Распределение связующего по поверхности древесных частиц

Это распределение зависит от типа смесителя, режима работы и параметров связующего. Характеристика древесных частиц также определяет конечный результат. В высокооборотном смесителе ДСМ-5 связующее вводится в полый вал и разбрызгивается из сопел центробежным распылением. В смесителе ДСМ-7 связующее попадает внутрь барабана через сопла коллектора, смонтированного в стенке корыта смесителя. Сделан вывод, что смеситель ДСМ-7 осмоляет равномернее, чем смеситель ДСМ-5, в 1,12... 1,32 раза (для частиц разных фракций). В табл. 2 приведены данные, относящиеся к осмоленным в ДСМ-7 древесным частицам. Долю их площади, покрытой связующим, определяли микроскопическим методом, фракции более 10 мм и менее 1 мм не анализировали.

Доля регистрируемой площади древесных частиц, покрытой карбамидным связующим в процессе осмоления, относится к пласти частиц. Она зависит от уровня расхода связующего, который задан как минимальный для внутреннего слоя и как максимальный для наружного. Рекомендуемые нормы расхода КФС по отношению к стружке зависят от марки изготовляемой ДСтП и плотности используемой древесины: для внутреннего слоя — минимально 8,5 % мас, для наружных — максимально 14,5 % мас. При 7,5 %-ном расходе связующего по мере уменьшения размера частиц они воспринимают возрастающее количество связующего. Удельная поверхность мелких частиц выше, чем крупных. У них выше и поверхностная энергия, определяющая восприятие связующего древесиной. При дефиците наносимого связующего степень осмоления линейно возрастает с увеличением удельной поверхности частиц.

Таблица 2 - Степень осмоления стружки (в % мас.) по фракциям

В том случае, когда расход связующего увеличен до 13,8 %, эта тенденция выражена менее ярко. Мелкие частицы принимают в 1,5 раза больше связующего, тогда как частицы внутреннего слоя — в 5 раз больше. По-видимому, вакансии с высокой поверхностной энергией (например, область 3 на рис. 3) в основном заполнены и дальнейшее заполнение связующим в меньшей степени зависит от свойств поверхности.

Распределение связующего по поверхности древесных частиц определяет качество клеевых соединений. Можно рассчитать вероятность контактов, дающих различный результат. Наибольшая прочность клеевых соединений достигается при контакте типа Д—С...С—Д', где Д и Д' - две соединяемые древесные частицы; С — связующее, взаимодействующее с древесной частицей, начиная с момента осмоления.

Меньшая прочность клеевого соединения, в соответствии с теоретическими представлениями, достигается при контакте типа Д —С...Д', где древесная частица с нанесенным на нее связующим вступает в контакт с древесиной, непосредственно в зоне соприкосновения не содержащей связующего. Контакт Д...Д' для прочности не является значимым, особенно во внутреннем слое, по малостности температуры для адгезионного взаимодействия и давления.

Вероятность образования контактов трех типов в плите может быть рассчитана. Для двух уровней расхода связующего внутреннего и наружных слоев для конкретного варианта она составляет (табл. 3):

Таблица 3 – Вероятность образования контактов между древесными частицами

Из этих данных следует, что прочность наружных слоев, естественно, оказывается более высокой, чем внутреннего. Вероятность клеевых контактов и их число в наружных слоях обеспечивают хорошую прочность при изгибе (σ_изг). По эпюре распределения напряжений низкая прочность внутреннего слоя в этом случае не имеет значения. Однако при растяжении в направлении толщины плиты (σ_р) напряжения распределяются иначе, и слабым местом оказывается внутренний слой. Отношение σ_изг/σ_р лежит в пределах 50...60, увеличиваясь с ростом толщины плиты за счет ослабления внутреннего слоя.

Полученные значения для вероятности контактов с участием связующего нуждаются в поправке в сторону занижения. Если обратиться к модели рис. 1, то можно видеть, что формирование стружечного ковра сопровождается образованием "нерабочих" участков поверхностей частиц, когда находящееся на них связующее не может образовать клеевое соединение. По этой причине необходимы определенная гибкость частиц и оптимальная влажность. Вода пластифицирует древесину и способствует сближению частиц на необходимые расстояния.

Степень осмоления, оцениваемая микроскопическим методом по площади древесных частиц, на которой находится связующее, еще не указывает массу этого связующего, его способность обеспечить требуемую прочность клеевого соединения частиц. С учетом схемы на рис. 3 в долю площади частиц, занятых связующим, входят с равным статистическим весом вариант 1 и вариант 3. В действительности на распределение связующего оказывает влияние удельная свободная поверхностная энергия (УСПЭ). Желательно получить количественную оценку содержания в частицах связующего.

Показано, что у мелких частиц резкое увеличение содержания смолы по отношению к их массе обусловлено впитыванием мелкой стружкой. Это согласуется со свойством древесины, согласно которому впитывающая способность через торцевую поверхность на 2 порядка выше, чем через тангенциальную. Вследствие этого на торцах древесных частиц КФО концентрируется в большей степени, чем на остальной поверхности. Дополнительная причина заключается в большей фактической поверхности торцов по сравнению с ее проекцией, чем у пласти. Соответственно у такой поверхности и большая УСПЭ. Прямым определением содержания карбамидоформальдегидного олигомера (КФО) на концах частиц фракции 3/2 и в их центральной части нашли, что на торцах содержится 3,5 % мас., а в центральной части 1,3 % мас. КФО.

В целом ДСтП как композит из-за дискретного распределения связующего по поверхности частиц по слоям и при некоторой ориентации древесных частиц представляет собой анизотропный материал с минимальной прочностью в направлении толщины (перпендикулярно пласти). В нем далеко не полностью реализованы собственная прочность древесины и теоретически возможная прочность клеевого соединения. Занижение механических показателей обусловлено различием температуры и влажности, которые создаются в слоях плиты, неравномерным содержанием связующего в этих слоях, а также вариабельностью условий тепло- и массопереноса по площади плиты. Оказывает влияние и тип контакта между осмоленными частицами, который зависит от распределения связующего в стружке.

В целом можно отметить следующие важные характеристики связущих для формирования структуры и свойств ДСтП:

• вид олигомера;

• содержание сухого остатка (влажность) смолы;

• буферная ёмкость смолы;

• вид отвердителя;

• содержание отвердителя в связующем;

• время отверждения связующего при разных температурах;

• смачиваемость связующим поверхностей древесных частиц;

• впитываемость связующего древесными частицами;

• прочность адгезионных связей отверждённого связующего с древесными частицами;

• когезионная прочность отверждённого связующего.