30

1-рама; 2,5-подшипники; 3-наклонный патрон; 4-кожух диска; 6-вал диска; 7-муфта; 8-тормоз; 9-рычаг управления тормозом; 10-электродвигатель; 11-патрубок выброса щепы

Рабочим органом рубильной машины МРНП-30 является ножевой диск, который крепится на валу, установленном в двух сферических роликоподшипниках. На лицевой стороне диска закреплены рубильные ножи. Вдоль режущей кромки ножа расположена сквозная подножевая щель для прохода отрезаемой щепы на противоположную сторону диска. При верхнем выбросе щепы на ободе диска установлены лопасти.

Ножевой диск закрыт кожухом, сваренным из листовой стали. Один из секторов кожуха откидывается на шарнире при смене режущих ножей и техническом осмотре. При необходимости правый сектор кожуха также может быть снят для проведения ревизии и осмотров. Все элементы рубильной машины -- подшипники, патрон, кожух, тормоз и электродвигатель смонтированы на общей раме машины. Привод ножевого диска осуществляется от асинхронного электродвигателя через втулочно-пальцевую муфту. Полумуфта, закрепленная на валу рубильной машины, является одновременно и тормозным шкивом.

Для остановки ножевого диска после отключения электродвигателя служит ленточный тормоз. Расчетное время торможения -- 60 с. Наиболее сложным узлом рубильной машины является ножевой диск. Он состоит из собственно диска, на котором установлены режущих ножей. Каждый нож зажимается между накладкой и подкладкой двумя шпильками. Для равномерного затягивания древесины задние грани режущих ножей и накладок имеют геликоидальную (винтовую) поверхность.

Принцип действия

Отходы лесопиления загружаются в наклонный патрон(3).Далее происходит измельчение с помощью ножей, закрепленных на диске, находящемся под кожухом(4).Таким образом крупные отходы лесопиления(горбыли, рейки и т.д.) превращаются в щепу.

Таблица 1. Технические характеристики

Производительность, м3/час	20
Длина щепы, мм	15-25
Размеры приемного окна загрузочного патрона(ШхВ), мм	250х400
Мощность двигателя, кВт	75
Размеры перерабатываемого сырья(диаметр), мм	220-250

2) Молотковая дробилка (мельница)

Предназначены для измельчения древесных отходов (щепа, стружка технологическая, отходы после сортировки опилок).

Применение установок

Установки могут применяться как самостоятельно, так и входить в состав линий, например, на пеллетных заводах. Получаемую мелкую фракцию применяют для изготовления прессованных изделий, используют в линиях для производства топливных гранул; специального пористого кирпича, древесно-полимерных материалов; для получения биологически-активных веществ; в физико-химических технологических процессах. Важным условием применения дробилки является работа на сухом сырье, предназначена для эксплуатации в закрытом помещении. Допустимые климатические условия: температура окружающего воздуха от -20 - +15 С, относительная влажность 95%.

Принцип действия

От электродвигателя через шкивы посредством клиноременной передачи вращение передается на вал ротора. Ротор состоит из двух сварных секций, сидящих на шпонках на валу и конструктивно связаны с шестью осями, на каждой из которых свободно сидят 16 молотков. Под действием центробежной силы инерции молотки занимают радиальное положение и поступающая стружка крошится на мелкие фракции, и отбрасывается на сито. Готовая измельченная фракция падает на щит, далее через патрубок центробежного вентилятора отсасывается и подается в транспортное устройство. Центробежный вентилятор и ротор имеют независимые приборы.

Таблица 2. Технические характеристики

Максимальная производительность, кг/час	500
Тип установки	Молотковая роторная
Толщина получаемой стружки, мм	0,2-1
Подача материала в установку, мм	механическая непрерывная, ручная
Удаление фракции из установки, мм	воздухом
Тип и номер вентилятора, мм	центобежный, ЦП7-40-5 (№5)
Максимальный диаметр ротора, мм	715
Частота вращения ротора, об/мин	1500
привод ротора	18,5
вентилятора	7,5
Максимальные размеры перерабатываемых отходов древесины, мм
длина, мм	35
ширина, мм	20
толщина, мм	5
Число молотков, шт	144
Габаритные размеры машины, мм
длина	2280
ширина	1100
высота	1100
Масса с электроприводом, кг	1000

3) Барабанные сушилки (рис.6.) предназначены для сушки зерна, опилок, других легких, сыпучих и зернистых материалов мелкой фракции.

Барабанные сушилки с пневматической загрузкой предназначены для сушки зерна, опилок, других легких, сыпучих и зернистых материалов мелкой фракции. В пневматических сушилках воздух является не только агентом сушки, но и осуществляет полностью или частично перемещение материала, а также способствует его подвижности и разрыхлению.

Рис. 6. Барабанная сушилка

1 - загрузочный бункер; 2 - разгрузочный бункер; 3 - бандаж; 4 - барабан; 5 - упорная станция; 6 - редуктор; 7 - электродвигатель; 8 - опорная станция

Влажный материал непрерывно подается шнековым или скребковым транспортером в загрузочный бункер(1), откуда по трубе поступает во вращающийся барабан(4). В барабане материал перемешивается и распределяется по сечению барабана с помощью внутренней насадки. Горячий воздух, нагреваемый в топке или электрокалорифере, подается вентилятором в барабан и продувает материал. Непрерывно перемешиваясь, материал перемещается к выходу за счет потока воздуха. Высушенный материал удаляется через шлюзовой затвор, смонтированный в нижнем отверстии разгрузочного бункера(2). Отработанный воздух выходит через верхнее отверстие и очищается от пыли в циклоне.

Таблица 3. Технические характеристики

Подача, кг/час	1350-12500
Начальная влажность,%	от 50
Конечная влажность,%	6
Испаряемая влага, кг/час	585-6035
Общая мощность, кВт	30-120

3) Подвесной магнитный сепаратор.

Магнитный сепаратор предназначен для более эффективной подготовки материала к производственному процессу: для обнаружения и удаления металлических включений, которые при попадании в термопласт автомат в процессе производства могут стать причиной его поломки. Магнитный сепаратор обеспечивает непрерывность при производстве и значительно снижает расходы, связанные с ремонтом таких блоков термопласт автомата, как шнек и его цилиндр, а также блока впрыска.

Подвесной (навесной) магнитный сепаратор (рис. 7) предназначен для очистки сыпучих продуктов, подаваемых по конвейерной ленте, от случайно попавших металломагнитных включений (проволока, гвозди, болты, гайки, стружка, и т.д.).



Рис. 7. Сепаратор ЭПР-120

1 - Опорный барабан; 2 - Разгрузочная лента; 3 - электромагнит; 4 - ведущий барабан; 5 - рама; 6 - натяжной барабан; 7 - привод.

Принцип действия подвесного (навесного) магнитного сепаратора.

Подвесной (навесной) магнитный сепаратор на основе постоянных магнитов(3) Nd-Fe-B устанавливается над транспортерной лентой, по которой перемещается материал.

Магнитные подвесные сепараторы на постоянных магнитах помогают очистить от ферромагнитных включений сыпучие материалы, перемещаемые по ленточному транспортёру. Например, древесную стружку, песок, щебень, руду и так далее.

Сепараторы помогут защитить технологическое оборудование от повреждения случайными металлическими предметами. Магнитные подвесные сепараторы устанавливаются над ленточным конвейером поперек направления движения материала на высоте 100-400 мм от конвейерной ленты. Эффективность процесса очистки сыпучих продуктов значительно повышается, если установить сепараторы этой серии в тех местах транспортерной ленты, где он находится в состоянии свободного падения.

Магнитный подвесной сепаратор представляет собой горизонтально расположенный ленточный транспортер небольшого размера, состоящий из механизма движения собственной транспортерной ленты и магнитной системы. Магнитный блок сепаратора, создающий мощное магнитное поле, устанавливается над конвейерной лентой, перемещающей сепарируемый материал. В зоне мощного магнитного поля из-за различной магнитной восприимчивости сыпучего продукта и металлических предметов под воздействием магнитных сил металломагнитные предметы выделяются из немагнитного потока продукта, притягиваются к нижней части магнитного блока и удерживаются на нем до момента очистки, а очищенный продукт проходит дальше по конвейеру.