МлиниДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДЕРЕВНИХ НАПОНОВНИКІВ
ДЕРЕВНО-ПОЛІМЕРНІ КОМПОЗИТИ
Ласкаво просимо до тематичного розділу, присвяченого сучасним композиційним матеріалам, одержуваним з деревини на основі термопластичних смол – деревно-полімерним композитам (ДПКТ). Вони сьогодні з успіхом замінюють природні та навіть синтетичні матеріали, які вже не повною мірою задовольняють вимоги конструкторів, архітекторів та технологів. Прогрес у науці та техніці, керований ідеологією економного та екологічного застосуванням ресурсів деревини, дозволив створити такі технології, яким виявилося під силу змусити «текти» та деревину. Тому ДПКТ називають іноді «рідким деревом». У цьому розділі: технології виробництва та переробки, матеріали та їх застосування, тенденції та новини ринку.
Млини для підготовки дерев'яних наповнювачів
Найважливішими факторами, що визначають кількісний та якісний склад ПМ є сумісність їх компонентів, а також дисперсність наповнювача. Зі зменшенням розмірів частинок (за умови їхнього гарного змішування з полімерним сполучним) їх максимальна концентрація у складі ПМ зміщується у бік більш високих значень (до 70-80 % мас.), обумовлюючи цим подальше підвищення фізико-механічних характеристик наповнених ПМ.
Ефективним способом поліпшення сумісності полімерів з наповнювачами є тонкий помел останніх, що супроводжується утворенням свіжих, реакційно-активних поверхонь. По ряду ознак механічне подрібнення є найбільш універсальним і економічним способом отримання тонкодисперсних порошків з дешевих, практично «непридатних» матеріалів.Одним з найпоширеніших органічних наповнювачів ПМ є борошно деревне. Висока міцність на вигин і розтяг, мала щільність, низька теплопровідність і волокниста структура деревного борошна зумовили її застосування у виробництві виробів із пластмас, гуми і т. д. Якість цих ПМ багато в чому визначається властивостями наповнювача, і перш за все розмірами частинок.
Донедавна механічне подрібнення низькощільних пружних матеріалів було пов'язане зі значними труднощами та супроводжувалося високою витратою енергії. Так, для отримання відносно грубодисперсного продукту з деревних відходів (наприклад, марок 160-560) традиційно використовуються молоткові млини, які, по суті, є модифікованими дробарками, здатними видавати порошок потрібної якості лише у замкнутому циклі помелу з величезною циркуляцією «крупки». Спроби використання для помелу деревних відходів вібраційних млинів хоч і дозволили отримати порошки, відповідні марці 100, проте витрата енергії також виявилася дуже великою - близько 1000-1200 кВт год на тонну продукту. До того ж обов'язковою умовою застосування вібромлинів було попереднє тонке дроблення сировини, а також його сушіння до 4% вологості, що ще більше збільшувало енерговитрати на отримання деревного порошку. Експерименти з повітрострумними млинами також не увінчалися успіхом у плані підвищення тонкості помелу та зниження витрати енергії. Через погану порівняно з мінеральними речовинами (кварц, вапняк та ін.) подрібнюваність деревини ці агрегати виявилися не пристосовані для виробництва тонких марок порошку - 120 і менше.
Основна проблема отримання деревного борошна з використанням млинів, що спочатку створені для роботи з крихкими матеріалами.полікристалічної будови, пов'язана з принципом подрібнення, що реалізується. Мінеральна сировина, як правило, має міцність на стиск у 8-10 разів більша, ніж на вигин та розтяг, тобто для його подрібнення раціонально використовувати удар. І молоткові, і повітрострумні млини відносяться до типу подрібнювального обладнання ударної дії, вібраційні млина - ударно-стираючого. Однак деревні відходи, такі як тирса, стружка, тріска і т. п., - матеріали не тендітні, а, навпаки, пружні, удар по них не призводить до їх руйнування, і, отже, подрібнення таких матеріалів повинно здійснюватися іншими способами.
Цілком очевидно, що низький ККД молоткових млинів, що використовуються у виробництві деревного борошна, пов'язаний з вкрай неоптимальним принципом подрібнення даного матеріалу. Шарнірні ударні елементи власними силами не здатні зруйнувати пружні частинки деревини, вони лише повідомляють їм вихровий характер руху. Тому більш ніж скромні результати подрібнення отримані не за рахунок «основного», а за рахунок «побічних» ефектів переміщення помольних органів – закручування потоку та самовитирання частинок у цьому потоці. Та й сама конструкція молоткових млинів через великі робочі зазори і масивність ротора не сприяє посиленню позитивного ефекту взаємного подрібнення частинок у щільних потоках.
Для кардинального зменшення витрати енергії на отримання тонкодисперсного деревного порошку потрібно створення подрібнювальної машини іншого типу, відмінної від молоткових, вібраційних і струминних млинів.
Машинобудівним підприємством «ТЕХПРІ-БОР» було розроблено та запущено у виробництво імпеллерний млин моделі ІМ-450, призначений для тонкого помелу деревних відходів. Млин відноситься до типуподрібнювального обладнання дії, що стирає, її робочим органом є лопатевий ротор-імпелер. Основна відмінність імпелерного млина ІМ-450 від обладнання аналогічного призначення - це можливість формування в камері помелу зони інтенсивного самоподрібнення тороїдальної форми, де вихровий характер руху частинок доповнюється їх радіальним переміщенням у щільному шарі.
Оригінальна конструкція імпелера та статора млина дозволяють створити дві практично незалежні області подрібнення. Перша область має збільшені робочі зазори для запобігання поломок робочих органів, пов'язаних з попаданням в камеру помелу недробних включень, а друга, навпаки, - малі зазори для ефективного помелу та динамічної сепарації частинок відповідно до їх розмірів. Випробування імпеллерного млина ІМ-450 підтвердили високу ефективність даного обладнання при помелі непідготовленої тирси хвойних і листяних порід деревини.
Отриманий порошок складається з частинок розмірами 2-5 мкм (70%) та 7-10 мкм (30%) (дослідження з вивчення гранулометрії порошків проводилися Державним НДІ «Синтезбілок»). Продуктивність млина становить 100 кг/год, витрата енергії отримання однієї тонни тонкодисперсного порошку вбирається у 300 кВт год.
Таким чином, порівняно з відомими видами обладнання тонкого помелу деревини, імпеллерний млин ІМ-450 має в 3,5-4 рази меншу витрату енергії на отримання деревного порошку розміром D90.
З поточною ситуацією та прогнозом розвитку українського ринку ДПКТ можна познайомитися у звіті Академії Кон'юнктури Промислових Ринок «Ринок деревно-полімерних композиційних матеріалів в Україні».
А.Б.Ліпілін, геніральний директор МП «Техприлад»,