«Плитные композиционные материалы повышенной водостойкости на основе отходов деревообработки и фурановых олигомеров» Автор: Смирнов Д.А., ГОУ ВПО КГТУ, 5 курс Научный руководитель: Угрюмов С.А., д.т.н, профессор, ГОУ ВПО КГТУ, кафедра МТД Кострома 2012

Цель и значимость исследований Цель работы: разработка рациональных рецептур и технологических режимов производства плит повышенной водостойкости на основе отходов деревообработки фурановых олигомеров. Практическая значимость: разработка технологии производства нового вида древесного материала с повышенными эксплуатационными характеристиками применительно к действующему производству, технико-экономическое обоснование предлагаемых решений. Социальная значимость: при организации выпуска древесных плит имеется возможность расширения действующих производств или строительство новых с организацией рабочих мест. Кроме того существует возможность привлечения инвестиций и увеличения налоговых поступлений в бюджет, которые могут быть направлены на решение актуальных социальных проблем региона.

Апробация работы й межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ – производству», г. Кострома, (Поощрение). 2. V Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство», г. Белгород. 3. Областной научно-технической конференции молодых исследователей «Шаг в будущее (Диплом I степени в номинации «Инженерные науки в техносфере настоящего и будущего»). 4. Всероссийской выставке научно-технического творчества НТТМ- 2011, г. Москва (поощрительный Диплом). 5. III Международной научно-технической конференции «Научно- техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях», г. Москва (Диплом I степени, золотая медаль). 6. Областном конкурсе научно-технических работ, посвященного 200-летию Ф.В. Чижова (Диплом).

Общая характеристика фурановых олигомеров Фурфурол – простейший альдегид фуранового ряда – желтоватая маслянистая жидкость с характерным запахом, темнеющая на воздухе, плотностью 1,159 г/см 3, температурой плавления 36,5ºС, кипения 162ºС, выпускается согласно ГОСТ Фурановые смолы – это жидкие или твёрдые вещества от тёмно- красного до чёрного цветов; плотность 1,1-1,2 г/см 3 ; растворяются в ацетоне; отверждаются при нагревании ( ºС) и в присутствие катализаторов (главным образом ароматических сульфокислот или минеральных кислот), с образованием тепло-, кислото- и щёлочестойких материалов, характеризующихся высоким коксовым числом (85-90 %)

п/п Наименование показателей Вещества ФенолФормаль- дегид ФурфуролАцетон 1Класс опасности вещества ПДК максимально разовая, мг/м 3 0,010,0350,080,35 3ПДК среднесуточная в воздухе населенных мест, мг/м 3 0,003 0,040,35 4ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м 3 0,30, Обоснование применения фурановых олигомеров в производстве древесных плит Использование в качестве связующего фурановых олигомеров позволит не только получать плиты более безопасные с экологической точки зрения, но и повысит комплексность использования древесного сырья.

Экспериментальная часть Методика проведения испытаний Хвойная и лиственная стружка просеивалась через сита с отбором фракции 10/2 и подсушивалась до влажности 4…6%. Подготовленная порция стружки определенной массы смешивалась со смолой, полученная стружечно-клеевая масса укладывалась в пресс-форму и подпрессовыва- лась в холодном прессе при удельном давлении 2 МПа. Полученный брикет помещался в горячий пресс ПР и подвергался пьезотермообработке при следующих постоянных факторах: - толщина плит 10 мм; - температура плит пресса 180°С; - давление прессования 2 МПа; - продолжительность выдержки под давлением 10 мин; - фракционный размер частиц наполнителя – 10/2.

Физико-механические характеристики плит Расход связую- щего, % Плотность плиты, кг/м 3 Предел прочности при изгибе, МПа Разбуха- ние по толщине, % Водо- погло- щение, % Потеря массы при горе- нии, % Плиты на основе хвойной стружки ,237,613, ,719,78, ,316,89, ,87,56,8 Плиты на основе лиственной стружки ,945,912, ,826,98, ,123,87, ,111,55,7

Кинетика разбухания по толщине Кинетика водопоглощения

Образцы после длительного вымачивания в холодной воде Первые суткиТретьи суткиЧетвертые сутки Пятые суткиСедьмые суткиДвадцать первые сутки

Кипячение плит Обобщенный анализ свойств плит на основе фурановых смол показал, что они отличаются не только повышенной прочностью и Водостойкостью по отношению к холодной воде, но также выдерживают длительное кипячение без разрушения, то есть их можно отнести к классу плит с повышенной водостойкостью.

Результаты оценки огнезащищенности плит Оценка огнезащищенности Образцы плит после горения Потеря массы после горения 1) Хвойные породы 2) Лиственные породы

Постоянные факторы - общая толщина плиты 10 мм; - время прессования 10 мин; - удельное давление прессования 2 МПа. Управляемые факторы и уровни их варьирования Наименование факторов ОбозначениеИнтерв ал варьи- ровани я Уровень варьирования Нату- ральн ое Нор- мализо- ванное Ниж- ний (-1) Основ -ной (0) Верх- ний (+1) 1.Плотность плиты, кг/ м 3 Р св x1x Расход связующего, % ρx2x Температура прессования, °С Тx3x

Матрица планирования эксперимента оп. В кодированном обозначении В натуральном обозначении Предел прочности при изгибе, МПа хвойные / листвен- ные Разбухани е по толщине, % хвойные / листвен- ные Водопог- лощение, % хвойные / листвен- ные Х1Х1 Х2Х2 Х3Х3 Р св, % ρ, кг/м 3 Т,°С ,9 / 22,83,6 / 5,17,2 / 11, ,2 / 14,622,0 / 15,060,0 / 42, ,1 / 12,34,5 / 6,816,0 / 16, ,3 / 8,119,0 / 18,843,0 / 29, ,0 / 21,83,8 / 7,210,1 / 17, ,6 / 13,923,1 / 21,266,0 / 53, ,3 / 12,14,9 / 9,219,0 / 23, ,2 / 7,120,2 / 26,149,0 / 43,1

Уравнения регрессии В кодированном обозначении факторов: 1) выходная величина – предел прочности при изгибе для хвойных пород: Y 1 = 10,45 + 2,13х 1 + 3,23х 2 + 0,43х 3 + 0,65х 1 х 2 ; 2) выходная величина – предел прочности при изгибе для лиственных пород: Y 2 = 14,09 + 3,16х 1 + 4,19х 2 + 0,36х 3 + 0,86х 1 х 2 ; 3) выходная величина – разбухание по толщине для хвойных пород: Y 3 = 12,64 - 8,44х 1 + 0,49х 2 - 0,36х 3 - 0,99х 1 х 2 ; 4) выходная величина – разбухание по толщине для лиственных пород Y 4 = 13,68 - 6,6х 1 - 1,55х 2 - 2,25х 3 + 0,63х 1 х 2 + 1,13х 1 х 3 ; 5) выходная величина – водопоглощение для хвойных пород: Y 5 = 33, ,71х 1 + 2,04х 2 - 2,24х 3 - 6,46х 1 х 2 ; 6) выходная величина – водопоглощение для лиственных пород: Y 6 = 29, ,53х 1 +1,53х 2 - 4,70х 3 - 4,28х 1 х 2 + 1,5х 1 х 3.

Уравнения регрессии (продолжение) В натуральном обозначении факторов: 1) для предела прочности при статическом изгибе для хвойных пород σ и = -21,15 - 1,65Рсв. + 0,02ρ + 0,03Т +0,003Рсв ρ; 2) для предела прочности при статическом изгибе для лиственных пород σ и = -25,11 - 2,12Рсв. + 0,03ρ + 0,02Т +0,003Рсв ρ; 3) для разбухания по толщине для хвойных пород Р s = -13,44 + 1,48Рсв. + 0,07ρ - 0,02Т - 0,004Рсв ρ; 4) для разбухания по толщине для лиственных пород Р s = 137,36 - 6,27Рсв. - 0,07ρ - 0,42Т + 0,003Рсв ρ + 0,02 Рсв Т; 5) для разбухания по толщине для хвойных пород W = -222, ,53Рсв. + 0,43ρ - 0,15Т - 0,03Рсв ρ; 6) для разбухания по толщине для лиственных пород W = -61,75 - 7,89Рсв.+0,29ρ - 0,34Т - 0,02Рсв ρ + 0,02 Рсв Т.

Графики зависимостей Предел прочности при статическом изгибе Хвойные породыЛиственные породы Разбухание плит по толщине Хвойные породыЛиственные породы

Графики зависимостей (продолжение) Предел прочности при статическом изгибе Хвойные породыЛиственные породы

Рациональные режимы производства плит - плотность плиты 850 кг/м 3 ; - расход связующего 15…20 % относительно массы наполнителя; - температура плит пресса 170…180 °С; - время прессования 10 мин; - удельное давление прессования 2 МПа. При указанных технологических условиях имеется возможность выпуска водостойкой плиты, удовлетворяющей по эксплуатационным характеристикам требованиям стандарта и потребителей.

Предполагаемые области применение плит - изготовление стеновых панелей - производство специальной мебели - изготовление напольных покрытий - изготовление дверей

Элементы По проектуПо предприятию Темп роста % Сумма, тыс. руб.На единицу, руб. Сумма, тыс. руб. На единицу, руб. 1. Выручка (без НДС) , , ,7 2. Сырье и материалы ,13300, ,71916,9173,7 3. Расчет за энергию 49930,1417,249930,1417, Затраты на оплату труда , , ЕСН 9841,282,29841,282, Амортизация ОФ и НМА 15027,1125,615012,3125,4100,1 7. Прочие затраты, всего: 49745,6415,649745,6415,6100 Проценты по кредиту 708,75, Себестоимость ,74609, ,93189,6144,4 10.Налог на имущество 1814,315,21814,315, Прибыль от реализации ,8890, ,2510,4174,6 11. Балансовая прибыль ,5875, ,2510,4174,6 12. Налогооблагаемая прибыль ,5875, ,9495,2176,9 13. Налог на прибыль 20964,5175, ,499,0176,9 14. Чистая прибыль 83858,0700, ,5396,2176,9 15. Чистая выручка от операционной деятельности 98885,1826, ,8521,6158,4 Калькуляция себестоимости продукции

НаименованиеПо проектуПо предприятию Темп роста, % 1. Товарная продукция в сопоставимых ценах, тыс. руб , ,1148,7 2. Выпуск продукции в натуральном выражении, м Число дней работы цеха в год, Т эф, дни Число рабочих смен в сутки, см Производственная площадь Списочное количество рабочих, чел Годовой фонд заработной платы (всего), тыс. руб Средняя зарплата 1 работающего в год, тыс. руб. 227, Производительность труда 1 работающего, тыс. руб. 5395,53629,7148,6 10. Технологическая трудоемкость единицы продукции, чел. ч. 4, Расход электроэнергии на 1 м 3 продукции, кВтч. 161, Электровооруженность 1 рабочего, кВтч , Полная себестоимость единицы продукции, тыс. руб. 4609,03189,6144,4 14. Оптовая цена 1 м3, тыс. руб ,7 15. Затраты на 1 рубль товарной продукции 0,840,8697,7 16. Рентабельность 1 м 3, % 15,2012,42122,4 17. Чистая выручка, тыс. руб ,162425,83158,4 18. Степень охвата механизированным трудом, % 61, Инвестиции по проекту, тыс. руб. 7086, Срок окупаемости, лет 0,81-- Технико-экономические показатели

Выводы и рекомендации 1.Предложено применение фурановых олигомеров для производства плитных материалов повышенной водостойкости. 2. Определены основные физико-механические характеристики плит, изготовленных на основе фурфурол-ацетонового мономера. 3. Получены математические модели в кодированном и натуральном обозначении факторов. 4. Определены рациональные технологические режимы производства водостойких плит на основе мономера ФА. 5. Разработана технология производства древесных плит конструкционного назначения повышенной водостойкости 6. Проведен технико-экономический анализ организации производства древесных плит на основе фурановых олигомеров применительно к действующему профильному предприятию ОАО «Фанплит».

Спасибо за внимание!