Szám: H_000091
A cikk szerzőjének a neve(i): Zombori, János ; Appel Róbertné Garamvölgyi, Anna
A cikk címe: Vizsgálatok a keményfa keretfűrészforgács feldolgozására a forgácslapgyártásban
Lásd a teljes cikket: Teljes_cikk
Kulcsszavak: keretfűrészforgács, kötőanyag, forgácslaprendszer, műgyanta, lapszilárdság
Kivonat:
Az iparilag hasznosított keretfűrészpor mennyisége jelenleg csekély. Túlnyomó részét kazánok fűtésére használják fel, vagy közvetlenül értékesítik. A keretfűrészpor elégetésekor azonban igen csekély hasznosítási hatásfokot érünk el, így tehát a fűrészpor használati értéke és egységára aránylag alacsony. Ha sikerül ezen olcsó hulladékanyagnak értékesebb hasznosítási lehetőséget találni, akkor ezzel nemcsak jelentős mennyiségű nyersanyag áll rendelkezésre majd, hanem használati értékének növelése mellett javítjuk a faanyag kihasználási fokát is, mely mind a famegmunkáló- és feldolgozóipar, mind az erdőgazdálkodás számára előnyt jelent, és gazdasági szempontból is jelentős.Magyarországon a Faipari Kutató Intézetvégzett vizsgálatokat 1955-ben a fűrészüzemekben keletkező vegyes keretfűrészpornak magas térfogatsúlyú, padlóborításra alkalmas lemezekké való feldolgozására. Az osztályozott keretfűrészporból előbb xylenol - formaldehid alapú, majd később karbamid-formaldehid alapú kötőanyag adagolásával állított elő vékony forgácslapokat síkpréseléses eljárással. A szerzett tapasztalatok felhasználásával később a Nyugat-Magyarországi Fűrészek Vállalat forgácslapgyártó üzeme gyártott padlóborítólapokat fűrészforgácsból, a borítólapok felhasználási kérdéseinek megoldatlansága miatt azonban a gyártást be kellett szüntetni. Szükségesnek látszott a már rendelkezésre álló kutatási eredmények felhasználásával a fűrészforgácslapok ragasztását és szilárdságkialakulását befolyásoló ‚tényezőket pontosabban értelmezni, hatásukat egzakt műszaki-tudományos alapokon megfogalmazni. Jelen munkában a fűrészforgácslapok ragasztásának komplex fizikai-kémiai és mechanikai folyamatát jellemezzük. A technika állásának figyelembevételével a következő főbb problémákat tárgyaljuk: kötőanyag kiválasztása és jellemzése, fűrészforgács morfológiai jellemzése, fűrészforgács enyvezésének kérdése és a lapszilárdság kialakulása. Mind műszaki, mind gazdaságossági szempontból a forgácslaprendszert elsősorban a két nyersanyagkomponens, nevezetesen a "fa" és a "kötőanyag" jellemzi. A forgácslaprendszer tulajdonságai ugyanis a faforgácsok és a kötőanyag technológiai tulajdonságaitól, valamint a ragasztás hatásfokától függenek döntő mértékben. A forgácslaprendszer szilárdsága alapjában véve a faforgácsok szilárdságától és ennek az alapszilárdságnak a ragasztott rendszerbe való átvitelétől függ. A faforgácsok szilárdsága adott érték, mely függvénye a fafajnak, a fa térfogatsúlyának, a nedvességtartalomnak és több más tényezőnek. A faforgácsok szilárdságának a forgácslaprendszerbe való, átvitele ezzel szemben a kötőanyag helyes kiválasztásával és eljárástechnológiai intézkedésekkel bizonyos mértékben befolyásolható. A fűrészforgácsok ragasztására ezért a fenolgyantáknál jóval olcsóbb karbamid gyantát választottuk kötőanyagnak. Az "Amicoll 50" folyékony, 50% MS -koncentrációjú karbamid-formaldehid kondenzátumot a Fűzfői Nitrokémia Vállalat bocsátotta rendelkezésre. Rá kell mutatni végül arra, hogy a kötőanyag ára a fűrészforgácsnak forgácslappá való feldolgozásakor igen fontos szempont. A fűrészpor árához viszonyítva drága kötőanyag feldolgozásának következménye a kötőanyagköltség magas részaránya a forgácslapok előállítási költségében. A gazdaságos gyártás egyik alapkövetelménye tehát a kötőanyag alacsony ára és a fűrészforgácslapok alacsony, mintegy 5-10% kötőanyagtartalma. A korábbi alapvető vizsgálatok eredményeiből ismeretes, hogy a forgács morfológiai jellege, méretei és fajlagos felülete jelentősen befolyásolják a forgács enyvezhetőségét és az előállított forgácslapok fizikai-mechanikai tulajdonságait. Morfológiai jelleg szerint a forgácsok Herdey, O. után kolloid-kémiai rendszerezésre támaszkodva a következőképpen csoportosíthatók: lapos forgács, szálas forgács, szemcsés forgács. Forgácslapgyártási célokra leginkább alkalmas a lapos és szálas forgács, mert a fa alapszilárdsága ezekkel vihető át legjobban a ragasztott rendszerbe. A fűrészforgácsnak további morfológiai hátrányai is vannak. A fűrészforgács felülete érdes és egyenetlen. A fűrészforgács csak korlátozott mértékben alkalmas arra, hogy belőle önmagában szilárd, értékes forgácslapokat állíthassunk elő. Az enyvezésnek a forgácslapok tulajdonságaira gyakorolt hatását vizsgálva azon ismert tényből indultunk ki, hogy csak akkor használjuk ki teljesen a két forgácsfelület összeragasztására fordítottkötőanyagmennyiséget, ha zárt kötőanyagfuga keletkezik. A forgácsok ragasztásakor azonban műszaki- gazdasági okok miatt és a forgácsok relatíve magas fajlagos felülete következtében csak mintegy 1/10- 1/20 -ad része áll rendelkezésre annak a kötőanyagfelvitelnek, amelyet természetes fa enyvezésekor alkalmazunk. A szóró-keverő forgácsenyvezésnél a kötőanyagot sűrített levegővel működő szórófejekkel apró cseppepe porlasztjuk és szórjuk a forgácsra, amit keverőberendezés mozgat. Döntő tényező a ragasztandó forgácsok érintkezési felületeinek teljes kihasználása. A fűrészforgács enyvezés általános problémája a következőképpen fogalmazható: adott konstans kötőanyagtartalom mellett milyen mértékben érhető el a kötőszilárdság maximuma, vagyis zárt ragasztási fuga és annak kialakulását milyen mértékben befolyásolja a kötőanyag porlasztási foka és eloszlása. A faforgácsoknak szóró-keverő eljárással való enyvezésekor általában nagy teljesítményű, örvényáramú szórófejeket használnak. A kötőanyag viszkozitásától függően 1-2 atü. nyomással halad a szórófején át a fúvóka-torokig, ahol a 2-3 atü. nyomású, sodratot kapott levegő végzi el a kilépő folyadéksugár porlasztását. Az idealizált elméleti levezetéssel kapott összefüggés a gyakorlatban nem, illetve csak meghatározott mértékben érvényes, mert az alapfeltevés nem teljesül. A szórófejből kilépő cseppek különböző nagyságnak és összefolynak szekunder cseppekké a forgácsfelületen. Azonban már az elméleti absztrakcióval is kapunk támpontot arra, hogy a kötőanyag porlasztási foka milyen nagyságrendű kell, hogy legyen. A fűrészforgács enyvezésével kapcsolatos kísérleteinknél a karbamid-formaldehid alapú kötőanyagot nem tisztán, hanem különböző műszaki-gazdasági meggondolások alapján kevés ipari rizsliszttel nyújtott állapotban szórtuk. A rozslisztnek a kötőanyag porlasztási fokára gyakorolt hatását ugyanolyan viszkozitású tiszta kötőanyaggal összehasonlítva vizsgáltuk meg. A méréshez aránylag magas viszkozitást választottunk, hogy a rozsliszt hatását a gyakorlatban előforduló szórási viszkozitás felső tartományában vizsgáljuk, ahol várhatóan legnagyobb befolyást gyakorol a porlasztási fokra, illetve a kötőanyag szórhatóságára. Rozsliszttel nyújtott kötőanyaggal tehát a szórófejnek tiszta gyantával mért teljesítményét nagyobb átmérőjű kifolyónyílásnál kapjuk, a tiszta gyantáéval azonos porlasztási fokot pedig 1 kp/cm2-el nagyobb szórónyomással érjük el. A kötőanyag porlasztási foka mellett a kötőanyag eloszlása befolyásolja döntően a faforgácsok enyvezésének hatásfokát és zárt ragasztási fuga kialakulását az egyes forgácsok között. A szórási felület, az enyvezési idő, a keverési sebesség és a szórási sáv hosszának helyes megválasztásával a kötőanyag eloszlás mérőszáma kedvezően befolyásolható. A faforgácsok közötti ragasztási fuga szilárdságát azonban a kötőanyageloszláson és porlasztási fokon kívül számos egyéb független tényező is befolyásolja, nevezetesen a kötőanyagfelvitel a forgácsvastagság, a forgácsfelület jellege, fanedvességtartalom, préselési nyomás stb. Fontos tehát, hogy olyan mérőszámmal definiáljuk az enyvezőgép hatásfokát, mely fenti tényezőktől függetlenül kimutatja, hogy meghatározott kötőanyag tartalom mellett milyen mértékben visszük át a forgácsok szilárdságát a ragasztott rendszerbe. Célszerű ezért ezt a szitafrakciót eltávolítani. Az a fűrészforgács, amelyből a 22% mennyiségű legapróbb szitafrakciót eltávolítjuk, kedvezőbben enyvezhető. Azonban még így is, a fűrészforgács hatékony üzemi enyvezése különleges eljárástechnológiai módosításokat tesz szükségessé a normál forgácsenyvezéssel szemben. A forgácslapok előállításának folyamata alapelvét tekintve egyszerű technológia. A szárított forgácsra megfelelő berendezéssel keményedő műgyantát hordunk fel, apró cseppekre porlasztva, mintegy 50-60%. szárazanyagtartalmú vizes kolloid oldat formájában. Ezt követően az enyvezett forgácsból laza terítéket képezünk, majd a forgácsterítéket forró hidraulikus présben tömörítjük, miközben hőenergia hozzávezetésével a műgyanta-kötőanyag kikeményedik és a forgácsok között megszilárduló műgyantafilm a forgácsokat szilárd lappá ragasztja össze. Lapos, vágott célforgácsból előállított forgácslapoknál a hajlító-, húzó és nyomószilárdság a karcsúsági fokkal növekszik. A lapleemelőszilárdság viszont a forgácsok karcsúsági fokának növelésével valamelyest csökken. A normál lapos vágott célforgácsok karcsúsági foka, amellyel a forgácslapipar dolgozik 40-80 közötti érték. A fűrészforgács legfontosabb jellemzője a lapszilárdság szempontjából a lapos, vágott célforgáccsal szemben az igen alacsony, 3-6 közötti karcsúsági fok. Ennek következtében a célforgács és fűrészforgács kötése (átlapolás, filcelődés) különböző. A nyújtóanyag bekeverésének elsődleges célja a kötőanyag beszívódási hajlamának csökkentése volt. Mint ismeretes a csirízesedésre hajlamos, önragasztóképességgel rendelkező nyújtóanyag meggátolja forró keményedéskor a folyékony kötőanyag elvándorlását, melynek viszkozitása a magas hőmérséklet hatására lecsökken. Csirizesedésekor a nyújtóanyag felveszi a kötőanyagban levő víz jelentős részét, amely ezáltal sűrűsödik és a felületen marad. A keményedési sebesség, mint láttuk függ a kötőanyag viszkozitásától A viszkozitásnak azonban a keményedési sebességre gyakorolt hatása mellett fontos szerepe van a zárt kötőanyagfuga kialakulása, vagyis a fatartományban a tiszta kötőanyag viszkozitása már alacsony, tehát a lapszilárdság kialakulása szempontjából kedvezőtlen. Az alacsony viszkozitású és MS-koncentrációjú kötőanyag értékelésekor még azt is figyelembe kell venni, hogy a kötőanyaggal sok nedvességet viszünk a forgácsba, amelynek túlnyomó részét a hőprésben ismét el kell távolítani, jelentős mennyiségi hőenergia ráfordításával. A keretfűrészpor nagy részét ma még főként tüzelőanyagnak használják. A forgácslapok és idomok előállításához felhasznált mennyiség világviszonylatban is csekély. Fűrészforgács ragasztására legelőnyösebb karbamid-formaldaid alapúműgyantát választani, mert az egyéb számításba vehető kondenzációs műgyantáknak hasznosítható technológiai előnyeik nincsenek az olcsó karbamidgyantákkal szemben. A fa és kötőanyag abszolút költségaránya még a karbamidgyantáknál is magas. Ez a körülmény igen fontos gazdaságossági szempont, mely a fűrészforgácslapok kötőanyagtartalmának növelését korlátozza. Az aránylag nagy fajlagos felületi fűrészforgács (átlagosan 1,26 m2/100 p forgács) egyenlőtlen összetételű forgácskeverék, karcsúsági foka igen alacsony és hosszmérete kicsi a vastagságához viszonyítva. A fűrészforgács ezért önmagában csak korlátozott mértékben alkalmas szilárd, értékes forgácslapok előállítására. A kötőanyag porlasztási foka, vagyis a kötőanyagcseppek átmérője - mely a szórási paraméterek (szórófej konstrukciója, kötőanyag viszkozitása, szórónyomás, fajlagos légfelhasználás) függvénye befolyásolja az enyvezett forgácsfelület részarányát és a zárt kötőanyagfuga kialakulását. Rozsliszttel nyújtott kötőanyag porlasztásakor a szórófejnek tiszta műgyantával mért liter/perc teljesítményét ugyanazon szóró-nyomás mellett nagyobb átmérőjű kifolyónyílásnál kapjuk, a tiszta gyantáéval azonos porlasztási fokot pedig 1 kp/cm2-rel nagyobb szórónyomással érünk el. A fűrészforgács egyenletes, jó hatásfokú enyvezését a kötőanyag porlasztási foka mellett döntően a kötőanyag eloszlása befolyásolja, mely az enyvezőgép konstrukciójának és működésmódjának függvénye. Ahhoz, hogy az enyvezőgépek konstrukciójának és működésmódjának javításához támpontokat kapjunk, Meinecke, E. célforgácsra kidolgozott elméletére támaszkodva megvizsgáltuk a fűrészforgácsok enyvezésekor lejátszódó technikai folyamatokat. A kötőanyag porlasztási fokának javítása a szórónyomás és azzal együtt a szórófej légfelhasználásának növelésével, valamint a kötőanyag viszkozitásának megfelelő beállításával könnyen elérhető. A szóró-keverő enyvezőgép működésének és konstrukciójának a kötőanyageloszlásra gyakorolt hatását jellemezve az enyvezőgép működés módját leegyszerűsítettük és elméletileg levezettük az A, mérőszámnak a különböző hatótényezőktől való függését: Ennek alapján definiáltuk az enyvezőgép hatásfokát, majd ezt követően a fűrészforgács enyvezésének speciális vonatkozásaira mutattunk rá. Értelmeztük a fűrészforgács morfológiai jellemzőinek a lapszilárdságra gyakorolt hatását a vékony, lapos, célforgácsokéval összehasonlítva. Fűrészforgácslapoknál a különböző térfogatsúlytartományban a hajlítószilárdság csak 1/4 - 1/3-ad része a célforgácslapénak, a lapleemelőszilárdság pedig 10-30%-kal magasabb. Végül a porlasztási fok, kötőanyageloszlás és a kötőanyag keményedési paramétereinek (keményedési sebesség, viszkozitás, forgácsnedvesség) hatását vizsgáltuk a lapszilárdság kialakulásával összefüggésben. A kötőanyagba nyújtóanyag (rozsliszt) és gyorsan ható forróedző keverésével a keményedési sebesség növekszik, és csökken a kötőanyag forgácsba való beszívódása, tehát kedvező előfeltételeket teremtünk az összefüggő kötőanyagfuga kialakulására és rövid préselési idő elérésére. A jó hatásfokú forgácsenyvezés és ragasztás további előfeltételei a kötőanyag K = 50-60% MS-koncentráció- és600-1200cP viszkozitásértékei, valamint az enyvezett forgács 10-15% nedvességtartalom.