RU2076040C1

RU2076040C1 - Method of pieces production out of composition materials

Info

Publication number: RU2076040C1
Application number: RU95101058A
Authority: RU
Inventors: В.И. Резниченко; Ю.К. Сычев
Original assignee: Научно-производственное объединение "КОНВЕРС АВИА"
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1997-03-27

Abstract

FIELD: production of pieces out of composition materials, method is used at enterprises producing ecologically safe production out of wastes of wood-working industry. SUBSTANCE: filler, for example, wood components is mixed with thermoplastic binder, mixer is heated and subjected to cold or hot moulding. Directly before mixing filler and thermoplastic binder are subjected to action of electrostatic fields. Binder is fed in zone of electric field action in finely dispersed state. Amount of thermoplastic binder coating filler during mixing is controlled by value of electrostatic field intensity. As a version filler or thermoplastic binder is subjected to action of electrostatic field. Method allows to produce pieces with high physical and mechanical characteristics, to decrease to minimum thermoplastic binder consumption, to avoid toxic extractions, to make piece material structure close to structure of filler. EFFECT: production of pieces with high physical and mechanical characteristics, decreased to minimum thermoplastic binder consumption, excluded toxic extractions, piece material structure is made close to structure of filler. 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов и может быть использовано, например на предприятиях деревообрабатывающей промышленности, изготовляющих изделия из отходов деревопереработки и связующих компонентов, причем связующие могут получаться в результате переработки промышленных отходов термопластов. The invention relates to the production of products from composite materials and can be used, for example, at the enterprises of the woodworking industry, manufacturing products from waste wood and binders, and binders can be obtained from the processing of industrial waste thermoplastics.

Известны способы изготовления изделий из композиционных материалов, в которых в качестве наполнителя используются древесные опилки и стружки, а в качестве связующего фенольные и фенольноформальдегидные смолы (а.с. 1713809 кл. В 27 N 3/02, a.c. 1705076 кл. В 27 N 3/02). Known methods of manufacturing products from composite materials in which wood filings and shavings are used as filler, and phenolic and phenol-formaldehyde resins are used as a binder (A.S. 1713809 class. B 27 N 3/02, ac 1705076 class. B 27 N 3 / 02).

Указанные способы имеют ряд недостатков, к которым в первую очередь следует отнести длительность цикла полимеризации, высокую энергоемкость производства, а сами изделия содержат токсичные компоненты, утилизация их представляет определенные трудности. These methods have several disadvantages, which in the first place include the duration of the polymerization cycle, high energy intensity of production, and the products themselves contain toxic components, their disposal presents certain difficulties.

В последнее время в производстве изделий из композиционных материалов все большее распространение находят термопластичные полимеры. Использование не токсичных термопластичных полимеров (полиэтилена, лавсана, полиамидов и др. ) в качестве связующего позволяет получать изделия из композиционных материалов с более высокими экологическими характеристикам по сравнению с изделиями, полученными указанными выше способами. Однако, термопластичные связующие хуже смачивают наполнитель, что приводит к неравномерности распределения связующего в объеме материала и повышенному его содержанию для достижения высоких физико-механических характеристик. Recently, in the manufacture of products from composite materials, thermoplastic polymers are becoming more widespread. The use of non-toxic thermoplastic polymers (polyethylene, lavsan, polyamides, etc.) as a binder allows one to obtain products from composite materials with higher environmental characteristics compared to products obtained by the above methods. However, thermoplastic binders wet the filler worse, which leads to uneven distribution of the binder in the bulk of the material and its increased content to achieve high physical and mechanical characteristics.

Известен способ изготовления изделий в виде древесных плит, в которых при подготовке связующего термопласт смешивают с полиэтиленом низкой плотности в соотношении мас. 30-70:70-30, затем смесь упруго-деформировано измельчают до порошка с параметрами: насыпной вес 150-220 кг/куб•м; размер частиц не более 2,5 мм, порошок смешивают с древесными компонентами, формируют брикеты, а после горячего прессования этих брикетов производят охлаждение плит под давлением (а.св. N 1722835 кл. В 27 N 3/02). A known method of manufacturing products in the form of wood boards, in which when preparing the binder, the thermoplastic is mixed with low density polyethylene in the ratio of wt. 30-70: 70-30, then the mixture is elastically deformed and ground to a powder with the following parameters: bulk density of 150-220 kg / cubic meter • m; the particle size is not more than 2.5 mm, the powder is mixed with wood components, briquettes are formed, and after hot pressing of these briquettes, the plates are cooled under pressure (A. St. N 1722835 class. B 27 N 3/02).

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает при смешивании связующего и древесных компонентов равномерного обволакивания связующего по поверхностям древесных компонентов, что снижает физико-механические характеристики плит и обуславливает высокий расход связующего. The disadvantage of this method is that when mixing the binder and the wood components, it does not uniformly envelop the binder on the surfaces of the wood components, which reduces the physicomechanical characteristics of the plates and causes a high consumption of the binder.

Известен также способ изготовления изделий из композиционных материалов, в частности древесно-стружечных плит, заключающийся в том, что древесные компоненты сначала смешивают с порошкообразным полиэтиленом, из полученной смеси формируют пакет, в котором равномерно по его высоте распределяют пленкообразное связующее, затем пакет прогревают и формуют плиту под давлением (а.св. N 1666305 кл. В 27 N 3/02). There is also a known method of manufacturing products from composite materials, in particular wood-based panels, which consists in the fact that the wood components are first mixed with powdered polyethylene, a packet is formed from the resulting mixture, in which a film-like binder is distributed evenly along its height, then the packet is heated and formed a plate under pressure (A. St. N 1666305 C. B 27 N 3/02).

Недостатком этого способа является то, что он, также как и приведенный выше способ, не обеспечивает равномерного обволакивания связующим поверхности древесных компонентов, требует использование пленки и повышенного расхода связующего для обеспечения высоких физико-механических характеристик. Высокое содержание связующего в составе материала изделия приводит к тому, что его свойства и внешний вид становится ближе к пластмассам, чем к дереву. The disadvantage of this method is that it, like the above method, does not provide uniform binder enveloping of the surface of wood components, requires the use of a film and an increased consumption of binder to ensure high physical and mechanical characteristics. The high content of a binder in the composition of the material of the product leads to the fact that its properties and appearance becomes closer to plastics than to wood.

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления изделий из композиционных материалов, при котором используют минимальное количество связующего для достижения высоких физико-механических характеристик и свойств, близких к свойствам наполнителя, например при использовании в качестве наполнителя древесных опилок и стружек свойства материала должно быть близкими к свойствам древесины. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing products from composite materials in which a minimum amount of binder is used to achieve high physical and mechanical characteristics and properties close to those of a filler, for example, when using wood filings and wood shavings as filler, the properties of the material should be close to those of wood.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления изделий из композиционных материалов, включающем смешивание наполнителя, например древесных опилок или стружек, с термопластичным связующим, нагрев смеси и холодное или горячее формование, согласно изобретению, термопластичное связующее используют в мелкодисперсном состоянии или предварительно измельченном, а перед смешиванием компонентов наполнитель и/или термопластичное связующее подвергают воздействию электростатических полей разной полярности при их хаотическом перемещении, причем, заданное количество термопластичного связующего для обволакивания устанавливают величиной напряженности электростатического поля. The problem is solved in that in a method of manufacturing products from composite materials, including mixing a filler, such as wood sawdust or shavings, with a thermoplastic binder, heating the mixture and cold or hot molding, according to the invention, the thermoplastic binder is used in a finely divided state or pre-ground, and before mixing the components, the filler and / or thermoplastic binder is exposed to electrostatic fields of different polarity when they are randomly emeschenii, wherein, a predetermined amount of thermoplastic binder to coat set the value of electrostatic field intensity.

Поиск, проведенный по патентной и научной литературе показал, что заявленная совокупность неизвестна, т.к. она соответствует условиям патентоспособности "новизна". A search conducted in patent and scientific literature showed that the claimed combination is unknown, because it meets the conditions of patentability “novelty”.

Поскольку все действия заявленного способа известны, то он соответствует критерию "промышленная применимость". Since all the actions of the claimed method are known, it meets the criterion of "industrial applicability".

А так как в результате неочевидным способом реализуется поставленная задача изобретения, то заявленное соответствует условию "изобретательский уровень". And since the task of the invention is realized in a non-obvious way, the claimed one meets the condition of "inventive step".

Преимущество предложенного способа заключается в том, что он позволяет изготовить изделие из композиционных материалов со свойствами, близкими к свойствам материала наполнителя, например к древесине, с высокими физико-механическими характеристиками при минимальном количестве связующего и отсутствием токсичных выделений. Предложенный способ позволяет использовать отходы деревообрабатывающей промышленности и производств, использующих термопласты, после их измельчения. Способ дает возможность регулировать количество связующего путем изменения напряженности электростатических полей. Изделия могут быть изготовлены с плоскими и рельефными поверхностями. The advantage of the proposed method lies in the fact that it allows you to make the product from composite materials with properties similar to the properties of the filler material, such as wood, with high physical and mechanical characteristics with a minimum amount of binder and the absence of toxic emissions. The proposed method allows the use of waste wood industry and industries using thermoplastics, after grinding. The method makes it possible to adjust the amount of binder by changing the intensity of electrostatic fields. Products can be made with flat and embossed surfaces.

Указанные выше преимущества предложенного способа обеспечиваются тем, что, благодаря воздействию электростатических полей разной полярности на связующее и наполнитель последние приобретают электростатические заряды, или поляризуются, что определяет величину адгезии при смешивании наполнителя и связующего. При смешивании частицы связующего равномерно обволакивают поверхности частиц наполнителя за счет сил электростатического притяжения равномерно по всей площади. Это обеспечивает минимально допустимую толщину слоя связующего (клеевой прослойки) на поверхности частиц наполнителя для достижения максимальной адгезионной и когезионной прочности. Количество связующего, обволакивающего частицы наполнителя, определяется адгезией и регулируется величиной напряжения на электродах, создающих электростатическое поле. The above advantages of the proposed method are ensured by the fact that, due to the action of electrostatic fields of different polarity on the binder and filler, the latter acquire electrostatic charges, or are polarized, which determines the amount of adhesion when mixing the filler and binder. When mixing binder particles uniformly envelop the surface of the filler particles due to the forces of electrostatic attraction uniformly over the entire area. This ensures the minimum allowable thickness of the binder layer (adhesive layer) on the surface of the filler particles to achieve maximum adhesive and cohesive strength. The amount of binder that envelops the filler particles is determined by adhesion and is regulated by the magnitude of the voltage at the electrodes creating an electrostatic field.

Таким образом повышаются физико-механические характеристики получаемых изделий, уменьшается расход связующего до минимально возможного, а это позволяет, в свою очередь, изготовить изделия по своим свойствам, близкими к свойствам наполнителя. В частности, если в качестве наполнителя используются древесные компоненты, например отходы деревообработки в виде стружки, опилок, то можно получить изделия, по внешнему виду и структуре материала близкие к деревянным, но обладающие по сравнению с деревянными рядом положительных характеристик. А именно: они будут менее гигроскопичны, плотность их может быть выше или ниже, чем у дерева, возможно получение негорючих материалов и изделий за счет специальных добавок. Для повышения прочности изделия армируют, например, стекловолокном. Thus, the physicomechanical characteristics of the obtained products are increased, the consumption of a binder is reduced to the minimum possible, and this, in turn, allows the manufacture of products according to their properties close to those of the filler. In particular, if wood components are used as filler, for example, wood processing waste in the form of shavings, sawdust, it is possible to obtain products that are similar in appearance and structure to wood, but have a number of positive characteristics compared to wood. Namely: they will be less hygroscopic, their density may be higher or lower than that of wood, it is possible to obtain non-combustible materials and products due to special additives. To increase the strength of the product reinforced, for example, fiberglass.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации предложенного способа изготовления изделий, например, древесно-стружечных плит. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for implementing the proposed method for the manufacture of products, for example, particle boards.

Устройство для изготовления древесно-стружечных плит состоит из камеры 1 для электризации древесных компонентов (стружек, опилок), камеры 2 для электризации связующего в мелкодисперсном состоянии, смесителя 3 для смешивания древесных компонентов и связующего, камеры 4 для прогрева смеси и выдачи ее на прессовое оборудование 5. A device for the manufacture of chipboards consists of a chamber 1 for electrifying wood components (chips, sawdust), a chamber 2 for electrifying a binder in a finely divided state, a mixer 3 for mixing wood components and a binder, a chamber 4 for heating the mixture and dispensing it to the press equipment 5.

Камеры 1 и 2 представляют из себя вращающиеся барабаны, внутри которых расположены электроды. Между обечайкой барабана и центральным электродом создается высокая разность потенциалов. Предусмотрено регулирование величины разности потенциалов. Камера 3 выполнена также в виде вращающегося барабана. Это позволяет вести обработку частиц как связующего, так и древесных компонентов при хаотическом перемещении, что позволяет более эффективно создать поляризацию частиц, а поскольку процесс поляризации обладает определенным временем релаксации, то поверхность частиц будет более эффективно обработана, чем это имеет место при поляризации в процессе которой частицы перемещаются в поле равномерным слоем. Chambers 1 and 2 are rotating drums, inside of which electrodes are located. A high potential difference is created between the drum shell and the central electrode. The regulation of the potential difference is provided. The camera 3 is also made in the form of a rotating drum. This allows the processing of particles of both the binder and wood components during random movement, which allows more efficient polarization of the particles, and since the polarization process has a certain relaxation time, the surface of the particles will be more efficiently processed than is the case during polarization during which particles move in the field in a uniform layer.

В камере 4 нагрев смеси производится по всему объему, например горячим воздухом. In the chamber 4, the mixture is heated throughout the entire volume, for example with hot air.

Способ можно осуществить следующим образом. В камеру 1 подаются древесные компоненты в виде стружки или опилок, или их смеси. В камеру 2 подается связующее в мелкодисперсном состоянии. В камерах 1 и 2 частицы указанных компонентов подвергаются воздействию электрических полей разной полярности, например древесные компоненты в камере 1 положительной полярности, а связующее в камере 2 полем отрицательной полярности. Однако, электризации или поляризации может подвергаться только один из компонентов, например, в камере 1 или 2. Это целесообразно в тех случаях, когда термопластичное связующее электризуется или поляризуется при хаотическом перемещении. Электризованные или поляризованные древесные компоненты и связующее подают в смеситель 3 для смешивания. При этом расход связующего определяется только количеством, которое обволакивает поверхности древесных компонентов, а это в свою очередь устанавливается величиной напряженности электростатического поля, которое воздействует на измельченный наполнитель. Из смесителя 3 смесь поступает в камеру 4 для ее прогрева до температуры плавления связующего. При прогреве массы смеси мелкодисперсный порошок связующего плавится и пропитывает древесные компоненты, обеспечивая когезионную прочность. The method can be implemented as follows. Wood components are fed into chamber 1 in the form of chips or sawdust, or a mixture thereof. In the chamber 2 is fed a binder in a finely divided state. In chambers 1 and 2, particles of these components are exposed to electric fields of different polarity, for example, wood components in chamber 1 of positive polarity, and a binder in chamber 2 by a field of negative polarity. However, only one of the components can undergo electrification or polarization, for example, in chamber 1 or 2. This is advisable in cases where the thermoplastic binder is electrified or polarized during random movement. Electrified or polarized wood components and a binder are fed into the mixer 3 for mixing. In this case, the consumption of the binder is determined only by the amount that envelops the surfaces of the wood components, and this, in turn, is determined by the magnitude of the intensity of the electrostatic field, which affects the crushed filler. From the mixer 3, the mixture enters the chamber 4 for heating it to the melting temperature of the binder. When the mass of the mixture is heated, the finely dispersed binder powder melts and impregnates the wood components, providing cohesive strength.

Прогретую смесь из камеры 4 подают в прессовое оборудование 5 для горячего или холодного формования, или для прокатки между валками. The heated mixture from the chamber 4 is fed into the press equipment 5 for hot or cold forming, or for rolling between the rollers.

Если на поверхность матрицы и пуансона прессового оборудования либо на прокатные валки нанесен рельеф, то можно изготавливать рельефные изделия. If relief is applied to the surface of the die and punch of the press equipment or to the rolling rolls, then relief products can be made.

Таким образом предложенный способ обеспечивает высокие физико-механические характеристики древесно-стружечных плит, минимально допустимый расход связующего, необходимый для заданного спектра (семейства) свойств изготавливаемых изделий. Thus, the proposed method provides high physical and mechanical characteristics of particle boards, the minimum allowable binder consumption, necessary for a given spectrum (family) of properties of manufactured products.

Claims

A method of manufacturing products from composite materials, comprising mixing the crushed filler, mainly wood components, with a thermoplastic binder, heating the mixture and cold or hot molding, characterized in that the thermoplastic binder is used in a finely divided state or pre-crushed, and the filler and thermoplastic binder are randomly mixed before mixing move while exposing the ground filler and / or thermoplastic binder to electrostatic eskih fields of different polarity, wherein the predetermined amount of the thermoplastic binder to coat set the value of the electrostatic field strength acting on the particulate filler.