Mendelova univerzita v Brně

Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE ANALÝZA VLÁKNA VE VÝROBĚ DESEK MDF

Brno 2011

Pavel Hupka

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Analýza vlákna ve výrobě desek MDF zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s §47b Zákona č. 11/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovi univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně dne 1. dubna 2011

………………………………… Pavel HUPKA

Poděkování: Touto cestou bych chtěl velmi poděkovat panu doc. Ing. Dr. Jaroslavu Hrázskému za vynikající vedení a pomoc při přípravě mé bakalářské práce, dále Dřevozpracujícímu družstvu Lukavec za umožnění provedení práce a panu Ing. Jílkovi za pomoc při odběru vzorků. Rád bych poděkoval také své rodině, která mě při vytváření této práce podpořila. Pavel Hupka

Jméno posluchače: PAVEL HUPKA

Název bakalářské práce: Analýza vlákna ve výrobě desek MDF

Abstrakt: Tato bakalářská práce je rozdělena na několik dílčích část, ve kterých je popsána charakteristika desek MDF, technologie výroby MDF suchým způsobem, dokončování vláknitých desek, požadavky na vláknité desky. V úvodní části práce je definováno proč jsem se této problematice týkající se analýzy vlákna věnoval a jaké jsou cíle této práce. V další části práce je charakteristika MDF desek, produkce v EU, dále je popsaná technologie výroby desek MDF respektive jednotlivé technologické procesy při výrobě desek, dokončovací operace a požadavky na mechanicko – fyzikální vlastnosti. Další část popisuje postup při analýze vzorků vlákna a následný pracovní postup pro uchovávání vzorku a sítovou analýzu. A v poslední části jsou již vlastní výsledky experimentu, jejich diskuse. Závěrem práce je hodnocení výsledků, použitá literatura.

Klíčová slova: odkorňování, rozvlákňování, defibrátor, sušení, lisování, formátování, broušení, povrchová úprava, sítová analýza, vlákno

Name: PAVEL HUPKA

BSc thesis title: Fibre analyse in the production of the MDF boards

Abstract: This BSc thesis is divided into several parts where are described the characterization of the MDF boards, productive technology of MDF by dry way, completion fibred boards, demanding of fibred boards. In the beginning of the thesis there is defined why I dedicated this issue regarding to fibre analysis and what aims are focused. In the other part there are characterizations of the MDF boards, production in the EU, description technology of production MDF boards especially particular technological process in the boards production, completing operations and demanding of mechanical-physical quality. The further part describes the progress of fibre analysis examples and the following technique progress for examples holding and sieve analyses. In the last part there are own results of experiment and their discussions. In conclusion there is classification of the results and applied literature. Keywords: Peeling, defibering, defibrator, drying, pressing, formatting, roughing, surface quality, sieve analyze, fibre

Obsah: 1 Úvod .…………………………………………………………………. 1 2 Cíl práce .……………………………………………………………...3 3 Definice vláknitých desek a jejich rozdělení .……………………….4 3.1 Vývoj výroby vláknitých desek ..………………………………………………… 7 3.2 Vývoj výroby středně hustých vláknitých desek MDF ...…………………………9

4 Technologie výroby vláknitých desek .……………………………. 13 4.1 Suroviny ………………………………………………………………….13 4.2 Odkorňování dřevní hmoty …….……………………………………….. 17 4.3 Výroba štěpek ……..…………………………………………………...... 18 4.4 Praní štěpek …….……………………………………………………….. 20 4.5 Rozvlákňování …………………………………………………………... 22 4.6 Dávkování chemikálií ……………………………………………………30 4.7 Sušení vlákna …….…………….…………………………………………30 4.8 Tvorba vláknitého koberce …….…………………………………………32 4.9 Lisování vláknitých desek ………………………………………………. 34 4.10 Formátování desek …………………………………………………….. 35 4.11 Tloušťková egalizace …...………………………………………………36 4.12 Odsávání prachu ……………………………………………………….. 36 4.13 Tvrzení desek ………………………………………………………….. 37 4.14 Klimatizace desek ………………………………………………………39 4.15 Likvidace odpadních vod z výroby vláknitých desek …………………. 41

5 Požadavky a možnosti použití MDF desek ……………………….. 45 6 Metodika ………..……………………………………………………47 6.1 Příprava a analýza vzorku………………...………………………………47 6.2 Pracovní postup sítové analýzy vlákna …..………………………………49

7 Výsledky vyhodnocení ………………………………………………51 8 Diskuse …..………………………………………………………….. 57 9 Závěr ….…………………………………………………………….. 58 10 Summary ………………………………………………………….. 59 11 Přehled použité literatury ..………………………………………. 60

Příloha

Vyhodnocení sítové analýzy pomocí součtu propadnuvší frakce pod síty

1 ÚVOD V úvodu mé práce považuji za nutné představit firmu, která mi umožnila tento projekt vytvořit a zpracovat. Dřevozpracující družstvo Lukavec je česká středně velká firma se stabilními vlastníky, kteří se aktivně podílejí na řízení a provozu firmy. Jsou významným výrobcem řeziva a deskových materiálů na bázi dřeva s více než 50letou tradicí. Specializujeme se na výrobu širokého sortimentu nábytkových dílců, především z laminovaných dřevotřískových a MDF desek, různých kvalit (standardní nábytkářská, speciální pro lakování,frézováníatd.).

Od roku 2005 vyrábí spolu s dceřinou společností DH Dekor, s.r.o. nábytkové dílce. Výrobní technologie, které používají, jsou špičkové a odpovídají nejmodernějším trendům v nábytkářském oboru. Zároveň vyrábí a dodávají dřevotřískové a MDF desky, včetně povrchově upravených přírodní dýhou nebo laminováním. Svým zákazníkům nabízí také řezivo, od surového až po hoblované. Díky značným investicím do výroby poskytují zákazníkům ideální spojení výrobce dřevotřískových desek a MDF společně s laminací a vlastní impregnací, velkokapacitními nářezovými centry a výrobou nábytkových dílců. Právě v oblasti nábytkových dílců je takové spojení velkým benefitem a konkurenční výhodou pro zákazníka. Přibližně 60 % celkové produkce exportují do více než dvou desítek evropských států. Jsou držitelem mnoha certifikátů a splňují požadavky normy ISO 9001:2008. Dokáží se přizpůsobit potřebám zákazníka a nechat se certifikovat podle jeho potřeb. Příkladem je i certifikace IWAY pro firmu IKEA. Hlavním cílem společnosti je spokojenost zákazníka a individuální přístup k řešení jeho požadavků. Zákazníkům nabízí kompletní a kvalitní dodavatelský servis, včasné vyřízení objednávek a plnění uzavřených dohod. Nejsou jen dodavatelem materiálu, ale cestou pro zákazníky od materiálu, přes polotovar až k samotnému produktu, který doplňují poradenskými službami. Klíčem k úspěchu firmy jsou kompetentní a loajální zaměstnanci, kteří vědí, co si zákazník přeje, a umí pro něj najít to nejlepší řešení. Chtějí, aby se k nim zákazníci vraceli jako ke spolehlivé firmě, která poskytuje komplexní služby a drží slovo. 50letá tradice je zavazuje k tomu, aby jako správní hospodáři přírodě vraceli to, co od ní dostávají. Proto ekologie a kultivace lesů patří k prvořadým zájmům. Kvalitní dřevo je základem spokojenosti jejich zákazníků, proto je i jejich zájmem o kvalitu lesních porostů pečovat. Pro podporu procesu trvale udržiPavel Hupka

Analýza vlákna ve výrobě desek MDF

Stránka 1

telného hospodaření v lesích mají zavedený a certifikovaný systém PEFC C-o-C. Ten jim umožňuje sledovat tok certifikované suroviny, pro kterou je prokazatelný původ. Tím je minimalizováno riziko zpracování kontroverzní dodávky dřeva. Jen tak můžou nadále v budoucnu poskytovat zákazníkům vysoký standard výrobků a služeb. Rychlé a spolehlivé dodávky, ověřená kvalita, vysoká flexibilita, individuální přístup ke každému zákazníkovi, schopnost vyrábět malé série a pestrá nabídka exkluzivních dekorů. To jsou jejich hlavní přednosti, které zákazníci oceňují již desítky let.

Pavel Hupka


Stránka 2

2 Cíl práce Dílčím cílem této bakalářská práce je z počátku objasnit metodiku technologie výroby desek MDF suchým způsobem zejména pak analýzu vyrobeného vlákna metodou sítové analýzy. Úkolem experimentu je dokázat zda se mění kvalita vyráběného vlákna v závislosti na čase při kterém se segmenty, které vyrábějí vlákno, otupují. Toto vyhodnocení se provede na sítovém třidiči, který je opatřen síty o různé velikosti ok. Po ukončení doby prosévání se jednotlivé frakce, které zůstaly na sítech jednotlivě zváží na analytických vahách a vypočítá se procentuelní podíl jednotlivých frakcí. Dalším cílem této práce je sestavit ucelený přehled parametrů jednotlivých sít do přehledné tabulky a graficky vyhodnotit pro jednotlivá síta jak se mění vlákno v průběhu času.

Pavel Hupka


Stránka 3

3 DEFINICE VLÁKNITÝCH DESEK A JEJICH ROZDĚLENÍ Podle ČSN EN 316 jsou vláknité desky definovány jako vláknitý materiál tloušťky 1,5 mm a více, vyrobený z lignocelulosových vláken použitím ohřevu nebo tlaku. Soudružnosti je dosaženo zplstnatěním vláken (a jejich přirozenou lepivostí) a přídavkem syntetické pryskyřice na vlákno. Vláknité desky se rozdělují podle výrobního procesu: • desky vyrobené mokrým procesem • desky vyrobené suchým procesem Vláknité desky vyrobené mokrým procesem Mají při formování koberce vlhkosti vyšší než 20%. Podle své hustoty se rozdělují na následující typy: • izolační desky (hustota < 400 kg/m³) Základní vlastnosti těchto desek jsou tepelné a akustické. Mohou získat další vlastnosti, jako například odolnost proti ohni, vlhkuvzdornost. • polotvrdé desky (hustota ≥ 400 kg/m³ a ≤ 900 kg/m³) Polotvrdé desky s nižší hustotou (400 kg/m³ až 560 kg/m³) Polotvrdé desky s vyšší hustotou (560 kg/m³ až 900 kg/m³) Mohou získat další vlastnosti, například odolnost proti ohni, vlhkuvzdornost. • tvrdé desky (hustota ≥ 900 kg/m³) Mohou získat další vlastnosti, například odolnost proti ohni, vlhkuvzdornost, odolnost proti biologickému napadení, opracovatelnost (například formovatelnost). Vláknité desky vyrobené suchým procesem

Pavel Hupka


Stránka 4

Jsou desky, které mají při tvorbě (vrstvení) koberce vlhkost menší než 20% a mají hustotu 600 kg/m³. Desky MDF – médium density fibreboard (středně husté vláknité desky o hustotě 600–800 kg/m³) se vyrábějí s přídavkem syntetické pryskyřice, přičemž za použití teploty a tlaku. Při tomto způsobu mohou získat další vlastnosti, například odolnost proti ohni, vlhkuvzdornost, odolnost proti biologickému napadení, odolnost proti vodě. MDF jsou začáteční písmena jednotlivých slov anglického názvu Medium Density Fibreboard a též německého názvu Mitteldichtefaserplatten - středně husté vláknité desky (též nazývané polotvrdé VD).

Obr. 1: středně hustá vláknitá deska MDF

MDF jsou vyráběny z dřevních vláken nebo vláken lignocelulosových materiálů získávaných rozvlákňováním dřevní hmoty. Velkoplošný materiál se vyznačuje stejnorodou strukturou slisovaných vláken v celém svém průřezu. Jsou vyráběny převážně jako jednovrstvé, ale mohou být i vícevrstvé. Podle mezinárodního standardu ISO 818 patří do skupiny polotvrdých vláknitých desek. Desky s hustotou od 400 do 800 kg/m³ dle způsobu jejich výroby. Suchým výrobním způsobem se vyrábějí MDF o hustotě 600 až 800 kg/m³. Hladký, stabilní povrch a homogennost v průřezu vytváří předpoklady pro třírozměrné, tj. reliéfní opracování. Operaci, kterou můžeme provádět je Pavel Hupka


Stránka 5

především frézování do plochy materiálu nebo opracování bočních hran. Jemná struktura vláken dává deskám vysokou rozměrovou stabilitu a vysokou mechanickou pevnost. Zejména pozoruhodná je vysoká pevnost držení vrutu v úzké boční ploše, což je velkým problémem u třískových desek. Nezanedbatelná je i též vysoká kvalita povrchu po obroušení při správně zvolených hrubostí brusných pásů.

Dřevní hmota Odkorňování

Vrstvení vlákna Kůra

Podélné a příčné formátování

Výroba štěpek Skladování stěpek

Předlisování koberce

Tepelná energie

Lisování MDF desek

Třídění štěpek

Hrubá, jemná frakce

Chlazení desek

Praní štěpek

odřezky

Omítání desek

rozvlákňování

Pára, PF-UF pryskyřice, parafín

Dokončování

Sušení vlákna

Tepelná energie

Balení

Skladování vlákna

Skladování, expedice

Obr 2: Schema výroby desky MDF suchým způsobem

Jednotlivé, výše uvedené, technologické operace se shodují se suchým postupem výroby vláknitých desek. Proto v následujícím textu uvádím pouze specifičnosti výroby MDF. Pro výrobu MDF lze zpracovat jak jehličnaté, tak listnaté dřeviny, ale i dřeviny exotické, například „Eukalyptus Globulus“. Pokud se zpracovává více dřevních druhů, je nutné jejich časově konstantní poměr pro nastavení technologických parametrů a tak zajištění kvality finálního výrobku. Z netradičních surovin jsou k výrobě MDF použiPavel Hupka


Stránka 6

telné bagasa a jiné jednoleté rostliny, sláma, viničné pruty, apod. Hlavní úlohu také sehrává anatomické i chemické složení dřeva a způsob výroby desek. Při značení vláknitých desek definovaných normou ČSN EN 316 se používají následující značky: • izolační deska

SB

• izolační deska s dodatečnými vlastnostmi

SB. I

• polotvrdá deska nižší hustoty

MB. L

• polotvrdá deska vyšší hustoty

MB. H

• polotvrdá deska vyšší hustoty s dodatečnými vlastnostmi

MB. I

• tvrdá deska

HB

• tvrdá deska s dodatečnými vlastnostmi

HB. I

• středně hustá vláknitá deska (MDF)

MDF

•

MDF. I

středně hustá vláknitá deska s dodatečnými vlastnostmi

3.1 Vývoj výroby vláknitých desek Výroba vláknitých desek úzce souvisí s výrobou papíru a vychází z poznatků získaných při jeho výrobě. První patent na vláknitou hmotu z papíroviny dostal v roce 1772 Angličan „CLAY“. Začátky průmyslové výroby určitého druhu polotvrdé vláknité desky ze sběrového papíru spadají do roku 1898, kdy v SUNBURY – v Anglii – k tomuto účelu použili papírenský stroj. První izolační vláknité desky byly vyrobeny v roce 1901 z dřevoviny ve státě MINESOTA, v USA. Výrobu tvrdých vláknitých desek na základě rozvláknění expanzním způsobem zavedl v roce 1926 MASON LAUREL (USA) na základě staršího objevu LYMANA z roku 1858. Tento způsob rozvláknění se v USA velmi rozšířil. V Evropě a v ostatních světadílech se uplatnil a rozšířil vynález ASPLUNDA z roku 1931, který spočívá v plastifikaci dřeva středotlakovou nasycenou parou a v následném mechanickém rozvláknění. Dnes je tento způsob zaveden pod označením DEFIBRATOR Firma SUNDS DEFIBRATOR vyrábí příslušné rozvlákňovací jednotky, jakož i odvodňovací stroje KMW k formování vláknitého koberce. Firma DEFIBRATOR vybudovala u nás první výrobní linku VD mokrým způsobem (VDm.zp.), a to v n. p. SOLO Sušice v roce 1949 a následně i v n. p. Smerčina v Banské Bystrici. V roce 1943 zavádí firma WEYERHAEUSER TIMBER Pavel Hupka


Stránka 7

Co a v roce 1943 firma PLYWOOD RESEARCH FOUNDATION v USA tzv. polosuchý a suchý výrobní způsob výroby vláknitých desek (vlhkost vlákna 22–35 %). Následoval, rovněž v USA, vývoj suchého výrobního postupu, který poprvé podle Meilera odzkoušela firma COOS Lumber Co. Pracovalo se s vlhkostí vlákna 8–18 %. Myšlenka využit vzduch jako vrstvící medium se objevila již v roce 1914 v LEIKAMJOSEPHSTAL ve Vídni. V Československu byla od roku 1959 realizována pokusná poloprovozní výroba VDs.zp. v n. p. TATRA NÁBYTOK Pravenec (Slovensko), a to na základě výzkumných prací ŠDVÚ Bratislava. Na základě zkušeností z tohoto poloprovozu byly následně vybudovány další výrobní linky pracující suchým způsobem, a to v: •

Středomoravských dřevařských závodech v Břeclavi, v roce 1973, o projektované kapacitě 15 000 tun VD tvrdých/rok (generální dodavatel KSB Brno)

•

DREVOINDUSTRII Pezinok, v roce 1978, o projektované kapacitě 38 000 tun VD tvrdých/rok (generální dodavatel KSB Brno)

•

Na Slovensku byla dále realizována linka VD tvrdých s.zp. od firmy DEFIBRATOR o projektované kapacitě 56 000 tun VD tvrdých/rok v n. p. BUČINA, Zvolen.

Postupně však byly všechny linky DVDs.zp. pro technické potíže a nekvalitní produkci odstavovány z provozu. Od konce roku 1989 není v provozu v České a Slovenské republice žádná výrobní linka vyrábějící vláknité desky suchým způsobem. V České republice byly postupně uváděny do provozu linky vyrábějící VD mokrým způsobem v n. p. SOLO Sušice. Výroba DVD běžela v SOLO Sušice již od roku 1950, kdy byla uvedena do provozu první linka na výrobu DVD o projektované kapacitě 12 000 t/rok. Druhá výrobní linka o projektované kapacitě 18 000 t/rok byla zprovozněna v roce 1962 a linka č. 3 (tzv. široká linka) o projektované kapacitě 32 000 t/rok byla v provozu od roku 1973. Na Slovensku byla kromě linky DVDm.zp. v Banské Bystrici v provozu ještě jedna výrobní linka a to v n. p. Drevina Turany. V bývalé ČSFR se v roce 1992 vyrábělo celkem 140 000 m³ dřevovláknitých desek ve všech třech výrobních závodech (Solo Sušice, Smrečina Banská Bystrica, Drevina Turany). Koncem roku 1998 byl ukončen provoz na posledních dvou linkách v Sušici, a to z důvodu havarijního stavu strojně – technologického zařízení a nekvalitní produkce. Pavel Hupka


Stránka 8

Na Slovensku v současnosti pokračuje výroba DVD izolačních a tvrdých na zmodernizovaných linkách v závodě SMREČINA a.s. Banská Bystrica. Z výše uvedeného vyplývá, že se v ČR nevyrábí tvrdé a izolační vláknité desky ani mokrým, ani suchým výrobním postupem a veškerá potřeba tohoto materiálu je zajišťována dovozem. Pouze výroba středně hustých vláknitých desek MDF je realizována v Dřevozpracujícím družstvu LUKAVEC.

3.2 Vývoj výroby středně hustých vláknitých desek MDF Středně husté vláknité desky MDF (nesprávně nazývané polotvrdé VD), jsou produktem technologicky vyvinutým v USA. Podle patentu MALONEYe byla postavena první linka ve firmě ALLIED CHEMICAL v Depositu, a to v roce 1965. Další linky byly postaveny v roce 1965 firmou KROEHLER v Meridian a firmou POPE & TALBOT v Oakridge v USA. Vznik tohoto typu materiálu právě v USA měl mnoho důvodů. Již dlouho bylo známo ohraničené použití tvrdých vláknitých desek. Podobně jako v Evropě, i zde se dosahovalo malých meziročních produkčních nárůstů VD tvrdých. V období od roku 1970 – 1972, se stav zvrátil na dřívější úroveň. Nevýhody tvrdých vláknitých desek (síťová spodní strana, malá rozměrová stabilita, vysoké vnitřní pnutí, vysoká hmotnost, malé tloušťky) neumožnily další rozšíření jejich použití v rozličných oblastech. Naproti tomu se v USA v letech 1960 – 1987 vyráběly třískové desky v objemu cca 6 mil. m³. Stejně tak jako v Evropě, se TD i zde osvědčily v konkurenci s překližkami a dobyly trhy. V protikladu s Evropou však v USA třískové desky byly levným substituentem, neboť jejich kvalita nebyla na dostatečné úrovni. Na základě kvality vstupní suroviny a používaných výrobních technologií nemohly americké třískové desky dosahovat kvalitní úrovně evropských třískových desek. Na trhu velkoplošných materiálů chyběl kvalitní, homogenní materiál, který by se dal bezproblémově použít v nábytkářském průmyslu. Tento fakt vedl k zavedení výroby MDF desek. Pod označením „MDF“ (Medium Density Fibreboard) se rozumí v podstatě velkoplošný materiál vyrobený z dřevních vláken suchým způsobem. Desky MDF jsou vyráběny v tloušťkách od 3 do 100 mm a o hustotě od 600 do 800 kg/m³. Tenké MDF desky mohou být vyráběny na válcových (kalandrových) nebo kontinuálních dvojpásových lisech (ContirollPress, Küsters, Hydrodypress atd.). Co se týče hustoty, pohybují se MDF desky mezi lehčími třískovými deskami a těžšími tvrdými vláknitými Pavel Hupka


Stránka 9

deskami. V USA se vyrábějí MDF o hustotě 400–900 kg/m³, přičemž pro nábytkářské účely se používá aminoplastové lepidlo a pro vnější použití PF pryskyřice. S vyššími investičními náklady na MDF v porovnání s TD souvisí i jejich vyšší ceny. V USA jsou náklady na výrobu MDF středních tloušťek asi o 20% vyšší než při výrobě TD, prodejní ceny jsou však v porovnání s TD o 20 až 25% vyšší. Po odstranění počátečních těžkostí v USA se výroba MDF rozšířila do všech světadílů.

Tab. 1: Výroba MDF desek ve světě v m³ Rok

Svět

Evropa

Afrika

Severní a střední Amerika

Jižní Austrálie Asie Amerika a Oceánie

1999

16 802 500

7 288 500

0

3 681 000

954 000

1 025 000

3 854 000

2000

19 046 493

8 380 493

0

3 770 000

1 003 000

1 241 000

4 652 000

2001

23 617 362

9 163 590

0

3 844 400

1 257 072

1 350 000

8 002 300

2002

27 568 814

10 386 690

0

4 136 900

1 491 124

1 419 000

10 135 100

2003

33 853 519

11 110 990

0

4 022 630

2 329 699

1 627 000

14 763 200

2004

40 975 476

11 846 105

60 000

5 111 930

2 632 415

1 639 000

19 686 026

2005

46 488 107

12 704 400

62 000

5 111 600

2 654 584

1 622 000

24 333 523

2006

51 685 593

12 715 300

62 000

5 413 770

3 416 000

1 670 000

28 408 523

2007

56 354 973

14 737 920

62 000

4 943 530

3 618 000

1 481 000

31 512 523

2008

57 313 163

13 687 250

62 000

4 332 390

3 848 000

1 424 000

33 959 523

Druhé těžiště výroby se podařilo vytvořit v Evropě. Výrobu však bylo nutno přizpůsobit evropským požadavkům, zejména bylo nutno zlepšit kvalitu vlákna, rovnoměrnost barvy desek, snížit tloušťkové tolerance. Rozvoj výroby MDF podpořil dále vytvářející se nový styl nábytku, který vykazoval zaoblení na místech, kde se zpravidla používá vzrostlé dřevo. V Evropě byla postavena první linka MDF v roce 1973 v RIBNITZ – DAMGARTEN (bývalá NDR) o kapacitě 150 000 m³/rok. Další evropský závod byl postaven až po pěti letech v roce 1976 v SFRJ (Krivaja Busovaca). V západní Evropě se začaly MDF jako první vyrábět ve Španělsku (INTAMASA CELLA). V Itálii byl Pavel Hupka


Stránka 10

první závod na výrobu MDF uveden do provozu v roce 1979 v OSOPO. Některé závody, např. v ILIRSKÉ BISTRICI (SFRJ), byly stavěny na výrobu MDF o hustotě 700–800 kg/m³ a tloušťkách 6,4; 8,0; 9,5 a 10 mm a o hustotě 950–1040 kg/m³ a tloušťkách 3,2; 4,0; 5,0 a 6,0 mm. Tab. 2: Výroba, export a import MDF desek v m³ v ČR

Mokrý výrobní způsob, který je propagován v severských zemích, je při výrobě MDF těžce aplikovatelný, protože takto vyrobené MDF desky vykazují horší fyzikální a mechanické vlastnosti (asymetrický hustotní profil, nižší pevnostní vlastnosti) a výroba je spojena se závažnými ekologickými problémy na které se v současnosti dosti poukazuje.

Rok 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Výroba 70 000 75 000 75 000 82 000 88 000 90 000 90 000 90 000 94 000 80 000

Export 49 000 58 000 62 000 51 000 48 000 49 000 38 000 39 000 51 000 42 000

Import 19 000 20 000 33 000 49 000 42 000 33 000 36 000 41 000 49 000 130 000

Obr. 3: Diagram výroby, exportu a importu MDF desek v m³ v ČR

V Evropě pracuje zájmové sdružení, které má za úkol sdružovat výrobce velkoplošného materiálu a jmenuje se „EPF“ (European Panel Federation, Brusel). Toto sdružení vzniklo sloučením sdružení výrobců a producentů dřevotřískových desek „FESYP“ a

Pavel Hupka


Stránka 11

sdružení výrobců MDF „EMB“. Rolí tohoto sdružení EPF je zejména poskytovat prostor pro výměnu informací mezi výrobci, zastupovat zájmy sektoru výroby desek před orgány EU, sdružovat finanční prostředky např. pro výzkum, vývoj a testování nových produktů. Země sdružené v European Panel Federation - EPF: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Kypr, Litva, Lotyšsko, Německo, Norsko, Portugalsko, Rakousko, Rumunsko, Řecko, Slovinsko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. EPF řídí valné shromáždění a řídící výbor s pracovními skupinami: •

Pracovní skupina „Ekonomické záležitosti“

•

Pracovní skupina „Prostředí“

•

Pracovní skupina „Technické záležitosti“

•

Pracovní skupina „OSB“

2004

2005

2006

2007

19 664 128

21 706 167


2008 19 952 704

2003

18 713 600

12 860 079

Pavel Hupka

2002

17 389 144

výroba VD celkem (m³)

2001

16 088 165

2000

15 335 980

1995

13 327 360

rok

6 873 300

Tab. 3: Výroba vláknitých desek v Evropě v m³

Stránka 12

Obr. 4: Diagram výroby vláknitých desek v Evropě v m³

4 TECHNOLOGIE VÝROBY VLÁKNITÝCH DESEK

Pavel Hupka


Stránka 13

Obr. 5: Schema výroby desky MDF suchým způsobem

4.1 Suroviny Dřevní hmota Vláknité desky se vyrábí dvěma zásadně odlišnými způsoby – mokrým a suchým. Existuje ještě polosuchý výrobní postup, který je více podobný suchému výrobnímu postupu, je ale méně často používaný. Vzhledem k vyššímu stupni dezintegrace dřevní hmoty (až na vlákno) není výroba VD tak náročná na kvalitu vstupní suroviny, jako je například výroba třísek pro povrchové vrstvy TD. Pro výrobu MDF desek je možné použít jak jehličnaté tak listnaté dřeviny i proto, že se zaznamenal výrazný pokrok v technologii a technice výroby těchto materiálů. Z anatomického hlediska mají význam především vláknité anatomické elementy neboli tracheidy, které představují podíl 91 až 95%. U listnatých dřevin to jsou libriformní vlákna, které se podílejí na stavbě dřeva okolo 66%. Pavel Hupka


Stránka 14

Vhodnost dřeva pro výrobu VD je nutno posuzovat podle těchto znaků: • poměr hlavních složek dřeva – celulosa, lignin, hemicelulosy • množství pryskyřice • rozměry vláken dřeva • vlhkost dřeva při zpracování • poškození dřeva hnilobou

Defibrovaná látka obsahuje všechny hlavní složky dřeva (celulosu, hemicelulosy, lignin). Tyto složky představují asi 96% hmotnosti suchého dřeva, avšak ve dřevě různých dřevin není těchto látek stejné množství.

Tab. 4: Procentuální zastoupení hlavních složek dřeva

Druh dřeviny

Celulosa (%)

Lignin (%)

Hemicelulosy (%)

Jehličnany

53 - 54

26 - 29

13 - 17

Měkké listnáče

43 - 45

19 - 26

24 - 32

Z Tab. 4 je patrno, že dřevo jehličnatých dřevin vykazuje vyšší procento hlavních složek (celulosa, hemicelulosy, lignin), které se podílejí na konečné jakosti VD. Toto je jeden z důvodů, proč při mokrém výrobním způsobu je prvotně preferována jehličnatá dřevní surovina. Také množství pryskyřic obsažených ve dřevní hmotě má rozhodující vliv na jakost hotových VD, protože vyšší obsah pryskyřice v dřevní surovině snižuje mechanické vlastnosti VD. Smrk obsahuje cca 11 kg/m³ pryskyřice, borovice 21 kg/m³. Množství pryskyřice obsažených ve dřevě borovice je mnohem vyšší než ve dřevě smrku. I když hlavních složek obsahuje přibližně stejné množství jako dříví smrkové, není pro značné množství pryskyřice pro výrobu VD vhodné. Z hlediska délky elementárního vlákna jsou jehličnaté dřeviny pro výrobu vláknitý desek vhodnější než dřeviny listnaté: Pavel Hupka


Stránka 15

Tab. 5: Délka elementárního vlákna jehličnatých a listnatých dřevin

Délka vlákna v mm Dřevina max.

min.

Smrk

3,8

2,6

Jedle

3,5

2,6

Borovice

3,8

2,7

Topol

1,6

0,7

osika

1,7

0,8

Větší délka elementárního vlákna umožňuje výrobu VD vyhovujících fyzikálních a mechanických vlastností i bez přidávání lepidla. Pro mokrý výrobní postup je vhodnější tzv. zplstitelné vlákno, tj. vlákno tenkostěnné o vysokém stupni štíhlosti. U tohoto výrobního postupu má velký význam schopnost vlákna fibrilace, při které se jednak zlepšuje zplstění, jednak dochází k uvolnění hemicelulos, které významně přispívají ke spojení povrchu vláken. Pro suchý výrobní postup je vhodnější vlákno krátké a hladké, aby se ze vzduchové suspenze nevytvářely shluky, ale aby se dřevní vlákno při vrstvení ukládalo do vrstev se značnými styčnými plochami. Obsah vody v použitém dřevě má značný vliv na vlastnosti hotových desek. Nejlépe se zpracovává surovina, která má vlhkost nad BNV, optimální je však 45–55 %. Vysoké procento kůry v surovině nepříznivě ovlivňuje, respektive snižuje výkon defibrátorů a zapříčiňuje zanášení sít odvodňovacího stroje, trhání vláknitého koberce a částečné snížení fyzikálních a mechanických vlastností VD. Taktéž vznikají problémy se zhoršením kvality odpadních vod. VD z jehličnaté suroviny je principálně možno vyrábět bez pojiva. Toto však platí za předpokladu, že je dodržována technologická kázeň v celém výrobním procesu a dále za předpokladu perfektního stavu strojně – technologického zařízení. V opačném případě nebo při výrazném zhoršení kvality dřevní hmoty, se řeší výroba VDm.zp. přidáváním fenolformaldehydové pryskyřice.

Pavel Hupka


Stránka 16

Dřevo se znaky měkké hniloby se zásadně nesmí k výrobě VD používat. Zejména při pokročilém stádiu hniloby vznikají velké ztráty na dřevní surovině při defibraci a rovněž dochází ke snižování mechanických vlastností VD, protože tyto jsou závislé na pevnostních vlastnostech dřevních vláken.

Pomocné chemikálie Fenolformaldehydová pryskyřice Tato alkalická pryskyřice musí být 100% mísitelná s vodou. Z našich současných výrobků je možno použít BAKELITE PF B 118, BAKELITE PF 149, BAKELITE PF 1259 HW (výrobce Hexion Chemicals Pardubice, s.r.o). Přidává se ve formě 10% roztoku v množství 1–2,5 % / a.s. vlákno, podle typu výrobku a žádaných vlastností VD. U suchého výrobního způsobu se dávkuje do potrubí spojující defibrátor se sušárnou vlákna tzv. systémem Blow – line. Hydrofobizační prostředky Vzhledem k objemovým změnám VD v důsledku působení vlhkosti, které mohou vést k borcení a tak ke znehodnocení VD, se u obou výrobních způsobů přidává hydrofobizační prostředek, a to parafín, respektive parafinová emulze. U suchého výrobního způsobu se jako hydrofobizační prostředek přidává parafín (bod tání 50–55 ˚C), a to buď do svislého předehřívače nebo do mlecí komory defibrátoru. Parafín dodávají dodavatelé jak deskový uložený na paletách a následně rozehříván v zásobníku přímo u výrobce VD nebo tekutý, který se dodává ve vyhřívaných tepelně izolovaných cisternách o teplotě cca 80˚C. U mokrého výrobního způsobu se používá parafínová emulze ve formě 10% roztoku a tato se dávkuje přímo do nátokové skříně odvodňovacího stroje. Množství dávkovaného hydrofobizačního prostředku se odvíjí od typu výrobku a od požadovaných vlastností výrobku a pohybuje se od 1 do 2,5% / sušinu vlákna. Nelisované (izolační) VD se hydrofobizují nejčastěji kalafunovou emulzí, která navíc zplstěná vlákna slepuje. Při výrobě VD izolačních s vysokou odolností vůči vlhkosti je možno přidávat asfalt ve formě emulze v množství až do 5%. Jde-li o vyšší obsah, pak se přidává ve formě prášku. Rovněž se také mohou aplikovat vysychavé oleje. Jiné chemikálie

Pavel Hupka


Stránka 17

Síran hlinitý Do nátokové skříně odvodňovacího stroje se přidává dále síran hlinitý za účelem okyselení prostředí na hodnotu pH 4,2 – 4,5. Dříve se používala kyselina sírová, která však byla velmi agresivní vůči kovovým částem strojního zařízení a docházelo tak k častému opotřebení strojních součástí. V důsledku snížení hodnoty pH dojde k vysrážení parafínové emulze a lepidla na dřevním vlákně (tzv. retence). Retardéry hoření pro snížení hořlavosti VD většinou není možno přidávat směsným způsobem do nátokové skříně, protože by se nezachytily na vlákně. Je proto potřeba uplatňovat jiné aplikační techniky, například nanášení na vylisované VD způsobem FAESITE nebo v podobě intumescenčních nátěrů na hotové VD.

4.2 Odkorňování dřevní hmoty Proces odkorňování se provádí třemi způsoby •

Rotorové odkorňovače

•

Frézovací odkorňovače

•

Tryskové odkorňovače

Rotorové odkorňovače: Kůra je oddělována od povrchu dřeva tupými nástroji v kambiální vrstvě. Jakost odkojení je horší než u strojů pracujících s řeznými nástroji. Jakost odkornění závisí na vlhkosti kambiální vrstvy – čím je vyšší, tím je odkornění kvalitnější. Při vyšší vlhkosti kambiální vrstvy je také menší opotřebení nástrojů a tím delší životnost. Odkornění je i méně energeticky náročné. Odkorňovací nástroje mají srpovitý tvar a jsou k povrchu dřeva přitlačovány mechanicky pomocí pružin, pneumaticky nebo hydraulicky. Odkorňovaný výřez se při operaci posouvá a odkorňovací nástroje se otáčejí kolem své osy. Nejlepší jakosti odkornění se dosahuje několikanásobným překrytím šroubovic, které vytvářejí jednotlivé nože. Počet otáček těchto strojů bývá od 150 do 500 ot. /min., posuv od 5 do 80 m/min. Minimální průměr výřezu je od 100 do 180 mm, maximální průměr výřezu od 660 do 800 mm. Počet nožů je od 5 do 8 kusů. Operace odkornění má při výrobě desek MDF dosti zásadní význam neboť kůra, která by

Pavel Hupka


Stránka 18

zůstávala na dřevní hmotě je při výrobě desek MDF nežádoucí. Schema rotorového odkorňovače je na Obr. 6.

1 – odkorňovací rotor, 2 – odkorňovací nástroj, 3 – elektromotor, 4 – podávací válce, 5 – přímočarý hydromotor, 6 – pružina, 7 – vodící válec, 8 – výřez Obr. 6: Schema rotorového odkorňovače

Frézovací odkorňovače Jsou vybaveny rotujícími nožovými hlavami, které dosedají na otáčející se výřez a pomocí ostrých řezných nástrojů oddělují kůru.

Tryskové odkorňovače Odkorňování je prováděno pomocí vysokého tlaku pracovního média (vody, vzduchu).

4. 3 Výroba štěpek Štěpky jsou relativně rovnoměrným a záměrně vyráběným meziproduktem při výrobě vláknitých desek. Jejich výroba je prvním stupněm dvoustupňové výroby vlákna. Jsou v současnosti nejen součástí technologických procesů výroby v závodech na aglomerované materiály, ale stále častěji se na štěpky zpracovává průmyslový dřevní odpad i v závodech, které nevyrábějí aglomerované materiály, a které je potom těmto závo-

Pavel Hupka


Stránka 19

dům prodávají. V současné době, kdy se rozmáhají veliké spalovny na dřevní štěpku, se jedná o velmi cenný sortiment, kterého je nedostatek. Štěpky se vyrábějí v podstatě na dvou typech štěpkovacích strojů. • Kotoučové (v praxi se označují někdy jako diskové) štěpkovací stroje • Bubnové štěpkovací stroje

1 – protinůž 2 – nůž 3 – vrchní přítlačné válce 4 – kotouč 5 – spodní podávací válce 6 – nosná konstrukce 7 – osazovací šroub

Obr. 7: Schema podávacího mechanizmu diskové sekačky

1 – nožový bubnový rotor 2 – uchycení nožů 3 – vrchní přítlačné a podávací válce 4 – spodní podávací válce

Obr. 8: Schema bubnového štěpkovacího stroje se dvěma způsoby uchycení nožů

Pro výrobu štěpek jsou rozhodující řezné síly a směr řezu, které kromě jiného jsou závislé od surovinových podmínek. Mezi řeznou silou a hustotou je jednoznačná závislost. Se zvyšující se hustotou se zvyšují i řezné síly odpovídající též směru řezu. Významným faktorem při štěpkování dřeva je i jeho vlhkost. Největší řezné síly tj. největší řezný odpor klade dřevo při vlhkosti 10–13 % (Deppe, Ernst, 1996). S přibývající vlhkostí do bodu nasycení vláken (cca 30%) řezný odpor klesá a potom zůstává téměř Pavel Hupka


Stránka 20

neměnný. Na kotoučových a bubnových kotoučových strojích se štěpkují rozměrnější a těžší sortimenty. Lesní odpad vznikající při lesních těžbách, prořezávkách, apod. se štěpkují na mobilních štěpkovacích strojích s různými konstrukčními modifikacemi a výkony. Kotoučové štěpkovací stroje mají menší výkon od 10–90 m³ štěpek/hod. a v závislosti od něho jsou opatřené motory s příkonem 40-370 kW. Dnes jsou většinou nahrazovány výkonnějšími a moderními bubnovými štěpkovacími stroji s 50–200 m³ štěpek/hod. s příkonem motoru 200–750 kW. Bubnové štěpkovací stroje jsou vhodnější i na štěpkování kusového dřevního odpadu. Můžou být s otevřeným nebo uzavíratelným nožovým rotorem. Rozměry štěpek vhodné pro výrobu třísek a vlákna jsou: délka 20–50 mm, šířka 20–40 mm a tloušťka 3–5 mm. Je žádoucí, aby velikost štěpky byla co nejrovnoměrnější, proto se vyrobené štěpky musí třídit. K tomuto účelu se používají bubnová nebo rovinná síta. Vytříděné nadrozměrné štěpky se domílají na dezintegrátorech (kladivových mlýnech) a jdou na další zpracování. Současně se vytřiďují piliny a jemná frakce, které se využívají na výrobu energie. Štěpky vhodné frakce se dopravují pásovými, hrablovými nebo korečkovými dopravníky, zpravidla do vertikálních zásobníků, nebo se skladují na volném prostoru.

4. 4 Praní štěpek Štěpky vyrobené v bubnových či diskových sekačkách netvoří homogenní směs, ale obsahují nadrozměrné a podrozměrné částice, jakož i kůru, minerální, eventuálně kovové příměsi. Tyto nežádoucí částice a frakce dřevní hmoty je nutno ze štěpek separovat. Proto se následně na rovinných vibračních sítových třidičích provádí třídění štěpek dle velikosti. Kovové příměsi, které jsou ve štěpce a nebyly zachyceny magnetem na manipulaci, se odstraňují permanentními elektromagnety umístěné například v bubnu nebo ve trase pásového dopravníku. Nejdůležitější separace všech nežádoucích příměsí se uskutečňuje praním štěpek ve speciálních pračkách. Tyto pračky pracují na následujícím principu: Štěpky padají pásovým dopravníkem do vodní nádrže s kónickým dnem, ve kterém rozviřuje hladinu vody rotující rotor. Všechny specificky těžší materiály než dřevo se od dřeva oddělují a klesají ke dnu, odkud jsou periodicky vypouštěny Obr. 10. Štěpky Pavel Hupka


Stránka 21

procházejí dále šikmo uloženým šnekem, ve kterém jsou odstřikovány proudem vody, která z nich vyplavuje minerální nečistoty, kůru, eventuálně kovové příměsi. Vyplavené nečistoty sedimentují a voda po vyčištění se znovu vrací do systému praní štěpek. Pračka štěpek tedy pracuje s uzavřeným okruhem vody. A – rotor s pádly zajišťující pohyb štěpky pod hladinou vody B – ventil C – odlučovač těžkých částí D - ventil

Obr. 9: Odlučovač těžkých částí

A – křídlový ventil B – sběrná jímka písku C – křídlový ventil

Obr. 10: Odvodňovací šnek a kalová jímka

Kromě odstranění nežádoucích příměsí se praním štěpek zvyšuje povrchová vlhkost štěpek a dochází též k jejich částečnému ohřevu, což je významné zejména v zimním období kdy nemusíme štěpky v předehřívači tolik nahřívat. Praní štěpek bezprostředně a kladně ovlivňuje životnost mlecích segmentů rozvlákňovacích zařízení a kvalitu vyrobeného vlákna. Odloučením všech těžkých částí jako jsou minerální nečistoty a kovové částečky se životnost mlecích segmentů defibrátoru v důsledku praní štěpek prodlouží ze 400–600 hod (bez praní) na 1000–1200 hod. Na základě zkušeností z praxe je zřejmé, že mlecí segmenty při tak nízké životnosti (bez Pavel Hupka


Stránka 22

praní štěpek) jsou schopny produkovat vlákno požadovaných parametrů jen pro určitou část této doby životnosti. Uvedené platí i pro rafinaci, pokud je zavedena, kde požadavky na kvalitu mlecích orgánů jsou ještě přísnější.

Obr. 11: Principiální schema pračky štěpek firmy Sunds Defibrator

4. 5 Rozvlákňování Rozvlákňováním dřevní hmoty se získávají samostatná vlákna, častěji však svazky vláken, které tvoří základní stavebně – konstrukční jednotky vláknitých desek. Pracovní proces rozvlákňování s cílem získat vláknité částice na výrobu VD se podstatně liší od procesů třískování s cílem získat třísky na výrobu TD. Kvalitní vlákno se získá pouze tehdy, když se vhodným procesem uvolní vzájemné spojení mezi buněčnými vláknitými elementy ve střední lamele a tyto se nejméně poškozené vzájemně zpravidla mechanicky oddělí. Na vlastnosti získaného vlákna má rovněž vliv konzistence Pavel Hupka


Stránka 23

vodní suspenze spolu se stavem povrchu mlecího nástroje. Optimální stav při rozvlákňování je kombinace ostrého nástroje s nízkou konzistencí suspenze (0,5–1 %). Vzhledem k tomu, že vlákno je relativně už malá částice, je možné při lisování dosáhnout mezi vlákny dostatečný vzájemný kontakt. Vlastnosti vlákna a též spotřeba energie při rozvlákňování jsou závislé na použitých mlecích nástrojích, od tlaku a času jeho trvání, teploty, vlhkosti, příp. od použitých chemikálií, apod. Proces rozvlákňování se uskutečňuje v podstatě čtyřmi způsoby při použití různých rozvlákňovacích zařízení, či postupů: • Mechanický způsob rozvlákňování • Termomechanický způsob rozvlákňování • Chemomechanický způsob rozvlákňování • Explozní (vystřelovací) způsob rozvlákňování Mechanický způsob rozvlákňování představuje dezintegraci dřeva působením tření. Tímto způsobem se vyráběla v papírenském průmyslu tzv. dřevovina. I první izolační dřevovláknité desky vyráběné v roce 1913 americkou firmou Insunite Comp. byly vyráběné z vlákna získaného broušením. Princip spočívá v tom, že se vykrácené kuláče nebo polena přitlačují na povrch rotujícího a vlhčeného kamenného válce, při čemž zrnitý kámen vytrhává svazky vláken. Vlákno se odvádí vodou, třídí se, domílá, odvodňuje a nakonec suší. Mechanický způsob rozvlákňování využívá i Bauerův mlýn, který slouží na výrobu vlákna mletím štěpek. Štěpky se domílají mezi dvěma protisměrně rotujícími mlecími kotouči ve vodním prostředí. Vláknitá látka má podobné vlastnosti jako dřevovina. Mletí má vysoké nároky na spotřebu energie až 2000 kWh/t vlákna. Termomechanický způsob rozvlákňování patří k nejrozšířenějším. Reprezentuje ho především způsob Defibrátor, který navrhl na základě svých výzkumů Švéd Arne Asplund. Postupně se zdokonaloval a technicky se zdokonalovaly i rozvlákňovací zařízení. Defibrátor je postaven s vysokou přesností pro přesnou práci ve velmi proměnlivých podmínkách zatížení a mletí. Z předehřívače jsou štěpky dávkovány do středu skříně mlecích segmentů, kde jsou rozvlákněny v mezeře mezi statorovým mlecím diskem a rotorovým mlecím diskem. Hřídel rotoru, kterou pohání elektromotor přes zubovou spojku je uložena v předním a zadním ložiskovém uložení. Hřídel motoru se Pavel Hupka


Stránka 24

může axiálně posouvat za účelem nastavení mezery mezi mlecími kotouči. Vzdálenost mezi mlecími kotouči se nastavuje pomocí nastavovacího šroubu. Nastavovací šroub uvádí do provozu pneumatický motor, který je umístěn na ovládacím mechanismu. Vzdálenost mlecích segmentů je udávána digitálním indikátorem. K mechanickým těsněním je přiváděna chladící a ucpávková voda z vodního systému a těsnící pára, která těsní místo vstupu hřídele do mlecí skříně defibrátoru. Proces rozvlákňování využívající Asplundův princip a schematické znázornění rozvlákňovací zařízení jsou zřejmé z Obr. 12.

A – zadní uložení B – tlakový válec C – řídící ventil D – přední uložení E – mechanické ucpávky F – rotor s mlecím diskem G – stator s mlecím diskem H – připojení oleje (olejový agregát) I – přípoj vody a páry J – místo plnění

Obr. 12: principiální schema Asplundova rozvlákňovacího zařízení

Asplund ve svých výzkumech totiž zjistil, že s teplotou zahřívání štěpek klesá spotřeba energie na jejich rozvláknění, při čemž při určitých teplotách dojde k výraznému poklesu spotřeby energie a to až na 1/5 původní spotřeby. Při rozvlákňování dřeva jehličnatých dřevin je touto zlomovou hodnotou teplota okolo 175˚C, při rozvlákňování Pavel Hupka


Stránka 25

dřeva listnatých dřevin se tato teplota pohybuje okolo 165˚C. Tepelná příprava

a

vlastní

rozvláknění

probíhá

v zařízeních, které se skládá z násypky štěpek, horního plnícího šneku, autoklávu (ve kterém se štěpky zahřívají nasycenou párou a tlaku 8–12 barů a o teplotě 170–185 ˚C), mlecí komory s jedním stacionárním a jedním rotujícím mlecím diskem opatřenými speciálně profilovanými mlecími segmenty a z vypouštěcího zařízení konstruovaného Obr. 13: Diagram spotřeby energie při rozvláktak, že udržuje během rozvlákňování po-

ňování v závislosti na teplotě

třebný přetlak.

Nejznámějším světovým výrobcem rozvlákňovacích zařízení pracujících na uvedeném principu je švédská firma Sunds Defibrator. Tato firma vyrábí v současnosti velkokapacitní defibrátory, které v jednom mlecím pochodu dokážou vyrobit vlákno o vysokém stupni jemnosti mletí. Tyto stroje dosahují kapacity až 500 t vlákna za den. Hlavní faktory, které ovlivňují kvalitu vlákna vyráběného defibrováním jsou: • Vlhkost vstupující dřevní hmoty • Teplota při hydrotermické přípravě štěpek ve svislém předehřívači defibrátoru • Charakter páry (nasycená) • Kvalita mlecích segmentů a stav mlecích disků • Mlecí mezera mezi disky • Rychlost přechodu suroviny přes mlecí zařízení

Při libovolném zvyšování teploty při rozvlákňování bez současné regulace vlhkostních podmínek, dochází při mletí k deformaci buněčných stěn, k tzv. ostrému mletí, jehož výsledkem je vlákno křehké, nepružné, o malém specifickém povrchu. Z vláken je vytlačována hydrátová voda a není možno zvýšit jemnost mletí. Vysoké teploty při rozvlákňování podporují rovněž vylučování pryskyřičných komponentů na povrch vláPavel Hupka


Stránka 26

ken. Tento fakt má za následek zejména zanášení ok sít v odvodňovacím stroji a nutnost zvýšeného čištění těchto sít tlakovou vodou. Problém rovnoměrnosti vlhkosti dřevní hmoty je možno řešit dodatečným přívodem vody přímo do defibrátoru. Eliminuje se tak nepříznivý vliv vysokých teplot, dosáhne se patřičné plastifikace a bobtnání vláken, přičemž se zachová i jejich původní tvar. Nejvýhodnější je přidávání vody do mlecí komory defibrátoru. Kontrola mlecí mezery mezi mlecími disky eventuálně měrného mlecího tlaku měřením příkonu defibrátoru je velmi žádoucí. Při malém mlecím tlaku nedochází ke krácení vlákna a vzniklá látka má vysoký stupeň plasticity. Za velkých mlecích tlaků dochází k ostrému krácení, což ovlivňuje mechanické vlastnosti VD. Při vyšším mlecím tlaku probíhá proces rychleji, na úkor vlastností VD a za zvýšené spotřeby elektrické energie. Jednostupňové rozvlákňování Moderní velkokapacitní defibrátory firmy SUNDS DEFIBRATOR umožňují výrobu vlákna o potřebném stupni jemnosti mletí v jednom pracovním pochodu (typy L 50, L 54 apod.). Tyto stroje mají rovněž vyřešen systém vracení páry.

A – potrubí zátky B – hrdlo C – kuželový šnek D – spojka

E – ucpávkové těsnění F – odstříkávací lopatka G – přední uložení H – zadní uložení

Obr. 14: schema plnícího šneku do předehřívače

Při tlakovém rozvlákňování je téměř celá mlecí energie přeměněna v tepelnou, případně v odpovídající množství páry. Část čerstvé páry, která musí být při tlakovém rozvlákňování přidávána, je závislá nejen na teplotě štěpek, ale převážně na množství páry, které se ztratí při vynášení vlákna z mlecí komory. Pro vynášení vlákna z defibrátoru není již pára potřebná. Pára opouštějící tlakový rozvlákňovací systém Pavel Hupka


Stránka 27

spolu s vláknem je používána k atmosférickému předpařování štěpek před jejich vstupem do předehřívače defibrátoru. Předehřívač je umístěn vertikálně, blízko defibrátoru. Je vyroben z nerezové oceli a je tepelně izolován. Čas předehřevu a stupeň ohřevu štěpky je regulováno změnou hladiny štěpky v předehřívači. Kontrola hladiny je uskutečňována radioaktivními izotopy za pomocí detektoru snímací hladiny v předehřívači.

A - kónický protitrn B – plnící šnek předehřívače C – vtokové hrdlo D – regulace hladiny E – předehřívač F – plnící šnek defibrátoru G – vynášecí šnek předehřívače H – vynášení z předehřívače

Obr. 15: schema plnícího šneku a předehřívače

Vlákno spolu s párou je z mlecí komory vedeno krátkým potrubím do parního separátoru. Zde je vlákno odděleno od páry. Parní separátor pracuje pod stejně velkým tlakem jaký je v mlecí komoře. Odloučená, vláken zbavená pára, je vedena zpět do horní části svislého předehřívače. Vlákno je z parního separátoru dále dopravováno šnekem (vytváří tzv. parní zátku) a následně prochází přes roštovou vložku a rozmělňuje se. Toto rozmělnění a rozvolnění v důsledku poklesu tlaku na hodnotu atmosférického tlaku má za následek rozpad až na jednotlivá vlákna. Dojde-li k poklesu tlaku, otevírá se přívodní ventil čerstvé páry. Pokud by mělo dojít k překročení nastavené hodnoty tlaku, je přebytečná pára odpouštěna. Systém může pracovat s tlakem do 12 barů (1,2 N/mm²). Páru z parního separátoru je možno využít jak k předpařování štěpek, tak i k odpaření nadbytečné vody vytlačené v horkém lisu. Pára přicházející ze separátoru je vedena do prvního stupně vakuové odparky, zatímco přefiltrovaná odpadní voda z šachty horkého lisu proudí do třetího stupně. V tomto protiproudém procesu se odpaPavel Hupka


Stránka 28

řuje nejvíce zředěný roztok při nejnižší teplotě a nejkoncentrovanější roztok při nejvyšší teplotě. Tato technika vyžaduje přečerpávání koncentrátu mezi odpařovači. Voda z lisovací šachty má o něco vyšší teplotu a koncentraci než oběhová voda v procesu rozvláknění.

1 – násypka štěpek 2 – horní dávkovací šnek 3 – předehřívač štěpek 4 – dolní dávkovací šnek 5 – mlecí komora 6 – separátor páry 7 – vynášecí šnek vlákna 8 – výstup vlákna Obr. 16: Schema vratného systému páry Sunds

Kvalitního mletí vlákna jednostupňovým pochodem se dosahuje vyšším počtem otáček mlecích disků (1500–1800 ot/min.), větším průměrem mlecích disků (průměr 44 a 60 palců) a novou zlepšenou konstrukcí mlecích disků k vyrovnání výchylky při vysokých axiálních zatíženích. Mezi mlecí komorou a předehřívačem je udržován konstantní diferenční tlak. Tlak v komoře je vyšší o 0,1 až 0,2 baru než tlak předehřívači. Tento tlak je měřen a používán k automatické regulaci ventilu tlaku páry v potrubí k mlecí komoře. Tento způsob přináší následující výhody: • Nedochází ke kolísání tlaku v mlecí komoře • Proudění materiálu mezi mlecími kotouči se vyznačuje větší stálostí a tak je hlavní motor méně zatěžován a vlákno vykazuje rovnoměrnější kvalitu • Vlákno se mezi mlecími disky zdržuje delší dobu • K udržení mlecích kotoučů v nastavené poloze je potřeba menší hydraulické síly • Může být nastavena větší mlecí mezera mezi mlecími kotouči (delší životnost). Pavel Hupka


Stránka 29

Zvětšením průměru mlecích kotoučů se zvýšila i kapacita defibrátorů. Tyto kotouče mají nové vzorování. Jsou symetrické a umožňují tak v pravidelných intervalech i obrácený směr otáčení. Tím se zvyšuje jakost mletí a též se prodlužuje životnost mlecích kotoučů. Mlecí plochy stacionárního a rotujícího disku nejsou rovnoběžné, ale nepatrně kónické a to tak, že mlecí mezera na obvodu disku je o něco menší. Tato úprava vyrovnává vychýlení, které nastává zvláště tehdy, když rotující disk je namáhaný vysokou odstředivou silou a velkým axiálním zatížením.

Kontrola kvality rozvlákňování Jakost rozvlákňování se v praxi kontroluje většinou stanovením stupně jemnosti mletí. Princip tohoto stanovení spočívá na zjištění rychlosti odvodnění vláknité suspenze (vodolátky). Nejčastěji se k tomuto účelu používá přístroj zkonstruovaný firmou DEFIBRATOR nebo přístroj SCHOPPER – RIEGLER. Stupeň jemnosti mletí se pak udává v defibrátorových sekundách nebo ve stupních Schoppera – Rieglera. Uvedené přístroje stanovují průměrnou jemnost mletí. Defibrátorové sekundy a stupně Schoppera – Rieglera se dají mezi sebou přepočítat, přepočtené údaje jsou k dispozici v různých odborných dřevařských příručkách (např. 22DS = 11˚SR, 35DS = 13˚SR, 51DS = 15˚SR atd.) Poměrné zastoupení jednotlivých velikostí vlákna se stanovuje přístrojem na frakcionování vlákna. Je to přístroj s kaskádovitě umístěnými nádržkami opatřenými síty, která se otřásají pomocí vibrátoru. Zkoušená suspenze obsahující 2,5 g a.s. vlákna v 1 litru vody protéká postupně okruhem a na jednotlivých sítech se zachycují jisté frakce. Tyto se snímají, vysušují a váží. Pro tvrdé VDm.zp. se doporučuje vlákno o konečné jemnosti mletí 25 až 28 defibrátorových sekund, pro izolační VD 40 až 60 DS. U suchých výrobních způsobů DVD se stanovuje kvalita vlákna až po jeho vysušení a to tzv. sítovou analýzou, kdy se vlákno frakcionuje na vibračním třídiči se síty o různé velikosti ok (například je možná tato sestava sít: 2,0; 1,0; 0,63; 0,315; 0,125; 0,063 mm). Podle ŠDVÚ je stanoveno maximální množství vlákna propadajícího sítem 0,125 mm ve výši 19%. Sypná hmotnost vlákna pro povrchové vrstvy VD je 15–25 kg/m³, pro středové vrstvy 20–30 kg/m³.

Pavel Hupka


Stránka 30

4.6 Dávkování chemikálií Suchý výrobní způsob Pojivo (UF, PF, MEF pryskyřice) se přidává v moderních linkách na VD do potrubí spojující mlecí komoru defibrátoru se sušárnou. Do tohoto potrubí je zaústěna speciální tryska, kterou je vstřikováno lepidlo, eventuálně další chemikálie (fungicidy, insekticidy, retardéry hoření apod.). Způsob se nazývá Blow-line, nebo se mu též říká injekční způsob. Turbulentní proudění vlákna v potrubí zabezpečuje dokonalé promíchání vláken s lepidlem. Nevýhodou je asi o 10% vyšší spotřeba lepidla než v klasických nanášečkách. Převažují však výhody, kdy při tomto způsobu nanášení nevznikají nežádoucí lepidlové skvrny na vláknitých deskách, dále odpadají investice na další stroje, tj. nanášečky, ventilátory, chladicí systémy a s tím spojeny problémy s umístěním strojů. V případě nanášení lepidla v klasické nanášečce, je tato umístěna před vlastní vrstvící stanicí. Při nanášení touto nanášečkou je nižší spotřeba lepidla, ale rozložení lepidla na vlákně je značně nerovnoměrné, což způsobuje na hotových deskách vznik tzv. lepidlových skvrn. Množství přidávaného lepidla závisí na typu vyráběných VD a pohybuje u VD tvrdých od 2–3 % na a.s. vlákno, u MDF při použití PF pryskyřic od 6 do 8%, při použití UF pryskyřic od 8 do 10% na a.s. vlákno. Parafín je přidáván v tekuté formě (bod tání parafínu je cca 50˚C) buď do svislého předehřívače na štěpky podrobující se hydrotermické přípravě před vlastním rozvlákněním v mlecí komoře defibrátoru nebo, a to je častější a výhodnější způsob, do mlecí komory defibrátoru (dosáhne se lepšího rozložení parafínu na vlákně). V druhém případě je dávkování parafínu odvozeno od otáček dolního dávkovacího šneku a tak se dosahuje konstantního množství pevných látek na vlákně.

4.7 Sušení vlákna Vlákno, které má větší měrný povrch než třísky má tendenci utvářet shluky a tvořit usazeniny. Toto všechno předurčuje takový sušící systém, v kterém by se vlákno kontinuálně vysušilo vzájemně oddělené. Takovými sušárnami jsou proudové sušárny, umožňující používat nižší teploty (pod 160˚C). Požadovaná vlhkost vlákna po sušení musí být od 8 do 12%. Už i při rozvlákňování a hlavně při dopravě vlákna do cyklónů

Pavel Hupka


Stránka 31

dochází k částečnému vysušení vlákna. Pro dopravu vlákna je vhodné použít horký vzduch, čímž dochází k předsušení vlákna. Když vstupní vlhkost je okolo 100%, potom podle zkušeností se tímto způsobem dosáhne snížení vlhkosti až na cca 40%. Při styku vlhkého vlákna s proudícím vzduchem dochází k rychlému odpařování vody z povrchu vlákna. Povrch vlákna je oproti středu přesušený. Tato nevýhoda se eliminuje dvoustupňovým proudovým sušením, přičemž v druhém stupni se používá nižší teplota a tomu odpovídající delší čas sušení. Vlhkost v průřezu vlákna se tak egalizuje. Dvoustupňové sušárny mohou pracovat se zpětným využitím teplého vzduchu. Teplý vzduch z prvního sušení odevzdává teplo přes výměník tepla pro využití v druhém stupni sušení. Zpětné využívání tepla přináší také celkovou úsporu tepelné energie pro sušení o 10 až 15%. U suchého výrobního postupu je vlákno z defibrátoru dopraveno pneumaticky (potrubím) do proudové sušárny vertikální nebo horizontální. Tato sušárna může být vyhřívána spalinami zemního plynu, LTO, dřevního prachu nebo párou. V důsledku dávkování lepidla injekčním způsobem před sušením je vlákno vysušováno na poměrně vysokou vlhkost, a to 8 až 12%. Sušárna je vybavena účinným protipožárním zařízením skládajícím se z identifikační a hasící části. Vysoce výkonné odlučovače zaručují nepatrné emise dřevního prachu do ovzduší. Vlhkost ze sušárny vystupujícího vlákna je kontinuálně kontrolována. Po vysušení jde vlákno do odlučovače, kde se z něho oddělují chuchvalce vlákna, a dále do vrstvícího zařízení.

1 – ohřev vzduchu, 2 – obtok vzduchu, 3 – ventilátor sušícího vzduchu, 4 – sušící ka nál, 5 – turniketový uzávěr, 6 – reverzní dopravník, 7 – cyklón Technické údaje:

Průměr kanálu 1 400 mm Délka 120 m Objemový tok vzduchu 165 300 m3/hod. Hmotnostní tok vzduchu 35,4 kg/s

Obr. 17: Schema horizontální jednostupňové sušárny

Pavel Hupka


Stránka 32

4. 8 Tvorba vláknitého koberce Vrstvení vysušeného vlákna je závažnou technologickou operací. Na přesnosti navrstveného vláknitého koberce (rozložení plošné hmotnosti) závisí fyzikální a mechanické vlastnosti VD. Na moderních linkách VD se používají k vrstvení vlákna mechanické vrstvičky (SCHENCK, KMW), vrstvení výkyvnou tryskou nebo pneumatické vrstvičky PENDISTOR. Principiální schéma činnosti mechanické vrstvičky KMW a SCHENCK je na Obr. 18.

1 – horizontální zásobník s posuvným dnem, 2 – mechanická vrstvící hlava s válci pro rovnoměrné rozdělení vlákna, 3 – výškově stavitelné egalizační válce, 4 – váha pro stanovení plošné hmotnosti vláknitého koberce Obr. 18: Schema mechanické vrstvičky vlákna KMW a SCHENCK

1 – přívod vlákna, 2 – přívodová násypka, 3 – kyvadlová tryska, 4 – pohon kyvadlové trysky, 5 – sítový pás, 6,7 – boční přepad vlákna, 8,9 – odsávací vedení, 10 – sací skříň, 11 – frézovací válec, 12 – recirkulace sčesaného vlákna, 13,14 – stěny vrstvící komory Obr. 19: Schema kyvadlové vrstvičky Pavel Hupka


Stránka 33

Vrstvička PENDISTOR pracuje takto: na výstupu přívodního cik – cak hrdla (1) probíhá proud vlákna mezi dvěma kontrolními vzduchovými skříněmi (6), (7). V těchto skříních je vedle sebe umístěno 10 trysek, které udělují jedna po druhé proudu vlákna vzduchové impulzy s intenzitou dle sinusoidové křivky. Toto vlnovité rozdělování vlákna po celé šířce formovací skříně (8) probíhá při frekvenci 8Hz. Rozdělená vlákna se ukládají na běžícím podélném sítě (10) do koberce (9), pod nímž je vakuovou vyvozován skříní podtlak. Množství odsávaného vzduchu se rovná množství přivedeného vzduchu, určeného k dopravě a kontrole. Čidla na měření tloušťky koberce (12), (13), (14) jsou instalována mezi formovací skříní a kalibračním válcem. Pendistor vrství vláknitý koberec v šířce 1 až 2,74 m. sítový podélný pás je z plastické hmoty. Obr. 20: Schema vrstvičky Pendistor

Před vlastním lisováním v horkém lisu se navrstvený vláknitý koberec předlisovává za účelem jeho zhuštění a vytlačení vzduchu, který se do něj dostal při vrstvení. Schema kontinuálního předlisu je na Obr. 21 a 23.

Obr. 21: Schema kontinuálního předlisu vláknitého koberce Pavel Hupka


Stránka 34

Průběh tlaku a vývoj tloušťky vláknitého koberce při zhušťování v předlisu je znázorněn na Obr. 22.

Obr. 22: Průběh tlaku a vývoj tloušťky

Obr. 23: Schema kontinuálních předlisů

4. 9 Lisování vláknitých desek Lisování při suchém výrobním způsobu Lisování VD při suchém výrobním způsobu vyžaduje kratší čas než lisování VD vyráběných mokrým způsobem. Současně jsou však vyžadovány vyšší lisovací tlak, a to 6–7 MPa. Lisovací čas je závislý na teplotě. Obvyklá lisovací teplota je mezi 210–220 ˚C. Vyšší teploty se nedoporučují

z důvodu

tmavého

zbarvení vláknitých desek. Pokud je používán víceetážový lis, musí být bezpodmínečně

vybaven

simultánním uzavíráním. Obr. 24: Schema simultánního zavírání víceetážového lisu

Pavel Hupka


Stránka 35

K lisování VDs.zp. se však v současnosti používají převážně lisy kontinuální a lisy kalandrovací (válcové), tzv. Mende systém

Obr. 25: Schema linky Mende

Základní jednotkou lisu je termoolejem vyhřívaný válec o průměru 3–5 m. Navrstvený koberec je pomocí VF ohřevu předehřán a textilním dopravníkem dopraven k válcovému lisu a dále transportován obíhajícím nerezovým dopravníkem. Rychlost průchodu je regulovatelná v závislosti na tloušťce lisované desky. Potřebná lisovací teplota je max. 200˚C. Lisovací elementy umožňují dosažení minimálních tloušťkových tolerancí, a to 0,15–0,2 mm.

4.10 Formátování desek Ořezávání se provádí na automatických formátovacích pilách po ochlazení ve hvězdicovitých turniketech. Tento systém je výhodnější než ořezávání až po kondicionování neboť nedochází k znečišťování kondicionačního prostoru opadávajícími třískami. Formátovací linky jsou osazeny podélnými a příčnými dělícími pilami. Každá z těchto dělících pil je doplněna o odsávací zařízení, které má za úkol dopravit ořezané piliny do centrálního odsávání a k dalšímu zpracování. Při stohování formátů dochází zaprášení od zbylých neodsátých pilin, proto je zařízení doplněno ometacími jednotkami. Formáty používané u VD jsou 2750 x 1840, 2445 x 1840 a 2445 x 1225mm. Pavel Hupka


Stránka 36

4.11 Tloušťková egalizace Tloušťková egalizace u moderních linek se provádí na stavebnicových kontaktních širokopásových bruskách. Pro zvýšení hladkosti povrchu desek bývá do brousícího agregátu zařazeno též příčné pásové broušení. Pásové brusky mívají min. 3 brousící hlavy. Pro příčné pásové broušení se používají zrnitosti 150. Při egalizaci se počítá s dovolenými odchylkami tloušťky ± 0,2 až ± 0,3 mm. MDF jsou z výrobních závodů dodávány broušené. Poslední broušení se děje brusnými pásy o zrnitosti 150, takže ve většině případů může být povrchová plocha základována. Jen při nejvyšších kvalitativních požadavcích na povrchovou plochu, např. při dokončování na vysoký lesk, se doporučuje jemné broušení MDF brusnými pásy zrnitosti 160/200/240. Toto se provádí buď oscilační ruční bruskou nebo podélnou či širokopásovou bruskou. Pro dosažení optimální jakosti povrchu MDF se používá širokopásová bruska s oscilační patkou. Podle strojního vybavení jsou doporučovány rychlosti posuvu od 18 do 60 m/min. Jako brusivo se používá karbid křemičitý a oxid hlinitý. Broušení profilovaných úzkých ploch je přisuzován zvláštní význam, neboť při něm dochází k odstranění přeřezaných vláken vznikajících při profilování a rovněž jsou vyhlazovány stopy po opracování frézovacím nástrojem. Takto se předchází eventuálním těžkostem při následném lakování. Vedle ručního broušení jsou používány i různé mechanizované postupy broušení profilů, které jsou aplikovány, někdy i ve vzájemné kombinaci, také k mezibroušení lakové vrstvy.

4.12 Odsávání prachu Prach vznikající při strojním obrábění MDF (řezání, frézování) je podobný svou jemností prachu, který vzniká při broušení tropických listnatých dřevin. Tomuto faktu musí odpovídat i odsávací zařízení. Musí mít vyšší výkon a větší odsávací průřez. Rychlost proudění na odsávaném místě se doporučuje v rozmezí 20–30 m/s a 15–20 m/s v hlavním potrubí, čímž se zamezí ucpání dopravních vzduchotechnických tras. V každém případě však musí být prach odsáván co možná nejblíže místu jeho vzniku. U centrálního odsávání je potřeba momentálně nepoužívané přípojky uzavřít šoupátky, přičemž se musí neustále dbát na to, aby v centrálním potrubí nedošlo k poklesu rychlosti proudění vzduchu. V malých a středních závodech se osvědčilo jako výhodné dílPavel Hupka


Stránka 37

čí odsávání. V některých evropských zemích jsou vydávány přísné směrnice ve vztahu k přístupnému zatížení životního prostředí prachem. V Německu předepisuje norma TRGS 102 TRK hodnotu 2 mg prachu/m³ vzduchu. Vzhledem na svou jemnost je prach vznikající obráběním MDF nebezpečný z hlediska možnosti vzniku požárů a explozí. Odsávací potrubí musí být proto vybaveno detektory jisker a následným automatickým hasicím zařízením, včetně zabudování protiexplozních membrán. Dobrá zápalnost prachu umožňuje jeho likvidaci spalováním. Až do 20% je možno tento prach přidávat do kusového odpadu pro spalování v malých spalovacích zařízeních bez rizika zhoršení spalovacího pochodu. Přívod prachu do spalovací komory však musí být regulovaný – kromě toho je potřebná podpora spalování pomocí tzv. trvalého plamene. V podnicích, ve kterých napadá větší množství prachu, je možno tento spalovat stejně jako plyn, či LTO ve speciálních hořácích. Jelikož jsou při výrobě MDF používány dřevní vlákna, UF lepidlo, parafín a voda, nevzniká při zpracování a opracování MDF žádné nepříznivé zatížení životního prostředí prachem ze předpokladu, že budou dodržena výše uvedená pravidla a opatření.

4.13 Tvrzení vláknitých desek Působením tepla na VD tvrdé vyráběné mokrým i suchým výrobním postupem dochází ke zlepšení jejich mechanických a fyzikálních vlastností až o 25%. Tepelná úprava se nazývá tvrzením a uskutečňuje se buď diskontinuálně v tvrdících komorách, nebo v kontinuálních vytvrzovacích tunelech. Zlepšení hydroskopických vlastností tepelně upravených VD se vysvětluje vázáním molekul vody mezi řetězci celulosových a hemicelulosových molekul a tvorbou vodíkových můstků (RUNKEL). SANDERMANN a AUGUSTIN zjistili, že při zvýšené teplotě dochází ke kondenzaci ligninu na tepelně stabilní makromolekuly. Při diskontinuálním tvrzení jsou VD ukládány do etážových vozíků (70–100 etáží) na systém drátů, s mezerou mezi jednotlivými deskami asi 4–5 cm, aby mezi nimi mohl cirkulovat horký vzduch. Tvrzení probíhá při teplotě od 150 do 170˚C. Vyšší teploty jsou z hlediska bezpečného provozu komory nepříznivé (možnost zahoření v komoře). Doba vytvrzování je závislá na teplotě tvrzení, při teplotě 150˚C pak je 6 hodin, při teplotě 175˚C 3 hodiny. Při kontinuálním tvrzení postupují VD pomalu tvrdícím tunelem ve svislé poloze. Pavel Hupka


Stránka 38

Při tvrzení vláknitých desek je zapotřebí mít na paměti tyto hlavní zásady: • Vytvrzování je exotermická reakce podpořená tím, že deska váže kyslík • Teplota VD je po dobu vytvrzování vyšší než teplota média • Zápalná teplota desky je cca 190˚C. než se deska vznítí, začne uhelnatět • Vzduch odcházející z komor (tunelu) obsahuje formaldehyd, metylalkohol, furfural, kyselinu mravenčí a octovou. Tyto látky působí korozivně • Pryskyřice, která se usazuje na stěnách komory (tunelu) se může vznítit • Rychlost proudění média musí být min. 5 m/s a musí být rovnoměrná v průřezu celé komory. Čím je rychlost vyšší, tím menší je rozdíl mezi teplotou VD a tepelného média (vzduchu), tedy i koeficient přestupu tepla je větší • Desky se nesmí navzájem dotýkat ani prohýbat se, v opačném případě by došlo ke zhoršenému proudění. Při dotyku desek nebo při přerušení proudění stoupá místně teplota desky až na její zápalnou teplotu a desky začínají uhelnatět • Uhelnatění může zapříčinit v komoře i výbuch • Komora musí být vybavena účinným identifikačním zařízením požáru a hasicím zařízením.

O b r . 2 1 .

Obr. 26. Diagram poklesu nasáklivosti VD podle teplo- Obr. 27. Diagram změny pevnosti ty tvrzení v ohybu podle teploty tvrzení

Speciálním druhem zušlechtění VD jsou olejem napuštěné a tvrzené desky, čímž se získávají zvláště tvrdé desky. Lisované VD se impregnují tvrdnoucími (vysychavými) oleji, například lněným, sojovým, ricinenovým, a to buď ponořením nebo válcovým nanášením nebo je olej přidáván do vláknitého koberce při odvodnění během výrobního procesu. Příjem oleje je v množství 3–10 % v závislosti na hustotě, tloušťce VD a viskozitě a teplotě oleje. Impregnované VD se pak podporují tvrzení při nižších teploPavel Hupka


Stránka 39

tách (140–150 ˚C) neboť vytvrdnutí uvedených olejů je silně exotermická reakce a tedy nebezpečí vzniku požáru je daleko větší. Účinek tvrdnoucích olejů je důsledkem přítomnosti nenasycených mastných kyselin (např. olejové, linolové a linolenové). Dvojné vazby těchto kyselin se na vzduchu okysličují a vzájemně sesíťují na pevnou hmotu, čímž se zvyšuje pevnost a stabilita vůči vlhkosti.

4.14 Klimatizace vláknitých desek Na vzduchu suché desky přijímají vlhkost, což je spojeno s jejich bobtnáním, kroucením se a borcením. Toto borcení je nezvratné a tak jsou desky naprosto znehodnoceny. Proto je zapotřebí VD vlhčit na stav vlhkostní rovnováhy (SVR). Toto vlhčení je možno provést konvenčním nebo kontaktním způsobem. Konvenční způsob se provádí v klimatizačních komorách, a to prostřednictvím cirkulace vzduchu o relativní vlhkosti 90% a teplotě 60–70 ˚C. rychlost proudění vzduchu mezi jednotlivými VD uloženými v etážových vozících je 4–6 m/s. Doba klimatizace je ve všeobecnosti dvojnásobkem doby tvrzení, čili 4–6 hodin.

Při vlhčení VD v klimatizačních komorách je zapotřebí mít na paměti tyto zásady: •

V klimatizačních komorách (KK) je možno vlhčit desky ne- i impregnované v oleji

•

Rychlost navlhčování desek závisí na rozdílu tlaku páry ve vzduchu a v komoře a tlaku páry ve vláknech. Tento rozdíl roste, zvyšuje-li se teplota v komorách

•

Teplota při vlhčení se volí zpravidla cca 60˚C

•

Desky před vlhčením v KK nemají být ochlazeny na teplotu nižší než je vlhčící teplota, protože tím by došlo ke zvýšení obsahu vlhkosti hran desek

•

Vlhčení VD je reakce exotermická, zejména v počátku vlhčení. Vývinem tepla dochází ke snižování relativní vlhkosti vzduchu u povrchu VD a tím i snižování tlaku páry ve vzduchu. Proto rychlost proudění vzduchu musí být min. 5 m/s.

Pavel Hupka


Stránka 40

1 – klimatizační komora 2 – ventilátor 3 – vozíky s deskami 4 – tryska na chladící vodu 5 – vlhčící tryska 6 – předzásobník vody 7 – clona 8 – komín 9 - klapka Obr. 28: Schema klimatizační komory

Kontaktní způsob vlhčení VD se provádí pomocí vlhčícího zařízení. Z výrobního pohledu je tento způsob vlhčení praktičtější než vlhčení v klimatizační komoře, protože nepřerušuje kontinuitu výroby a v porovnání s klimatizační komorou má nepoměrně nižší prostorové nároky. Zařízení se skládá z jednoho nebo více párů pracovních válců, z kterých horní působí jako přítlačný a dolní jako vlhčící. Spodní válec je opatřen pružným gumovým obložením s velkým počtem jamek. Válec, respektive válce se otáčí v nádrži naplněné vodou. Při přechodu nádrží se jamky naplní vodou, která se pod tlakem horního válce (lineární tlak 450 až 500 N/cm) vtlačí do spodní plochy vláknité desky procházející mezi válci. Vláknité desky se tímto způsobem napouští vodou pouze bodově, takže se tato vlhkost musí uložením VD na sebe do stohu (po dobu 6 až8 h) rovnoměrně rozložit po celé desce. Stroj injekčním způsobem dokáže navlhčit VD pouze na 4 až 5% vlhkosti. Obsah vlhkosti ve VD významně ovlivňuje fyzikální a mechanické vlastnosti desek. Toto je dokázáno laboratorními zkouškami a dokázáno je například pevnost v ohybu při vlhkostním rozmezí 1–7 % klesá při každém zvýšení vlhkosti (o 1%) cca o 3 N/mm². Značné problémy vznikají následně, kdy VD naklimatizované na tuto nižší vlhkost než je SVR (7–9%), jsou dodávány odběratelům přičemž během přepravy a zpracování samovolně nabírají vzdušnou vlhkost a tímto se tvarově bortí a též dochází k poklesu jejich mechanických vlastností. Problém je řešitelný dvěma způsoby – buď klimatizováním v klimatizačních komorách, nebo dodatečným aklimatizováním ve zpracovatelských závodech. Kontaktní vlhčící způsob umožňuje rovněž aplikaci retardérů hoření, fungicidních a insekticidních látek. Pavel Hupka


Stránka 41

4.15 Likvidace odpadních vod z výroby VD Teprve několik desetiletí si lidstvo uvědomuje ohrožení a ničení prostředí vlastními odpadními produkty. Mezi nejdůležitější zásahy patří likvidace nepříznivých vlivů způsobovaných odpadními látkami ve všech skupenstvích a v celé její šíři. Množství odpadních hmot všech druhů v kategoriích látek tuhých, kapalných i plynných vzrůstá i v ČR a tím se soustavně zvyšují náklady potřebné k omezování jejich negativních vlivů na životní prostředí. Zákon o vodách (vodní zákon) č. 138/1973 Sb. v odst. 1 § 23 stanovuje, že kdo vypouští odpadní vody do vod povrchových nebo do vod podzemních, je povinen zajišťovat zejména zneškodnění vypouštěných odpadních vod způsobem odpovídajícím současnému stavu technického pokroku. Zákon nerozlišuje druh odpadních vod ani jejich množství. Platí bez omezení na veškeré vypouštění odpadní vody. Odpadní vody se zneškodňují v čistírnách odpadních vod různým způsobem respektive technologií odpovídající druhu odpadní vody, jejíž uložení u průmyslových vod bývá velmi různorodé. Odpadní voda je definována jako voda použitá mimo vodní zdroj (ČSN 73 6510, ČSN 73 6522), jejíž vlastnosti byly změněny lidskou činností a voda z atmosférických srážek odváděná stokovou sítí. Znečištění odpadních vod se rozděluje do několika hlavních skupin: Nerozpuštěné látky Rozumíme jimi většinou pevné látky, i když se setkáváme také s látkami kapalnými (emulze, povlaky na hladině). Pevné nerozpuštěné látky mohou být: • Lehčí než voda (měrná hmotnost menší než 1); vystupují k hladině a ve vodních tocích působí velmi neesteticky, zachycují se na březích, rostlinách a při větším množství (pokrytí hladiny) snižují přívod O₂ do vody • S měrnou hmotností rovnou měrné hmotnosti vody; v proudící vodě se vznášejí, ve stojaté vodě se po určité době buď usazují, nebo vyplouvají k hladině • Těžší než voda (měrná hmotnost je menší než 1); až do určité hodnoty měrné hmotnosti a velikosti se sunou a usazují na dně, při menších rozměrech se usazují v klidné vodě až po určité době; mikroskopické částice se neusazují a tvoří tzv. trvalý zákal

Pavel Hupka


Stránka 42

Při běžném technickém dělení se nerozpuštěné technické látky dělí na usaditelné a neusaditelné. Podle druhu se nerozpuštěné látky dělí takto: • Minerální, obvykle těžší než voda (písek, úlomky kovů, ale též jemné zákaly v odpadních vodách úpraven rud, keramických závodů, apod.) • Organické, tvořící rozsáhlou skupinu znečišťujících látek ve všech hmotnostních skupinách a v rozměrech od několika cm • Uměle vyrobené, plasty a jiné syntetické hmoty, např. pryž Nerozpuštěné látky tvoří jeden z nejzávažnějších druhů znečištění odpadních vod. Organické látky v kalech (vznikají usazováním organických látek) vyhnívají bez přístupu kyslíku za vývinu plynů; při rozvíření kalu mohou náhlým zvýšením spotřeby kyslíku způsobit kalamitní situaci. Větší nečistoty se pomalu, vzhledem ke svému velkému objemu, rozkládají a znečisťují dlouhé úseky vodních toků. Syntetické hmoty (fólie, vlákna, textilie) se prakticky nerozkládají. Ukládají se v kalech, zachycují se na vodních rostlinách, březích a kromě estetických závad usnadňují zachytávání dalších nečistot a nepříznivě ovlivňují vodní živočichy. Velkou většinou nerozpuštěných látek je možno z odpadní vody odstranit poměrně jednoduše. Jejich zachycení je proto první podmínkou při čištění odpadních vod.

Rozpuštěné látky Tvoří rozsáhlou skupinu nečistot, které nelze z vody odstranit usazením. Podle složení způsobují v povrchových vodách různé závady. Ovlivňují pach vody, mění kyselost vody, čímž nepříznivě působí na biologický život ve vodě a zvyšují korozivní působení vody na stavby. Při biochemickém rozkladu odebírají organické látky z vody kyslík. Nepříznivá je rovněž koncentrace rozpuštěných solí. Soli těžkých kovů (rtuti, olova, selenu) působí přímo toxicky a kromě toho se hromadí ve vysokých koncentracích ve vodních rostlinách a živočiších. Speciální znečištění Tvoří je rozsáhlá skupina látek nacházejících se pouze v některých odpadních vodách, zejména z průmyslu a služeb, a v tak nízkých koncentracích, že zásadně neovlivňují

Pavel Hupka


Stránka 43

běžný proces čištění. Tuky a oleje jsou lehčí než voda, tj. vyplouvají k hladině a běžně se zachycují spolu s ostatním plovoucím kalem, s nímž jsou i likvidovány. Částečně bývají emulgovány, tj. vznášejí se ve vodě jako mikroskopické kapičky. Chemická spotřeba kyslíku ChSK Též oxidovatelnost, se stanovují vařením vzorku vody s přídavkem oxidačního činidla (buď dichromatu ChSKcr nebo manganistanu ChSKmn. Výsledky se vyjadřují v miligramech na litr O₂. Biologická spotřeba kyslíku BSK₅ Tato metoda je založena na schopnosti mikroorganismů rozkládat (odbourávat) organické látky za přítomnosti kyslíku rozpuštěného ve vodě. Vzorek odpadní vody, v němž již není zpravidla žádný rozpuštěný kyslík, se zředí v určitém poměru čistou vodou nasycenou kyslíkem a uloží se ve tmě při teplotě 20˚C. po pěti dnech se ve vodě stanoví úbytek stanoveného kyslíku. Základem této zkoušky je biologická činnost. Její trvání je 5 dní a proto se zkouška nazývá biochemická spotřeba kyslíku pětidenní a označuje se BSK₅. Výsledky se opět vyjadřují v miligramech/litr O₂. Biologický rozklad organických látek při teplotě 20˚C trvá ve skutečnosti mnohem déle a po 20 dnech je skončena oxidace organických látek obsahujících uhlík. Tato fáze ( BSK₂₀ ) se nazývá úplná BSK prvního stupně. BSK₅ představuje cca 68,5% BSK₂₀. Při zpracování jehličnaté suroviny vzniká cca 100–120 kg rozpustných látek (RL)na 1 tunu vláknitých desek. Jedná se zejména o monosacharidy a rozpustné oligosacharidy. Tyto sacharidické látky jsou škodlivé v odpadních vodách, neboť při své přirozené fermentaci spotřebovávají kyslík. Co se týká složení odpadních vod, obsahují odpadní vody následující látky: Vlákna a úlomky dřevní hmoty nebo kůry • Koloidní látky organické povahy pocházející ze dřeva • Rozpuštěné organické látky uvolněné ze dřeva • Rozpuštěné a nerozpuštěné chemikálie přidávané během technologického procesu výroby VD, například parafín, syntetické pryskyřice, apod.

Pavel Hupka


Stránka 44

Koloidní látky se do odpadních vod dostávají zejména během hydrotermické přípravy štěpek ve svislém předehřívači defibrátoru a při vlastním rozvlákňování v mlecí komoře defibrátoru. Zde současně probíhají dvě reakce: • Hydrolýza molekul hemicelulos za vzniku molekul sacharidů s podstatně kratším řetězcem, které jsou rozpustné ve vodě • Hydrolýza acetátových skupin, přičemž se uvolňuje kyselina octová, která způsobuje snížení pH Při paření bukového dřeva vzniká 75% látek sacharidické povahy, 3–7 % látek ligninové povahy, 10% kyseliny octové (částečně volné, částečně ve formě acetylových skupin). Ze sacharidů je cca 80% pentozanů a 20% hexosanů. Složení výsledné odpadní vody záleží na druhu použitého dřeva, podmínkách hydrotermické přípravy štěpek a na stupni recirkulace vody z odvodňovacího stroje. Všeobecně se dá říci, že přítok na čistírnu má tyto parametry: • pH

3,5

- 7,2

• teplota

25

- 32˚C

• nerozpuštěné látky

500

- 3000 mg/litr

• rozpuštěné látky

800

- 5000 mg/litr

• CHSK₅

2500 - 4000 mg O₂/litr

• BSK₅

900

- 2000 mg O₂/litr

Rozpuštěné látky se určují ve filtrované vodě a jsou definovány jako zbytek po odpaření vody. Jeden kilogram těchto látek odpovídá zhruba 0,6–0,7 kg BSK₅. V rámci strategie ochrany životního prostření se začíná prosazovat požadavek i na připravenost a schopnost recyklace dřevní hmoty z dřevěných výrobků, které se už staly po době životnosti odpadem a schopnost zneškodňovat tyto odpady bez nepřípustného znečišťování životního prostředí. Již při rozšiřování výroby o nové technologie a zavádění nových výrobků se musí důkladně zvažovat ochrana před eventuálním znečišťováním životního prostředí a rovněž také likvidace výrobků po jejich použití. Každý výrobce aglomerovaných materiálů musí dodržovat legislativní opatření, které stanovují maximální přípustné hodnoty látek znečišťující životní prostředí.

Pavel Hupka


Stránka 45

5 POŽADAVKY NA MDF A MOŽNOSTI POUŽITÍ MDF Evropská norma ČSN 622-5 Vláknité desky – Požadavky – Část: Požadavky na desky vyrobené suchým procesem (MDF) určuje požadavky na desky vyrobené suchým procesem definované v ČSN EN 316. Hodnoty uvedené v této normě jsou vlastnostmi desek, ale nejsou charakteristickými hodnotami, které by bylo možno použít při navrhování konstrukcí. Desky vyrobené suchým procesem musí splňovat všeobecné požadavky podle ČSN EN 622 – 1a zároveň požadavky této normy. Požadavky v tabulkách musí splňovat 5percentil (95 percentil u bobtnání) vypočítaný z jednotlivých deskových průměrů podle ČSN EN 326 – 1. U bobtnání musí být menší nebo roven hodnotě v tabulce a u všech dalších vlastností musí být roven nebo větší než hodnota v tabulce. Hodnota v tabulce pro pevnost v ohybu a modul pružnosti musí splňovat výsledky zkoušek v kterémkoliv směru na ploše desky. Vlastnosti, které nejsou u určitých typů desek požadovány, jsou označeny „-". S výjimkou bobtnání jsou hodnoty uvedené v tabulkách charakterizovány při vlhkosti materiálu odpovídající teplotě 20˚C a relativní vlhkosti vzduchu 65%. Hodnoty uvedené pro bobtnání jsou charakterizovány při vlhkosti materiálu odpovídající teplotě 20˚C a relativní vlhkosti vzduchu 65% před uložením do vody.

Tab. 6: Požadavky na desky použité v suchém prostředí (typ MDF)

vlastnost

V

zkušební jednotka postup

1,0 až 2,5

rozsah jmenovitých tloušťek (mm) >9 >12 >19 >30 >2,5 >4 >6 až až až až až 4 až 6 až 9 12 19 30 45

bobtnání po 24 lhod.

ČSN EN 317

%

h Rozlupčivost

ČSN EN 319

N/mm²

pevnost v u ohybu

ČSN EN 310

N/mm²

23

23

modul v pružnosti v z ohybu

ČSN EN 310

N/mm²

—

—

k

Pavel Hupka

45

35

30

17

0,65 0,65 0,65 0,65 23

23

15 0,6 22

12

10

0,55 0,55 20

18

>45

8

6

0,5

0,5

17

15

2700 2700 2500 2200 2100 1900 1700


Stránka 46

MDF desky pro svoji homogenní strukturu a dobré vlastnosti, umožňující často náhradu rostlého dřeva, jsou využívané především v nábytkářském průmyslu. K širšímu použití a uplatnění MDF desek přispělo i rozšíření jejich sortimentu podle hustoty (do 600 kg/m³ označované jako LDF), se střední hustotou (označované MDF) a vysokou hustotou (nad 900 kg/m³ ,označované HDF. Dalším charakteristickým znakem MDF desek jsou jejich uzavřené boční plochy. To spolu s jejich homogenní strukturou je zvýhodňují při frézování a profilování s možností povrchové úpravy nátěrovými hmotami. Principiálně se dají povrchové úpravy MDF desek rozlišit podle různých kritérií:

Podle použitých dokončovacích materiálů na mokré a suché PÚ K mokrým PÚ patří: Nanášení tmelů pro vyrovnání nerovností povrchu AM •

Moření vodnými roztoky barev či speciálních chemilákií

•

Potiskováním povrchu AM dezénem napodobňujícím texturu přírodního dřeva

•

Lakováním roztoky či disperzemi filmotvorných látek

•

Reliéfování

K suchým PÚ patří: •

Laminování – nalisování papírů naimpregnovaných syntetickými pryskyřicemi na podkladový materiál MDF

•

Fóliování – nalepování speciálních fólií

•

Nalepování laminátů

Povrchová úprava MDF desek má velký význam, neboť prodlužuje jejich životnost, zlepšuje užitné vlastnosti, potlačuje barevné rozdíly povrchu a zvýrazňuje tvar produktu. PÚ zlepšují hygienické a ekologické vlastnosti materiálů na bázi dřeva. V důsledku provedení PÚ dochází ke snížení či omezení emisí VOC látek, zejména aldehydů, terpenů a formaldehydu z podkladových materiálů. Hlavní funkcí povrchové úpravy je zvýšení užitné hodnoty výrobků, estetické a ekologické vlastnosti dokončovaných povrchů, potlačení barevných rozdílů a zajištění zdravotní nezávadnosti výrobku.

Pavel Hupka


Stránka 47

6 METODIKA 6.1 Příprava a analýza vzorku Cílem frakcionace vlákna je zjistit, z jakých rozměrových frakcí se vlákno skládá a v jakých množstvích se jednotlivé frakce vyskytují. Složení dřevní hmoty na vstupu materiálu do výroby, při kterém jsem analýzu vlákna prováděl, bylo 80% měkké dřevo a 20% tvrdé dřevo. O táčky rotoru při rozvlákňování byly nastavené na 1500 ot/min.. Mezera mezi mlecími segmenty (rotorem a statorem) se nastavovala dle odběru elektrické energie, která je závislá na otupení segmentů. Vzorky vlákna jsem odebíral z pasového dopravníku, který je umístěn za proudovou horizontální sušárnou a mezi dvěma cyklóny. Na vláknu je již nanesen hydrofobní prostředek ( rozpuštěný parafin) a lepicí směs. Pro odebírání vzorků z pásového dopravníku byly použity speciální dřevěné kleště, kterými byl odebraný vzorek vložen do PE uzavíratelného obalu a následně řádně označen pořa- Obr. 29: Uložení vzorku vlákna v PE obalu dovým číslem, datem a časem odběru jak je znázorněno na příkladu Obr. 29. Při přepravě a skladování se vzorek nesmí dostat do přímého styku s vodou nebo s větší relativní vlhkostí než je 80%. Po přenesení takto odebraných a označených vzorků do laboratoře se postupuje následujícím postupem. K navážení vzorku pro analýzu jsem použil analytické váhy s platnou dobou kalibrace Obr. 30 a přesností 0,01g. Na váhy položíme misku vyrobenou z nerezové oceli a pomocí táry na vahách vynulujeme. Navážíme potřebné množství analyzovaného materiálu, což v případě vlákna je 20g ± 0,2g. Následně takto

Obr. 30: Analytické váhy

navážený vzorek uložíme do klimatizační komory na stavené na 20˚C a 60% vlhkost na dobu 24 hodin.

Pavel Hupka


Stránka 48

Čas uložení do klimatizační komory zapíšeme do protokolu k tomuto účelu určeném. Vzorek, který nám zbyl po navážení opět uzavřeme v PE obalu a uložíme na místo pro ukládání vzorků vlákna po dobu určeném vnitropodnikovou směrnicí. Po uplynutí 24 hodin vzorek vyjmeme z klimatizační komory a kvantitativně převedeme na vrchní síto laboratorního sítového třidiče. Velikost ok sít použitá u této analýzy jsou 2; 1; 0,5; 0,25; 0,16; 0,08; 0 mm a průměr sít je 203 mm. Jednotlivá síta jsou uložena nad sebou, přičemž síto o velikosti 0 mm (dno) je uloženo nejspodněji a s přibývajícím rozměrem oka síta se ukládají postupně nad sebe. Ukázka laboratorního sítového třidiče s principem ukládání sít na kterém byla provedena analýza, je na Obr. 31. Po pře-

Obr. 31: Laboratorní sítový třidič

vedení vzorku na vrchní síto ještě před uzavření víkem vložíme do vrchního síta 4 ocelové kuličky o průměru 5 mm Obr.32 pro snadnější separaci dřevního vlákna při běhu třidiče. Po té sítový třidič uzavřeme víkem a dotáhneme pomocí jistících matek tak, aby byla síta pevně dotažená. Na přístroji nastavíme potřebnou intenzitu a po- Obr.32: ocelové kuličky třebný čas pro vykonání sítové analýzy. Pro intenzitu jsem zvolil po dohodě s vedoucím práce hodnotu 10 a pro požadovaný čas běhu třidiče 50 min. Po ukončení sítového třídění povolíme jistící matky a odstraníme víko. Jednotlivé frakce, které zůstali na sítech kvantitativně převedeme na váženku pomocí štětce. Prázdnou váženku je nutné opět na váze před každým vážením frakcí vytárovat na 0 g. Vytárovanou váženku se vzorkem zvážíme a hodnotu zůstatku na sítě zapíšeme do protokolu sítové analýzy k příslušné hodnotě síta. Tento postup opakujeme u všech frakcí, které jsme ke zkoušce použili. Po zapsání všech hodnot do protokolu provedeme součet zůstatků jednotlivých frakcí a vyhodnotíme pomocí aplikace Excel nebo dle vzorce, který uvádím v pracovním postupu v kapitole 6.2. Grafické znázornění je nejlépe provádět také pomocí aplikace Excel a bude uvedeno v kapitole 7. Výsledky vyhodnocení. Pavel Hupka


Stránka 49

6.2 Pracovní postup sítové analýzy vlákna 1. Všeobecně Tento pracovní postup stanoví základní předpis pro sítovou analýzu vlákna za sucha při použití mechanického způsobu prosévání. 2. Zkušební zařízení a) miska z nerezové oceli b) PE sáček c) klimatizační komora d) váženka e) plochý štětec na očištění sít f) laboratorní sítový třidič g) sada sít ( velikost ok: 2; 1; 0,5; 0,25; 0,16; 0,08; 0 mm) h) ocelové kuličky o průměru 5 mm i) počítač s programem Excel 3. Příprava vzorku 3.1 Sítová analýza se provádí na suchém vzorku 3.2 Vytárování misky z nerezové oceli na váze 3.3 Navážení 20 ± 2g vlákna 3.4 Uložení vzorku do klimatizační komory, která je nastavená na 20˚C a 60% vlhkost, čas uložení zapsat do protokolu sítové analýzy vlákna. 3.5 Zbylý vzorek opět uzavřeme v PE sáčku a uložíme na místo pro ukládání vzorků vlákna. 3.5 Po ukončení klimatizování vyjmout vzorek z klimatizační komory a provést sítovou analýzu. 4. Postup měření 4.1 Sestavení jednotlivých sít dle velikosti ok od nejmenší po největší Velikost ok: 0 (dno); 0,08; 0,16; 0,25; 0,5; 1; 2 mm 4.2 Vzorek kvantitativně převedeme z misky z nerezové oceli na vrchní síto, tj. síto s největšími oky Pavel Hupka


Stránka 50

4.3 Sítový třídič uzavřeme víkem a dotáhneme pomocí jistících matek tak, aby byla síta pevně dotažena. 4.4 Nastavíme intenzitu prosévání na hodnotu 10 a požadovaný čas prosévání na hodnotu 50 min. Nastavením časovače rovněž spustíme sítový třidič. 4.5 Po ukončení chodu sítového třidiče povolíme jistící matky a odstraníme víko 4.6 Před vážením jednotlivých frakcí tj. zůstatků na sítech je nutné váhu opět vytárovat společně s váženkou. 4.7 Jednotlivá síta kvantitativně převedeme na váženku pomocí plochého štětce, zvážíme a hodnotu zaznamenáme do protokolu sítová analýza vlákna.

5. Výpočet 5.1 Provedeme součet všech zvážených hodnot mc = (m₁+ m₂ + …… +mn) mc……………celkový součet hmotností na všech sítech a dnu [g] m₁ až mn……..hmotnost jednotlivých frakcí a dna [g] 5.2 Výsledek sítové analýzy se vyjadřuje jako procentuální podíl zbytku na sítu W₁ = (m₁ / mc) × 100

W₁ = (m₂ / mc) × 100

Wn = (mn / mc) × 100

W₁ až Wn…..procentuální podíl na jednotlivých sítech a dnu [%] 5.3 Pro kontrolu správnosti výpočtu provedeme součet procentuálních podílů (W₁ + W₂ + …….. + Wn) = 100% 5.4 Výsledky zaznamenáváme do protokolu sítové analýzy vlákna 5.5 Grafické znázornění provádíme tak, že na vodorovnou osu x jmenovitou délku strany oka síta a na svislou osu y příslušná procenta zbytků na sítech. 5.5 Při zpracování dat v počítači použijeme výše uvedené vzorce pro výpočet, která si navolíme do aplikace Excel a grafické znázornění provedeme přes vložení grafu.

6. Závěrečná ustanovení Tento pracovní postup je použitelný pro stanovení kvality vlákna ve výrobě MDF.

Pavel Hupka


Stránka 51

7 VÝSLEDKY VYHODNOCENÍ Na sledovaných vzorcích byl zjišťován procentuální podíl hrubé a jemné frakce vlákna ve výrobě MDF. Hlavním úkolem této práce je zjistit, zda podíly hrubé a jemné frakce se během otupování segmentů mění. V následujících výsledcích vyhodnocení je v Tab. 7 zobrazen celkový přehled odebíraných vzorků včetně sítových rozborů. Tab. 7 nám dává informace o časové posloupnosti odebíraných vzorků, počet hodin rozvlákňovacích segmentů v provozu a samotnou sítovou analýzu vlákna. K této tabulce jsem vypracoval i celkové grafické vyjádření všech odebíraných vzorků. Avšak pro lepší orientaci a přehlednost tabulky a grafu se v další části práce věnuji speciálně každému sítu. V tabulkách pro každé síto uvádím již pouze procentuální podíly zbylých na sítu v jednotlivých časech odběru. Další vyhodnocení, které můžeme použít při stanovení sítové analýzy vlákna ve výrobě MDF je procentuální součet zůstatků pod jednotlivými síty. Toto vyhodnocení jsem provedl pro každý jednotlivý vzorek a pro všechny frakce. Tato data jsou uvedená v příloze.

Pavel Hupka


Stránka 52

Tab. 7: Celkový přehled odebíraných vzorků včetně sítových rozborů

rozměr oka síta (mm) vzorek č.1 vzorek č.2 vzorek č.3 vzorek č.4 vzorek č.5 vzorek č.6 vzorek č.7 vzorek č.8 vzorek č.9 vzorek č.10 vzorek č.11 vzorek č.12 vzorek č.13

datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru datum a čas odběru

10.12.19:01

11.12.11:01

12.12.19:01

12.12.19:02

12.12.19:03

12.12.19:04

12.12.19:05

12.12.19:06

12.12.19:07

12.12.19:08

12.12.19:09

12.12.19:10

12.12.19:11

hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů hodinový provoz segmentů

(g) 1

18

50

66

104

138

259

313

388

450

548

708

910

2

1

2,58

2,73

0,5 0,25 0,16 0,08

Σ

3,22

19,47

2,84

2,17

2,45

(%) 13,25 14,02 17,87 14,59

11,15

12,58 16,54

(g)

2,88

2,62

1,99

(%) 13,55 13,34 14,88 14,72

13,39

10,17 19,94

100

(g)

0,75

2,97

3,27

3,28

2,99

3,67

20,3

(%)

3,70

14,64 16,56 16,12

16,17

14,74 18,09

100

(g)

0,12

2,40

3,20

5,02

2,33

(%)

0,61

12,15 17,27 16,20

25,42

11,80 16,56

(g)

0,02

1,68

3,05

3,28

5,96

3,05

(%)

0,10

8,55

15,52 16,69

30,33

15,52 13,28

(g)

0,02

1,54

3,11

3,31

6,15

2,68

(%)

0,10

7,75

15,66 16,67

30,97

13,49 15,36

(g)

0,11

1,86

3,46

3,30

4,94

2,88

(%)

0,56

9,39

17,47 16,66

24,94

14,54 16,46

2,65

2,61

3,48

0

2,91

3,36

3,41

3,90

3,27

2,61

3,05

3,26

(g)

0,10

1,80

3,16

3,31

5,56

2,97

(%)

0,50

9,00

15,81 16,56

27,81

14,86 15,46

3,09

(g)

0,03

1,72

3,16

3,27

4,10

3,44

(%)

0,15

8,84

16,25 16,81

21,08

17,69 19,18

3,73

(g)

0,08

1,84

3,35

3,32

4,48

3,41

(%)

0,40

9,13

16,63 16,48

22,23

16,92 18,21

3,67

(g)

0,08

1,50

3,43

3,22

4,32

3,58

(%)

0,40

7,41

16,96 15,92

21,35

17,70 20,27

(g)

0,08

1,58

3,18

3,26

4,26

3,76

(%)

0,40

7,81

15,73 16,12

21,07

18,60 20,28

(g)

0,05

1,37

3,37

3,36

4,51

3,64

(%)

0,25

6,85

16,89 16,84

22,60

18,24 18,34

4,10

4,10

3,66

100 19,56

19,75 100 19,65 100 19,86 100 19,81 100 19,99 100 19,45 100 20,15 100 20,23 100 20,22 100 19,96 100

Obr. 33: Celkové grafické znázornění odebíraných vzorků Pavel Hupka


Stránka 53

Vyhodnocení jednotlivých sít:

Síto 2 mm Tab. 8: procentuální podíly na sítě 2 mm v čase rozměr oka síta (mm)

2

Vz. č.1.

Vz. č.2.

Vz. č.3.

Vz. č.4.

Vz. č.5.

Vz. č.6.

Vz. č.7.

Vz. č.8.

Vz. č.9.

Vz. Vz. Vz. Vz. č.10. č.11. č.12. č.13.

13,25 13,55 3,70

0,61

0,10

0,10

0,56

0,50

0,15

0,40

Obr. 34: Grafické znázornění k Tab. 8

0,40

0,40

0,25

Obr. 35: Foto vlákna na sítě 2 mm

Síto 1 mm Tab. 9: procentuální podíly na sítě 1 mm v čase rozměr oka síta (mm)

1

vz. č.1.

vz. č.2.

vz. č.3.

vz. č.4.

14,02 13,34 14,64 12,15

vz. č.5.

vz. č.6.

vz. č.7.

vz. č.8.

vz. č.9.

vz. vz. vz. vz. č.10. č.11. č.12. č.13.

8,55

7,75

9,39

9,00

8,84

9,13 7,41


Pavel Hupka

7,81

6,85

Obr. 37: Foto vlákna na sítě 1 mm


Stránka 54

Síto 0,5 mm Tab. 10: procentuální podíly na sítě 0,5 mm v čase rozměr oka síta (mm)

0,5

vz. č.1.

vz. č.2.

vz. č.3.

vz. č.4.

vz. č.5.

vz. č.6.

vz. č.7.

vz. č.8.

vz. č.9.

vz. č.10.

vz. č.11.

vz. č.12.

vz. č.13.

17,87 14,88 16,56 17,27 15,52 15,66 17,47 15,81 16,25 16,63 16,96 15,73 16,89


Obr. 39: Foto vlákna na sítě 0,5 mm


0,25

vz. č.1.

vz. č.2.

vz. č.3.

vz. č.4.

vz. č.5.

vz. č.6.

vz. č.7.

vz. č.8.

vz. č.9.

vz. č.10.

vz. č.11.

vz. č.12.

vz. č.13.

14,59 14,72 16,12 16,20 16,69 16,67 16,66 16,56 16,81 16,48 15,92 16,12 16,84


Pavel Hupka



Stránka 55


0,16

vz. č.1.

vz. č.2.

vz. č.3.

vz. č.4.

vz. č.5.

vz. č.6.

vz. č.7.

vz. č.8.

vz. č.9.

vz. č.10.

vz. č.11.

vz. č.12.

vz. č.13.

11,15 13,39 16,17 25,42 30,33 30,97 24,94 27,81 21,08 22,23 21,35 21,07 22,60




0,08

vz. č.1.

vz. č.2.

vz. č.3.

vz. č.4.

vz. č.5.

vz. č.6.

vz. č.7.

vz. č.8.

vz. č.9.

vz. č.10.

vz. č.11.

vz. č.12.

vz. č.13.

12,58 10,17 14,74 11,80 15,52 13,49 14,54 14,86 17,69 16,92 17,70 18,60 18,24

Obr. 44: Grafické znázornění k Tab. 13 Pavel Hupka



Stránka 56

Dno 0,00 mm Tab. 14: procentuální podíly na dně 0,00 mm v čase rozměr oka síta (mm)

0

vz. č.1.

vz. č.2.

vz. č.3.

vz. č.4.

vz. č.5.

vz. č.6.

vz. č.7.

vz. č.8.

vz. č.9.

vz. č.10.

vz. č.11.

vz. č.12.

vz. č.13.

16,54 19,94 18,09 16,56 13,28 15,36 16,46 15,46 19,18 18,21 20,27 20,28 18,34


Pavel Hupka

Obr. 47: Foto vlákna na dně 0,00 mm


Stránka 57

8 Diskuse V Tab. 15 uvádím procentuální hodnoty všech zjišťovaných vzorků vlákna. Jednotlivé vzorky jsou uvedeny od počátku instalace nově nabroušených rozvlákňovacích segmentů až po opotřebení a následnou výměnu segmentů. Uvedené výsledné hodnoty byly zjišťovány při stejných podmínkách a parametrech výrobního zařízení, které vyrábí vlákno na výrobu MDF desky a jsou následující: otáčky rotoru n = 1500 ot/min., složení dřevní hmoty 80% měkké dřevo a 20% tvrdé dřevo, mezera mezi rotorem a statorem řízená dle odběru elektrické energie. Tab. 15: Procentuální podíl na jednotlivých sítech rozměr vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek vzorek oka síč.10. č.11. č.12. č.13. č.1. % č.2. % č.3. % č.4. % č.5. % č.6. % č.7. % č.8. % č.9. % ta % po- % po- % po- % popodíl podíl podíl podíl podíl podíl podíl podíl podíl (mm) díl díl díl díl 2

13,25

13,55

3,70

0,61

0,10

0,10

0,56

0,50

0,15

0,40

0,40

0,40

0,25

1

14,02

13,34

14,64

12,15

8,55

7,75

9,39

9,00

8,84

9,13

7,41

7,81

6,85

0,5

17,87

14,88

16,56

17,27

15,52

15,66

17,47

15,81

16,25

16,63

16,96

15,73

16,89

0,25

14,59

14,72

16,12

16,20

16,69

16,67

16,66

16,56

16,81

16,48

15,92

16,12

16,84

0,16

11,15

13,39

16,17

25,42

30,33

30,97

24,94

27,81

21,08

22,23

21,35

21,07

22,60

0,08

12,58

10,17

14,74

11,80

15,52

13,49

14,54

14,86

17,69

16,92

17,70

18,60

18,24

0

16,54

19,94

18,09

16,56

13,28

15,36

16,46

15,46

19,18

18,21

20,27

20,28

18,34

Σ

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

Jak lze zjistit z Tab. 15, procentuální podíl jemné a hrubé frakce se na jednotlivých sítech v průběhu času a tím otupování segmentů výrazně liší. Větší zastoupení hrubé frakce je nežádoucí a zároveň vlákno složeno z velkého množství jemné frakce je taktéž nevyhovující. Po slisování konečné desky a následném obroušení přítomný velký podíl hrubých vláken při mokré povrchové úpravě začnou tato vlákna bobtnat, zhoršují kvalitu povrchové úpravy a zvyšují náklady s tím spojené. Když naopak deska MDF obsahuje velký podíl prachových částic, ovlivňuje to negativně spotřebu chemikálií (lepicí směsi) a pevnost v tahu kolmo k rovině desky. Podíváme-li se do Tab. 15 vidíme u síta 2 mm, jak výrazně poklesl u vzorků 3,4 podíl hrubé frakce. Tyto vzorky byly odebrány po 66 hodinách provozu segmentu. Po tomto čase se na tomto sítu podíl hrubé frakce nijak zvlášť neměnil. U síta 1 mm dochází k výraznějšímu poklesu v průběhu 104 hodin (vzorek 5) a to o cca 3,6%. Dále zůstal průběh přibližně na stejné úrovni. Pozorujeme-li hodnoty na sítu 0,5 mm, pohybuje se Pavel Hupka


Stránka 58

průměr okolo 16,5%. Variabilita hodnot je ± 1,5%. Z toho vyplývá, že podíl frakce na sítu 0,5 mm se prakticky v průběhu času nemění. Na sítu 0,25 mm dochází u vzorku 3 po 50 hodinách výroby k nárůstu o 1,4% dále se však průběh zvýší o maximálně 2% oproti minimu. I o tomto můžeme konstatovat, že se vlákno na sítu 0,25 mm prakticky nemění. U síta 0,16 mm hodnoty vykazují prudký nárůst u vzorku 4 po 56 hodinách z 16,1% na 25,4% u vzorku 4. Vzrůstající tendence pokračuje až ke vzorku 6 po 138 hodinách a to na 31%. Poté nabírají hodnoty pokles přes vzorek 8 (27,8%) až ke vzorku 9 (21,1%) kdy už se hodnoty ustálí. Podíl na sítu 0,8 mm vykazuje vzestupný trend a to od 10,2%, kdy nám začíná výroba až po 18,2%, kdy jsou segmenty již opotřebované. Na dně vykazují hodnoty bezprostředně po započetí výroby při 1-18 hodinách nárůst z 16,5% na 29,9%. Následně dochází k poklesu během 104 hodiny výroby na 13,2% a následně k nárůstu až na 20,3%. U této frakce vykazují hodnoty velkou variabilitu. Z výsledků vyhodnocení uvedené v kapitole 7 a z tohoto výše uvedeného rozboru je zřejmé, že podíl hrubé frakce se v průběhu výroby snižuje a to od 56 hodiny výroby a podíl jemné frakce zvyšuje a to od 56 – 104 hodiny. Podíl střední frakce vyskytující se na sítech 0,25; 0,5 mm zůstává prakticky na stejné úrovni.

Pavel Hupka


Stránka 59

9 Závěr V této práci v kapitole 6.2 je popsán pracovní postup pro sítovou analýzu na výrobu MDF desky. Jak je vidět z výsledků vyhodnocení, je zde jednoznačně prokázána rozměrová variabilita vyráběného vlákna v průběhu času. Pro zjišťování kvality vlákna na výrobu MDF desky je vhodné v procesu odebírání vzorků zkrátit časové intervaly mezi jednotlivými odběry vzorků. Získáme tím větší množinu dat pro posouzení kvality vlákna a možnost s těmito daty dále pracovat. Hodnocením kvality vlákna můžeme přispět k vysvětlení a řešení mnohdy i banálních problémů ve výrobě a výrobních technologiích. Touto metodou vyhodnocení kvality vlákna můžeme porovnávat vyrobené vlákno na různých typech segmentů nebo při změnách technologicko-výrobních postupů. Rozšíření možnosti kvalitativního posouzení vlákna nám umožní vyrábět vlákno nejlepší jakosti. Dosáhneme tím mimo jiné nejen snížení nákladů na výrobu desky, ale hlavně zvýšením tvorby zisku.

Pavel Hupka


Stránka 60

10 Summary In my presentation in chapter 6, there is a work process for sieve analysis of the fibre in MDF production. Results of the evaluation show us variability producing fibre during the time. For identification of the fibre quality which is needed for production of the MDF board is useful to shorten the interval between particular time for taking of samples. We obtain more data to analyze the quality and the option to work with these data. The quality fibre analysis can help to explain and solve easy problem during the production and technology. This method of the quality fibre analyze we can compare with the produced fibre in different types of segments and during the changing technologyproductive progress. The option expansion of quality fibre index enables to produce the high quality fibre. We can reach for the decrease of production board costs and the decrease of profits.

Pavel Hupka


Stránka 61

11 Přehled použité literatury HRÁZSKÝ, J., - KRÁL, P.:Kompozitní materiály na bázi dřeva: Aglomerované materiály. Část I. Vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická universita v Brně, 2007. 253 s. ISBN 978-80-7375-034-3. HRÁZSKÝ, J., - KRÁL, P.:Kompozitní materiály na bázi dřeva: Aglomerované materiály: cvičení Část I. Vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická universita v Brně, 2004. 130 s. ISBN 80-7157-751-0 HRÁZSKÝ, J., - KRÁL, P.:Vývojové trendy velkoplošných kompozitních materiálů na bázi dřeva-I. Stolařský magazín: Odborný časopis na podporu dřevařské a nábytkářské výroby s vybranými recenzovanými články = Stolásky magazín: Odborný časopis na podporu drevárskej a nábytkárskej výroby s vybranými recenzovanými článkami. 2010. sv. 11, č. 5, s. 30-32. ISSN 1335-7018 HRÁZSKÝ, J., - KRÁL, P.:Vývojové trendy velkoplošných kompozitních materiálů na bázi dřeva-II. Stolařský magazín: Odborný časopis na podporu dřevařské a nábytkářské výroby s vybranými recenzovanými články = Stolásky magazín: Odborný časopis na podporu drevárskej a nábytkárskej výroby s vybranými recenzovanými článkami. 2010. sv. 11, č. 6, s. 62-64. ISSN 1335-7018 HRÁZSKÝ, J., - KRÁL, P.:Vývojové trendy velkoplošných kompozitních materiálů na bázi dřeva-III. Stolařský magazín: Odborný časopis na podporu dřevařské a nábytkářské výroby s vybranými recenzovanými články = Stolásky magazín: Odborný časopis na podporu drevárskej a nábytkárskej výroby s vybranými recenzovanými článkami. 2010. sv. 11, č. 7-8, s. 60-61. ISSN 1335-7018 Štefka, V.: Kompozitné drevné materiály:Technológia aglomerovaných materiá

lov.

Časť II. Vyd.: Technická universita vo Zvolene, I – 2007, ISBN 80-228-1705-8

Internetové zdroje: www.dieffenbacher.de www.ddl.cz

Pavel Hupka


Stránka 62

Seznam symbolů: MDF…….. středně hustá vláknitá desky SB……….. izolační deska SB. I………izolační deska s dodatečnými vlastnostmi MB. L……..polotvrdá deska nižší hustoty MB. H……. polotvrdá deska vyšší hustoty MB. I………polotvrdá deska vyšší hustoty s dodatečnými vlastnostmi HB…………tvrdá deska HB.I………. tvrdá deska s dodatečnými vlastnostmi MDF. I……. středně hustá vláknitá deska s dodatečnými vlastnostmi EPF…………Evropské sdružení výrobců desek FESYP……...Evropské sdružení výrobců dřevotřískových desek EMB………. .Evropské sdružení výrobců MDF desek VD………….vláknitá deska TD…………..třísková deska BNV………...bod nasycení vláken ............vláknitá deska vyráběná mokrým způsobem ............ vláknitá deska vyráběná suchým způsobem DS…………..defibrátorové sekundy SR…………..stupně Schoppera – Rieglera a.s. ………….absolutně suché PF…………..fenolformaldehydová pryskyřice UF………….močovinoformaldehydová pryskyřice VF………….vysokofrekvenční KK…………klimatizační komora BSK………..biologická spotřeba kyslíku LTO………..lehký topný olej PÚ………….povrchová úprava AM…………aglomerované materiály ČSN EN……Česká státní norma harmonizovaná s Evropskou normou VOC……….Volatile Organic Compounds – těkavé organické látky SVR ………. Stav vlhkostní rovnováhy Pavel Hupka


Stránka 63

Mendelova univerzita v Brně

Recommend Documents