close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментальные исследования механических свойств термомодифицированной древесины..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 674.047.3: 66.047.2.001.73
А. Е. Разумов, М. В. Хузеев, Д. А. Ахметова,
А. Р. Шайхутдинова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Ключевые слова: древесина, термомодификация, твердость, прочность на изгиб.
В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований механических свойств
термомодифицированной древесины (ударной твердости и прочности при статическом изгибе),
характеризующие изменение данных показателей при высокотемпературной обработке.
Keywords: wood, heat-treatment of wood, hardness, bending strength.
Experimental researches of mechanical properties of the thermomodified wood (shock hardness and a static
bending strength), characterizing decrease in the given indicators at high temperature and long thermal processing,
are resulted in the given work.
радиальную поверхность образца в трех точках.
Расстояние между центрами отпечатков составляло
40  5 мм. Отпечатки имели овальную форму, из
которых больший отпечаток диаметром d1- направлен
поперек волокон, меньший
d2- вдоль волокон.
Диаметры отпечатков d1 и d2измерялись с помощью
измерительной лупы.
Величина ударной твердости при данной
влажности материала после проведения эксперимента
измерялась по формуле
4Gh ,
(1)
Ну 
d1  d 2
где h – высота падения стального шарика, м; G – вес
шарика; d1, d2 – размеры отпечатков поперек и вдоль
волокон, в см.
На рис. 1. в графическом виде изображены
результаты
экспериментальных
исследований,
которые говорят о снижении ударной твердости
термомодифицированной сосны, находящейся под
воздействием температуры 220С.
В
последнее
время
наблюдается
возрастающий интерес к улучшению качества
пиломатериалов при помощи термообработки [1]. На
базе кафедр КНИТУ «Переработка древесных
материалов» и «Архитектура и дизайн изделий из
древесины» ведутся активные научные исследования
по термомодифицированию древесных материалов и
изучению свойств термодревесины [2,3].
Исследование
химического
состава
древесины, подвергшейся термомодифицированию,
доказало наличие у полученного материала
повышенной
стойкости
к
биологическим
разрушениям и гниению. Также, принимая во
внимание сохраняющуюся после термообработки
текстуру
натурального
дерева,
наиболее
рациональной формой эксплуатации термодревесины
является использование её в виде отделочного
материала, в связи с чем появляется необходимость
исследования влияния тепловой обработки на
основные
механические
свойства
термически
обработанной древесины как материала для отделки:
твердости и прочности при статическом изгибе.
Для определения влияния термической
обработки материала на твердость древесины были
проведены
экспериментальные
исследования.
Испытанию на определение ударной твердости
подверглись образцы термомодифицированной сосны
в виде доски (базисное сечение 20  50 мм), длиной
вдоль волокон 150 мм и влажностью 6 – 7 %. За меру
ударной твердости принимался размер отпечатка,
остающегося на поверхности образца древесины,
появляющегося в результате удара стального шарика
диаметром 25  0,05 мм, свободно падающего с
заданной высоты. Опыты проводились при комнатной
температуре 20 С.
Исследования проводились на устройстве,
позволяющем
определить
ударную
твердость
древесины, состоящем из стойки, держателя,
стального шарика диаметром 25  0,05 мм,
прижимного устройства и опорной плиты. На образец
сверху накладывалась копировальная бумага, затем
он плотно прижимался к опорной плите. Стальной
шарик
сбрасывался с высоты 500  1 мм на
Рис. 1 - Зависимость ударной твердости сосны от
продолжительности тепловой обработки
Результаты по определению коэффициента
неоднородности ударной твердости термодревесины
сосны К. свидетельствуют о том, что наиболее
значительное
снижение
ударной
твердости
происходит в направлении поперек волокон
древесины (рис. 2). При этом основную роль в
31
изменении ударной твердости
температурного воздействия.
играет
время
изменения прочности, то в результате длительного
влияния высоких температур в древесине происходят
необратимые процессы, приводящие к изменению ее
прочностных
показателей
при
последующей
эксплуатации.
Для исследования прочности термодревесины
при
статическом
изгибе
использовалось
испытательное приспособление, состоящее из двух
опор и нажимного ножа, имеющих закругления
радиусом 30 мм. Расстояние между центрами опор
составляло 240 мм.
Испытанию подверглись образцы древесины
сосны в форме бруска размерами 20  20  300 мм,
которые в течение 7 суток до начала эксперимента
были выдержаны в эксикаторе для достижения
равномерной влажности 12%. Образец древесины
шириной b в радиальном и высотой h в
тангенциальном направлении располагался на двух
опорах, после чего нагружался сверху посередине
пролета. Средняя скорость нагружения расчитывалась
так, чтобы время разрушения образца составляло 1 – 2
мин. После окончания проведения испытаний в
испытательной машине происходил полный излом
образца древесины. Определив максимальную
нагрузку Рmax, вычисляли предел прочности
термообработанной древесины по следующей
формуле
Р 
(2)
 изг  max 2 ,
a b
где Рmax – максимальная нагрузка; l – расстояние
между опорами, на которых располагался образец
древесины, мм; a – длина и ширина образца, м; b –
размер поперечного сечения образца в направлении
действующей нагрузки, м. Результаты вычислений
округлялись до 1 МПа.
На
рис.
4.
представлены
результаты
проведенных испытаний, которые показывают, что
при повышении температуры и длительности
обработки происходит значительное снижение
предела прочности древесины при статическом
изгибе.
Рис.
2
Зависимость
коэффициента
неоднородности ударной твердости сосны от
продолжительности тепловой обработки
В результате термомодификации древесины
происходит изменение формы отпечатка, которое
представлено на рис. 3. Как видно из рисунка,
большой диаметр овального отпечатка до проведения
термической обработки древесины совпадал с
направлением волокон и намного превосходил по
размеру меньший диаметр. После термообработки
диаметр, направленный поперек волокон, значительно
увеличился в размерах, что и вызвало снижение
коэффициента неоднородности ударной твердости.
Рис. 3 - Изменение формы опечатка при
определении ударной твердости древесины до и
после термомодифицирования
Известно, что прочность древесины зависит в
основном от ее породы, температуры и влажности [4].
При
термомодифицировании
влажность
и
температура древесины изменяются, в связи с чем ее
прочность тоже не остается постоянной. Изменения
прочности, связанные с влажностью, обратимы, т.е.
при увлажнении сухой древесины снижается ее
прочность, а при последующем высушивании
прежние
прочностные
показатели
полностью
восстанавливаются.
К снижению прочности древесины приводит
повышение температуры обработки, при этом
воздействие на древесину температуры ниже 60 С не
снижает ее эксплуатационную прочность независимо
от длительности сушки. Влияние более высокой
температуры
начинает
сказываться,
если
продолжительность сушки при T = 80С превышает
40-50 ч., а при T = 120С – 2-3 ч. [5, 6].
Если кратковременное воздействие не
слишком высокой температуры дает обратимые
Рис. 4 - Зависимость изменения предела прочности
древесины сосны на изгиб от времени тепловой
обработки
После значительного нагрева наиболее резко
снижается прочность древесины при раскалывании,
32
промышленность.- 2009. № 3. С. 24-25.
4. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного
товароведения.- М:. Лесн. пром-сть, 1986. – 353 с.
5. Ахметова, Д.А. Влияние термообработки на сорбционные
характеристики древесины // Материалы международной
научно-технической конференции «Актуальные проблемы
развития лесного комплекса» / Р.Р.Сафин, Д.Ф.
Зиатдинова, Н.Ф.Тимербаев. – Вологда: ВоГТУ, 2008. – С.
219-220.
6.
Ахметова, Д.А. Термомодификация древесины при
кондуктивном подводе тепла в герметичных условиях /
Н. Ф. Тимербаев, Д. Ф. Зиатдинова // Известия ВУЗов.
Химия и химическая технология. – 2008. – Т. 51. - Вып. 7.
– С. 76-78.
она становится более хрупкой. Понижается и
значение гигроскопичности древесины, подвергнутой
термическому воздействию.
Литература
1.
Шайхутдинова,
А.Р.
Вакуумно-конвективное
термомодифцирование древесины в среде перегретого
пара / Р.Р.Сафин, Р.Г.Сафин // Вестник Казан. технол. унта. – 2011/ - N/ 14,- №6. - С.93-100.
2. Сафин,
Р.Р.
Вакуумно-конвективная
сушка
пиломатериалов: монография. / Р. Р. Сафин, Р. Р.
Хасаншин, Е. Ю. Разумов. - Казань: Изд-во Казан. гос.
технол. ун-та. - 2009.-259 с.
3. Сафин, Р.Р. Исследование вакуумно-кондуктивного
термомодифицирования
древесины/
А.Д.Ахметова,
Е.Ю.Разумов, М.К.Герасимов. // Деревообрабатывающая
___________________________________________________________
© Е. Ю. Разумов - канд. техн. наук, докторант каф. архитектуры и дизайн изделий из древесины КНИТУ; М. В. Хузеев – д-р
техн. наук, проф. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КНИТУ; Д. А. Ахметова – канд. техн. наук, доц.
каф. переработки древесных материалов КНИТУ; А. Р. Шайхутдинова – асс. той же кафедры, aigulsha@mail.ru.
33
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
8
Размер файла
219 Кб
Теги
экспериментальной, древесины, термомодифицирования, pdf, свойства, механической, исследование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа