Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

التوأم المسمار عملية البثق لإنتاج الألواح الليفية المتجددة

Published: January 27, 2021 doi: 10.3791/62072

Summary

تم تطوير عملية قذف مزدوج المسمار متعددة الاستخدامات لتوفير معالجة مسبقة حرارية ميكانيكية كيميائية فعالة على الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية ، مما يؤدي إلى زيادة متوسط نسبة العرض إلى الارتفاع للألياف. ويمكن أيضا أن يضاف الموثق الطبيعية باستمرار بعد تكرير الألياف، مما يؤدي إلى الألواح الليفية الحيوية مع تحسين الخصائص الميكانيكية بعد الضغط الساخن من المواد المقذوفة التي تم الحصول عليها.

Abstract

تم تطوير عملية قذف مزدوج المسمار متعددة الاستخدامات لتوفير معالجة مسبقة فعالة حرارية ميكانيكية كيميائية على الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية قبل استخدامها كمصدر للتعزيز الميكانيكي في الألواح الليفية القائمة على أساس حيوي بالكامل. وقد تم بالفعل بالفعل معالجة مختلف المنتجات الثانوية للمحاصيل الليجنوسيلولوسية بنجاح من خلال هذه العملية ، على سبيل المثال ، قش الحبوب (وخاصة الأرز) ، و قش الكزبرة ، والشيفات من قش الكتان الأولياجي ، ونباح كل من الأمارانث وينبع عباد الشمس.

تؤدي عملية البثق إلى زيادة ملحوظة في متوسط نسبة العرض إلى الارتفاع للألياف ، مما يؤدي إلى تحسين الخصائص الميكانيكية للألواح الليفية. كما يمكن تزويد الطارد التوأم بوحدة ترشيح في نهاية البرميل. الاستخراج المستمر لمختلف المواد الكيميائية (مثل السكريات الحرة، الهيميسيلولوز، المواد المتطايرة من كسور الزيت الأساسية، وما إلى ذلك) من الركيزة الليجنوسيلولوسية، وتكرير الألياف يمكن، لذلك، أن يتم في وقت واحد.

يمكن أيضا استخدام الطارد لقدرته على الاختلاط: يمكن إضافة الموثق الطبيعي (على سبيل المثال ، الأورجانوسلف ليجنين ، كعك الزيت القائم على البروتين ، النشا ، وما إلى ذلك) إلى الألياف المكررة في نهاية الملف الشخصي المسمار. وpremix التي تم الحصول عليها على استعداد لتكون مصبوب من خلال الضغط الساخن، مع الموثق الطبيعية المساهمة في التماسك الألياف. هذه العملية مجتمعة في تمريرة مقذوف واحد يحسن وقت الإنتاج، وتكلفة الإنتاج، ويمكن أن يؤدي إلى انخفاض في حجم إنتاج المصنع. نظرا لأن جميع العمليات تتم في خطوة واحدة ، يتم الحفاظ على مورفولوجيا الألياف بشكل أفضل ، وذلك بفضل تقليل وقت إقامة المادة داخل الطارد ، مما يؤدي إلى تحسين أداء المواد. وقد تكون عملية البثق هذه ذات الخطوة الواحدة مصدر تكثيف عملية صناعية قيمة.

بالمقارنة مع المواد التجارية القائمة على الخشب، هذه الألواح الليفية القائمة على أساس حيوي بالكامل لا تنبعث منها أي الفورمالديهايد، وأنها يمكن أن تجد تطبيقات مختلفة، على سبيل المثال، حاويات وسيطة، والأثاث، والأرضيات المنزلية، رفوف، والبناء العام، الخ.

Introduction

البثق هو عملية يتم خلالها إجبار المواد المتدفقة من خلال الموت الساخن. وبالتالي، يسمح البثق بتشكيل منتجات مسخنة مسبقا تحت الضغط. ظهر أول مقذوف صناعي أحادي المسمار في عام 1873. كان يستخدم لتصنيع الكابلات المعدنية المستمرة. من عام 1930 فصاعدا، تم تكييف البثق واحد المسمار لصناعة الأغذية لإنتاج النقانق والماضي. وعلى العكس من ذلك، تم استخدام أول مقذوف مزدوج المسمار لأول مرة للتطورات في صناعة الأغذية. لم يظهر في مجال البوليمرات الاصطناعية حتى الأربعينات. لهذا الغرض، تم تصميم آلات جديدة، وتم أيضا على غرار تشغيلها1. تم تطوير نظام مع مسامير مشتركة الاختراق والمشاركة في الدوران ، مما يسمح بإجراء الاختلاط والقذف في وقت واحد. ومنذ ذلك الحين، تطورت تكنولوجيا البثق باستمرار من خلال تصميم أنواع جديدة من مسامير. اليوم، صناعة الأغذية يجعل الاستخدام المكثف للقذف المسمار التوأم على الرغم من أنه أكثر تكلفة من قذف واحد المسمار كما البثق التوأم المسمار يسمح بالوصول إلى معالجة المواد أكثر تفصيلا والمنتجات النهائية. ويستخدم بشكل خاص لقذف الطبخ من المنتجات النشوية ولكن أيضا التركيب من البروتينات وتصنيع أغذية الحيوانات الأليفة وعلف الأسماك.

في الآونة الأخيرة ، شهد البثق التوأم المسمار مجال تطبيقه يمتد إلى تجزئة الحرارية الميكانيكية والكيميائية للمادة النباتية2،3. وقد أدى هذا المفهوم الجديد إلى تطوير مفاعلات حقيقية قادرة على تحويل أو تجزئة المسائل محطة في خطوة واحدة، تصل إلى إنتاج منفصلة من استخراج وraffinate عن طريق فصل السائل /الصلبة 2،3،4. وقد سلط العمل الذي تم تنفيذه في مختبر الكيمياء الزراعية الصناعية (LCA) الضوء على الاحتمالات المتعددة لتكنولوجيا المسمار المزدوج لعملية تجزئة وتثمين الموارد الزراعية2،3. بعض الأمثلة هي: 1) الميكانيكية الملحة و / أو "الخضراء" استخراج المذيبات من الزيت النباتي5،6،7،8،9،10. 2) استخراج الهيميسيلولوز11،12، البكتين13، البروتينات14،15، ومستخلصات البوليفينول16. 3) تدهور الأنزيمية من جدران الخلايا النباتية لإنتاج الجيل الثاني من الإيثانول الحيوي17. 4) إنتاج مواد الكومبيتوسيت الحيوي مع البروتين18 أو البوليساكريد19 المصفوفات. 5) إنتاج المواد الحرارية عن طريق خلط الحبوب، والبوليستر الحيوية20،21. 6) إنتاج المكونات الحيوية عن طريق مضاعفة البوليمر الحراري، على أساس بيولوجي أم لا، والحشو النباتي22،23. 7) تدنيس المواد الليغنوسيلولوسية لإنتاج لب الورق13،24، والألواح الليفية25،26،27،28،29،30،31،32.

غالبا ما يعتبر الطارد التوأم المسمار كمفاعل حراري ميكانيكي كيميائي مستمر (TMC). في الواقع ، فإنه يجمع في خطوة واحدة الكيميائية والحرارية ، وأيضا ، والإجراءات الميكانيكية. ينتج عن المادة الكيميائية إمكانية حقن الكواشف السائلة في نقاط مختلفة على طول البرميل. الحرارية واحدة يمكن واجبة إلى التنظيم حرارية من البرميل. وأخيرا، فإن الميكانيكية واحدة يعتمد على اختيار عناصر المسمار على طول الملف الشخصي المسمار.

لتدنيس المواد lignocellulosic لإنتاج الألواح الليفية، وقد استخدمت أحدث الأعمال قش الأرز25،28، قش الكزبرة26،29، الكتان oleaginous shives27 وكذلك عباد الشمس30،32 وamaranth31 النباح. ويفسر الاهتمام الحالي للكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية لمثل هذا التطبيق (أي التعزيز الميكانيكي) بالنضوب المنتظم للموارد الحرجية المستخدمة في إنتاج المواد الخشبية. ومخلفات المحاصيل غير مكلفة وقد تكون متاحة على نطاق واسع. وبالإضافة إلى ذلك، تختلط جزيئات الخشب الحالية مع راتنجات البتروكيماويات التي يمكن أن تكون سامة. غالبا ما تمثل أكثر من 30٪ من التكلفة الإجمالية للمواد التجارية الحالية33،وبعض الراتنجات تسهم في انبعاثات الفورمالديهايد والحد من نوعية الهواء في الأماكنالمغلقة 34. وقد تحول الاهتمام البحثي إلى استخدام المجلدات الطبيعية.

تتكون الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية بشكل رئيسي من السليلوز والهيميسليلوز ، مما يشكل مجمعا غير متجانس. يتم تلقيح الهيميسليلوز بطبقات من الليغنينز التي تشكل شبكة ثلاثية الأبعاد حول هذه المجمعات. استخدام الكتلة الحيوية lignocellulosic لتصنيع الألواح الليفية عموما يتطلب قبل العلاج التدنيس. لهذا، فمن الضروري لكسر lignins التي تحمي السليلوز والهيميسيلولوز. يجب تطبيق الميكانيكية والحرارية والكيميائية35 أو حتىالأنزيمية 36،37،38 قبل العلاج. هذه الخطوات أيضا زيادة الالتصاق الذاتي من الألياف، والتي يمكن أن تعزز إنتاج لوحات binderless27 حتى لو كان الموثق الخارجية غالبا ما تضاف.

الغرض الأساسي من العلاجات المسبقة هو تحسين حجم الجسيمات من الألياف الدقيقة. طحن بسيطة توفر إمكانية تقليل حجم الألياف27،39،40. غير مكلفة، فإنه يساهم في زيادة سطح الألياف محددة. مكونات جدار الخلية الداخلية تصبح أكثر سهولة ويتم تحسين الخصائص الميكانيكية للألواح التي تم الحصول عليها. تزداد كفاءة التجرد بشكل كبير عندما يتم إنتاج لب حراري ميكانيكي ، على سبيل المثال ، عن طريق الهضم بالإضافة إلى التدنيس41، من عمليات اللب المختلفة42 أو عن طريق انفجار البخار43،44،45،46،47. في الآونة الأخيرة، وقد وضعت LCA الأصلي قبل العلاج من الألياف lignocellulosic باستخدام البثق التوأم المسمار25،26،27،28،29،30،31،32. بعد تدنيس TMC ، يمكن الطارد أيضا من التشتت المتجانس للموثق الطبيعي داخل الألياف. وpremix الناتجة على استعداد للضغط الساخنة في الألواح الليفية.

خلال تدنيس قش الأرز ، تمت مقارنة البثق التوأم المسمار بعملية الهضم بالإضافة إلى عملية التدنيس25. وكشفت طريقة البثق عن انخفاض كبير في التكلفة، أي أقل بتسع مرات من تكلفة اللب. وعلاوة على ذلك، يتم تخفيض كمية المياه المضافة (1.0 ماكس السائل / نسبة الصلبة بدلا من 4.0 دقيقة مع طريقة اللب)، ويلاحظ زيادة واضحة في متوسط نسبة العرض إلى الارتفاع من الألياف المكررة (21.2-22.6 بدلا من 16.3-17.9). هذه الألياف الحالية قدرة تعزيز الميكانيكية المحسنة للغاية. وقد تجلى ذلك بالنسبة للألواح الليفية القائمة على قش الأرز ، والتي تم فيها استخدام اللجنين النقي غير المتدهور (على سبيل المثال ، Biolignin) كموثق (ما يصل إلى 50 MPa لقوة الانحناء و 24٪ لتورم السمك بعد 24 ساعة من الغمر في الماء)28.

كما تم تأكيد مصلحة الاختلاء TMC في البثق التوأم المسمار مع قش الكزبرة26. نسبة العرض إلى الارتفاع من الألياف المكررة تتراوح بين 22.9-26.5 بدلا من 4.5 فقط للألياف الأرضية ببساطة. تم الحصول على ألواح الألياف القائمة على الكزبرة بنسبة 100٪ عن طريق إضافة كعكة من البذور إلى القش المكرر بالقذق كموثق بروتين (40٪ في الكتلة). وقد تحسنت قوتها المرنة (حتى 29 MPa) وخاصة مقاومتها للماء (تورم سمك يصل إلى 24٪) بشكل كبير مقارنة بالألواح المصنوعة من القش المسحوق ببساطة. وعلاوة على ذلك، فإن هذه الألواح لا تنبعث منها الفورمالديهايد، ونتيجة لذلك، فهي أكثر ملاءمة للبيئة وصحة الإنسان من الألواح الليفية متوسطة الكثافة (MDF) ولوح الرقائق29 الموجود تقليديا في السوق.

وبالمثل، تم إنتاج لوحات تعتمد بالكامل على amaranth31 وعباد الشمس32، والجمع بين الألياف المكررة البثق من النباح كتعزيز وكعكة البذور كموثق البروتين ، بنجاح. وأظهرت نقاط القوة المرنة من 35 MPa و 36 MPa، على التوالي. ومع ذلك ، تم العثور على مقاومة المياه لتكون أقل: 71 ٪ و 87 ٪ ، على التوالي ، لتورم سمك. لوحات المستعبدين ذاتيا على أساس الشفيس المكرر البثق من قش الكتان oleaginous يمكن أيضا الحصول على27. في هذه الحالة ، فإن الكسر المهذب ، الذي تم إطلاقه أثناء تدنيس TMC التوأم ، هو الذي يساهم في الترابط الذاتي. ومع ذلك، تظهر الألواح الصلبة التي تم الحصول عليها قوة ميكانيكية أقل (فقط 12 MPa قوة مرنة)، وتورم سمك عالية جدا (127٪).

جميع الألواح القائمة على الألياف مقذوفة المقدمة أعلاه يمكن أن تجد التطبيقات الصناعية، وبالتالي، بدائل مستدامة للمواد التجارية القائمة على الخشب الحالية. وفقا لمتطلبات المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO)48،49،50، ستعتمد تطبيقاتها المحددة على خصائصها الميكانيكية وحساسية المياه.

في هذه الورقة ، يتم وصف الإجراء لقذف وصقل الألياف الليجنوسيلولوسية قبل استخدامها كتعزيز ميكانيكي في لوحات الطاقة المتجددة بالتفصيل. للتذكير، هذه العملية يقلل من كمية المياه التي يمكن إضافتها بالمقارنة مع منهجيات اللب التقليدية، وأنه هو أيضا أقل استهلاكا للطاقة25. يمكن أيضا استخدام نفس آلة المسمار المزدوج لإضافة الموثق الطبيعي إلى الألياف.

وبشكل أكثر تحديدا، يتم تقديم مخطط تفصيلي لإجراء التوأم المسمار قذف التكرير من الشيش من الكتان oleaginous(Linum usitatissimum L.) القش. تم الحصول على القش المستخدمة في هذه الدراسة تجاريا. كان من مجموعة ايفرست المتنوعة، وزرعت النباتات في الجزء الجنوبي الغربي من فرنسا في عام 2018. في نفس ممر البثق ، يمكن أيضا إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية (المستخدمة كموثق خارجي) في منتصف البرميل ، ثم خلطها بشكل وثيق مع الشيش المكرر على طول النصف الثاني من الملف الشخصي المسمار. يتم جمع خليط متجانس وجود شكل مادة رقيق في منفذ الجهاز. تتم عملية TMC من خطوة واحدة باستخدام جهاز مقياس تجريبي. هدفنا هو توفير إجراء مفصل للمشغلين لإجراء بشكل صحيح البثق - تكرير الشيش ، ومن ثم إضافة الكعكة. بعد هذه العملية، premix التي تم الحصول عليها جاهزة لتصنيع اللاحقة من 100٪ ألواح الصلبة المستندة إلى الكتان oleaginous باستخدام الضغط الساخن.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تحضير المواد الخام

  1. استخدام ألياف الكتان oleaginous، والتي هي نتيجة لمرحلة أولية من الاستخراج الميكانيكي للألياف باست من القش في جهاز استخراج "جميع الألياف"51. استخدم منخل تهتز لإزالة ألياف النسيج القصيرة التي قد لا تزال تحتوي.
    ملاحظة: كما إزالة هذه الألياف النسيج قصيرة قد يكون من الصعب، لا تتردد في تكرار هذه العملية منخل عدة مرات حسب الضرورة. هنا ، والهدف من ذلك هو تحسين تدفق الكتان oleaginous shives في النطاط من تغذية الوزن ، وبالتالي ، تسهيل الدس قبل إدخالها في البثق التوأم المسمار.
  2. استخدام كعكة بذر الكتان البلاستيكية، التي تم الحصول عليها عن طريق تدمير / تدليس البروتينات وفقا للمنهجية التي وصفها Rouillyوآخرون.
    ملاحظة: من خلال القيام بذلك، تظهر البروتينات كفاءات أفضل بالحرارة والمواد اللاصقة.
  3. طحن الحبيبات الزراعية من كعكة بذر الكتان البلاستيكية باستخدام مطحنة مطرقة مزودة شبكة 1 ملم، ومن ثم غربال المواد المطحونة التي تم الحصول عليها للاحتفاظ فقط الجسيمات أصغر من 500 ميكرومتر.

2. التحقق من الأداء السليم للمغذيات الوزن الثابت ومضخة المكبس

  1. بالنسبة لمعدلات التدفق التي يعمل بها المشغل أثناء الإنتاج ، والذي تم اختياره لتجنب انسداد الجهاز (15 كجم / ساعة لذر الكتان الأولياجي ( OFS) ، ومن 1.50 كجم / ساعة إلى 3.75 كجم / ساعة لكعكة بذر الكتان البلاستيكية) ، تحقق من المراسلات بين القيمة المحددة التي تم إدخالها إلى مغذيات الوزن الثابتة ومعدلات التدفق الصلبة التي توزعها أجهزة الدس هذه.
    ملاحظة: يتم تحديد معدل التدفق الصلب الفعلي تجريبيا عن طريق وزن كتلة الصلبة الموزعة بواسطة وحدة تغذية الوزن الثابتة لفترة زمنية معروفة (5 دقائق). إذا كان هناك انحراف كبير بين قيمة المجموعة ومعدل التدفق الفعلي المقاس، فقد يشير ذلك إلى وجود خلل في وحدة التغذية بالوزن. لمنع ذلك ، يجب تنظيف وحدة الشطف بالكامل تماما ، مع التركيز بشكل خاص على المنطقة التي يوجد فيها جهاز الوزن. في الواقع ، فإن سبب هذا النوع من العطل هو في كثير من الأحيان سوء تنظيف الجهاز ، حيث يمكن العثور على آثار المواد الصلبة المستخدمة سابقا في أصغر زوايا وحدة الغسل. إذا استمرت المشكلة، سيكون من الضروري التحقق من قياس الصحيح للتوازن نفسه، وإذا لزم الأمر، إعادة معايرة ذلك.
  2. معايرة مضخة المكبس لإقامة علاقة بين الطاقة الكهربائية للمحرك ومعدل تدفق المياه الفعلية التي توزعها المضخة.
    ملاحظة: لكل طاقة كهربائية تم اختبارها، يتم تحديد معدل تدفق المياه الفعلي تجريبيا عن طريق وزن كتلة المياه الموزعة بواسطة مضخة المكبس لفترة زمنية معروفة (5 دقائق). يتم اختبار خمس قوى كهربائية مختلفة لرسم منحنى المعايرة. يتم اختيار أعلى طاقة كهربائية تم اختبارها بحيث توفر معدل تدفق مياه أعلى من المعدل الذي تم اختياره أثناء الإنتاج.
  3. بمجرد إجراء معايرة المضخة ، تحقق من معدل تدفق المياه الذي يعمل به المشغل أثناء الإنتاج (15 كجم / ساعة لتجنب انسداد الجهاز مع الحفاظ على طول الألياف المكررة البثق) المراسلات بين القيمة المحددة المعطاة لمضخة المكبس لقوة المحرك ومعدل تدفق المياه الموزعة بالفعل.

3. إعداد الطارد المسمار التوأم

  1. ترتيب بشكل صحيح وحدات البثق المسمار المزدوج (AB1-GG-8D، FER، وأنواع ABF) عن طريق ربطها واحدا تلو الآخر (عن طريق اثنين من المشابك نصف) في الترتيب الصحيح وفقا لتكوين الجهاز لاستخدامها:
    1. إعداد التكوين الذي يحدث فقط إزالة الألياف(الشكل 1A).
    2. بدلا من ذلك، قم بإعداد التكوين الذي يتم إكماله بإضافة الموثق الطبيعي(الشكل 1B).
      ملاحظة: بالنسبة لكلا التكوينين، يتم استخدام الوحدة النمطية الأولى لإدخال شيفات الكتان oleaginous. هذا هو نوع AB1-GG-8D وحدة نمطية، والتي لديها 8D الطول، D المقابلة القطر المسمار (أي، 53 ملم). ويهدف الافتتاح العلوي الكبير لهذه الوحدة في المقام الأول إلى تسهيل إدخال الشيش. وحدات 2 إلى 8 يتم التحكم في درجة الحرارة. وهي وحدات مغلقة (نوع FER)، باستثناء الوحدة 5 في حالة التكوين (الخطوة 3.1.2)، وهي من نوع ABF (أي وحدة مجهزة بفتحة جانبية لضمان اتصال المغذي الجانبي المستخدم لفرض إدخال كعكة بذر الكتان البلاستيكية داخل البرميل الرئيسي). تتكون وحدة التغذية الجانبية من مسامير أرخمين مشتركة في الدوران والمشاركة في اختراق الملعب الثابت والملف الشخصي المترافق.
  2. وضع أنبوب مدخل المياه أفقيا في نهاية الوحدة 2 لتوصيل مضخة المكبس إلى الجهاز.
  3. جانبا عناصر المسمار(الشكل 2)التي ستكون هناك حاجة لإعداد الملف الشخصي المسمار، إما واحد يستخدم للتكوين (الخطوة 3.1.1) أو واحد يستخدم للتكوين (الخطوة 3.1.2) (الشكل 3).
    ملاحظة: تأكد من أن هذه هي عناصر المسمار الصحيح عن طريق التحقق بعناية نوعها (T2F، C2F، C1F، CF1C، BB، أو INO0)، وطول، الملعب (لنقل وعكس عناصر المسمار)، وزاوية مذهلة (لكتل خلط BB).
  4. إعداد الملف الشخصي المسمار (الشكل 3) عن طريق إدراج عناصر المسمار على طول اثنين من مهاوي الطحال، من الزوج الأول إلى آخر واحد.
    ملاحظة: ملامح المسمار المستخدمة لتكوينات اثنين اختبارها، تختلف وكلاهما نتيجة التحسين السابقة25،26،27.
  5. عند تجميع الملف الشخصي المسمار، تأكد من أن خيوط عناصر المسمار إدراجها للتو على مهاوي الطحال دائما محاذاة تماما مع العناصر التي تم تجميعها سابقا.
  6. مرة واحدة يتم تجميع الملف الشخصي المسمار كامل، المسمار باليد نقاط المسمار في نهاية مهاوي اثنين، وإغلاق تماما برميل من الجهاز ومن ثم تشديد نقطتي المسمار إلى عزم الدوران تشديد الموصى بها من قبل الشركة المصنعة (30 دان م لطارد المسمار التوأم المستخدمة في هذه الدراسة) باستخدام وجع عزم الدوران.
  7. مع إعادة فتح برميل الجهاز جزئيا ، أي مع تراجع المهاوي في البرميل على مسافة 1D تقريبا ، قم بتشغيل البراغي بسرعة منخفضة (25 دورة في الدقيقة كحد أقصى) لضمان تركيب ملف تعريف المسمار بالكامل بشكل صحيح.
    ملاحظة: في حالة التثبيت غير الصحيح للعناصر المسمار (على سبيل المثال، فإن اختلال لأحد منهم)، وسوف يتم حتما ارتداء تسارع عناصر المسمار. عند اختبار دوران كل من مهاوي مع برميل من الجهاز مفتوحة بالكامل تقريبا، وهذا يؤدي إلى مهاوي لمس بعضها البعض عند نقطة عنصر المسمار وضعه بشكل غير صحيح.
  8. إغلاق تماما برميل من الجهاز بحيث يتم محاصرة كل من مهاوي تماما داخل برميل.
  9. بمجرد إغلاق البرميل ، قم بمشبكه إلى الجهاز بنصف المشابك ، وتأكد بمساعدة اختبار مستوى من أن البرميل أفقي تماما.
    ملاحظة: إذا كان برميل من الطارد التوأم المسمار ليست أفقية تماما، وهذا قد يؤدي إلى ارتداء سابق لأوانه عن طريق كشط عناصر المسمار و / أو الجدران الداخلية للبرميل.
  10. ضع الأجهزة الطرفية (مغذيات الوزن لالمواد الصلبة اثنين ليتم عرضه، ومضخة المكبس للمياه ليتم حقنها) في الأماكن المطلوبة على طول برميل: فوق الوحدة 1 للتغذية المستخدمة لشيفات الكتان oleaginous، فوق النطاط من المغذية الجانبية (نفسها متصلة أفقيا إلى وحدة 5) لتلك المستخدمة لكعكة بذر الكتان البلاستيكية (حالة التكوين (الخطوة 3.1.2) فقط) ، وفي نهاية الوحدة 2 لحقن الماء.

4. تنفيذ علاج البثق المسمار التوأم وفقا لتكوين (الخطوة 3.1.1) أو التكوين (الخطوة 3.1.2)

  1. من الإشراف على الجهاز، أدخل درجات الحرارة المحددة لكل وحدة من الوحدات وابدأ التحكم في درجة حرارة البرميل: للتكوين (الخطوة 3.1.1) و25 درجة مئوية لوحدة التغذية (الوحدة 1) و110 درجة مئوية للوحدات التالية؛ للتكوين (الخطوة 3.1.2) و25 درجة مئوية للوحدة 1 و110 درجة مئوية لمنطقة التكرير (الوحدات من 2 إلى 4) و80 درجة مئوية للوحدة الأولى (الوحدات من 5 إلى 8).
    ملاحظة: يتم التحكم في درجة حرارة البرميل بشكل منفصل من وحدة إلى أخرى عن طريق (1) التدفئة مع اثنين من المشابك نصف مقاومة ثابتة حول كل وحدة، و (2) التبريد عن طريق تعميم المياه الباردة داخل الوحدة. درجة حرارة 25 درجة مئوية مميزة لوحدة التغذية. من أجل تكرير فعال للألياف، يفضل درجة حرارة 110 درجة مئوية. درجة حرارة 80 درجة مئوية كافية لعملية ما قبل الخلط. نظرا لأن مناطق التكرير والتكرير المسبق تقع على طول عدة وحدات ، يتم تعيين جميع الوحدات في نفس المنطقة بنفس درجة الحرارة المحددة.
  2. انتظر استقرار درجات الحرارة المقاسة وتأكد من أن درجات الحرارة هذه مساوية للنقاط المحددة.
    ملاحظة: يتم إعطاء درجات الحرارة المقاسة على لوحة التحكم في الجهاز. من أجل ضمان السيطرة الثانية على درجات الحرارة هذه، فمن الممكن أيضا لقياسها مع ميزان الحرارة الأشعة تحت الحمراء على مستوى كل وحدة على طول برميل.
  3. بدوره ببطء مسامير (أي 50 دورة في الدقيقة كحد أقصى).
    ملاحظة: يمكن أن يحدث التآكل الكاشط السابق لأوانه لعناصر المسمار والجدران الداخلية للبرميل إذا تحولت البراغي بسرعة كبيرة أثناء خلو الجهاز.
  4. تغذية بلطف البثق المسمار التوأم بالماء (5 كجم / ساعة معدل التدفق).
  5. انتظر حوالي 30 s حتى يخرج الماء في نهاية البرميل.
  6. ثم، ابدأ في إدخال شيش الكتان الأولياجي في الوحدة 1 بمعدل تدفق 3 كجم / ساعة، وانتظر (لمدة دقيقة واحدة تقريبا) حتى يبدأ الصلب في الخروج من الطارد.
  7. زيادة تدريجية (على الأقل في ثلاث خطوات متتالية) سرعة مسامير، ثم معدل تدفق المياه وأخيرا معدل تدفق الشيش حتى يتم التوصل إلى نقاط المجموعة المطلوبة: 150 دورة في الدقيقة، 15 كجم / ساعة و 15 كجم / ساعة، على التوالي (الجدول 1).
    ملاحظة: تم تحديد هذه النقاط المحددة في الدراسات السابقة ونتيجة لتحسين العملية25،26،27.
  8. انتظر استقرار الجهاز من خلال متابعة تطور التيار الكهربائي الذي يستهلكه المحرك بمرور الوقت (اختلاف التيار الكهربائي لا يزيد عن 5٪ من متوسط القيمة 125 A).
    ملاحظة: عادة ما يكون وقت التثبيت في نطاق 10 إلى 15 دقيقة.
  9. للتكوين (الخطوة 3.1.2) فقط، ابدأ في إدخال كعكة بذر الكتان البلاستيكية عند 0.50 كجم / ساعة بمجرد استقرار الجهاز في أمبيراج بعد الشفس والماء بالإضافة إلى القيم المحددة المطلوبة. ثم، زيادة معدل تدفق كعكة بذر الكتان البلاستيكية في ثلاث خطوات متتالية على الأقل تصل إلى نقطة المحددة المطلوبة (من 1.50 كجم / ساعة إلى 3.75 كجم / ساعة، وهو ما يتوافق مع القيم بين 10٪ و 25٪ حسب الكتلة فيما يتعلق بالشيفز) (الجدول 1).
  10. بمجرد أن يكون التيار الكهربائي المستهلك بواسطة محرك البثق المزدوج مستقرا تماما ، تأكد من أن ملف تعريف درجة الحرارة الذي يقاس على طول البرميل يتوافق مع القيم المحددة التي قدمها المشغل ، ثم ابدأ في أخذ عينات من الشيفات المقذوفة للتكوين (الخطوة 3.1.1) أو premix للتكوين (الخطوة 3.1.2) في المنفذ.
    ملاحظة: لكي لا تسد الوحدة، يجب أن يظل التيار الذي يرسمه المحرك دائما دون قيمته القصوى (أي 400 A للطارد التوأم المسماري التجريبي المستخدم في هذه الدراسة). ولذلك، ينبغي التحقق من عدم بلوغ قيمة الحد هذه خلال مرحلة التدفق التدريجي بأكملها وكذلك أثناء أخذ العينات. أثناء الإنتاج ، إذا كان نظام التبريد في الجهاز غير قادر على الحفاظ على درجة حرارة وحدة واحدة على الأقل بقيمتها المحددة ، فقد يكون هذا نتيجة لملف تعريف المسمار غير المناسب (أي عناصر المسمار التقييدية للغاية في هذا الموقع) ، مما يسبب تسخينا ذاتيا محليا للمواد المعالجة. ومن الضروري بعد ذلك التأكد، على سبيل المثال، من خلال تحليل الحرارة (TGA) من الصلبة التي يجري معالجتها، أن درجة الحرارة هذه لا تسبب أي تدهور الألياف.
  11. أثناء عملية أخذ العينات بأكملها، تأكد من أن تغذية الجهاز خالية من المشاكل عن طريق التحقق بانتظام من الدخول الفعال لالمواد الصلبة والماء في فوهة الجهاز.
    ملاحظة: أمبيراج مستقرة من التيار رسمها المحرك من البثق التوأم المسمار خلال وقت أخذ العينات بأكمله هو تأكيد على تغذية مستقرة للآلة.
  12. في نهاية الإنتاج، قم بإيقاف تشغيل وحدتي التخلص من الكمية الصلبة ومضخة المكبس.
  13. إفراغ الجهاز مع تقليل سرعة دوران المسامير تدريجيا إلى 50 دورة في الدقيقة.
  14. عندما لا يخرج أي شيء من نهاية برميل، وتنظيف داخل برميل من البثق التوأم المسمار مع الكثير من الماء، وعرض في فائض كبير من وحدة 1، في حين أن مسامير لا تزال تدور في 50 دورة في الدقيقة. إضافة الماء حتى تختفي المخلفات الصلبة تماما في منفذ للبرميل. ثم، وقف دوران مسامير وإيقاف التحكم في التدفئة من الجهاز.

5. الجافة وحالة البثق الناتجة (أي، الشيشة المكررة البثق أو بريميكس)

  1. عندما لا يتم صب البثق في ألواح الألياف مباشرة بعد عملية البثق التوأم المسمار، وتجفيفها مع تيار الهواء الساخن إلى الرطوبة بين 8٪ و 12٪ قبل تكييفها. لهذا الغرض، استخدم فرن التهوية بسيطة أو، في حالة كميات كبيرة من البثق إلى أن يجف، مجفف حزام مستمر.
    ملاحظة: مع مثل هذه الرطوبة، يمكن أن تكون مشروطة البثق دون خطر الفطريات أو نمو العفن مع مرور الوقت. يجب أن يتم التعبئة والتغليف في أكياس بلاستيكية مختومة تماما، والتي ينبغي تخزينها في مكان جاف.
  2. جفف البثق مع تدفق الهواء الساخن إلى الرطوبة بين 3٪ و 4٪ عندما يحدث صب الألواح الليفية مباشرة بعد عملية البثق التوأم المسمار.
    ملاحظة: أظهرت الدراسات السابقة أن محتوى الرطوبة من 3٪ إلى 4٪ من الصلبة التي يجب الضغط عليها ساخنة مثالي للحد من ظاهرة إزالة الغاز في نهاية صب. عندما يحدث ولا يتم التحكم فيه ، يمكن أن يولد إزالة الغاز عيوبا (على سبيل المثال ، بثور أو شقوق) داخل اللوح الليفي ، وهذه العيوب لها تأثير سلبي على مقاومتها الميكانيكية26و27و31و32. عندما يتم الضغط الساخن بعد أن يتم تخزين الطاردات في أكياس بلاستيكية محكمة الإغلاق بمحتوى رطوبة من 8٪ إلى 12٪، يجب تجفيفها أكثر، أي ما يصل إلى 3٪-4٪، قبل صب.

6. العفن الألواح الليفية عن طريق الضغط الساخن

ملاحظة: تم اختيار شروط التشغيل للضغط الساخن على أساس الدراسات السابقة26،27،31،32.

  1. سخني القالب مسبقا ثم ضع المادة الصلبة لتكون ساخنة ضغط داخل القالب. وأخيرا، قبل تسخين هذه المواد الصلبة لمدة 3 دقائق قبل تطبيق الضغط.
    ملاحظة: لجميع الألواح الليفية المنتجة، تمثل نسبة الشيش في المزيج الذي سيتم تشكيله كتلة 100 غرام عندما يكون القالب المستخدم مربعا في الشكل وجوانبه 15 سم.
  2. تطبيق ضغط من 30 MPa مع الشفس الخام، و 10 MPa، 20 MPa، أو 30 MPa مع تلك مقذوف (الجدول 2).
  3. ضبط درجة حرارة العفن إلى 200 درجة مئوية.
    ملاحظة: لأن درجة الحرارة تؤثر بشكل كبير على الجودة (وخاصة خصائص الانحناء) من لوحاتحصلت 9،26،27،28،31،32، من المهم للتحقق من درجة حرارة العفن مع ميزان الحرارة الأشعة تحت الحمراء على كل من أجزائه من الذكور والإناث.
  4. تعيين الوقت صب إلى 150 ق.
  5. تصنيع ألواح ألياف مختلفة بمحتويات مختلفة من كعكة بذر الكتان البلاستيكية (من 0٪ إلى 25٪) باستخدام الألياف المكررة البثق التي تم الحصول عليها من خلال البثق التوأم المسمار عن طريق التكوين (الخطوة 3.1.1) أو واحدة من ثلاث premixes التي تم الحصول عليها عن طريق التكوين (الخطوة 3.1.2) (الجدول 1 والجدول 2).
  6. كمراجع، أيضا تصنيع اثنين من الألواح الليفية إضافية على أساس OFS الخام، واحد دون إضافة الموثق الخارجية (المجلس رقم 11) والآخر مع إضافة 25٪ (ث / ث) من كعكة بذر الكتان البلاستيكية (المجلس رقم 12) (الجدول 2).
    ملاحظة: بالنسبة لهذين المجلسين، فإن ظروف صب هي نفسها، أي 200 درجة مئوية لدرجة حرارة العفن، 150 ق لوقت صب، و 30 MPa للضغط المطبق.

7. حالة وتوصيف الألواح الليفية

  1. بمجرد إنتاج الألواح الليفية، ضعها في غرفة مناخية بنسبة رطوبة نسبية تبلغ 60٪ و25 درجة مئوية حتى يتحقق وزن ثابت.
    ملاحظة: سيتم بعد ذلك تكييف الألواح الليفية وتثبيتها من حيث الرطوبة.
  2. مرة واحدة متساوية، وقطع الألواح الليفية إلى عينات الاختبار.
    ملاحظة: الأداة الأكثر ملاءمة لقطع الألواح الليفية هي منشار شريط عمودي.
  3. من عينات الاختبار، تابع توصيف الألواح الليفية باستخدام اختبارات موحدة لخصائص الانحناء (معيار ISO 16978:2003)، صلابة سطح Shore D (معيار ISO 868:2003)، وقوة السندات الداخلية (معيار ISO 16260:2016)، وحساسية المياه بعد الغمر في الماء لمدة 24 ساعة (معيار ISO 16983:2003).
  4. قارن الخصائص التي تم قياسها للألواح الليفية مع توصيات المعيار الفرنسي المخصص لمواصفات ألواح الجسيمات (NF EN 312) من أجل تحديد استخداماتها المحتملة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

أثناء تكرير الألياف من شيش الكتان oleaginous باستخدام التكوين (الخطوة 3.1.1)، تمت إضافة الماء عمدا بنسبة سائلة / صلبة تساوي 1.0. وفقا لأعمالسابقة 25،26،27، مثل هذه النسبة السائلة / الصلبة يحافظ بشكل أفضل على طول الألياف المكررة في منفذ البثق التوأم المسمار من نسب أقل ، مما يساهم في وقت واحد إلى زيادة في متوسط نسبة العرض إلى الارتفاع. وعلاوة على ذلك، فإن كمية المياه المضافة منخفضة بما يكفي للقضاء على أي خطر انسداد الجهاز. وفي غياب المياه "المجانية" (أي المياه التي كانت ستضاف بشكل زائد، والتي لم تكن الألياف تمتص جزءا منها)، لم يكن من الضروري وضع وحدة ترشيح في نهاية منطقة التدنيس. بعد المعالجة المسبقة لتكرير البثق ، تم تحديد التركيب الكيميائي للألياف المكررة البثق(الجدول 3). منطقيا، في غياب توليد استخراج السائل أثناء البثق تكرير ما قبل المعالجة، لوحظ أي فرق كبير في التركيب الكيميائي بين الشيش الخام وتلك مقذوف. من حيث المظهر ، تحتوي الألياف المكررة على شكل مادة رقيقة(الشكل 4، أسفل اليسار). وهذا يعني أن عملية البثق ، ولا سيما ارتفاع معدل القص المطبق ، يساهم في تعديل هيكل الكتان. وقد تأكد ذلك لأول مرة من خلال الكثافات الظاهرة والمستغلة للشيفات المنقوفة مقارنة بالقيم التي تم الحصول عليها مع الشيف الخام(الجدول 4). كما أكد التحليل المورفولوجي للألياف هذه الملاحظة الأولى كزيادة كبيرة جدا في نسبة العرض إلى الارتفاع الخاصة بهم كما لوحظ باستخدام جهاز تحليل مورفولوجيا الألياف(الجدول 5).

عند النظر في لوحات binderless من الكتان oleaginous shives مصبوب باستخدام الضغط الساخن، و TMC إزالة التشنج قبل العلاج باستخدام البثق المسمار التوأم وفقا لتكوين (الخطوة 3.1.1) هو من الفائدة الواضحة. في الواقع ، يتم فصل الليغنينز عن السليلوز والهيميسليلوز داخل الشيشة الطاردة. أثناء الضغط الساخن ، يمكن بالتالي تعبئة الليجنينز بسهولة واستخدامها كموثق طبيعي. بالإضافة إلى ذلك ، مع ارتفاع متوسط نسبة الألياف إلى الارتفاع مقارنة بالشيفات الخام ، فإن ملف حجم الجسيمات للألياف المكررة البثق أكثر ملاءمة من حيث أدائها للتعزيز الميكانيكي. وهذا يعني أن لوحات مصنوعة من الألياف مقذوف وحدها (أرقام المجلس 1 و 3 و 7) ، أي ، من دون إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية كموثق خارجي ، ليست فقط كل ثلاثة متماسكة ، ولكن قبل كل شيء الحاضر تحسنت بشكل كبير خصائص الاستخدام بالمقارنة مع المجلس التي تم الحصول عليها عن طريق الضغط الساخن من shives الخام (المجلس رقم 11) (الجدول 6). على الرغم من أن المجلس رقم 1 من الشيش مقذوف هو الضغط الساخنة في ضغط من 10 MPa فقط، بل هو أفضل بكثير من وجهة نظر أدائها الميكانيكي من المجلس رقم 11، الذي مصبوب من الشيش الخام، ولكن في قيمة الضغط أعلى ثلاث مرات (30 MPa). مزايا ما قبل العلاج في مقذوف المسمار التوأم للتعبئة اللاحقة من lignins كما الموثق الداخلي من ناحية، وزيادة متوسط نسبة العرض إلى الارتفاع الألياف من ناحية أخرى، وبالتالي يتضح بوضوح. مقارنة بين خصائص استخدام أرقام المجلس 1 و 3 و 7 كما يبين الآثار المفيدة للضغط أعلى تطبيقها أثناء صب على هذه الخصائص، سواء كان ذلك هو قوة المرن، صلابة سطح الشاطئ D، أو مقاومة الماء من المواد بعد الغمر. مع زيادة الضغط ، يتم تعزيز تعبئة الموثق القائم على اللجنين27. في المرحلة المنصهرة ، يتم تقليل لزوجتها ، ويتم تحسين ترطيب الألياف.

باستخدام التكوين (الخطوة 3.1.2) ، بمجرد أن تم تشويه الشفس ، تمت إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية مباشرة إلى الطارد التوأم المسمار ومختلطة بشكل وثيق مع الألياف المكررة في النصف الثاني من الملف الشخصي المسمار. تمت إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية في محتويات تتراوح بين 10٪ و 25٪(الجدول 1). تم الحصول على خلط الحميمة بفضل استخدام سلسلتين متتاليتين من المجاذيف bilobe (عناصر BB)، التي شنت في صفوف متداخلة (90 درجة). وتوضع هذه الوحدات على مستوى الوحدتين 7 و 8(الشكل 3). عند إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية ، فإن الزيادة الملحوظة في إجمالي استهلاك الطاقة المحدد صغيرة جدا على الرغم من ملء أعلى للآلة: 1.35 ± 0.04 كيلو واط / كجم من المادة الجافة كحد أقصى بدلا من 0.04 كيلو واط 1-28 ± 0.05 كيلو واط في الساعة/كغ من المادة الجافة في حالة التكوين (الخطوة 3-1-1) التي تفسد الشفس بسببها ولكن دون إضافة الموثق الخارجي المنشأ. عناصر المسمار العكسي CF1C المستخدمة في إزالة الرجفان هي ، لذلك ، العناصر الأكثر تقييدا في ملف تعريف المسمار. منطقة خلط الألياف المكررة وكعكة بذر الكتان، وبالتالي، يساهم في حد صغير إلى زيادة في استهلاك الطاقة الشاملة للآلة.

إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية إلى الألياف المكررة البثق يؤدي إلى بريميكس المخصب مع الموثق الطبيعي، والتي يجب أن تجفف إلى محتوى الرطوبة من بين 3٪ و 4٪ قبل صب. وعموما، تزيد هذه الإضافة من الخصائص المرنة للألواح الليفية التي تم الحصول عليها(الجدول 6). للضغط المطبق من 10 MPa، إضافة كعكة بذر الكتان 25٪ يؤدي إلى زيادة 15٪ في القوة المرنة للمادة (مقارنة بين أرقام المجلس 1 و 2). بالنسبة للضغط المضاعف (20 MPa) ، لوحظت زيادة بنسبة 25٪ عند إضافة الموثق القائم على الكتان بنسبة 10٪ (رقم اللوحة 4) ويرتفع إلى 53٪ عند إضافة 17.5٪ من هذا الموثق (رقم اللوحة 5). وأخيرا، بالنسبة لأعلى ضغط تشكيلي (30 MPa)، فإن الزيادة النسبية في قوة الانحناء هي الحد الأقصى (+12٪) عند إضافة 10٪ كعكة بذر الكتان (مقارنة بين أرقام المجلس 7 و 8).

في الوقت نفسه ، فإن صلابة سطح Shore D ومقاومة الماء للألواح الليفية بعد الغمر مستقلة إلى حد كبير عن محتوى كعكة بذر الكتان البلاستيكي في premix. تطبيق ضغط لا يقل عن 20 MPa أثناء الضغط الساخن لا يزال مصحوبا بانخفاض في تورم سمك، بغض النظر عن محتوى الموثق الخارجية. في ظل هذه الظروف تشكيل، وكثافة الألواح الصلبة يزيد. ثم يتم تقليل المسامية الداخلية ، وبالتالي يتم تقليل انتشار المياه داخل المادة أثناء الغمر.

وبالتالي يتم تأكيد دور الموثق الخارجي الذي تلعبه كعكة بذر الكتان في بريميكس وشرحه بوجود محتوى كبير (يقدر ب 40.5٪ من كتلته الجافة52)من البروتينات ذات السلوك البلاستيكي واللصقي. كما يتم تأكيد هذا الدور عندما يتم إضافة الموثق القائم على بروتين الكتان الأولي إلى الشيش الخام. في الواقع ، مع 25 ٪ من هذا الموثق (حالة المجلس رقم 12) ، حصل المجلس(الشكل 4، أعلى اليمين) لديه قوة مرنة من 10.6 MPa بدلا من 3.6 MPa فقط دون الموثق (المجلس رقم 11). ومع ذلك، هذه اللوحة لديها قوة الانحناء أقل من كل تلك القائمة على الألياف المكررة البثق، مما يدل على الدور الأساسي الذي تضطلع به TMC قبل العلاج من الشيش.

بفضل العمل المشترك من إزالة الشفات وإضافة الموثق الخارجي داخل نفس الجهاز التوأم المسمار، يتم الحصول على الألواح الليفية مع قوة الانحناء من حوالي 23 إلى 25 MPa. على سبيل المثال، مع إضافة 25٪ كعكة بذر الكتان البلاستيكية إلى بريميكس والضغط الساخن من هذا الأخير عن طريق تطبيق ضغط 30 MPa، لوحة الألياف المقابلة (المجلس رقم 10) يظهر قوة الانحناء من 24.1 MPa، ومعامل مرن من 4.0 GPa وقوة السندات الداخلية من 0.70 MPa(الشكل 4، أسفل اليمين). بناء على توصيات المعيار الفرنسي (NF) EN 312 (معيار مخصص لمواصفات ألواح الجسيمات)53، يلبي هذا المجلس بالفعل المتطلبات الميكانيكية لمجالس P6 من النوع ، أي لوحات تعمل تحت ضغط عال وتستخدم في البيئات الجافة. فقط تورم سمكه بعد الغمر في الماء لمدة 24 ساعة لا يفي بمتطلبات هذا المعيار (78٪ بدلا من 16٪ كحد أقصى). علاج ما بعد المعالجة (60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، ثم 80 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، ثم 100 درجة مئوية لمدة 45 دقيقة، ثم 125 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة، وأخيرا 150 درجة مئوية لمدة 90 دقيقة قبل العودة إلى درجة حرارة الغرفة لمدة 225 دقيقة) من هذه المواد يؤدي إلى انخفاض في تورم سمك تصل إلى 49٪، في وقت واحد مع زيادة في القوة المرنة (25.8 ± 1.0 MPa). ومع ذلك، فإن هذا الانخفاض في تورم سمك لا يزال غير كاف. بالنسبة للعمل المستقبلي، يجب اختبار العمليات الإضافية الأخرى، مثل الطلاء أو المعالجة الكيميائية أو البخار، بعد الضغط الساخن لتحسين معلمة الاستقرار الأبعادهذه 27 إلى حد أكبر. حل آخر الأصلي يمكن أن يكون إضافة عامل hydrophobing (ق)، على سبيل المثال، مشتقات الزيت النباتي، إلى بريميكس مباشرة في مقذوف المسمار التوأم. بالإضافة إلى ذلك ، بما أن هذا المجلس الأمثل يمكن استخدامه داخل المنازل ، فإن مقاومته للحريق ستحتاج إلى تقييم قبل اقتراحها على السوق. والواقع أن هذه الخاصية ذات أهمية رئيسية. إذا ثبت أن مقاومة الحريق لهذه المادة غير كافية ، فيجب النظر في إضافة منتج مقاوم للحريق إلى premix مباشرة في الطارد التوأم المسمار قبل تشكيل اللوحة عن طريق الضغط الساخن.

Figure 1
الشكل 1:تكوينات مبسطة من الطارد التوأم المسمار المستخدمة (A) لتكرير الألياف فقط من الثوم المعمر الكتان oleaginous، و (B) للعملية مجتمعة في تمريرة مقذوف واحد، بما في ذلك تكرير الألياف من الثوم المعمر الكتان oleaginous، إضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية، ومن ثم خلط الحميمة من المواد الصلبة اثنين. لكل من التكوينات اختبار جهازي يتم ذكر عمليات الوحدة المتتالية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: نوع من عناصر المسمار المستخدمة على طول ملامح المسمار: (أ) T2F، (B) C2F، (C) C1F، (D) CF1C، (E) BB، و (F) INO0 عناصر المسمار. (A) عناصر T2F هي مسامير شبه منحرفة مزدوجة الطيران المستخدمة لعملها النقل. نظرا للشكل شبه المنحرف لخيوطها ، فإن عناصر T2F هي مسامير غير ذاتية التنظيف ولكن لها خصائص نقل وابتلاع جيدة جدا. ولذلك، فهي متمركزة في مناطق التغذية من المواد الصلبة اثنين المستخدمة (أي، شيش الكتان oleaginous، وكعكة بذر الكتان البلاستيكية). (ب) يتم اقتران عناصر C2F مسامير الطيران المزدوج المستخدمة أيضا لنقل العمل. يتم اقتران شكل خيوطها ، مما يجعل عناصر C2F مسامير التنظيف الذاتي. يتم وضعها حيث تتعايش الصلبة والسائلة. (C) عناصر C1F مسامير رحلة واحدة. بالمقارنة مع عناصر C2F ، تحتوي هذه البراغي الناقلة على قمة مؤشر ترابط أوسع. ولذلك، لديهم دفعة أفضل وتأثير القص أعلى من عناصر C2F. (D) عناصر CF1C هي مترافقة قطع الطيران، مسامير رحلة واحدة مع الملعب أعسر. هذه العناصر المسمار العكسي هي العناصر الأكثر تقييدا وأهم من الملف الشخصي المسمار. أنها تسمح خلط مكثفة والقص الميكانيكية للمادة، فضلا عن زيادة وقت إقامتها. مسامير CF1C هي المكان الذي يحدث فيه تدنيس الألياف. (E) عناصر BB هي مجاذيف ثنائية. أنها تسمح تأثير خلط قوي على المواد. لذلك ، فإنها تعزز عمل الاختلاط الحميم الذي يعد مهما بشكل خاص لتلقيح شيش الكتان الأولياجي مع الماء المضاف من ناحية ، وخلط الألياف المكررة البثق بشكل وثيق وكعكة بذر الكتان البلاستيكية من ناحية أخرى. (F) عناصر INO0 تربط العناصر بين مسامير الطيران المزدوجة والفردية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: تكوينات المسمار (A) لتكرير الألياف فقط من شقوق الكتان oleaginous ، و (B) للعملية المشتركة في تمريرة مقذوف واحد ، بما في ذلك تكرير الألياف من شقوق الكتان oleaginous ، وإضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية ، ومن ثم الاختلاط الحميم من المواد الصلبة اثنين. (أ) عندما تكون شقوق الكتان oleaginous هي فقط البثق المكرر ، يتم تقديمها في الوحدة 1. ثم يتم حقن الماء في نهاية الوحدة 2. يتم إجراء خلط الحميمة من الصلبة والسائلة على مستوى وحدة 5. وأخيرا، فإن التدنيس الميكانيكي للألياف من خلال القص الميكانيكي يحدث في الوحدة 8. (ب)عندما يتم إجراء العملية المشتركة في تمريرة مقذوف واحد ، يتم إجراء تكرير الألياف من شقوق الكتان الأولياجي في النصف الأول من الملف الشخصي المسمار (أي من الوحدات 1 إلى 4) ، وإضافة كعكة بذر الكتان البلاستيكية في منتصفها ، والخلط الحميم بين المواد الصلبة اثنين على طول النصف الثاني من الملف المسمار. وبشكل أكثر دقة، يتم إدخال كعكة بذر الكتان البلاستيكية من خلال وحدة تغذية جانبية على مستوى الوحدة 5، أي بعد خطوة تكرير الألياف، ويتم إجراء الاختلاط الحميم بين المادتين الصلبتين على طول الوحدات من 6 إلى 8. بالنسبة لالمسامير T2F و C2F و C1F و CF1C ، يشير الرقمان المذكوران إلى الملعب والطول (كنسبة من D ، قطر المسمار) ، على التوالي. بالنسبة لكتل خلط BB ، فإنها تمثل زاوية وطول مذهلين ، على التوالي. عناصر INO0 هي 0.25 D في الطول. المناطق في تكوين المسمار مع تأثير تقييد التدفق تتوافق مع المناطق المظللة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4:صورة فوتوغرافية ل OFS (أعلى اليسار) وERF (أسفل اليسار) شيش الكتان الأولياجي، وأرقام اللوحة 12 (أعلى اليمين) و 10 (أسفل اليمين). أرقام المجلس 12 و 10 على حد سواء تحتوي على 25٪ كعكة بذر الكتان البلاستيكية. يتكون المجلس رقم 12 من الشيش الخام OFS في حين أن المجلس رقم 10 ينبع من بريميكس P3 (أي يحتوي على الألياف المكررة البثق). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فئة البثق ERF P1 P2 P3
تكوين (3.1.1.) (3.1.2.) (3.1.2.) (3.1.2.)
ظروف قذف المسمار المزدوج
سرعة دوران المسمار (دورة في الدقيقة) 150 150 150 150
معدل تدفق مدخل من شيش الكتان oleaginous (كجم / ساعة) 15.00 15.00 15.00 15.00
معدل تدفق مدخل كعكة بذر الكتان البلاستيكية (كجم / ساعة) 0.00 1.50 2.63 3.75
معدل تدفق مدخل الماء المحقون (كجم/ساعة) 15.00 15.00 15.00 15.00

الجدول 1: ظروف البثق المزدوج المسمار المستخدمة للتكوينات (أ) و (ب). ERF، الألياف المكررة البثق التي تنشأ من التكوين (الخطوة 3.1.1)؛ P1، premix رقم 1 الناشئة من التكوين (الخطوة 3.1.2) ومع محتوى 10٪ (بما يتناسب مع وزن shives) من كعكة بذر الكتان البلاستيكية؛ P2، premix رقم 2 الناشئة من التكوين (الخطوة 3.1.2) ومع محتوى 17.5٪ (بما يتناسب مع وزن shives) من كعكة بذر الكتان البلاستيكية؛ P3، premix رقم 3 الناشئة من التكوين (الخطوة 3.1.2) ومع محتوى 25٪ (بما يتناسب مع وزن shives) من كعكة بذر الكتان البلاستيكية.

رقم لوح الألياف 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
المواد الخام ERF P3 ERF P1 P2 P3 ERF P1 P2 P3 OFS OFS بالإضافة إلى 25٪ (ث / ث) من كعكة بذر الكتان البلاستيكية
درجة حرارة العفن (°C) 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200
صب الوقت (ق) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150
الضغط التطبيقي (MPa) 10 10 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30

الجدول 2: معلمات صب المستخدمة لتصنيع الألواح الليفية. OFS، شيش الكتان oleaginous (أي، shives الخام لم تعالج سابقا من خلال البثق التوأم المسمار). مصنوعة من OFS وكعكة بذر الكتان البلاستيكية، تم الحصول على خليط الصلبة المستخدمة لإنتاج المجلس رقم 12 ميكانيكيا باستخدام خلاط الحلزون المزدوج.

مادي OFS27 ERF
الرطوبة (٪) 8.4 ± 0.2 8.3 ± 0.2
المعادن (٪ من المادة الجافة) 2.0 ± 0.1 2.0 ± 0.1
السليلوز (٪ من المادة الجافة) 45.6 ± 0.4 44.3 ± 0.4
هيميسيلولوس (٪ من المادة الجافة) 22.4 ± 0.1 22.8 ± 0.1
الجنينز (٪ من المادة الجافة) 25.1 ± 0.6 23.7 ± 0.5
المكونات القابلة للذوبان في الماء (٪ من المادة الجافة) 4.1 ± 0.1 4.3 ± 0.1

الجدول 3: التركيب الكيميائي للقشر الأولياجي قبل وبعد المعالجة المسبقة للقذف والتكرير. تم تحديد محتويات الرطوبة وفقا لمعايير ISO 665:2000القياسية 54. وقد تم قياسها من مواد متساوية، أي بعد التكييف في غرفة مناخية (رطوبة نسبية بنسبة 60٪، 25 درجة مئوية). تم تحديد محتويات المعادن وفقا لمعايير ISO 749:197755. تم تحديد محتويات السليلوز والهيميسليلوز واللينين باستخدام ألياف المنظفات الحمضية (ADF) - طريقة ألياف المنظفات المحايدة (NDF) من فان سوست والنبيذ56،57. تم تحديد محتويات المركبات القابلة للذوبان في الماء من خلال قياس فقدان الكتلة لعينة الاختبار بعد ساعة واحدة في الماء المغلي. وقد أجريت جميع القياسات في تكرار. تتوافق النتائج في الجدول مع متوسط القيم ± الانحرافات المعيارية.

مادي الكثافة الظاهرية (كجم/م3) كثافة استغلالها (كجم / م3)
OFS27 117 ± 5 131 ± 4
ERF 71 ± 1 90 ± 1

الجدول 4: كثافات واضحة ومستغلة من شيش الكتان الأولياجي قبل وبعد المعالجة المسبقة لتكرير البثق. تم قياس الكثافة المستغلة من شيش الكتان الأولياجي في ثلاثية الليكات باستخدام مقياس الكثافة. تم الحصول على الكثافة الظاهرية قبل الضغط. تتوافق النتائج في الجدول مع متوسط القيم ± الانحرافات المعيارية. ن.د.، غير محدد.

مادي طول الألياف (ميكرومتر) قطر الألياف (ميكرومتر) نسبة العرض إلى الارتفاع الغرامات (٪)
OFS27 5804 ± 4013 1107 ± 669 6 ± 6 ن.د.
ERF 559 ± 27 20.9 ± 0.2 27 ± 2 56 ± 2

الجدول 5: الخصائص المورفولوجية لقشر الكتان الأوليجينوس قبل وبعد المعالجة المسبقة للقذف والتكرير. تم إجراء التحليل المورفولوجي للشيفات الخام (أي قبل المعالجة المسبقة لتكرير البثق) عن طريق تحليل الصورة باستخدام برنامج من مسح حوالي 3000 جسيم27. وقد أجريت تلك من الشيشة المكررة البثق باستخدام محلل لقياس مورفولوجيا الألياف والتوصيف. ولهذه القياسات، أجريت عمليات تحديد ثلاثية الجسيمات، وتم تحليل حوالي 000 15 جسيم لكل تجربة. تتوافق النتائج في الجدول مع متوسط القيم ± الانحرافات المعيارية.

رقم لوح الألياف 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
خصائص الانحناء
سمك (مم) 4.18 ± 0.07 5.03 ± 0.14 3.73 ± 0.11 3.88 ± 0.01 4.12 ± 0.02 4.56 ± 0.06 3.62 ± 0.12 3.81 ± 0.09 4.06 ± 0.12 4.37 ± 0.12 3.99 ± 0.07 4.69 ± 0.25
الكثافة (كجم/م3) 1051 ± 16 1165 ± 78 1191 ± 59 1241 ± 34 1256 ± 41 1248 ± 37 1213 ± 54 1268 ± 17 1274 ± 23 1253 ± 32 1069 ± 19 1181 ± 40
القوة المرنة (MPa) 11.6 ± 1.0 13.3 ± 1.4 16.6 ± 1.4 20.9 ± 2.2 25.5 ± 1.9 22.6 ± 2.1 21.7 ± 1.9 24.4 ± 1.8 23.5 ± 2.1 24.1 ± 2.5 3.6 ± 0.4 10.7 ± 0.9
معامل مرن (MPa) 2474 ± 138 2039 ± 227 2851 ± 295 3827 ± 303 4272 ± 396 3806 ± 260 3781 ± 375 4612 ± 285 3947 ± 378 4014 ± 409 1071 ± 98 2695 ± 370
الشاطئ D تسخير السطح (°) 70.7 ± 2.2 69.0 ± 3.0 70.6 ± 1.9 70.5 ± 2.2 70.3 ± 2.0 71.1 ± 1.8 69.0 ± 2.7 70.8 ± 2.0 70.0 ± 2.2 71.0 ± 1.7 61.4 ± 4.8 61.8 ± 3.6
قوة السندات الداخلية (MPa) ن.د. ن.د. ن.د. ن.د. ن.د. ن.د. ن.د. ن.د. ن.د. 0.70 ± 0.05 ن.د. ن.د.
حساسية الماء بعد الغمر في الماء خلال 24 ساعة
تورم سمك (٪) 139.5 ± 14.3 135.4 ± 10.9 76.1 ± 6.8 73.1 ± 1.8 82.3 ± 5.6 90.5 ± 3.9 64.0 ± 4.2 87.1 ± 5.6 100.1 ± 4.4 77.7 ± 2.2 159.9 ± 11.1 179.8 ± 16.3
امتصاص الماء (٪) 145.4 ± 10.0 143.1 ± 16.2 66.5 ± 6.3 65.2 ± 3.5 69.1 ± 2.2 83.0 ± 5.0 54.4 ± 1.6 59.8 ± 1.1 86.3 ± 6.7 63.3 ± 1.7 156.8 ± 5.9 150.1 ± 7.0

الجدول 6: الخصائص الميكانيكية، وتورم سمك، وامتصاص المياه من الألواح الليفية المصنعة عن طريق الضغط الساخن. تم تحديد سمك وكثافة من خلال وزن عينات الاختبار، وقياس أبعادها باستخدام الفرجار الإلكترونية. تم تحديد خصائص الانحناء وفقا لمعيار ISO 16978:200358. تم تحديد صلابة سطح الشاطئ D وفقا لمعايير ISO 868:200359. تم تحديد قوة السندات الداخلية وفقا لمعايير ISO 16260:2016القياسية 60. تم تحديد حساسية الماء بعد الغمر في الماء (أي تورم سمك وامتصاص الماء) وفقا لمعايير ISO 16983:2003القياسية 61. وقد نفذت جميع القرارات أربع مرات. تتوافق النتائج في الجدول مع متوسط القيم ± الانحرافات المعيارية. ن.د.، غير محدد.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يصف البروتوكول المبين هنا كيفية معالجة تنقية البثق للألياف الليجنوسيلولوسية قبل استخدامها كتعزيز ميكانيكي في المجالس المتجددة. هنا ، فإن البثق التوأم المسمار المستخدمة هي آلة مقياس التجريبية. مع مسامير من 53 ملم في القطر (D)، وهي مجهزة ثماني وحدات، كل 4D في الطول، باستثناء وحدة 1 التي لديها 8D الطول، وهو ما يقابل الطول الإجمالي للبرميل 36D (أي 1908 مم). طوله طويل بما يكفي لتطبيق المواد المصنعة على خلافة العديد من العمليات الأولية في تمريرة واحدة ، أي التغذية والضغط والخلط الحميم بين المادة الصلبة الليفية والمياه المضافة والتوسع والضغط والقص المكثف ، ثم التوسع. هنا ، تم تطبيق المعالجة المسبقة لتكرير البثق بنجاح على الشيش من قش الكتان الأولياجي. وهي تشكل بقايا جمعت بعد الاستخراج الميكانيكي للألياف التقنية من قش الكتان oleaginous باستخدام جهاز استخراج "جميع الألياف"51. في نفس الجهاز التوأم المسمار، فمن الممكن أيضا لإضافة الموثق الخارجية إلى الكتلة الحيوية lignocellulosic defibrated مباشرة بعد خطوة البثق التكرير. ولذلك فإن النصف الثاني من الملف الشخصي المسمار مكرسة لمزج الحميمة من الألياف المكررة وهذا الموثق الخارجي. هنا، وهذا هو كعكة بذر الكتان البلاستيك سابقا التي استخدمت كموثق إضافية. وقد أضيف إلى الألياف المكررة باستخدام معدلات مختلفة (من 10٪ إلى 25٪ بما يتناسب مع الشيش). تم تحويل premixes الناتجة 100 ٪ oleaginous المستندة إلى الكتان في وقت لاحق إلى ألواح صلبة من خلال الضغط الساخن.

نظرا للعدد الكبير من العمليات الأولية التي سيتم تطبيقها للتكوين (الخطوة 3.1.2) ، والتي تسمح ليس فقط بتكرير الألياف ولكن أيضا بإضافة الموثق الخارجي ، فإن طول برميل الجهاز الذي سيتم استخدامه أمر حاسم لنجاح العلاج. مطلوب طول برميل لا يقل عن 32D، على الرغم من أطوال 36D أو حتى 40D هي أكثر ملاءمة. توسيع الخليط المنقولة بين منطقتين متتاليتين من العناصر التقييدية ثم أفضل وهذا يفضل التبادلات بين مكونات الخليط الصلب والماء.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الملف الشخصي المسمار هو من الأهمية بمكان لعمليات التوأم المسمار2،3،4. وعلى وجه الخصوص، يجب اختيار المناطق التقييدية (أي مجالات العمل الميكانيكي المكثف) بأقصى قدر من العناية. هنا ، وهذا يؤدي إلى مخاوف مع عناصر المسمار العكسي المستخدمة لتدنيس الكتلة الحيوية lignocellulosic ، وعناصر الخلط اللازمة لتلقيح هذه الكتلة الحيوية مع الماء قبل التدنيس والخلط الحميم اللاحق للألياف المكررة مع الموثق الطبيعي. يمكن تكييف تصنيف هذه العناصر (أي الملعب من عناصر المسمار العكسي ، والعرض وزاوية متداخلة من كتل خلط) ، أطوال كل منهما ، ووضعها على طول الملف الشخصي المسمار لصياغة ليتم إنتاجها.

وبالمثل، فإن تحسين ظروف التشغيل (أي معدلات تدفق مدخل المواد الصلبة، ومعدل تدفق مدخل المياه، وسرعة دوران المسمار، وملف تعريف درجة الحرارة) سيكون ضروريا لأيصياغةجديدة ليتم إنتاجها 2و3و4. في الواقع ، تماما مثل الملف الشخصي المسمار ، وظروف التشغيل التي يتعين تنفيذها يجب أن تتكيف مع طبيعة كل الكتلة الحيوية lignocellulosic تعامل (على سبيل المثال ، التوزيع بين السليلوز ، hemicelluloses وlignins ، وجود ممكن من المكونات الأخرى ، مورفولوجيا ، وصلابة الجسيمات الصلبة في مدخل ، الخ). وبالتالي يمكن تعديل معدل ملء البثق التوأم المسمار إلى كل صياغة جديدة بهدف تحسين وقت إقامتها وزيادة إنتاجية الجهاز، مع تجنب انسداد.

لذلك ، فإن معدل ملء جهاز المسمار المزدوج هو القيد الرئيسي للمعالجة المسبقة التدنيس المعروضة هنا. اعتمادا على طبيعة المواد الخام التي سيتم معالجتها، وملف المسمار المستخدمة، وشروط البثق المطبقة (أي معدلات تدفق المدخلات من المواد الصلبة، ونسبة السائل / الصلبة، وسرعة دوران المسمار)، ومتوسط وقت الإقامة من الخليط داخل أداة التوأم المسمار ليست هي نفسها. من أجل زيادة إنتاجية الجهاز ، فإن الهدف هو دائما زيادة تدفق المواد النباتية المعالجة قدر الإمكان مع الحفاظ على جودة كافية لعمل TMC الذي يتم تنفيذه عليه.

في سرعة دوران المسمار المستخدمة أثناء الإنتاج واختيار أقرب ما يمكن إلى أقصى سرعة دوران من آلة التوأم المسمار المستخدمة لزيادة إنتاجيتها، يمكن أن تكون ملء الجهاز إذا كانت التدفقات الواردة من المواد الصلبة (ق) والمياه تصبح عالية جدا. لذلك، من المهم للمشغلين اختيار معدل التعبئة الأمثل لضمان عدم ملء الجهاز. لتجنب انسداد من هذا القبيل، ينبغي استخدام أداة التوأم المسمار لفترة طويلة بما فيه الكفاية، أي، على الأقل نصف ساعة. استقرار التيار الكهربائي المستهلكة من قبل محركها أثناء الإنتاج سيكون تأكيدا للآلة التي لا overfeed. لوحة التحكم يجعل من السهل متابعة تطور التيار الكهربائي مع مرور الوقت. وختاما، فإن تقنية البثق ذات المسمارين هي، بالتالي، أداة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء لإنتاج ألواح ألياف متجددة، خالية من الراتنجات الاصطناعية. أولا وقبل كل شيء، يمكن إجراء التدنيس المستمر TMC من الألياف lignocellulosic، مما يؤدي إلى زيادة في استعدادها لتعزيز الميكانيكية من خلال زيادة في متوسط نسبة العرض إلى الارتفاع من الألياف المكررة. يمكن اعتبار أداة المسمار المزدوج كبديل موثوق به لطرق التدنيس الأخرى المستخدمة تقليديا ، أي طحن بسيط ، وعمليات اللب ، وانفجار البخار.

أظهرت دراسة حديثة أجريت على قش الأرز أن هذه الأداة توفر إمكانية الحفاظ على طول الألياف بشكل أفضل أثناء إزالة الأنسجة من طريقة ناتجة عن عمليات الورق وتنطوي على مرحلة هضم تليها إزالة 125. كما أظهرت نفس الدراسة أن التدنيس الذي أجري في مقذوف المسمار المزدوج كان أقل استهلاكا للمياه ويمكن إجراؤه بتكلفة أقل. خلال التدنيس التوأم المسمار، والإفراج عن lignins يساهم أيضا جزئيا إلى التماسك (عن طريق الترابط الذاتي) من الألواح الليفية التي تم الحصول عليها27. وتسمى هذه "المجالس الذاتي المستعبدين".

في نفس الطارد التوأم المسمار ولمزيد من الضغط، فمن الممكن أيضا لإضافة الموثق الخارجي باستمرار إلى الألياف المكررة سابقا في أبعاد متغيرة. وهذا يقلل من وقت الإنتاج والتكلفة، فضلا عن البعد من وحدة إعداد بريميكس. وبالتالي فإن العملية الشاملة للمعالجة المسبقة للألياف وإعداد بريميكس تكثفت بشكل كبير قبل الألواح الليفية الساخنة الملحة. إضافة الموثق الخارجي يساهم أيضا في تحسين كبير في خصائص استخدام المواد التي تم الحصول عليها. ولذلك، فإن هذه العملية المبتكرة متعددة الاستخدامات بشكل خاص حيث يمكن تكييفها مع الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية المختلفة والموثقات الطبيعية المختلفة.

في المستقبل، ينبغي زيادة استغلال القدرة على خلط ممتازة من أداة التوأم المسمار. على سبيل المثال ، يمكن استخدامه لاستكمال premix من مختلف الإضافات الوظيفية ، على سبيل المثال ، عوامل hydrophobing لتحسين مقاومة الماء من الألواح الليفية ، والعوامل المضادة للفطريات ، ومثبطات الحريق ، والألوان ، وما إلى ذلك ، وذلك لتوفير بريميكس تعمل بكامل طاقتها جاهزة لعملية صب النهائي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgments

اي

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analogue durometer Bareiss HP Shore Device used for determining the Shore D surface hardness of fiberboards
Ash furnace Nabetherm Controller B 180 Furnace used for the mineral content determinations
Belt dryer Clextral Evolum 600 Belt dryer used for the continuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Cold extraction unit FOSS FT 121 Fibertec Cold extractor used for determining the fiber content inside solid materials
Densitometer MA.TEC Densi-Tap IG/4 Device used for determining apparent and tapped densities of extrudates once dried
Double-helix mixer Electra MH 400 Mixer used for preparing the solid mixture made of the raw shives and the plasticized linseed cake for producing board number 12
Fiber morphology analyzer Techpap MorFi Compact Analyzer used for determining the morphological characteristics of extrusion-refined shives
Gravimetric belt feeder Coperion K-Tron SWB-300-N Feeder used for the quantification of the oleaginous flax shives
Gravimetric screw feeder Coperion K-Tron K-ML-KT20 Feeder used for the quantification of the plasticized linseed cake
Hammer mill Electra BC P Crusher used for the grinding of granules made of plasticized linseed cake
Heated hydraulic press Pinette Emidecau Industries PEI 400-t Hydraulic press used for molding the fiberboards through hot pressing
Hot extraction unit FOSS FT 122 Fibertec Hot extractor used for determining the water-soluble and fiber contents inside solid materials
Image analysis software National Institutes of Health ImageJ Software used for determining the morphological characteristics of raw shives
Oleaginous flax straw Ovalie Innovation N/A Raw material supplied for the experimental work
Piston pump Clextral DKM Super MD-PP-63 Pump used for the water quantification and injection
Scanner Toshiba e-Studio 257 Scanner used for taking an image of raw shives in gray level
Side feeder Clextral E36 Feeder used to force the introduction of the plasticized linseed cake inside the barrel (at the level of module 5) for configuration (b)
Thermogravimetric analyzer Shimadzu TGA-50 Analyzer used for conducting the thermogravimetric analysis of the solids being processed
Twin-screw extruder Clextral Evolum HT 53 Co-rotating and co-penetrating pilot scale twin-screw extruder having a 36D total length (D is the screw diameter, i.e., 53 mm)
Universal oven Memmert UN30 Oven used for the moisture content determinations
Universal testing machine Instron 33R4204 Testing machine used for determining the bending properties of fiberboards
Ventilated oven France Etuves XL2520 Oven used for the discontinuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 600 Sieve shaker used for the sieving of the plasticized linseed cake
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 1800 Sieve shaker used for removing short bast fibers entrapped inside the oleaginous flax shives

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Martelli, F. G. Twin-screw extruders: a basic understanding. , Vans Nostrand Reinhold Company. New York. (1983).
  2. Evon, P., Vandenbossche, V., Candy, L., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-screw extrusion: a key technology for the biorefinery. Biomass extrusion and reaction technologies: principles to practices and future potential. American Chemical Society, ACS Symposium Series. 1304 (2), 25-44 (2018).
  3. Vandenbossche, V., Candy, L., Evon, P. h, Rouilly, A., Pontalier, P. Y. Extrusion. Green Food Processing Techniques: Preservation, Transformation and Extraction. 10, Elsevier. 289-314 (2019).
  4. Bouvier, J. M., Campanella, O. H. The Generic Extrusion Process IV: Thermomechanical pretreatment and Solid-Liquid Separation. Extrusion Processing Technology: Food and Non-Food Biomaterials. , Wiley Online Library. 351-392 (2014).
  5. Evon, P., Vandenbossche, V., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Direct extraction of oil from sunflower seeds by twin-screw extruder according to an aqueous extraction process: feasibility study and influence of operating conditions. Industrial Crops and Products. 26 (3), 351-359 (2007).
  6. Evon, P., Vandenbossche, V., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Aqueous extraction of residual oil from sunflower press cake using a twin-screw extruder: feasibility study. Industrial Crops and Products. 29 (2-3), 455-465 (2009).
  7. Evon, P., Amalia Kartika, I., Cerny, M., Rigal, L. Extraction of oil from jatropha seeds using a twin-screw extruder: Feasibility study. Industrial Crops and Products. 47, 33-42 (2013).
  8. Uitterhaegen, E., et al. Extraction of coriander oil using twin-screw extrusion: Feasibility study and potential press cake applications. Journal of the American Oil Chemists' Society. 92 (8), 1219-1233 (2015).
  9. Evon, P., et al. The thermo-mechano-chemical twin-screw reactor, a new perspective for the biorefinery of sunflower whole plant: aqueous extraction of oil and other biopolymers, and production of biodegradable fiberboards from solid raffinate. Oilseeds & fats, Crops and Lipids. 23 (5), 505 (2016).
  10. Uitterhaegen, E., Evon, P. Twin-screw extrusion technology for vegetable oil extraction: a review. Journal of Food Engineering. 212, 190-200 (2017).
  11. N'Diaye, S., Rigal, L. Factors influencing the alkaline extraction of poplar hemicelluloses in a twin-screw reactor: correlation with specific mechanical energy and residence time distribution of the liquid phase. Bioresource Technology. 75 (1), 13-18 (2000).
  12. Prat, L., Guiraud, P., Rigal, L., Gourdon, C. A one dimensional model for the prediction of extraction yields in a two phases modified twin-screw extruder. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 41 (9), 743-751 (2002).
  13. Maréchal, V., Rigal, L. Characterization of by-products of sunflower culture: commercial applications for stalks and heads. Industrial Crops and Products. 10 (3), 185-200 (1999).
  14. Colas, D., Doumeng, C., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Twin-screw extrusion technology, an original solution for the extraction of proteins from alfalfa (Medicago sativa). Food and Bioproducts Processing. 91 (2), 175-182 (2013).
  15. Colas, D., Doumeng, C., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Green crop fractionation by twin-screw extrusion: Influence of the screw profile on alfalfa (Medicago sativa) dehydration and protein extraction. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 72, 1-9 (2013).
  16. Celhay, C., Mathieu, C., Candy, L., Vilarem, G., Rigal, L. Aqueous extraction of polyphenols and antiradicals from wood by-products by a twin-screw extractor: Feasibility study. Comptes Rendus Chimie. 17 (3), 204-211 (2014).
  17. Vandenbossche, V., et al. Suitability assessment of a continuous process combining thermo-mechano-chemical and bio-catalytic action in a single pilot-scale twin-screw extruder for six different biomass sources. Bioresource Technology. 211, 146-153 (2016).
  18. Rouilly, A., Orliac, O., Silvestre, F., Rigal, L. New natural injection-moldable composite material from sunflower oil cake. Bioresource Technology. 97 (4), 553-561 (2006).
  19. Vegetable material from cereal plants and process for making the same. European Patent. Peyrat, E., Rigal, L., Pluquet, V., Gaset, A. , 0989228 (2000).
  20. Chabrat, É, Abdillahi, H., Rouilly, A., Rigal, L. Influence of citric acid and water on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends. I: Thermal, mechanical and morphological properties. Industrial Crops and Products. 37 (1), 238-246 (2012).
  21. Abdillahi, H., Chabrat, É, Rouilly, A., Rigal, L. Influence of citric acid on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends. II. Barrier properties and water vapor sorption isotherms. Industrial Crops and Products. 50, 104-111 (2013).
  22. Gamon, G., Evon, P. h, Rigal, L. Twin-screw extrusion impact on natural fibre morphology and material properties in poly(lactic acid) based biocomposites. Industrial Crops and Products. 46, 173-185 (2013).
  23. Uitterhaegen, E., et al. Performance, durability and recycling of thermoplastic biocomposites reinforced with coriander straw. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 113, 254-263 (2018).
  24. Process for depithing pith containing plants, in particular sorghum. European Patent. Manolas, C., Gaset, A., Jamet, J. P., Rigal, L., N'Diaye, S. , EP 0698681 (1995).
  25. Theng, D., et al. Comparison between two different pretreatment technologies of rice straw fibers prior to fiberboard manufacturing: twin-screw extrusion and digestion plus defibration. Industrial Crops and Products. 107, 184-197 (2017).
  26. Uitterhaegen, E., et al. Impact of a thermomechanical fiber pre-treatment using twin-screw extrusion on the production and properties of renewable binderless coriander fiberboards. International Journal of Molecular Sciences. 18, 1539 (2017).
  27. Evon, P. h, et al. Production of fiberboards from shives collected after continuous fibre mechanical extraction from oleaginous flax. Journal of Natural Fibers. , (2018).
  28. Theng, D., et al. Production of fiberboards from rice straw thermo-mechanical extrudates using thermopressing: influence of fiber morphology, water addition and lignin content. European Journal of Wood and Wood Products. 77 (1), 15-32 (2019).
  29. Simon, V., et al. VOC and carbonyl compound emissions of a fiberboard resulting from a coriander biorefinery: comparison with two commercial wood-based building materials. Environmental Science and Pollution Research. 27, 16121-16133 (2020).
  30. Verdier, T., et al. Using glycerol esters to prevent microbial growth on sunflower-based insulation panels. Construction Materials. , (2020).
  31. Evon, P. h, et al. Low-density insulation blocks and hardboards from amaranth (Amaranthus cruentes) stems, a new perspective for building applications. 3rd Euromaghreb Conference: Sustainability and Bio-based Materials on the road of Bioeconomy. , Rouen, France. (2020).
  32. Labonne, L., Samalens, F., Evon, P. h Sunflower fiberboards: influence of molding conditions on bending properties and water uptake. 5th International Conference on Structural Analysis of Advanced Materials. , Island of Zante (Zakynthos), Greece. (2021).
  33. Van Dam, J. E. G., Van den Oever, M. J. A., Keijsers, E. R. P. Production process for high density high performance binderless boards from whole coconut husk. Industrial Crops and Products. 20 (1), 97-101 (2004).
  34. Salthammer, T., Mentese, S., Marutzky, R. Formaldehyde in the indoor environment. Chemical Reviews. 110 (4), 2536-2572 (2010).
  35. Zhang, D., Zhang, A., Xue, L. A review of preparation of binderless fiberboards and its self-bonding mechanism. Wood Science and Technology. 49, 661-679 (2015).
  36. Felby, C., Pedersen, L. S., Nielsen, B. R. Enhanced auto adhesion of wood fibers using phenol oxidases. Holzforschung. 51, 281-286 (1997).
  37. Felby, C., Hassingboe, J., Lund, M. Pilot-scale production of fiberboards made by laccase oxidized wood fibers: board properties and evidence for cross-linking of lignin. Enzyme and Microbial Technology. 31 (6), 736-741 (2002).
  38. Felby, C., Thygesen, L. G., Sanadi, A., Barsberg, S. Native lignin for bonding of fiber boards: evaluation of bonding mechanisms in boards made from laccase-treated fibers of beech (Fagus sylvatica). Industrial Crops and Products. 20 (2), 181-189 (2004).
  39. Okuda, N., Sato, M. Manufacture and mechanical properties of binderless boards from kenaf core. Journal of Wood Science. 50, 53-61 (2004).
  40. Velásquez, J. A., Ferrando, F., Salvadó, J. Binderless fiberboard from steam exploded miscanthus sinensis: The effect of a grinding process. Holz als Roh- und Werkstoff. 60, 297-302 (2002).
  41. Theng, D., et al. All-lignocellulosic fiberboard from corn biomass and cellulose nanofibers. Industrial Crops and Products. 76, 166-173 (2015).
  42. Migneault, S., et al. Medium-density fiberboard produced using pulp and paper sludge from different pulping processes. Wood and Fiber Science. 42 (3), 292-303 (2010).
  43. Velásquez, J. A., Ferrando, F., Farriol, X., Salvadó, J. Binderless fiberboard from steam exploded miscanthus sinensis. Wood Science and Technology. 37 (3), 269-278 (2003).
  44. Xu, J., Widyorini, R., Yamauchi, H., Kawai, S. Development of binderless fiberboard from kenaf core. Journal of Wood Science. 52 (3), 236-243 (2006).
  45. Quintana, G., Velásquez, J., Betancourt, S., Gañán, P. Binderless fiberboard from steam exploded banana bunch. Industrial Crops and Products. 29 (1), 60-66 (2009).
  46. Mancera, C., El Mansouri, N. E., Vilaseca, F., Ferrando, F., Salvado, J. The effect of lignin as a natural adhesive on the physico-mechanical properties of Vitis vinifera fiberboards. BioResources. 6 (3), 2851-2860 (2011).
  47. Mancera, C., El Mansouri, N. E., Pelach, M. A., Francesc, F., Salvadó, J. Feasibility of incorporating treated lignins in fiberboards made from agricultural waste. Waste Management. 32 (10), 1962-1967 (2012).
  48. ISO. ISO 16895-1:2008, Wood-based panels - Dry-process fibreboard - Part 1: Classifications. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2008).
  49. ISO. ISO 16895-2:2010, Wood-based panels - Dry process fibreboard - Part 2: Requirements. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2010).
  50. ISO. ISO 16893-2:2010, Wood-based panels - Particleboard - Part 2: Requirements. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2010).
  51. Ouagne, P., Barthod-Malat, B., Evon, P. h, Labonne, L., Placet, V. Fibre extraction from oleaginous flax for technical textile applications: influence of pre-processing parameters on fibre extraction yield, size distribution and mechanical properties. Procedia Engineering. 200, 213-220 (2017).
  52. ISO. ISO 5983-1:2005, Animal Feeding Stuffs - Determination of nitrogen content and calculation of crude protein content - Part 1: Kjeldahl method. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2005).
  53. AFNOR. NF EN 312 (2010-11), Particleboards - Specifications. Association Française de Normalisation. , France. (2010).
  54. ISO. ISO 665:2000, Oilseeds - Determination of moisture and volatile matter content. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2000).
  55. ISO. ISO 749:1977, Oilseed residues - Determination of total ash. International Organization for Standardization. , Switzerland. (1977).
  56. Van Soest, P. J., Wine, R. H. Use of detergents in the analysis of fibrous feeds. IV. Determination of plant cell wall constituents. Journal of AOAC International. 50 (1), 50-55 (1967).
  57. Van Soest, P. J., Wine, R. H. Determination of lignin and cellulose in acid detergent fiber with permanganate. Journal of AOAC International. 51 (4), 780-785 (1968).
  58. ISO. ISO 16978:2003, Wood-based panels - Determination of modulus of elasticity in bending and of bending strength. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).
  59. ISO. ISO 868:2003, Plastics and ebonite - Determination of indentation hardness by means of a durometer (Shore hardness). International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).
  60. ISO. ISO 16260:2016, Paper and board - Determination of internal bond strength. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2016).
  61. ISO. ISO 16983:2003, Wood-based panels - Determination of swelling in thickness after immersion in water. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).

Tags

الهندسة، العدد 167، البثق التوأم المسمار، الحرارية- mechano الكيميائية قبل المعالجة، تكرير الألياف، نسبة الألياف إلى الارتفاع، المنتجات الثانوية المحاصيل، lignocellulose، الألياف المتجددة، التعزيز الميكانيكي، الضغط الساخن، الموثقات الطبيعية، لوحات الألياف الحيوية القائمة بالكامل
التوأم المسمار عملية البثق لإنتاج الألواح الليفية المتجددة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U.,More

Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U., Ouagne, P., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards. J. Vis. Exp. (167), e62072, doi:10.3791/62072 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter