Курсовая работа: Исследование влияния режимных факторов прессования древесностружечной плиты на разбухание

1.6 Время полного смыкания плит пресса, удельное давление и распределение плотности по толщине плиты (профиль плотности)

Один из самых важных факторов в определении свойств плит – время смыкания плит пресса. Это время тесно связано с содержанием влаги, а также с рядом других факторов. Время полного смыкания определяют как время, необходимое для уплотнения пакета до конечной толщины плиты, как только плиты пресса вступают в контакт с поверхностью пакета. Ряд профилей плотности можно получить в плите, изменяя эти факторы. Как только наступает дисбаланс температуры, давления или влагосодержания, профиль становится не симметричным, а сдвинутым. Такого явления следует избегать, так как это влияет на свойства плиты и плита коробится. Как только тепло от плит пресса начинает проникать в пакет, происходят два явления, определяющие конечный профиль плотности (наряду с давлением). Во-первых, передается тепло с наружных слоев к внутреннему. Во-вторых, влага превращается в пар, а пар смягчает древесные частицы и облегчает процесс сжатия. Такая пластификация сначала происходит на наружных слоях. С увеличением скорости смыкания плит пресса, когда пакет достиг почти конечной толщины (за 1 мин или меньше), мягкие наружные слои прессуются до большей плотности. Внутренний слой все еще холодный и сопротивляется давлению. Когда достаточное количество тепла достигает внутреннего слоя для его пластификации, наружные слои приобрели более высокую плотность и связующее отвердело, так что удерживает эти слои при большей плотности. При более медленном смыкании плит пресса требуется меньшее давление и, следовательно, меньшее сжатие в наружных слоях. Кроме того, связующее в наружных слоях может отверждаться до того, как произойдет уплотнение. Таким образом, наружные слои довольно жесткие. При более низкой плотности во время последующего этапа времени смыкания плит пресса происходит пластификация и уплотнение промежуточных и внутренних слоев, когда связующее еще жидкое. Профиль плотности может быть изменен предварительным прессованием. Предварительное прессование пакета до конечной толщины приводит к тому, что будут исключены колебания плотности по всей толщине плиты.

Качество поверхности плит можно улучшать повторным дополнительным прессованием при 371 0С в течение нескольких секунд. Такая высокая температура потребует дополнительного пресса, но зато не потребуется прикладывать столь высокое давление.

1.7 Предварительное и последующее отверждение связующего

Более низкая плотность плиты на ее пласти происходит, возможно, за счет полного отверждения связующего до достижения окончательной толщины плиты в процессе прессования. Большая часть этой более мягкой поверхности удаляется во время процесса шлифования. Мягкие поверхности связаны с предварительным отверждением или высыханием связующего, вызываемым в первый момент, когда горячие плиты пресса вступают в контакт с пакетом. При обычных температурах 163-191 0С отверждение связующего в наружном слое происходит почти мгновенно до того, как пакет уплотнен до конечной толщины. Хотя предварительное отверждение можно снять увеличением влажности наружного слоя, это может увеличить время прессования.

Вспомним относительно медленное смыкание плит в первых многоэтажных прессах для изготовления плит. Получали очень мягкие наружные поверхности и шлифованием снимали с наружных слоев до 3.2 мм. Многие многоэтажные прессы были модификацией прессов для производства фанеры, приспособленных для производства композиционных плит. Они смыкались снизу, что сначала закрывались нижние этажи, а потом верхние. В 16-этажном прессе это приводило к тому, что каждая плита имела различный профиль плотности, а следовательно, и различные свойства. Этот недостаток был ликвидирован в результате разработки системы одновременного смыкания плит пресса, так что все плиты прессуются идентично.

Последующее отверждение может быть и полезно и вредно. С одной стороны, оно выгодно для штабелирования в горячем состоянии плит с фенольным связующим; здесь отверждение заканчивается после выгрузки из пресса. С другой стороны, укладка плит в горячем состоянии с карбамидным связующим может привести к разрыву связей связующего в результате гидролиза, что вызывается воздействием температуры, влагосодержания и времени. Гидролиз происходит там, где молекулы связующего расщепляются, правда, по этому поводу существуют различные мнения. Одни считают, что такое явление происходит исключительно в древесине, так как она более чувствительна к потере прочности, другие считают, что разрыв происходит на плоскости соединения древесины со связующим.

Глава 2. Выбор и обоснование математической модели объекта

Выбрать модель означает выбрать вид функции. Данный этап самый ответственный. На данном этапе выбора вида модели экспериментатор должен располагать знаниями заранее проведенных исследований. На основании которых он может предположить о характере влияния фактора на параметрах процесса.

Полные и дробные факторные планы позволяют получить линейное описание зависимости отклика от каждого из варьируемых факторов. При детальном изучении большинства процессов лесопромышленных и деревообрабатывающих производств такое представление оказывается слишком грубым. В такой ситуации необходимо обратиться к экспериментальным планам второго порядка.

Планами второго порядка называют такие планы многофакторного эксперимента, с помощью которых можно получить математическое описание объектов в виде полиномов второго порядка. Для трех факторов соответствующее уравнение регрессии записывается в виде:

.

Эта модель содержит все слагаемые линейной модели: свободный член b0, линейные члены b1x1, b2x2, b3x3.

Также модель второго порядка включает квадратичные члены, являющиеся произведениями коэффициентов регрессии на квадраты двух различных факторов, т.е. члены вида b12x1x2, b13x1x3, b23x2x3. Зависимость выходной величины от каждого из факторов, полученная на основе квадратичной модели, представляется на графике отрезком параболы, имеющей ветви, направленные либо вверх, либо вниз. Позволяет достаточно полно описать широкий круг реальных зависимостей.

Глава 3. Выбор и составление плана эксперимента

К планам второго порядка относятся: В-планы и униформ-рототабельные планы (УРП).

В УРП опыты в угловых точках факторного пространства отсутствуют.

В В-планах второго порядка опыты поставлены в угловых точках факторного пространства, т.е. в условиях, когда все факторы принимают свои граничные значения. Это опыты вида .

В-планы синтезированы математиками, исходя из требований наибольшей точности оценок коэффициентов регрессии. В этих планах каждый фактор варьируется на трех уровнях: -1, 0, +1 в нормализованных обозначениях. В-планы обладают следующим свойством, называемым композиционностью. Составной частью В-плана является полный факторный план ПФП. Это свойство полезно в тех случаях, когда по результатам поставленного ПФП и ДФП получилась неадекватная модель. Тогда есть возможность дополнительно поставить некоторое число опытов, так что все опытов в целом образуют В-план 2-го порядка, а их обработка позволит получить соответствующую модель.

Назовем звездной точкой В-плана условия опыта, в котором один из факторов принимает нормализованное значение: +1 или –1, а остальные фиксируются на основном уровне – ноль в нормализованных обозначениях. Звездные точки для трех факторов (в нормализованных обозначениях):

При числе факторов k имеется 2k различных звездных точек.

В-план состоит из точек ПФП, к которым добавлено 2k звездных точек. Общее число опытов В-плана, таким образом, равно

.

В-план для трех варьируемых факторов в нормализованных обозначениях представлен в таблице 3.1

Таблица 3.1

Номер опыта	x1	x2	x3	y
1	+1	+1	+1	y1
2	+1	+1	-1	y2
3	+1	-1	+1	y3
4	+1	-1	-1	y4
5	-1	+1	+1	y5
6	-1	+1	-1	y6
7	-1	-1	+1	y7
8	-1	-1	-1	y8
9	+1	0	0	y9
10	-1	0	0	y10
11	0	+1	0	y11
12	0	-1	0	y12
13	0	0	+1	y13
14	0	0	-1	y14

В-план для трех варьируемых факторов в натуральных обозначениях представлен в таблице 3.2

Таблица 3.2

Номер опыта	x1	x2	x3	y
1	180	13	20
2	180	12	10
3	180	7	20
4	180	7	10
5	160	13	20
6	160	13	10
7	160	7	20
8	160	7	10
9	180	10	15
10	160	10	15
11	170	13	15
12	170	7	15
13	170	10	20
14	170	10	10

Глава 4. Проверка нормальности распределения выходной величины

Результаты предварительной серии опытов представлены в таблице 4.1