Farostlemezek gyártása. Alpár Tibor

Átírás

1 Farostlemezek gyártása Alpár Tibor

2 Ajánlott szakkönyvek! Winkler András: Farostlemezek 1999.! H-J. Deppe, K. Ernst: MDF Mitteldichte Faserplatten 1996.! Takáts Péter: Szervetlenkötésű fa- és rostkompozitok 1998.! Németh Károly: Faanyagkémia 1997.! Sitkei György: Faipari műveletek elmélete 1994.! Werner Pankoke: Continuous Press Technology 1997.

3 A tantárgy felépítése I.! A farostlemez-gyártás helye! A farostlemezek osztályozása! gyártási eljárás! térfogatsűrűség! keresztmetszet! felület minősége, stb.! Rostosítási eljárások! Mason-ágyú! Asplund defibrátor! Hazai farostlemezgyártás MOFA! helyzete, termékei! alapanyag! technológia! A farostlemez-gyártás helyzete! kapacitások, termelés, felhasználás

4 A tantárgy felépítése II.! A farostlemez-gyártás alapanyagai! lignocellulóz alapú nyersanyagok! kötőanyagok! egyéb anyagok! Fa anatómiai felépítése! lombos fák, tűlevelűek! egynyári növények! FA kémiai! cellulóz, hemicellulózok! lignin! Kötőanyagok! természetes ragasztóanyagok! műgyanták! ásványi kötőanyagok Gyártástechnológia! Alapanyag tárolás, előkészítés! Faanyag feltárása, rostosítási eljárások

5 A tantárgy felépítése III. Rostok vizsgálata! Nedves gyártástechnológia! Rostelőkészítés! Terítékképzés! Hőpréselés! Száraz gyártástechnológia! Rostelőkészítés, ragasztózás! Szárítás! Terítékképzés! Hőpréselés! Folyamatos prések! Végkikészítés! Kondícionálás, szélezés, csiszolás! Mérési és szabályozási feladatok! Hőmérséklet, nyomás! Sűrűség, mennyiség, stb.

6 A tantárgy felépítése IV.! Felületnemesítés! Laminálás dekorpapírral! Fóliázás! Lakkozás! Speciális technológiák, termékek! Szigetelő farostlemezek! Bitumennel impregnált farostlemezek! Idomtestek! MDF hajlítása! Szervetlen kötésű rostlemezek! Környezeti hatások! Vízszennyezés tisztítás! Légszennyezés tisztítás! Minőségbiztosítás! Alapanyag, késztermékek vizsgálata! Európai szabványok

7 A farostlemez helye a lemeziparban! Rétegelt falemez! OSB Oriented Strand Board = Irányított forgácselrendezésű lapok! Forgácslap! Farostlemezek:! LDF Low Density Fiber Board = Alacsony sűrűségű farostlemez (szigetelőlemez)! MDF Medium Density Fiberboard = Közepes sűrűségű farostlemez! HDF High Density Fiberboard = Nagy sűrűségű farostlemez! Hardboard Kemény farostlemez! DHF - Diffusionsoffene Holzfaserplatte = Diffúziós farostlemez (vízlepergető, szélfogó, hőszigetelő)! Papír! Egyéb kompozitok

8 Rétegelt falemez MSZ EN 636! furnér alapanyag! rétegenként merőleges szálirány! (hő)présben! ragasztással! PF, PRF, MUF kötőanyag Alkalmazás: bútoripar, belső fal borítás

9 OSB! strand alapanyag (30 x 120 mm)! fedőrétegek merőlegesek a középrétegre! hőprésben, ragasztással! PF, PRF, MUF, PMDI kötőanyag Alkalmazás: külső/belső fal borítás, bútoripar, belsőépítészet

10 Forgácslapok! faforgács alapanyag! általában 1-1 fedőréteg és 1 középréteg! hőprésben, ragasztással! PF, PRF, MUF kötőanyag Alkalmazás: bútoripar, csomagolóipar, külső/belső borítás

11 Farostlemezek (MDF, HDF)! farost alapanyag! általában 1-1 fedőréteg és 2 középréteg (MDF)! 1 rétegű (kemény farostlemez)! hőprésben, ragasztással! PF, MUF kötőanyag Alkalmazás: bútoripar, járműipar, építőipar

12 Műgyanta kötésű kompozit lemezek Rétegelt lemez OSB Ostya forg.lap Forg. lap MDF Szigetel ő farostl. HDF Orientálás rétegek rétegek Fa alkotó furnér strand Kötőanya g PF MUPF/ PMDI ostya forgács PF faforgá cs UF/ MUF/ PF t [mm] ρ [kg/m 3 ] farost farost farost MUF MUF 2-60 (100) σ h [N/mm 2 ] E [N/mm 2 ] λ [W/mK] 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,04 0,26

13 Lemeztermékek ipari méretű gyártása! 1844: papír! 1874: cellulóz fából! 1910: rétegelt lemez, szigetelő farostlemez! : farostlemez! : faforgácslap! 1978: OSB

14 Farostlemez gyártás története! 1772: papier mashé (Clay)! 1799: papírgép (Louis Robert)! 1853: üdülőházak papier mashéból (Ausztráliában)! 1903: szigetelőlemez! 1920: rostosítási eljárások:! Mason! Asplund! 1951: félszáraz gyártási eljárás! 1950-es évek vége: száraz gyártási eljárás! 1965: MDF USA-ban! Európában az 1970-es évek végén

15 Rostosítási eljárások! Mason gőzrobbanásos eljárás szakaszos! apríték kezelése, plasztifikálása magas nyomáson, hőmérsékleten! ürítés normál atmoszférába! rostkihozatal: 83 %! szigetelő lemezek, kemény farostlemezek! Asplund gőzőrléses eljárás folyamatos! előgőzölés, plasztifikálás alacsonyabb nyomáson, hőmérsékleten! rostosítás álló és forgó speciális felületű tárcsák között! rostkihozatal: 93 %! szigetelő lemezek, kemény farostlemezek! Bauer! előgőzölés, plasztifikálás alacsonyabb nyomáson, hőmérsékleten! rostosítás két forgó speciális felületű tárcsa között! Biffar! szódaoldatban főzik az aprítékot

16 A farostlemez-gyártás jelentősége! gyenge minőségű faanyag felhasználása több célú, jó minőségű termékként,! az inhomogén fa szerkezetének kiküszöbölése,! nagy felületű fatermék gyártása,! tervezhető tulajdonságú faltermékek gyártása! jól automatizálható

17 Az farostlemezek (MDF) megmunkálása Borítás: laminálás furnérozás Fűrészelés: lapszabászat Festés: szabadon felületkezelhető Formázás: jól formázható Fúrás: bármely faanyaghoz használatos fúróval Ragasztás: bármely faanyaghoz használatos ragasztóval Kötések: idegencsapok kötések jól alkalmazhatók Csavarozás: megfelelő csavarállóság

18 Farostlemezek osztályozása! gyártási eljárás (nedves, félszáraz, száraz)! térfogatsűrűség (LDF, MDF, HDF)! keresztmetszet (rétegszám: 1, 2, 3, több)! lemezvastagság! felület minősége (1 oldalt sima, 2 oldalt sima)! egyéb (pl. kötőanyag: szervesek, szervetlenek)

19 Osztályozás gyártási eljárás szerint Nedves Félszáraz Száraz Terítékképzés módja Teríték nedv.tart [%] Termék kialakítása nedves száraz száraz !kemény farostlemezzé hőprésben!szigetelőlemezzé forró levegővel hőprésben hőprésben

20 Osztályozás térfogati sűrűség szerint LDF MDF HDF Gyártási eljárás nedve s nedves száraz nedves / száraz Térfogati sűrűség [kg/m 3 ] 400-ig felett Ragasztó-anyag [%] / 8-12 Vastagság [mm] / 2-8 Extra nagy sűrűségű: 950 kg/m 3 felett, hő és olajedzéssel

21 Kemény farostlemez MSZ EN HB: száraz környezetben alkalmazható általános felhasználású HB.H: nedves környezetben alkalmazható általános felhasználású HB.E: külső környezetben alkalmazható általános felhasználású HB.LA: száraz környezetben alkalmazható, teherhordó lemez HB.HLA1: nedves környezetben alkalmazható, teherhordó lemez HB.HLA2: nedves környezetben, nagy igénybevételre alkalmazható pl. 3,5 mm vastag kemény farostlemez jellemzői: σ h [N/mm 2 ] E [N/mm 2 ] σ [N/ mm 2 ] Vast.dag. 24h [%] HB 30-0,50 37 HB.H 35-0,60 25 HB.LA ,60 35 HB.HLA ,80 15

22 MDF MSZ EN MDF: száraz környezetben alkalmazható általános felhasználású MDF.H: nedves környezetben alkalmazható általános felhasználású MDF.LA: száraz környezetben alkalmazható, teherhordó lemez MDF.HLS: nedves környezetben alkalmazható, teherhordó lemez pl. 19 mm vastag MDF jellemzői: σ h [N/mm 2 ] E [N/mm 2 ] σ [N/ mm 2 ] Vast.dag. 24h [%] Formaldehidtart. [mg/100 g] MDF ,55 12 < 8 MDF.H ,75 8 < 8 MDF.LA ,60 12 < 8 MDF.HLS ,75 8 < 8

23 Szigetelő lemez MSZ EN SB: száraz környezetben alkalmazható általános felhasználású SB.H: nedves környezetben alkalmazható általános felhasználású SB.E: külső környezetben alkalmazható általános felhasználású SB.LS: száraz környezetben alkalmazható, teherhordó lemez SB.HLS: nedveskörnyezetben alkalmazható, teherhordó lemez pl. 19 mm vastag, építőiparban használatos szigetelőlemez jellemzői: σ h [N/mm 2 ] E [N/mm 2 ] Vast.dag. 24h [%] Formaldehidtart. [mg/100 g] SB.LS 1, < 8 SB.HLS 1, < 8

24 A MOFA Rt. I. Alapítás, környezetvédelem! A Defibrátor sor 1961-ben kezdte meg a termelést.! A Funder sort 1973-ban indították, tényleges termelés 1978-tól indult be.! A gyár a Duna mentén 42 ha területen fekszik.! A gyár környezetvédelmi helyzetét alapvetően meghatározza a nedves farostlemez gyártási technológiája, amely környezetszennyezéssel jár.! A szennyvíztisztítás rendkívül drága, tökéletes megoldás nincsen.! A farostlemez gyártás szennyvize azonban steril, tehát patogén baktériumokat nem tartalmaz.! A cég egyre növekvő szennyvíz bírságot fizetett, amelyet a késztermék már nem tudott elvisel.

25 A MOFA Rt. II. Régi termékei MÚLT:! Kapacitása: m 3 /év! Kemény farostlemez: m 3 /év! Lakkozott farostlemez: m 2 /év! Laminált farostlemez: m 2 /év! Falburkolat: m 2 /év! Biohumusz: 2000 t/év! Fabrikett:! Hűtőtető: db/év

26 A MOFA Rt. III. A régi alaptermék jellemző adatai Kemény farostlemez:! Vastagság: 2-7 mm! Táblaméret: 1600 x 2750 mm 2140 x 2750 mm 1830 x 2140 mm! Formaldehid emisszió: E-1 minősítésű (0,125 mg/m 3 )! Hajlítószilárdság: N/mm 2! térfogati sűrűség: kg/m 3

27 A MOFA Rt. IV. Régi gyár fő alapanyagai Fa alapanyag: Választék [űrm] Hengerfa Hulladék Keménylombos Lágylombos Fenyő Kötőanyag: Fenol-formaldehid Adalékanyag: Paraffin diszperzió

28 A MOFA Rt. V. Régi technológia! Nedves gyártási technológiával, két gyártósoron termel kemény farostlemezeket. A faanyag előkészítése közös.! A beérkezett fából azonnal aprítékot képeznek hegyekben, szabadban tárolják.! Az aprítékot Defibratorokban rostosítják, amelyek előmelegítő kazánból és rostosító egységből állnak.! A rostokat ezután vízzel szállítják tovább és ragasztóanyaggal és adalékokkal keverik.! Rostfrakcionálóval a nagyon finom rostokat leválasztják.! A teríték képzése síkszitákon történik. Itt válik szét a két gyártósor a FUNDER és a DEFIBRATOR.! A hőpréselést több szintes hőprésben C hőmérsékleten és 5 N/mm 2 fajlagos nyomáson végzik.! Felületkezelés vizes oldószeres lakkal, hengeres felhordással működő, energiatakarékos gépsoron történik.

29 A MOFA Rt. VI. Régi technológia aprítás rostosítás anyag előkészítés vegyszerezés fedőanyag készítés paplanképzés préselés kondícionálás

30 A Kronospan-MOFA Kft. - I.! A nedves technológia ideje lejárt, a környezetszennyezés, az egyoldali felületkezelhetőség új technológia bevezetését teszi szükségessé.! A cég fokozatosan száraz gyártási eljárásra kívánt áttérni.! Az egyre nehezebben és drágábban beszerezhető hengeres faanyag kiváltására növelni kívánják a fahulladékok felhasználásának arányát. Régi farostlemezek visszaforgatása már megoldottnak tekinthető (30 %).! A gyárat án megvásárolta a Kronospan csoport. A régi V. sort októberében, a II. sort május 18-án leállították, és ezzel véget ért a hazai nedves eljárású farostlemezgyártás.

31 A Kronospan-MOFA Kft. - II.! A Kronospan-MOFA Kft. átvette a felületkezelő sort a MOFA Rt.-től, és azon a csoport más gyáraiból hozott HDF lemezeket felületkezelik.! Az új gyártósorhoz egy Dieffenbacher ContiPower folyamatos prést vásároltak, amely vékony MDF és HDF gyártására alkalmas.! A tervezett alapanyag: 80% nyár és 20% egyéb lágylombos vagy fenyő fafajok.! A gyártósor tervezett indítása tavasz.

32 A Kronospan-MOFA Kft. - II.

33 A farostlemez gyártás helyzete, fejlesztési irányok! Napjainkban száraz gyártási eljárású gyárakat telepítenek.! A többszintes préseket felváltották a folyamatos préselési technológiák:! hengerprés! kalander prés! extrúziós prés! szalagos prés:! Hydro-Dyn! Contiroll! Conti-Power! Küsters! MDF igény ugrásszerű növekedése: laminált padló

34 Farostlemez felhasználás a világban [1000 m 3 ] (UNECE/FAO) Észak-Amerika Európai Unió Európa, nem EU 3D oszlop 4

35 Farostlemez termelés és felhasználás Magyarországon [1000 m 3 ] (UNECE/ FAO) Termelés Felhasználás Észak

36 MDF-gyártó kapacitás a világban (MOFA) Ausztrália Dél-Amerika 5% Afrika 9% 2% Kína 14% Észak-Amerika 17% Ázsia 14% Európa 39%

37 MDF termelés és felhasználás a világban [1000 m 3 ] (UNECE/FAO) Oszlop 17 Oszlop 16 Oszlop 15 Oszlop Oszlop Oszlop Oszlop 11 Oszlop 10 Oszlop Oszlop Oszlop Oszlop Oszlop Oszlop 4 Oszlop 3 Felhasználás Termelés Észak-Amerika Európai Unió Európa, nem EU

38 Európai MDF-gyártó kapacitás és felhasználás [1000 m 3 ] (MOFA) Kapacitás Felhasználás Észak

39 Európai laminált padló felhasználás [millió m 2 ] (MOFA)

40 Nyersanyagok Lignocellulózok Fás anyagok! tűlevelű apríték,! lágy lombos apríték,! kemény lombos apríték,! furnérhulladék,! fűrészpor,! gyufagyártási hulladék, Lágyszárúak! bambusz, bagasz, juta,! len, kender, kenaf, stb. Másodnyersanyagok! használt faanyagok! hulladékpapír Kémiai alapanyagok Kötőanyagok! természetes ragasztók! kazein, glutin, véralbumin! kolofónium, tannin! műgyanták! karbamid formaldehid! melamin formaldehid! fenol formaldehid! izocianát! hidraulikus kötőanyagok! gipsz! cement Szabályozó anyagok Nemesítő anyagok

41 Hazai lignocellulóz alapanyagok Erdei faanyagválaszték Faipari hulladék Mezőgazdasági hulladék Egyéb hulladék rostfa (~1m, kérges), tűzifa erdei apríték, ültetvények (4-5 éves ciklus) fűrészpor, darabos hulladék, gyaluforgács lemezipari szélezési hulladék hámozási maradékhenger, furnérhulladék bontott faanyag (épület, bútor, raklap ) kéreg szalma (búza, rozs, rizs ) kender, len, kukorica nád tőzeg, lignit (szervetlen rostok)

42 Kötő- és adalékanyagok! Nedves eljárás kötőanyagai:! fenol formaldehid 0-3 %,! természetes ragasztóanyagok, pl. tannin.! Száraz eljárás kötőanyagai:! karbamid formaldehid 8-12 %,! melamin formaldehid %,! fenol formaldehid 6-8 %,! PUR/MDI 6-8 %. Áraik egymáshoz viszonyítva: UF : MDI : PF = 1 : 4 : 2! Adalékanyagok:! edzők aminoplasztokhoz ammónium-szulfát, ammónium-klorid, ammónium-nitrát 0,5-2,5 %! formaldehid lekötők karbamid 0,5-5 % (folyékony gyantára)! paraffin víztaszító (forró folyadék v. diszperzió) 1-2 %! gombaölő szerek (kálium-hidrogén-fluorid)! tűzgátló szerek (ammónium-szulfát) %

43 A fa anatómiai és kémiai felépítésének szerepe a farostlemez-gyártásban! Legfontosabb szerepük a feltárható rostoknak van.! Ezek nemezelődése, filcelődése révén jön létre a farostlemez.! Tapadás mellett a farostok felületein kémiai kötések alakulnak ki.! A szilárdság és egyéb fizikai, mechanikai paraméterek ragasztóanyag hozzáadásával javíthatók.! A fa fő anatómiai alapja a sejt sejtfal és sejtüreg.! Kémiailag a fő építőelemei a cellulóz, a poliózok (hemicellulózok), a lignin ill. egyéb járulékos anyagok.

44 A fa anatómiai felépítése! A fa makroszkópos felépítése:! kéreg! héjkéreg! háncs! kambium! fatest! bél! szíjács! geszt! bélsugarak! edények! gyantajáratok! A fa mikroszkópos felépítése:! Fenyőfélék:! áledények (tracheidák) 90 95%! bélsugarak (parenchima ill. tracheida sejtekből)! gyantajáratok! Lombos fajok:! farostok (libriform rostok)! edények (tracheák)! faparenchimák! bélsugár-parenchimák

45 A fa anatómiai felépítése! A fát szilárdító, szállító és raktározó szövetek, sejtek építik fel.! A sejtek alakja, méretei fafajonként, de fajokon belül is igen eltérek.! A sejtek: sejtfallal határolt kezdetben élő sejtplazma.! Később a sejtfal megszilárdul, a plazma helyét fafajtól függően sejtüreg vagy pl. akác esetén thyllisek veszik át.! A sejtfal elemi részekből épül fel.! A cellulóz részaránya kb. 50 % a fában, ezért ez a meghatározó szerkezeti szempontból.

46 A cellulóz mikromolekulás szerveződése

47 A sejt felépítése I.! KL: középlemez! P: primer fal! S1: szekunder fal, külső réteg! S2: szekunder fal, középső réteg! S3: szekunder fal, belső réteg! T: spirális sejtfalvastagodás vagy tercier réteg! Sz: szemölcsös réteg

48 A sejt felépítése II.! Középlamella: a sejteket kapcsolja össze.! A sejtosztódáskor keletkezik, ekkor pektinből áll.! Később a cellulóz lerakódásával sűrűsödik, a pektin helyét átveszi a lignin.! Primer fal: pektinből és poliózokból áll.! Lazán kötődő cellulóz fibrillák hálózzák be.! Cellulóztartalma a száraz tömeg harmada.! Középréteg = középlamella + primer fal! Vastagsága 0,1 3 µm.! Rostosítás feladata ennek a középrétegnek a plasztifikálása, majd a rostok elcsúsztatása, szétválasztása e középréteg mentén.! A rost-rost felületkémiai reakciók biztosításához a primer fal külső rétegét is fel kell bontani.

49 A sejt felépítése III.! Szekunder fal:! Három további rétegre oszthatjuk:! vékony külső réteg! középső réteg a legvastagabb! belső réteg nem alakul ki minden fajnál (pl. nyír rostok, lucfenyő tracheidák)! Mikrofibrillák kristályos láncrácsa szilárdítja részben párhuzamosak, részben kapcsolódnak egymáshoz.! A rost hossztengelyéhez képest rendszerint csavarvonalban helyezkednek el.! Az emelkedési szög befolyásolja a szilárdságot, és a dagadást. Az alacsony emelkedési szög nagy rostszilárdságot ad.! Elfásodáskor az interfibrilláris teret extrakt anyagok és a mikrofibrillákhoz kapcsolódó lignin tölti ki.! A lignintartalom a primer fal felé nő.! Tercier réteg: ez határolja a sejtüreget.

50 A fában előforduló sejttípusok a) edények a) 1-5) keresztfalak b) rostok a) 1-2) tracheidák - lombos b) parenchim sejtek a) 1-3) libriform rostok b) bélsugár elemek a) 1) bélsugár sejtek b) 2-4) hossz parenchim sejtek c) tracheidák - tűlevelűek d) bélsugár sejtek

51 Sejttípusok szerepe a farostlemezgyártásban! Számunkra fontosak a szklerenchima vagy szilárdító rostok:! lombos fákban ezek jórészt a libriform rostokat jelentik! tűlevelűekben a kései pászta tracheidáit.! A szklerenchima rostok mennyisége változó:! tűlevelűekben: kb %! lombos fákban: kb. 66 %! egynyári növényekben: kevesebb, mint 25 %! A parenchim sejtek vagy edények csupán töltőanyagot jelentenek a farostlemezgyártás számára, ill. a kimenő technológiai vizet szennyezik.

52 A tűlevelűek anatómiai jellemzői I. Keresztmetszet Bélsugár parenchima Gyantajárat Kései pászta (tracheidák) Évgyűrű határ Korai pászta (tracheidák) Bélsugár parenchima Udvaros gödörke Tangenciális metszet Sugárirányú metszet

53 A tűlevelűek anatómiai jellemzői II.! Fő építőelemek a tracheidák 96 V%! Kis mennyiségben parenchim sejtek is előfordulnak.! Szerepük szerint edény és rost tracheidák vannak.! Korai pászta:! szállító szövetek nagy lumen, vékony fal! jól összenyomható, karcsú farostokat adnak! nagy, sima nemezelő felület! Kései pászta:! szilárdító szövetek kis lumen, vastag fal! Ezek aránya befolyásolhatja a farostlemez sűrűségét.! Kevés, sugárirányú bélsugár jellemző a tűlevelűekre.

54 A lombos fák anatómiai jellemzői I.

55 A lombos fák anatómiai jellemzői II.! Lombos fák sejttípusai:! edények (tracheák) 6 65 %! libriform rostok %! parenchim sejtek főként az edények, bélsugarak körül! bélsugár sejtek sugárirányúak, több rétegűek! A korai és kései pászta edényátmérői 10:1 arányúak is lehetnek.! Felépítésük lehet szórt vagy gyűrűs likacsú.! A farostok falvastagsága fafajonként igen változó, és adott törzsön belül is eltérő.

56 Az egynyári növények anatómiai jellemzői! Az egynyári növények sejtfelépítése hasonló a fákéhoz:! középlamella,! primer fal,! szekunder fal állhat több részből,! tercier fal,! sejtüreg.! A rostlemez-gyártás szempontjából a vékonyfalú nagy sejtüregű háncssejtek fontosak.

57 A fa anatómiájának szerepe a farostlemez-gyártásban I.! Gyártástechnológiailag és lemezminőségileg fontos anatómiai jellemzők:! műszakilag hasznosítható rostok mennyisége! farostok geometriája! feltárt farostok felületének nagysága, minősége! farostok kémiai felépítése! Rostkihozatal: a rostosítással gyártott rostmennyiség a teljes feltárt fához viszonyítva. A technológia és a gazdaságosság egyik alapja! Maximális rostkihozatal:! tűlevelűek: 95 %! lombos fák: 66 %! egynyári növények: 25 %

58 A fa anatómiájának szerepe a farostlemez-gyártásban II.! A rostosítás célja, hogy a feltárt szklerenchima rostok minél hatékonyabban vegyenek részt a farostlemez kialakításában (nemezelődés, filcelődés, felületkémiai reakciók.)! A parenchim sejtek és a tracheák csak töltőanyagok. Arányuk növekedése növeli a kész lap nedvszívó képességét, és a nedves eljárás víz szennyezését.! A farostok filcelődését, víztelenesését, tömörítését befolyásoló geometriai jellemzők:! hossz! átmérő! felület nagysága karcsúság! sejtfal vastagság! sejtüreg térfogat sejtfal-lumen arány

59 A fa anatómiájának szerepe a farostlemez-gyártásban III.! Az összenyomhatóságot a sejtfal-lumen arány határozza meg:! vastag falú, kis sejtüregű rostok nehezen tömöríthetőek, és visszarugóznak! vékony falú, nagy üregű rostok jól tapadnak egymáshoz, jól tömöríthetők zárt felületté! A filcelődést a karcsúság határozza meg:! nedves eljárásnál a hosszú, karcsú, hajlékony rostok megfelelőek tűlevelűek l/d : ,! száraz eljárásnál a rövid, sima felületű, vékony rostok lombosok l/d : ! A felület nagysága a rostok között kialakuló kapcsolatokat határozza meg: a lehető legnagyobb tapadó és aktív ragasztási felületet kell elérni.

60 A fa kémiai felépítése Faanyag Lignin Holocellulóz Járulékos anyagok Cellulóz Poliózok (hemicellulóz) Xilánok Mannánok Glükánok Galaktánok

61 Néhány rost alapanyag kémiai alkotórészeinek megoszlása [%] Fafaj Cellulóz Poliózok Lignin E-B* extraktok Forróvizes extraktok Hamu Erdeifenyő 41,4 13,2 27,6 6,6 4,1 0,5 Lucfenyő 46,0 8,3 27,3 2,0 2,0 Akác 50,1 23,7 20,6 2,8 4,6 0,3 Bükk 49,1 12,0 23,8 0,8 0,3 Tölgy 41,1 22,2 29,6 0,4 12,2 0,3 Fehér nyár 49,0 25,6 23,1 0,2 Egynyári növ *E-B: etanol-benzén

62 A cellulóz kémiai felépítése I.! A cellulóz alap építőeleme a β-d-glükóz (glükopiranóz).! A makromolekulában ismétlődő egység a cellobióz, melyben két β-d-glükóz kapcsolódik glikozidos kötéssel.! A makromolekula közel lineáris a glikozidos kötéseknél kissé tört ezért inkább nyújtott szalag formájú.! A cellobióz egység hossza 1,03 nm.

63 A cellulóz kémiai felépítése II.! A cellulózlánc alakját, konformációját meghatározza:! a β-d-konformációs glükóz formula, amely az ekvatoriális kapcsolat eredménye! a piranózgyűrű minimális energiaszintű kádformája, amely szinte sík alakzatot hoz létre! hidrogénhidas kötések, amelyek rögzítik a planáris szerkezetet, de meg is törik a lineáris alakot! Egy glükóz egység mérete 0,515 nm! A cellulózmolekula hossza a polimerizációs fok (n) függvényében n 0,515 nm! A cellulóz a farostokban található, ezért a sértetlenül feltárt farostok mennyisége meghatározó a farostlemez tulajdonságainak kialakításában.

64 A cellulóz polimerizációs foka! A polimerizációs fok (DP) az egy polimerre eső molekulaszám.! A farostok feltárásakor a DP-t magasan kell tartani.! A DP-s cellulózlánc hossza 7,2 µm, azaz szer nagyobb, mint a lánc átmérője, tehát a cellulóz nagyon hosszú molekula. Cellulóz Átlagos DP Természetes fa Természetes gyapot Poliózok Technikai cellulózok Regenerált cellulózok

65 A poliózok kémiai felépítése! A poliózokban előforduló cukoregységek: pentózok, hexózok, hexuronsavak és dezoxi-hexózok.! A lombos fák legfőbb polióza a xilóz.! A fenyőfélék legfőbb polióza a mannóz, ill. arabinóz.! A poliózok főláncában a szénhidrátegységek piranozid formában, az oldalláncokban furanozidos szerkezetben fordulnak elő.! A polióz makromolekulák különböző mértékben elágazóak.! A főlánc kémiai felépítése alapján osztályozhatók: xilánok, mannánok, glükánok, galaktánok.! A pektinek azok a galaktouronsav polimerek, galaktánok és arabinánok, amelyek aktív kolloid sajátosságokat mutatnak, pl. gélképződés.

66 A poliózok cukoregységei

67 A lignin elemi és molekuláris szerkezete! A lignin pontos kémiai, szerkezeti felépítését nem ismerjük.! Az átlagos elemi összetétele a legtöbb fafajnál:! széntartalom: %! oxigéntartalom: %! hidrogéntartalom: 6,1 6,5 %! A rendkívüli komplexitás ellenére van egy szerkezeti elem, amelyből a lignin makromolekula struktúrája felépíthető: fenil-propán egység.! Emellett a ligninben metoxilcsoportok is jelen vannak (-OCH 3 )

68 Járulékos (extrakt) anyagok a fában! Egyszerű fenolok és polifenolok! egyszerű fenolok! lignánok! flavonoidok és kondenzált tanninok! hidrolizálható tanninok! stilbének! kinonok! tropolonok! Terpének és gyanták! További járulékos anyagok! cukrok! ciklitek! zsírok, viaszok! alkaloidok

69 Hogyan építik fel a kémiai alkotóelemek a fa anatómiai alkotóelemeit?

70 Kémiai alkotóelemek anatómiai alkotóelemek A cellulóz mikromolekulás szerveződése

71 Micelláris elmélet! Cellulóz: orientált, kristályos a micella közepe és orientálatlan, amorf a micella végei részekből áll.! Ezek a micellák (elemi cellák cellulóz-i) kapcsolódnak össze elemi fibrillákká (mikrofibrilla cellulózmolekula) Ø 3,5 4,0 nm.! A mikrofibrillák fibrillákká szerveződnek (több ezer cellulózmolekula) Ø nm.! Az elemi cella monoklin kristály cellulóz-i! Az a tengely irányában intermolekuláris hidrogénhidas kötések hatnak! A b tengely irányában van der Waals erők

72 A cellulóz szerepe a sejtfal felépítésében! A sejtfalban a mikrofibrillák és fibrillák lazán kapcsolódnak egymáshoz. Távolságuk:! nedves állapotban: 1,2 5 nm! száraz állapotban: ~ 1 nm! Az interfibrilláris teret rendezett, de nem kristályos ill. duzzasztott állapotban rendezetlen szénhidrátok, ill. víz tölti ki.! A cellulóz molekulák mikrofibrillákban való elhelyezkedésének alapelvei:! Hosszirányban a rendezett tartományt egy rendezetlen követi rojtos micella.! A szalagszerű, egyedi fibrillák hosszirányban rendezett és rendezetlen részekből állnak.! A hosszirányban lévő rendezett terület hajtogatottan tömörített láncokból áll. Ezek a szomszédos lánckötegek rendezetlen részeihez kapcsolódnak.

73 A poliózok (hemicellulózok)! Szabálytalan felépítésűek, elágazó lánc szerkezettel.! Különbségeik a cellulózzal szemben:! sokkal rövidebb molekulalánc, kisebb molekulatömeg! nagymértékű polidiszperzitás! elágazások a főláncon! a láncot több alapegység építheti fel! A pliózok poliszacharidok, és lehetnek homopolimerek (azonos molekulákból szervezettek) vagy heteropolimerek (láncában különböző szénhidrátegységek vannak)! Ide tartoznak még a poliuronsavak és a poliuronidok.! Szerkezetükben átmenetet képeznek a kristályos cellulóz és az amorf lignin között.! Így a cellulózból származó nagy merevség jelentős rugalmassággal párosul.

74 A poliózok szerepe a fában! A cellulózzal hidrogén hidas, míg a ligninnel kémiai kötésben vannak.! A húzott és nyomott fa nagy mennyiségben tartalmaz különböző poliózokat és poliuronsavakat.! A középlamellát és az udvaros gödörkéket főleg galaktánok, galakturonánok és arabinánok alkotják.! A mikrofibrillák elsősorban cellulózból állnak, a poliózok a fibrillák között találhatók. A főbb poliózok előfordulása a fában [%] Polióz Lombos fák Fenyőfélék Xilán Mannán

75 A poliózok jelentősége a farostlemezgyártásban! A fa polióz tartalma befolyásolja a faanyag rostosíthatóságát, őrölhetőségét.! Azok a holocellulózok, amelyek sok alkáliában oldódó poliózokat tartalmaznak, az erős vízszorpció miatt jól őrölhetők, és pl. nagyobb szilárdságú papír gyártható belőlük, mint az α-cellulózból.! A poliózok megfelelő rostfeltárás esetén jelentősen hozzájárulnak a farostlemez szilárdságához, mivel részt vesznek a kötésben.! A különböző ragasztóanyag használat nélküli lapgyártási kísérletek éppen ezen poliózok megfelelő szabaddá tételén alapulnak.

76 A lignin szerepe a fában! A cellulóz mellett a legnagyobb mennyiségű szerves polimer vegyület a növényvilágban.! Mindig a cellulózhoz kapcsolódva található.! A tér minden irányában polimerizálódik, és kitölti a cellulóz alkotta vázat, így szilárdítva a sejtfalat.! A lignin fában való helyzetének két fő elmélete:! térháló elmélet: a lignin a fában 3-dimenziós hálót alkot, amely rövid lineáris láncokat tartalmaz, kovalens kötéssel kapcsolódva a köztes láncokhoz. Így a lignin semleges oldószerekkel oldhatatlan (kivéve az izolált).! lignin-szénhidrát kötés elmélete: a lignin kapcsolódik a fa szénhidrát frakciójához, égy a lignin oldhatatlan lesz.

77 A lignin szerepe a farostlemezgyártásban! A nagy lignintartalom csökkenti a farostlemez vastagsági dagadását és növeli a nyomószilárdságát.! A hidrotermikus kezelés hatására a lignin-hemicellulóz kötések felszakadnak.! A lignin víz jelenlétében már 90 C-on plasztikussá válik, a préselési hőmérsékleten pedig viszkózussá.! A hőpréselés során ezek az aktivált fenoplasztszerű anyagok új kötéseket hoznak létre egymás és a cellulóz között a rostok határfelületén.

78 Kötőanyagok szerepe a farostlemezgyártásban! A fa rostosításakor keletkező aktív rostfelülteken a hőpréselés során új kémiai kötések jönnek létre (elsősorban nedves eljárásnál).! Ezeket a kötéseket erősítik a hozzáadott ragasztók! nedves eljárás: 0-3 %! fenol-formaldehid gyanták PF! biopolimerek, pl. tannin! száraz eljárás: 8-12 %! karbamid-formaldehid UF! melamin-formaldehid MF, MUF aminoplasztok! fenol-formaldehid! izocianát, poliuretán MDI, PUR! szervetlen kötésű: cement, gipsz

79 Karbamid-formaldehid ragasztóanyag! Az MDF-ek több, mint 90 %-át UF ragasztóanyaggal gyártják.! Karbamid és formaldehid vizes oldatának, savas katalizátor melletti reakciójából származik, egyre növekvő molekulatömeggel. A kondenzációt alkalizálással megszakítják.! Adhéziós + mechanikus kötést biztosít.

80 Karbamid-formaldehid ragasztóanyag! Az előkondenzátum 66 %-os szárazanyag tartalmú, mpas viszkozitású.! Felhasználáskor a savas edző (ammónium-szufát) és a hőpréselés hatására befejeződik a polikondenzáció és létrejönnek a makromolekulák aminoplaszt.! Az UF hátránya a formaldehid emisszió. Ez a karbamidformaldehid arányával befolyásolható. A régi 1 : 1,4 arányt 1 : 1,05 1,15-re változtatták.! A szabad formaldehid tartalom lekötésére plusz karbamidot is szoktak a gyantához adagolni.! Másik hátránya a vízoldékonyság. A lemezek nedvességgel szembeni ellenállása 5-15 % PF vagy melamin adagolással javítható.

81 Melamin-formaldehid ragasztóanyag! Elsősorban a tulajdonságaik javítása céljából adagolnak melamint az UF gyantákhoz.! Jó a vízzel és a hővel szembeni ellenállása.! Az MDF gyártására használt MUF gyanták %-ban tartalmaznak melamint.! Adhéziós + mechanikus kötést biztosít.

82 Fenol-formaldehid ragasztóanyag! Fenol és formaldehid, nátriumhidroxid jelenlétében lezajló kondenzációjából származik.! Az előkondenzátum bázis hozzáadásával vízoldható marad.! A nedves technológia kizárólagos ragasztóanyaga.! A rost-víz szuszpenzióhoz 10x hígításban adják a PF gyantát.! Adhéziós + mechanikus kötést biztosít.! A rost-víz szuszpenzióban kicsapató anyaggal (ammónium szulfát vagy kénsav) lehet a farostokhoz irányítani. A kicsapató anyag pozitív töltést ad a gyantának, így az a negatív töltésű rostokon kicsapódik.

83 Izocianát/poliuretán ragasztóanyagok I.! A difenil-4,4 -diizocianát víz és oldószer nélküli szerves oldatban lévő monomer.! Kémiai kötést biztosít a fával poliuretán szerkezet kialakításával:! a két véghelyzetű izocianát gyök (-NCO) lép reakcióba a cellulóz szabad hidroxil csoportjaival (-OH).

84 Izocianát/poliuretán ragasztóanyagok II.! Egyes esetekben vizes MDI-emulziókat alkalmaznak, ahova formaleválasztó anyagok is bevihetők nem köt hozzá a préslaphoz. Kémiai kötés adhéziós, mechanikus kötés

85 Recepturák! Egy kg/m 3 térfogati sűrűségű MDF gyantaszükséglete abszolút száraz rostra vonatkoztatva:! UF: 8-12 %! szárazanyag tartalom: 66 %! Az UF gyanta rendszerint 2-8 % melamint tartalmaz.! Ammónium-szulfát (NH 4 ) 2 SO 4 edző: 1-3 % (gyanta szárazanyagra)! Paraffin olvadék vagy diszperzió: 0,3-2,0 %! MUF: %! Ammónium-szulfát (NH 4 ) 2 SO 4 edző: 1-3 % (gyanta szárazanyagra)! Paraffin olvadék vagy diszperzió: 0,3-2,0 %! PF: 6-8%! alkália tartalom: 3-8 % (alkalikus kondenzáció)! szárazanyag tartalom: %! Kalcium-karbonát CaCO 3 kötésgyorsító: 5 % (folyékony gyantára)! Paraffin olvadék vagy diszperzió: 0,3-2,0 %! MDI: 2-6 %! Ammónium-szulfát tűzvédőszerként: % (atro rostra)

86 A farostlemez-gyártás technológiái Nedves a papírgyártással rokon Száraz a forgácslap gyártáshoz hasonló fa alapanyag aprítás osztályozás por, szennyeződés durvaapríték apríték tárolás rostosítás nedves eljárás vízadagolás a rostokhoz rostfinomítás ragasztó- és adalékanyag adagolás koncentráció szabályozás szuszpenzió adagolás terítékképzés víztelenítés száraz eljárás ragasztó- és adalékanyag adagolás rostfinomítás rostszárítás terítékképzés (előpréselés) Forrólevegős szárítás (szárítás, ragasztás) hűtés formatizálás Hőpréselés (víztelenítés, szárítás, tömörítés, ragasztás) termikus utókezelés klimatizálás formatizálás felületkezelés Hőpréselés (szárítás, tömörítás ragasztás) hűtés formatizálás, csiszolás felületkezelés

87 A nedves és a száraz technológia a rostosítás végéig azonos

88 Alapanyag tárolása, előkészítése! Legfontosabb hazai fa alapanyagok:! rostfa (tűzifa),! fűrészüzemi hulladékok,! egyéb fafeldolgozási darabos hulladékok,! erdei apríték.! Faanyag tárolása a szilárd burkolatú faanyagtéren:! folyamatos gyártás biztosítása! faanyag nedvességtartalmának kiegyenlítődése! különböző fafajok külön tárolása! Raktárkészlet nagyságának szempontjai:! folyamatos gyártás biztosítása! túl nagy készlet pénzt köt le! túl hosszú idejű tárolás során a fa kiszárad, gombásodik! célszerű min. 1 hónapos készlet, de max. 1 éven belül fel kell dolgozni

89 Alapanyag tárolása, előkészítése! Rostfa: tárolása a talajtól 30 cm-re, betontuskókra helyezett alátéteken kb. 3 űrm/m 2! Kezdődő gombafertőzés segítheti a rostfeltárást, előrehaladott azonban csökkenti a rostkihozatalt! A szélhulladék a rönkökhöz hasonlóan tárolható! Használatosak idomacél rekeszek is, melyek magasabb rakatok képzését teszik lehetővé! A különböző fafajokat külön tárolják, és vagy az aprításnál keverik, vagy a rostosítás előtt, mosásnál! A fűrészport, gyaluforgácsot zárt helyen célszerű tárolni a szél miatt.! Apríték: tárolása főleg szabadban, helyekben, esetenként fedett helyen történik (50) m magas hegyek! Az aprítékot általában fafaj szerint külön tárolják

90 Alapanyag tárolása, előkészítése! A hegyekben tárolt aprítékot 4-6 hónap után fel kell használni, mert a nedvesség és a hő hatására megindul a hidrolízis. A hőmérséklet:! tűlevelűek esetén C! lombosok esetén: C! A szabadban tárolás technológiai előnyei:! a megindult hidrolízis hatására csökken a rostosítás energiaszükséglete! egyszerű az anyagkezelés (kanalas targoncák)! jó helykihasználás, jól gépesíthető folyamatok! puffer szerepet is betöltenek az aprítékhegyek! Apríték továbbítása a rostosítók felé:! pneumatikusan csővezetékben! szállítószalagon! szállítócsatornában a nedves eljárás retúrvízével egyúttal ki is mossa az aprítékot

91 Aprítékképzés! Aprítékképzés célja olyan farészecskék létrehozása, amelyekből megfelelő minőségű és mennyiségű rost tárható fel:! egyenletes hosszúság, szélesség és vastagság! kevés rostátvágás! Az apríték minősége és méretei hatással vannak a késztermék tulajdonságaira! Forgácsolás: a szerszám a faanyag ellenállását legyőző erőket hoz létre! A forgácsolást befolyásoló tényezők:! faanyag fizikai, mechanikai jellemzői,! szerszám geometriája! forgácsolószerszám üzemelési paraméterei

92 Forgácsolás! F1 teljesítmény igényt befolyásolja! F2 a vágásfelületre kifejtett nyomóerő! α hátszög a hátlap súrlódását akadályozza meg min. 5-10! β élszög a forgács deformációját hozza létre, az él tartósságát adja 50-70! γ homlokszög a forgács deformációját határozza meg 15-25

93 Forgácsolás! Az aprítékképzés akkor jó, ha a faanyag felbontásának iránya párhuzamos a rostiránnyal sok ép rostot tartalmazó apríték jó hajlítószilárdság! A farostlemez-gyártáshoz szükséges megfelelő apríték méretét és minőségét a vágásirány és a forgácsolási erők nagysága befolyásolja.! A forgácsolási erők nagyságát befolyásolja:! térfogati sűrűség! nagyobb sűrűség nagyobb forgácsoló erő! nedvességtartalom! % maximális forgácsoló erő! növekvő nedvességtartalom mellett 30 %-ig csökken az F! tovább növekedve 50 %-ig változatlan marad az F

94 Forgácsolás! A vágásirányt a késszögekkel állíthatjuk be:! a hátszög 2-8 közötti! meghatározza az elmozdulás nagyságát, befolyásolja az előtolást! az élszög 32-45! nagyobb élszög hosszabb szerszám élettartalom! ha a vágásirány és a fa rostiránya bizonyos szöget zár be, akkor a szerszám a fa rugalmassági határát meghaladó nyomó-feszültséget hoz létre, mielőtt az apríték a rostok mellett elnyíródna kompressziós sérülést szenved az anyag, a rostok károsodnak, a rostfalak leszakadnak, csökken a szilárdságuk! a forgácsolási szög befolyásolja! az apríték hosszát,! az apríték vastagságát,! az apríték bütüjének épségét: nagy forgácsolási szög sérült bütü

95 Aprítógépek I. ferde késtárcsás aprító

96 Aprítógépek II. késhengeres aprító

97 Az aprítás műszaki paraméterei! Optimális aprítékméretek:! hossz: 50 mm! szélesség: 25 mm! vastagság: 5 mm! Leggyakrabban alkalmazott aprítógépek:! késtárcsás (függőleges v. ferde): ~100 űrm/óra! késhengeres (késdobos): ~500 űrm/óra! Az aprítógép teljesítményét, az apríték minőségét befolyásolja:! a rönkátmérő,! a fafaj,! a nedvességtartalom,! szerszámátmérő (forgó alkatrész),! forgó alkatrész fordulatszáma,! kések száma, állapota, minősége.

98 Az apríték hossza! Az apríték hossza a következő egyenlettel határozható meg:! ahol:! L H apríték hossza [mm]! v E előtolás [m/s]! D forgórész ármérője [mm]! z kések száma! v H szerszám kerületi sebessége [m/s]

99 Aprítékosztályozás! Az aprítékot rostosítás előtt osztályozzák:! por hulladék pl. elégetik, hozzájárulva a gyár energiaszükségletéhez! technológiailag megfelelő apríték továbbfeldolgozás! durva anyag utánaprítást követően vissza a folyamatba! Jellemző osztályozó berendezés a rázószita, lengőszita. A SUNDS DEFIBRATOR szitás apríték osztályozója

100 Apríték tisztítása! Az apríték tisztítása a farostlemez-gyártásban különösen fontos a szervetlen szennyezőanyagokra kényes rostosító berendezések miatt.! A faport rendszerint ciklonnal választják le.! Nedves eljárásnál, a csatornákban való szállításkor is kiválik a por, valamint leülepszenek a nehezebb szervetlen anyagok.! Gyakran alkalmazott berendezés az aprítékmosó

101 Az alapanyag-előkészítés veszteségei! A veszteségek a fontosabb technológiai helyeken:! faanyag tárolása: 0,2 %! kérgezés: 1,0 5,0 %! aprítás: 0,5 3,0 %! apríték tárolás: 0,3 6,0 %! osztályozás: 0,6 6,0 %! Az alapanyag-előkészítés vesztesége összesen: 2,6 22,5 %! Ez igen tetemes mennyiség. Ha pl. egy gyár m 3 /év kapacitású, az kb m 3 aprítékot dolgoz fel évente. Ennek 10 %-a is m 3.

102 A faanyag rostosítása! A farostlemez-gyártás meghatározó művelete, ahol az aprítékot feltárjuk: hidrotermikus és mechanikus úton rostosítjuk.! A rostképzés mechanikája alapvetően különbözik a forgácsképzés mechanikájától:! aprítás: belső, forgó ütőcsillag vagy gyűrű és külső, forgó késgyűrű révén képzi a forgácsot: vágás, hasítás! a rostosító két őrlőtárcsából áll, vagy csak az egyik, vagy mindkettő forog: nyírás, csúsztatás! A rostosítás során a faanyag fajlagos felülete megnő:! 10 m 2 /g farost felület kb szerese a kiindulási faanyag felületének.! A hidrotermikus kezelés hatására ugyanakkor a rostok felületén aktív, új kémiai kötések létrehozására alkalmas vegyületek szabadulnak fel.

103 A farostok újrakapcsolódásának elméletei 1. Rostosításkor a rost felületén a víz hatására géles hidrátburok jön létre (oxi- és hidrocellulózok) száradáskor ezek összeragasztják a rostokat. 2. Egyesek szerint csak a rostok filcelődése, nemezelődése biztosítja a szilárdságot. 3. A cellulóz vízben oldódik, majd száradáskor újra kristályosodik, és összeköti a rostokat. 4. Rostosításkor roncsolódik a primer fal, és a szekunder falból fibrillák válnak szabaddá. A víz hatására a rostok megduzzadnak, és a szekunder falon a cellulóz kolloidos rétege jön létre. Száradáskor ezek a kilógó cellulózok összefogják a rostokat.

104 A rostosítás előkészítése! A rostosítás két fő művelete az apríték előkészítése és az apríték rostokra, rostkötegekre bontása.! A teljes rostosítási folyamatot nevezik rostfeltárásnak is.! Apríték előkészítés feladata, hogy a fát rostosításra alkalmassá tegyük, és rostosításkor nagy mennyiségű, jó minőségű rostot tudjunk készíteni.! Ez a plasztifikálás, a fa szerkezetének fellazítása nedvesség és hő, néha vegyszerek hatására.! A plasztifikálás során a fában végbemenő változások:! meglágyul ill. oldódik a rostokat (sejtek) összekapcsoló középlamella! megduzzadnak a rostok! a kémiai szerkezet részben átalakul.

105 Rostosítás! A plasztifikált aprítékból mechanikus úton tárják a rostot.! A rostokra bontás mechanikai műveletei: nyomás, ütés, dörzsölés, hasítás. Rostosítási módok: hidrotermikus-mechanikus mechanikus kémiai-mechanikus Masonit eljárás Defibrátor eljárás Bauer eljárás facsiszolatgyártás Cellulózgyártás Biffar eljárás

106 A fő rostosítási eljárások paraméterei Eljárás neve Berendezése Apríték-előkészítés 1. gőzölési idő: s hőmérséklet: 230 C nyomás: 3,6-4,0 MPa MASONITE Mason-ágyú 2. gőzölési idő: 4-6 s hőmérséklet: 290 C DEFIBRÁTOR BAUER BOJA-JUNG Asplund-defibrátor (gőzölés előmelegítőben) Bauer-malom (gőzölés előmelegítőben) Biffar malom (előfőzés gömbfőzőben, higított sóoldatban) nyomás: 8,0 MPa 3. hirtelen nyomásmegszűntetés gőzölési idő: 2-5 perc hőmérséklet: C nyomás: 0,5-1,2 MPa gőzölési idő: 3-10 perc hőmérséklet: 170 C nyomás: 0,3-0,8 MPa főzési idő: 6-8 óra nyomás: 0,6 MPa

107 Masonit eljárás! Gőzrobbanásos eljárás (W.H. Mason USA)! Bármely lignocellulóz-tartalmú anyag rostjai feltárhatók vele előzetes folyadékos vagy vegyi kezelés nélkül.! Gépe a szakaszos működésű Masonágyú.! A 20 mm hosszú aprítékot a 0,6-0,7 m 3 -es, duplafalú acélcső tartályba vezetik.! A bezárt tartályba gőzt vezetnek két lépésben! Az anyag ürítése hirtelen történik, szeleppel, 6-7 mm-es nyílású réselt lemezen keresztül.

108 A Mason-ágyú működése! Első fázis: 3,6-4,0 MPa nyomáson, 230 C gőz, s! Második fázis: 2-3 s alatt megemelik a gőznyomást 7-8 MPa-ra, a hőmérsékletet 290 C-ra, és így tartják 2-3 s-ig! Harmadik fázis: nyitják az ürítő szelepet, és az anyag kb m/s sebességgel távozik a réselt lemezen tovább aprítódva az atmoszférikus térbe! A nagy nyomásváltozás következtében rostokra, rostkötegekre bomlik az apríték.! A rostosítási ciklus kb. 60 s, kapacitása t/nap légszáraz rost.

109 A Mason-eljárás előnyei! a rostok felületén felszabadulnak a poliózok, és részt vesznek a farostok újbóli összeragasztásában! ugyancsak részt vesz az új kötések kialakításában a megolvadt, aktív lignin! plusz kötőanyag hozzáadása nélkül is gyárthatók vele jó minőségű, nedvességnek ellenálló farostlemezek A Mason-eljárás hátrányai! a magas hőmérséklet miatt ezek a farostlemezek sötét színűek! a rostok gyártása szakaszos! az eljárás zajos, és kis kapacitású

110 Defibrátor eljárás! Asplund-féle defibrátor! legelterjedtebb gép a cellulóz- és farostlemezgyártásban! A termo-mechanikus eljárás fő lépései:! aprítékadagolás! dugóképzés aprítékból! előmelegítés (plasztifikálás)! rostosítás! rostok, rostkötegek kizsilipelése nyomás biztosítása

111 Defibrátor eljárás

112 Aprítéktároló siló! Rendszerint 2-3 órára elegendő aprítékot tárol.! Az alsó tölcsér csak adott mennyiségű aprítékot fogad a fölösleget visszavezetik a silóba.! A folyamatos adagolást vibrátorok segítik.! Az adagolást teljesítménymérő himbával vagy reosztáttal szabályozzák.

113 Aprítékadagolás dugóképző csiga! folyamatos aprítékadagolás! a kúpos csigaház 2:1 arányban tömörít! a dugó biztosítja az előgőzölőben a megfelelő gőznyomást! az összepréselés hatására kinyomódó vizet el kell vezetni apríték optimális nedvességtartalma: %! az aprítékdugó megvezetését hosszirányú hornyok biztosítják

114 Előmelegítő! hőmérséklet és gőznyomás állandó értéken (fafaj függő)! max. 1,2 MPa gőznyomás! C hőmérséklet! az apríték melegszik, a faanyag plasztifikálódik! Az előmelegítési időt meghatározza:! tartály töltöttsége dugóképző sebességével szabályozható,! kapacitása.! Szintmérő szabályozza az aprítékszintet általában izotópos szintmérés.

115 Előmelegítő! az aprítékot keverő mozgatja! Alul kihordócsiga fokozatmentesen állítható fordulatszám meghatározza a defibrátor teljesítményét. közvetlen táplálás közvetett táplálás

116 A defibrátor

117 Rosrosítás a defibrátorban I.! A defibrátorban az egyik tárcsa álló, a másik forog.! Az apríték az előmelegítőből a rostosító tárcsák közé jut az álló tárcsa közepén.! Az aprítékok hosszirányban hasadva aprózódnak, és összetett, spirális jellegű úton a tárcsák széle felé halad az érkező aprítékutánpótlás és a centrifugális erő hatására.! A rostfinomság a tárcsák távolságával szabályozható hidraulikus rendszerrel.! A rostosításhoz szükséges rés nagyságát befolyásolja:! fafaj,! apríték minősége,! előmelegítés paraméterei,! az előmelegítő és a tárcsaház közti gőznyomáskülönbség (±0,1 MPa)

118 Rosrosítás a defibrátorban II.! Rostosítás indításakor a tárcsák közti távolságot 0,8 mmre állítják, majd lecsökkentik 0,4 mm-re (akár 0,1 mm is).! A forgó tárcsa fordulatszáma /min! A rosszul plasztifikált vagy száraz apríték rosszul rostosítható, szabálytalanul törik, növeli az őrlőtárcsák szegmeseinek kopását.! Az őrlőtárcsákra speciális profilkiképzésű, jó minőségű acél szegmenseket szerelnek.! A feldolgozandó alapanyag függvényében ezeknek eltér a mintázatuk, a kúposságuk, ötvözetük.! Lehetnek szimmetrikus mindkét irányban forgatható szegmensek vagy egyirányúak.

119 Rosrosítás a defibrátorban III.! A rostosító szegmensek élettartama kb üzemóra, és 4-5-ször élezhetők.! A szegmensek kialakítása, minősége és állapota befolyásolja a rostok minőségét és a defibrátor teljesítményét, energiafelvételét.

120 Rosrosítás a defibrátorban IV.! A fafajok szintén befolyásolják az energiafelvételt.! A kész rostok méreteloszlása közel normál eloszlást mutat.! A defibrátorral feltárt rostok rendszerint rostkötegeket jelentenek, nem különálló rostokat.

121 Rostok kiadagolása - kizsilipelés! A folyamatos működésű zsiliprendszer biztosítja a rostosító kimeneti oldalán a belső gőznyomást.! A kiadagolt rostokat egy háromutas szelep vezeti tovább a gőz visszavezetését is biztosítja az előmelegítőbe.! A rostpép innen! száraz eljárás esetén a rostszárítóba kerül! nedves eljárás esetén ciklonba jut, ahol vízzel keverik.! A legnagyobb defibrátorok 600 t/nap rostot készítenek.

122 Rostfinomítás! A refinerek hasonlók a defibrátorokhoz.! A rostosító tárcsák távolsága: akár 0,01 mm.! Rendszerint a teljes rosthalmazt utánőrlik.

123 BAUER eljárás I.! A Bauer-malomban két ellentétes irányba forgó őrlőtárcsa van.! Teljesítménye 600 t/nap.! Az apríték plasztifikálása előmelegítő kazánban, 0,3-0,8 MPa-on, max. 170 C-on történik.! Az előkezelt aprítékot innen csigás adagoló juttatja az őrlőtárcsák közé.! A fafajnak megfelelő felületkialakítású őrlőtárcsák távolsága állítható.! A rostok csak a megfelelő méret elérése után juthatnak ki a tárcsák közül.! A rostokat a gép rostiránnyal párhuzamosan hasítja.

124 BAUER eljárás II.! A megfelelő működés feltétele:! az egyenletes aprítékméret,! megfelelő plasztifikálás,! nedvességtartalom (kenés, hűtés) 100 % aprítéknedvesség 55 % rostnedvesség.! Száraz gyártási eljárásnál a ragasztó- és adalékanyagok a tárcsák közé vezethető valamelyik tárcsa meghajtó tengelyén keresztül.

125 BOJA-JUNG eljárás I.! A rostosítás ún. Biffarmalomban történik.! Apríték előfőzése gömbfőzőkben:! 6-8 óra hosszan,! 0,6 MPa nyomáson,! híg szódaoldatban.! Aprítékot plasztifikálás után mossák.! Előrostosítás:! A Biffar-malomban, víz adagolás mellett 4 forgó acéllapát az aprítékot az álló, nagy keménységű bazalt kőgyűrűhöz préseli.

126 BOJA-JUNG eljárás II.! Rostok finomítása:! az előrostosított fa az álló kő és a forgó homlokoldali kő között tovább rostosodik.! A rostfinomság a kőgyűrűk távolságával szabályozható.! Egyszeri rostosítás: szigetelő lemezek.! Kemény farostlemezhez a rostokat visszavezetik a Biffar-malomba, és kisebb kőtávolsággal finomítják.! Az álló kőgyűrű élettartama 6-8 hónap, a fémlapátoké 4-6 hónap.! A köveket hetente köszörülni kell.! A forgó kőgyűrű sebessége: 450 1/min.! A berendezés teljesítménye: 180 t/nap.

127 Rostfinomság mérése! A rostfinomság meghatározó szerepű a farostlemez kialakításában.! Egyes technológiák különböző finomságú rostokat alkalmazna a közép és a fedő rétegben.! A rostfinomság mérését nem lehet a technológiában folyamatosan mérni rendszeres mintavétel szükséges.! A rostfinomság mérésének módszerei:! őrlésfokmérés a rostlemez víztelenedési tulajdonságai szerint (Schopper-Riegler, Defibrátor),! rostfrakcionálás (nedves Unger, Defibrátor, McNett, Pulmac / száraz szitaanalízis),! rostok optikai vizsgálata (képelemző szoftverekkel).

128 Schopper-Riegler módszer! A papíriparból átvett módszer.! Az őrlésfok/schopper-riegler fok a rosthalmaz víztelenedési idejét adja meg SR.! Felépítése, működése:! A hengerben, a tölcsér felett fémszita van.! A mozgatható fémkúp felemelésekor a hengerbe öntött rost-víz szuszpenzió a szitára folyik.! Rostteríték jön létre a szitán, és a víz ezen keresztül a tölcsérbe majd egy mérőhengerbe folyik: SR.! A feltorlódott víz az oldalsó csövön egy másik mérőhengerbe folyik: cm 3.! Az oldalsó edény 120 cm 3 hez a tölcsér alatti edényben 12 SR tartozik.

129 Defibrátor módszer! 10 l farost-víz szuszpenzió szitán keresztüli víztelenedési ideje másodpercben.! A szuszpenzió hőmérséklete: 18 C.! A szuszpenzióban a farost mennyisége: 128 g.! Mértékegysége a defibrátor secundum (DS, defisec) Canadian Standard Freeness Tester! Szintén a víztelenedés idejét méri! Mértékegysége: CSF. SR és CSF összehasonlítása SR CSF Hengerméret 100 cm² 1000 ml Kifolyócső 149±1 s/l 74±0.7 s/l Kúp sebessége 100±10 mm/s

130 A DS, SR és CSFT értékmegfeleltetése DFT [DS] SR [SR ] CSFT [CSF]

131 A rostfinomság jelentősége! Nagy térfogatsűrűségű farostlemezhez: DS (durvább),! kis sűrűségű szigetelőlemezhez: DS (finomabb) finomságú rostokat használnak.! A finomabb rostok alkotta teríték nehezebben víztelenedik.! A rostfinomság (őrlési fok) növekedésével, 5-20 SR között:! nő a relatív térfogatsűrűség,! nő a relatív hajlítószilárdság,! csökken a relatív vastagsági dagadás,! csökken a relatív vízfelvétel.