Способ изготовления лигноуглеводных древесных пластиков и установка для его осуществления

 

Использование: деревообрабатывающая промышленность. Сущность изобретения: пакеты из древесных отходов без добавления связующих или иных химических реагентов подвергают горячему прессованию в пресс-формах. При этом пресс-форма с пресс-материалом перемещается по роликам конвейера под последовательно расположенными элементами оборудования. 9 ил.

Изобретение относится к изготовлению лигноуглеводных древесных пластиков (ЛУДП) плитного материала, полученного горячим прессованием пакетов из древесных частиц без добавления связующих и иных химических реагентов, и может быть использовано для производства мебели, строительства домиков, оконных рам, дверей и т.д.

Известен способ получения лигноуглеводных древесных пластиков, включающий измельчение сырья, сушку измельченных частиц, формирование из них ковра пресс-материала, его холодную подпрессовку (т.е. предварительную и без нагрева), горячее прессование с последующим охлаждением и обрезку кромок полученных изделий [1] Формирование ковра (пакета) осуществляется укладкой измельченных частиц на металлические поддоны с приваренными бортиками. Поддоны с древесными частицами подвергаются предварительной (холодной) подпрессовке и после контроля качества подпрессовки на верхнюю поверхность подпрессованного ковра наносится тонкий слой талька для предотвращения прилипания. Далее поддоны с полученным пресс-материалом укладывают многоярусно один на другой и помещают в пресс для горячего прессования, в котором нагреваются паром и подвергаются давлению. Нагревание пресс-материала в прессе протекает по схеме: нагрев нижней плиты пресса, нагрев нижней части поддона, затем самого пресс-материала, затем следующих поддонов с пресс-материалом и верхней части последнего поддона и верхней плиты пресса.

Операция горячего прессования по известному способу имеет много недостатков. Самым существенным из них является нерациональный и длительный нагрев, а также необходимость в течение длительного времени держать высокое давление в прессе. Эта необходимость обусловлена тем, что нужно спрессовать до заданного размера каждую из заготовок пресс-материала, находящуюся на поддоне, а величина необходимого для этого усилия давления должна быть кратна количеству находящихся в пресс поддонов. То обстоятельство, что на операции горячего прессования поддоны с пресс-материалом находятся в самом прессе, обусловливает использование для нагрева поддонов с пресс-матриалом горячего пара. Использование современных высокопроизводительных и экономических способов нагрева (индукционный или микроволновый), при этом невозможно. Эти недостатки обусловливают необходимость в дорогостоящем и сложном оборудовании, не позволяют полностью автоматизировать процесс и повысить производительность технологического процесса получения лигноуглеводных пластиков.

Известный технологический процесс осуществляется на следующем оборудовании: устройство для измельчения сырья, сушки измельченных частиц, устройство для формирования ковра, предварительной подпрессовки, контроля качества подпрессовки, нанесения талька, горячего прессования с последующим охлаждением, обрезки кромок. Устройства технологически соединены между собой отдельными транспортерами для подачи поддонов с пресс-материалом от одной операции к другой. Каждое из этих устройств представляет собой сложный механизм, особенно устройство для горячего прессования, которое представляет собой гидравлический пресс, верхняя и нижняя плиты которого снабжены каналами, в которые для нагрева пресс-материала подается пар. Пресс имеет длину 10 м, высоту 9,8 м и массу 140 т.

Нагрев паром и давление в прессе малопроизводительны, операция горячего прессования является длительной по времени и трудоемкой.

Процесс получения лигноуглеводных пластиков на известном оборудовании не автоматизирован, действия по контролю качества производимых операций производятся вручную, заготовка, получаемая в прессе, требует операции обрезки, так как имеет неровные края.

Цель изобретения создание более производительного способа изготовления лигноуглеводных пластиков и автоматический установки для его осуществления.

Это достигается тем, что для каждого изделия операции формирования ковра, холодную подпрессовку, горячее прессование и последующее охлаждение осуществляют в пресс-форме, при этом в процессе горячего прессования внутри пресс-формы создают фиксированное давление на пресс-материал. При этом в установке для осуществления способа устройство для подачи пресс-материала от одной операции к другой выполнено в виде трехъярусного конвейера, на ярусах которого с возможностью продольного перемещения размещены полуматрицы пресс-формы, состоящей из верхней и нижней полуматриц, при этом на нижнем и среднем ярусах размещены нижние полуматрицы, а на верхнем верхние, над средним ярусом, выполненным в виде рольганга, последовательно размещены устройство формирования ковра пресс-материала, холодной подпрессовки, устройство для опускания верхней полуматрицы на нижнюю, устройство горячего прессования, снабженное механизмом фиксации и дозапрессовки пресс-материала, устройство охлаждения, при этом нижняя полуматрица выполнена в виде дна с двумя торцевыми стенками, а верхняя в виде крышки с двумя боковыми стенками. Плоскость боковых стенок верхней полуматрицы перпендикулярна плоскости торцевых стенок нижней полуматрицы и в них выполнены отверстия, в которых с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации и дозапрессовки пресс-материала размещены фиксирующие элементы. На среднем ярусе конвейера под устройствами формирования ковра и холодной подпрессовки закреплены боковые ограничители пресс-материала, расстояние между которыми равно расстоянию между боковыми стенками.

Сущность изобретения заключается в том, что для каждого изделия все операции, начиная с формирования ковра, производятся в пресс-форме, которая перемещается под последовательно расположенными элементами оборудования. При этом принципиальным элементом схемы технологического процесса является трехъярусный конвейер, по нижнему ярусу которого перемещаются порожние полуматрицы, каждая из которых последовательно поступает на средний ярус, над которым расположены элементы оборудования и где осуществляются все операции. Верхние полуматрицы перемещаются по верхнему ярусу конвейера, с которого после операции холодной подпрессовки опускаются на нижнюю полуматрицу, находящуюся на среднем ярусе конвейера. Форма нижней и верхней полуматриц пресс-формы позволяет осуществить такую схему технологического процесса. Оснащение пресс-формы фиксирующими элементами, которые регламентируют размер внутренней полости пресс-формы и взаимодействуют с механизмом фиксации и дозапрессовки, позволяет создать внутри пресс-формы фиксированное давление на пресс-материал. Фиксированное давление на пресс-материал, созданное совокупностью усилий пресса и механизма фиксации и дозапрессовки, сохраняется в пресс-форме после снятия усилий пресса, при этом верхняя полуматрица неподвижно закреплена относительно нижней с помощью механизма фиксации. Пресс-материал, находящийся в пресс-форме в состоянии зафиксированного давления, можно нагревать индукционным или микроволновым способом. Пресс-форма может помещаться в индуктор или на нее можно направлять СВЧ-лучи. Такое горячее прессование позволяет добиться значительного снижения требуемых величин давления и температуры. Получаемое в пресс-форме изделие имеет высокое качество кромок и не требует их обрезки. Из оборудования исключается пресс с водяным паром, остальные элементы оборудования могут быть проще по конструкции, предложенная схема позволяет автоматизировать весь процесс и повысить производительность способа изготовления лигноуглеводных древесных пластиков.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 проекции нижняя полуматрица пресс-формы, аксонометрия; на фиг. 3 верхняя полуматрица; на фиг. 4 пресс-форма в сборе; на фиг. 5 сечение по А-А на фиг. 6 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 7 разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 8, 9 устройство горячего прессования.

Установка содержит трехъярусный конвейер, состоящий из среднего яруса 1, выполненного в виде рольганга, нижнего яруса 2 и верхнего яруса 3. На нижнем ярусе размещены нижние полуматрицы 4 пресс-формы, на верхнем верхние полуматрицы 5. Над средним ярусом 1 последовательно расположены дозирующее устройство 6 формирования ковра, имеющее три независимые друг от друга полости 7, 8, 9, устройство 10 холодной подпрессовки, устройство 11 для контроля качества подпрессовки (ультразвуковой преобразователь), устройство 12 для опускания верхней полуматрицы, устройство 13 горячего прессования, устройство 14 для охлаждения пресс-материала и устройство 15 извлечения готового изделия. Нижняя полуматрица 4 пресс-формы имеет дно 16 и торцовые стенки 17. В торцевых стенках 17 предусмотрена заходная часть 18. Верхняя полуматрица 5 имеет крышку 19 и боковые стенки 20. Плоскость боковых стенок 20 перпендикулярна плоскости торцевых стенок 17 нижней полуматрицы. Боковые стенки 20 тоже имеют заходную часть. В боковых стенках 20 верхней полуматрицы выполнены отверстия 21, в которых размещены фиксирующие элементы 22. Внутренняя поверхность верхней и нижней полуматриц пресс-формы облицована титановым сплавом, который предотвращает пригорание пресс-материала к поверхностям пресс-формы. В крышке 19 и дне 16 выполнены каналы 23, 24 для подвода хладагента, например воды.

Устройство холодной подпрессовки 10 содержит механизм прессования, например пневмоцилиндры 25, соединенные с плитой 26. На рольганге с роликами 27 под устройствами 6 и 10 закреплены боковые ограничители 28 с ребрами жесткости 29. На операциях формирования ковра и холодной подпрессовки, которые осуществляются при отсутствии верхней полуматрицы, боковые ограничители выполняют роль боковых стенок 20 верхней полуматрицы, т.е. формируют из пресс-материала 30 боковые стенки изделия.

Устройство для горячего прессования 13 содержит механизм прессования, состоящий, например, из пневмоцилиндров 31 и рабочих элементов 32, а также механизм 33 фиксации и дозапрессовки. Механизм 33 содержит пневмоцилиндр 34, соединенный с рычагом 35. Рычаг 35 смонтирован с возможностью взаимодействия с фиксирующими элементами 22. Устройство 13 содержит также источник нагрева 36, например СВЧ излучатель 37 и приемник 38.

Способ получения лигноуглеводных пластиков на предлагаемой установке осуществляется следующим образом.

Сырье для производства изделий лигноуглеводных древесных пластиков (отходы лесопиления, лесозаготовок, деревообработки различных пород древесины) измельчают. Полученная измельченная масса проходит сушку до регламентированной технологической влажности. Затем формируется ковер (пакет) из пресс-материала в нижней полуматрице 4 пресс-формы, находящейся на роликах 27 среднего яруса 1 трехъярусного конвейера. Ковер формируется из трех слоев. Нижний и верхний слои формируются из мелкой фракции, средний из более крупной. Формирование идет последовательно; вначале нижний слой, затем средний, следующий верхний слой. Такое формирование осуществляется при помощи дозирующего устройства 6.

Когда начало нижней полуматрицы 4, перемещающейся по среднему ярусу 1 конвейера, оказывается под полостью 7 устройства 6, она открывается. При этом стружка мелкой фракции при движении полуматрицы 4 относительно устройства 6 формирует нижний слой ковра. С некоторым сдвигом во времени, в момент, когда начало полуматрицы 4 оказывается под полостью 8 устройства 6, последняя открывается и начинается формирование среднего слоя стружкой более крупной фракции. Далее аналогично образом осуществляется формирование верхнего слоя ковра.

При заполнении сечения полуматрицы 4 каждым слоем каждая из соответствующих полостей автоматически отключается. Кроме торцевых стенок 17 полуматрицы 4 в формировании формы ковра участвуют боковые ограничители 28, закрепленные непосредственно на рольганге. Ограничители 28 выполняют роль боковых стенок пресс-формы в положении, когда в работе участвует только нижняя полуматрица, не имеющая боковых стенок. После окончания формирования ковра полуматрица 4, перемещаясь по рольгангу, останавливается под устройством 10 холодной подпрессовки. В этой позиции осуществляется предварительная подпрессовка пресс-материала без нагрева. Плитой 26 механизма прессования при давлении 0,5-2 кг/с² пресс-материал в полуматрице 4 уплотняется до толщины, равной половине толщины первоначально сфоpмированного ковра. При этой операции также необходимы боковые ограничители 28, так как в ней участвует только нижняя полуматрица. После предварительной подпрессовки пресс-материала полуматрица 4 проходит под ультразвуковым преобразователем 11. Он контролирует плотность, а также качество укладки пресс-материала путем определения расстояния от рабочего элемента преобразователя до верхнего слоя ковра с точностью до ±1 мм.

Полуматрица 4 с удовлетворительным качеством уплотнения пресс-материала поступает на следующую операцию. Она заключается в опускании верхней полуматрицы 5 с верхнего яруса 3 конвейера на нижнюю полуматрицу с помощью устройства 12. Закрытая пресс-форма, перемещаясь по рольгангу 1, останавливается под устройством 13 горячего прессования. Включаются пневмоцилиндры 31 и рабочие элементы 32 давят на верхнюю полуматрицу. Когда начало заходной части фиксирующих элементов 22 оказывается ниже нижней поверхности дна полуматрицы 4, включаются пневмоцилиндры 34 и через рычаги 35 взаимодействуют с фиксирующими элементами 22. Это взаимодействие "помогает" прессу 31 на последнем участке давления, где необходимы наибольшие усилия, т.е. происходит дозапрессовка. При достижении необходимого размера спрессованного пресс-материала, равного толщине готового изделия, усилие пресса 31 снимается, а пресс-форма остается при фиксированном положении верхней полуматрицы относительно нижней полуматрицы пресса. В этом положении пресс-материал нагревают индукционным способом или с помощью микроволновой техники. В процессе давления и нагрева лигнин, находящийся в древесных отходах, расплавляется и выполняет роль естественного связующего, исключая необходимость в добавлении связующих реагентов. По окончании операции горячего прессования пресс-форма перемещается далее по рольгангу под устройство охлаждения и извлечения готового изделия. Верхняя полуматрица при этом освобождается и перемещается на верхний ярус 3 конвейера и затем перемещается по нему (показано стрелками) до нужной позиции. После извлечения изделия нижняя полуматрица опускается на нижний ярус 2 конвейера и перемещается (показано стрелками) до позиции, на которой осуществляется формирование ковра. Обрезка кромок извлеченного изделия не требуется.

Расчетная производительность установки 1 изделие в минуту при максимальных размерах получаемого изделия 30Х300Х3000 мм.

Формула изобретения

1. Способ изготовления лигноуглеводных древесных пластиков, включающий измельчение сырья, сушку измельченных частиц, формирование из них ковра пресс-материала, его холодную подпрессовку и горячее прессование с последующим охлаждением, отличающийся тем, что для каждого изделия операции формирования ковра, холодная подпрессовка, горячее прессование и последующее охлаждение осуществляют в пресс-форме, при этом в процессе горячего прессования внутри пресс-формы создают фиксированное давление на пресс-материал.

2. Установка для изготовления лигноуглеводных древесных пластиков, содержащая устройства для измельчения сырья, сушки измельченных частиц, формирования ковра пресс-материала, холодной подпрессовки, горячего прессования и охлаждения и устройство для подачи пресс-материала от одной операции к другой, отличающаяся тем, что устройство для подачи пресс-материала от одной операции к другой выполнено в виде трехъярусного конвейера, на ярусах которого с возможностью продольного перемещения размещены полуматрицы пресс-формы, состоящей из верхней и нижней полуматриц, при этом на нижнем и среднем ярусах размещены нижние полуматрицы, а на верхнем - верхние и над средним ярусом, выполненным в виде рольганга, последовательно размещены устройства формирования ковра пресс-материала, холодной подпрессовки, устройство для опускания верхней полуматрицы на нижнюю, устройство горячего прессования, снабженное механизмом фиксации и дозапрессовки пресс-материала, устройство охлаждения, при этом нижняя полуматрица выполнена в виде дна с двумя торцевыми стенками, а верхняя - в виде крышки с двумя боковыми стенками, плоскость которых перпендикулярна плоскости торцевых стенок, и в боковых стенках верхней полуматрицы выполнены отверстия, в которых с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации и дозапрессовки размещены фиксирующие элементы, при этом на среднем ярусе конвейера под устройствами для формирования ковра и холодной подпрессовки закреплены боковые ограничители пресс-материала, расстояние между которыми равно расстоянию между боковыми стенками верхней полуматрицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9