close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101609

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Макаренко -Алла Викторовна
ПОВЫШЕНИЕ ФОРМОУСТОИЧИВОСТИ ЩИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ДРЕВЕСИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛАСТИЧНЫХ
К Л Е Е В Ы Х КОМПОЗИЦИЙ
05.21.05 - Древесиноведение, технологая и оборудование деревообработки
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж 2005
Работа выполнена в Воронежской государственной лесотехнической академии.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Филонов Александр Андреевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Шамаев Владимир Александрович
кандидата технических наук
Болдырев Денис Владимирович
Ведущая организация: Московский государственный университет
Леса (141001, г. Мытищи, Московской, обл.,
ул. Институтская, 1)
Защита диссертации состоится 25 ноября 2005 г. в Ю"" на заседании диссерта­
ционного совета Д 212.034.02 в Воронежской государственной лесотехнической ака­
демии (394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседаний - ауд. 118)
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежской госу­
дарственной лесотехнической академии.
Автореферат разослан 24 октября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
-^^i '^
КурьяновВ.К.
0.01
^S
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. Основными и наиболее распространенными
формообразующими конструктивными элементами изделий из древесины в настоя­
щее время являются щитовые детали. Номенклатура изделий, включающих в свой
состав щитовые детали, чрезвычайно разнообразна. В первую очередь это щитовые
паркетные изделия, корпусная мебель, щитовые двери, стеновые панели и т.п. Каче­
ство этих изделий определяется качеством изготовления щитовых деталей, состав­
ляющих конструкцию, поэтому к ним предъявляют высокие требования по формоустойчивости и прочности.
Согласно правилам конструирования изделий из древесины детали изделий следу­
ет конструировать так, чтобы неизбежные изменения их размеров и формы при экс­
плуатации были минимальными. Это условие достигается применением клееных кон­
струкций. В производстве изделий из древесины часто применяют щиты, склеенные
из реек из массивной древесины по кромке. Для уменьшения коробления используют
короткие делянки, стыки которых располагаются по длине щита вразбежку. Кроме
того делянки подбирают по расположению годовых слоев, делают обвязку щита рам­
кой, устанавливают шпонки. Часто щиты делают переклеенной конструкции путем
склеивания нескольких тонких щитов пластями с перекрестным расположением во­
локон древесины в смежных слоях. Такие щиты наиболее формоустойчивы и прочны,
но сложны в изготовлении. Широкое распространение получили щиты, изготовлен­
ные из столярной плиты, а также щиты рамочной конструкции с ячеисто-реберным
или сотовым заполнением, обклеенные с обеих сторон древесно-волокнистой плитой.
Такие конструкции широко используют при изготовлении дверных полотен. Широ­
кой гаммой клееных конструкций щитов представлены паркетные изделия. В произ­
водстве мебели в настоящее время в преобладающем большинстве все щитовые дета­
ли изготавливают с основанием из древесностружечных плит, которые обладают от­
носительно изотропными свойствами. Несмотря на все принимаемые меры, коробле­
ние в настоящее время является, пожалуй, самым распространенным и непредсказуе­
мым дефектом при изготовлении щитовых деталей.
Причин, вызывающих коробление щитов, множество однако в основе всех их
лежит нарушение симметричности щита относительно оси, проходящий через центр
сечения параллельно пласти. Ассиметрия может быть вызвана конструкцией щита,
разными упруго-пластическими свойствами материалов, применяемых при их изго­
товлении, а также технологическими факторами. Обеспечить абсолютную симмет­
ричность щита практически невозможно, поэтому коробление на сегодняшний день
остается основным дефектом в производстве изделий из древесины.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение формоустойчивости
щитовых изделий из древесины путем использования при их склеивания эластичных
клеевых композиций.
Основные задачи настоящей диссертационной работы, решение которых обеспечи­
вает достижение поставленной цели сводятся к следующему: 1 - разработать матема­
тическую модель возникновения внутренних напряжений в паркетном щите и опреде­
лить условия, исключающие коробление и отслаивание лицевого Покрытия от основа­
ния щита; 2 - разработать геометрическую модель поверхности древесины, адекватную
реальной и установить математические зависимости для определения оптимальной
толщины клеевой прослойки; 3 - разработать и изготовить экспериментальную уста­
новку для определения моду.тя упругости ютеевых прослоек; 4 - подобрать эффектив­
ные модификаторы для создания композиционного клея; 5 - установить оптимальную
рецептуру клея, обеспечивающую минимальную усадку и высокую эластичность отвержденных клеевых прослоек; 6 - провести производственные испытания и вьювить
эффективность применения научных разработо^с." ^. ^.д,'.
БИБЛИОТЕКА
СПетер
09
"^MS
О б ъ е к т исследования. Объектом исследования является технология склеивания
щитовых изделий из древесины.
Методика выполнения работы. Поставленные задачи решались посредством
теоретических и экспериментальных исследований. Методика исследований соот­
ветствовала действующим стандартам и общепринятой в деревообработке. Экспе­
риментальные данные обрабатывались методами математической статистики с ис­
пользованием стандартных прикладных программ для современного персонального
компьютера. При проведении экспериментальных исследований использовался
уииформротатабедьный план и методы многокритериальной оптимизации.
Н а у ч н а я новизна работы:
• Разработана математическая модель коробления под действием внутренних на­
пряжений в паркетном щите, учитывающая возможность отслаивания лицевого слоя
от основания по периметру щита.
• Разработана геометрическая модель торцевых поверхностей древесины, отли­
чающаяся использованием параметров, определяющих ее адекватность реальной
поверхности и дано математическое описание ее микропрофиля.
• Предложены формулы для расчета объема впадин микронеровностей поверхно­
сти древесины и усредненной толщины клеевой прослойки.
ь Получены рефессионные уравнения зависимости реологических и прочност­
ных показателей композиционных клеев от количества вводимых пластификаторов
и наполнителей и определена оптимальная рецептура клея.
Практическая значимость работы. Предложен математический аппарат' для
определения величины прогиба щита под действием усушки древесины и усадки
клеевой прослойки, а также усредненной толщины клеевой прослойки. Подобраны
пластификатор и наполнитель, а также их оптимальные соотношения, обеспечи­
вающие повышение формоустойчивости щитов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
• Математический аппарат численного расчета величины прогиба щита под дей­
ствием напряжений, возникающих от усушки лицевого покрытия и усадки клея.
• Математические зависимости, определяющие условия, исключающие отслаива­
ние лицевого слоя от основания по периметру щита.
• Геометрическая модель торцевой поверхности древесины и математическое
описание ее микропрофиля для определения толщины клеевой прослойки.
• Уравнения зависимости прочностных и реологических показателей от рецепту­
ры клея.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается адекват­
ностью математических моделей, относительной погрешностью результатов экспе­
риментов, не превышающей 5%, совпадением результатов, полученных теоретиче­
скими расчетами и экспериментальным путем.
Апробация результатов работы. Научные положения и результаты диссертаци­
онной работы докладывались на научно-технических семинарах кафедр древесино­
ведения и механической технологии древесины В Г Л Т А ; на международной научнотехнической конференции «Интефация фундаментальной науки и высшего матема­
тического образования по проблемам ускоренного воспроизводства использования и
модификации древесины» (Воронеж, 2004); на Всероссийской научно-технической
конференции (Москва, 2004); на ежегодных научно-практических конференциях
В Г Л Т А 2001-2005г.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных
работ, из которых 5 в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,
5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержание работы изложе4
но на 99 страницах машинописного текста. Работа содержит 34 рисунка, 14 таблиц,
список использованной литературы из 87 наименований.
ОСНОВНОЕ С О Д Е Р Ж А Н И Е
РАБОТЫ
В о введении обосновывается актуальность темы диссертации, изложенна цель
исследований, определены научные положения, выносимые на защиту, раскрывает­
ся новизна работы и научные результаты. Содержатся сведения о значимости ре­
зультатов исследований для науки и практики, апробации работы, внедрении науч­
ных результатов, публикациях автора, приводится общая характеристика работы.
В первой главе рассмотрено состояние проблемы, приведен обзор и анализ кон­
струкций существующих щитовых изделий из древесины. Рассмотрены факторы,
обуславливающие возникновение внутренних напряжений в щитовых изделиях из
древесины.
Одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на формоустойчивость из­
делий из древесины, и который необходимо учитывать при конструировании и разра­
ботке технологии - это гигроскопичность и анизотропия древесины, которая способ­
на при определенных условиях поглощать влагу из окружающей среды и отдавать се.
Не меньшее значение имеет анизотропия физико-механических свойств натуральной
древесины. Значительное влияние на формоустойчивость паркетных щитов оказывает
внутренние напряжения в клеевых соединениях лицевого покрытия с основанием
паркетного щита. Основной причиной, вызывающей внутренние напряжения в клее­
вом слое, являются «усадка» клея при его отвердении. Усилия, возникающие в клее­
вом слое при его усадке, а следовательно и величина касательных напряжений про­
порциональны толщине слоя. Величина внутренних напряжений в клеевом слое зави­
сит также от наличия в нем пустот, которые являются очагами концентрации внут­
ренних напряжений, поэтому чрезвычайно важно при склеивании обеспечить сплош­
ной клеевой слой минимальной толщины. Значительное влияние на величину внут­
ренних напряжений оказывают модули упругости склеиваемого материала и отвержденного клея.
Анализируя факторы, обуславливающие возникновение внутренних напряжений
в щитах можно сделать вывод, что для обеспечения формоустойчивости щитов не­
обходимо выполнить следующие условия: обеспечить максимальную стабильность
размеров древесины основания и лицевого покрытия щита при изменении внешних
температурно-влажностных условий; создать эластичный клеевой слой с минималь­
ной усадкой; обеспечить минимальную толщину клеевой прослойки.
Также в первой главе приведен анализ способов обеспечения стабильности раз­
меров древесины и анализ способов повышения эластичности клеевых соединений.
В о второй главе приводятся теоретические предпосылки к исследуемому вопросу.
1 Разработана математическая модель возникновения напряжений в паркетном щите.
На основание щита будут действовать напряжения, возникающие от усушки или
разбухания древесины лицевого покрытия, связанного с основанием посредством
клеевого слоя, и касательные напряжения, возникающие в результате усадки клее­
вого слоя в процессе отверждения. Направления действия этих напряжений могут
совпадать, а Morjn~ быть противоположными в зависимости от влажности древеси­
ны, из которой изготовлено лицевое покрытие, и устойчивой равновесной влажно­
сти, характерной для конкретных условий эксплуатации.
Если влажность древесины ниже устойчивой, то напряжения, вызванные разбу­
ханием древесины и усадкой клея противоположны по направлению и, в известной
мере, компенсируют друг друга. То же можно сказать и в том случае, когда покры­
тие подвергается увлажнению в процессе эксплуатации, например, при влажной
уборке или аварийной ситуации, вызванной повреждением отопительной или водо­
проводной систем.
у
\'
Лицевое
покрытие
ixS
^
.f
Клей
•г
0
а,
Основание щщта
л
X
1
Рисунок 1 - Схема действия нагрузок на щит
Если древесина лицевого покрытия,
напротив, недосушена (что гораздо ча­
ще встречается в реальной ситуации),
то она усыхает по мере приближения к
устойчивой влажности. Напряжения,
вызванные усушкой древесины и усад­
кой клея, в этом случае совпадают по
направлению действия, и вероятность
коробления щита и появления трещин
увеличивается. Именно этот случай яв­
ляется наиболее опасным.
На рис. 1 представлена расчетная
схема распределения нагрузки на пар­
кетный щит (без учета внешней наг­
рузки) для случая, когда древесина
лицевого покрытия недосушена.
a^=E,-s,.cr^=E„K,-\^-Wy)
■у>,
(1)
где сг/, СГ2 - напряжения возникающие в клеевом слое при затвердевании и напря­
жения возникагоище в лицевом покрытии при изменении влажности, соответст­
венно; Е^, Е„ - модуль упругости затвердевшего клея, модуль упругости древеси­
ны лицевого покрытия при эксплуатационной влажности, соответственно; е„ усадка клея; Kj, — коэффициент усушки древесины
D
X
P,=a,-S^-e
гр
X
= E,-s,-S,-e.^
P2=<^i- —
2 ^ 2
'«^E,-K„-i^-w\^e
'
" "-
"'2
(2)
где SK, df - толщина клеевого слоя и лицевого покрытия, соответственно; е^ усадка клея; W, Wy - влажность древесины лицевого покрытия, устойчивая влаж­
ность древесины лицевого покрытия в условиях эксплуатации, соответственно; в ширина паркетного щита
Изгибающий момент, вызываемый усилиями Р, и Рр определяется из выражения
М^=М,+М^.^
(3)
где Ml - момент, возникающий в результате усадки клея относительно точки 0;
М? - момент, вызванный усушкой древесины лицевого покрытия
М,=Рг
'^^l.M,=Py(S^+^)
=
[E,-K„-[w~w}5,-e)/2-
М „ = | 'Е, -е, -Sl+E.K, -[W-W^ys, { ' 5 . + ^ ]
'з.Л
(4)
(5)
Величина прогиба под действием изгибающего момента определяется по формуле
Л/..'^
- -^^
Л-8-E,-J„
~ - Ъ
(6)
где Л — величина прогиба под действием изгибающих моментов; / - длина пар­
кетного щита; Еп - модуль упругости основания щита; Jo - момент инерции сечения
основания шита; 5п - толщина основания
Ъ1'
E^-B,-Sl^E„-Ki^-W^\s,\d^^
16-£„ -S^
(7)
При W=Wy величина прогиба составит
Лицевое покрытие
Кпвй
~'
'-'и
'-'г
"-^ If
16 E,-Sl
(8)
Моменты, возникающие при усушке древесины
и усадки клея могут вызвать отслаивание
лицевого слоя от основания по периметру щита,
поэтому суммарный момент, возникающий от
усушки древесины и усЕщки клея относительно
точки Oi (см. рИс. 2) должен уравновешиваться
реактивными моментами, вьпываемыми силами
сцепления клея с основанием щита.
и
Основание Ufrra
^ 3 ' = - ^ ' + ^ ^ ; A / , = P j . / / ^ = a _ - e - / V S (9)
где Мз - момент, вызванный реакцией сил
сцепления клеевой прослойки с основанием
щита; UcKj, - предел прочности клеевого
соединения при равномерном отрыве
1/2
Рисунок 2 - Моменты сил, действующие
относительно кромки щита
с». ■ в • /
*
= ^ | Я „ е, S:-*-E,-K„ ^-^,)S,
U.+ —
3
Условие, исключающие отслаивание лицевого покрытия от основания
При W=Wy выражение 11 примет вид
4-£
0-™. > -
(10)
(И)
I'
(12)
Выражения (8) и (12) наглядно подтверждают, что формоустойчивость и качест­
во склеивания паркетных щитов непосредственно зависят от модуля упругости,
усадки и толщины клеевой прослойки. Данные о конкретных значениях указанных
факторов в настоящее время практически отсутствуют
2 Обоснование толщины клеевой прослойки
Одним из основных условий получения прочного клеевого соединения является
обеспечение сплошного клеевого слоя при его минимальной толщине. Толстый
клеевой слой способствует увеличению внутренних напряжений и не эффективен с
экономической точки зрения. Слишком тонкий не обеспечивает достаточного за­
полнения впадин микронеровностей, находящихся на склеиваемых поверхностях.
Таким образом, качество склеивания и расход клея во многом зависят от микрогео­
метрии склеиваемых поверхностей. Вследствие того, что склеиваемые поверхности
имеют сложный профиль, состоящий из выступов и впадин, клеевая прослойка так­
же будет иметь сложный профиль и неодинаковую толщину на различных участках
поверхности.
Максимально допустимая усредненная толщина клеевой прослойки при склеива­
нии без давления может быть определена по формуле
S.={K, + y.2)/F,,
(13)
где Vei - объем впадин микронеровностей поверхности основания щита; ¥,2 объем впадин микронеровностей приклеиваемой поверхности лицевого покрытия;
F„ - контурная пло1цадь щита.
Теоретическим путем объем впадин может быть определен с помощью кривых
опорных поверхностей, построенных на основе профилохрамм реальных поверхно-
стей древесины, и которая представляет собой кривую зависимости относительной
площади контакта от относительного сближения.
Относительная площадь контакта определяется отношением
n = FjF,,
(14)
где Гф - фактическая площадь контакта идеальной поверхности с выступами ре­
альной; FK ~ контурная площадь образца.
Относительным сближением назовем отношение сближения а до рассматривае­
мого уровня к высоте профиля R„. (см. рис. 3)
£ = «/-К, ,
(15)
Анализ формы кривых опорных поверхностей, полученных разными исследова­
телями, позволил установить, что все они могут аппроксимироватся уравнением ку­
бической параболы вида.
V^Ci-f + c^s'+Cj-e'^
^щ
где ci. С}, сз - параметры кривой опорной поверхности.
Фактическая площадь контакта идеально ровной поверхности с выступами ре­
альной поверхности на любой стадии сближения определяется из уравнения.
^Ф=К'?
= К{<:1-£ + С2-е^+Сг£^)^
(17)
Объем выступов, заключенных между воображаемой идеально ровной поверхно­
стью, касательной верхней точки профиля, и рассматриваемым уровнем может быть
п
определен по формуле V = jv^dn ,
(18)
с
где V, — объем единичного выступа, оказавшегося в рассматриваемом промежут­
ке, « - число выступов в данном промежутке.
Представим поверхность древесины в виде множества правильных пирамид с квад­
ратным основанием и углами при вершине а, расположенных на различных уровнях.
Идеальная
///////////////////////Л ^-^°"f
Рассматриваемый
уровень
поверхность
Рисунок 3 - Модель контактирования реальной поверхности древесины с идеальной
Объем единичного выступа определяется по известной формуле
V
=--F
'
3
'
■h,=--h;-tg о: = --[а-х)
tg^a
(19)
где Fo - площадь основания выступа (см. рис. 13); h, - высота выступа h,-(a-x); в,
сторона квадрата основания выступа в, =2-Л, tga
Выражая значения а и х через Кщ и е, получим
4R„-tg'a{e-X)
Х = ^
К =
3
,
(20) где
"« .
Для определения числа выступов в заданном промежутке выразим число п через
параметры кривой опорной поверхности. Для этого рассчитаем фактическую пло-
щадь контакта воображаемой идеальной поверхности с выступами реальной по­
верхности по формуле, аналогичной формуле 18.
Рф = ]F.dr> ,
(21)
о
где F, - плопцадь единичного пятна касания выступа с воображаемой идеальной
поверхностью
^;=вf=4•(a-x^/г^a = 4•Л^/g^«•(f-J!rУ^
^22)
При сближении идеальной ровной поверхности с реальной фактическая площадь
контакта в значительной степени возрастает за счет увеличения числа контакти­
рующих выступов, поэтому можно предположить, что по мере сближения число
контактирующих выступов будет изменяться также по закону кубической параболы.
Тогда п = Д,Х + Д,Х' +Д,Х\
(23)
гл,еД;,Д2,Дз - некоторые коэффициенты.
Дифференцируя выражение 23 и подставляя значения F, в формулу 21 получим
'•'ф =\l
к'. Ig 'а
= •# Rl
е'
,g 'а
{е - X у
-(-S-i-.e
3
(Л , + 2 Д ,
* -B-i- s'
6
X + 3 Д ,') dX ^ ^
(24)
* -M-l- Е' )
10
Сравнивая выражение 24 с выражением 17 имеем:
Л.=3-с,. Д, = 6-с,. Дз=10-Сз. ^;=4.Л^/g^a•г^
J
тогда
»
'
»
2
3
(25)
Дифференцируя полученное выражение и подставляя его в формулу 18, получим
V= jv,dn= J " * ^« '^ "■(£-Х)^-(з-С|+12с;->Г + 30сз . У ' ) й ' =
о
о
^
= 4Rltg'a\{e'-3B'X
+ 3EX^ -X'\[c,+4cyX
+ 10c,-X'\dX,
о
Интегрируя полученное выражение и подставляя значения F „ находим
1
5
6 )^
При ^-1выражение27приобретаетвид K = F,-i?„'(c,+C2/J + Cj/6),
(26)
(27)
(28)
Тогда суммарный объем впадин микронеровностей каждой из контактируемых
поверхностей составит
V = F,-R„-6'-V = F,-R„\l-c,-c,/5-c,/6),
(29)
Формула 13 справедлива лишь для случая, когда приклеивание происходит без
приложения давления. При этом принято допущение, что контактирование происхо­
дит по наибольшим выступам склеиваемых поверхностей.
При склеивании под давлением сближение поверхностей увеличивается за счет
деформации выступов и проникновения выступов одной из поверхностей во впади­
ны другой, поэтому формула 13 примет вид
S^ = ^"''^-' -К,
(30)
F^
где К - поправочный коэффициент, учитывающий деформацию выступов и вза­
имное проникновение склеиваемых поверхностей
в третьей главе представлена методика проведения исследований.
Кривые опорных поверхностей оснований щитов из Д С т П были получены ранее
профессором Филоновьпм А.А. в результате обработки профилограмм поверхностей
образцов, обрабатываемых различными способами.
Нами исследовались геометрические характеристики торцевых поверхностей ду­
бовых, березовых и осиновых образцов, обработанных пилением и шлифованием.
Профилограммы поверхности образцов были получены на профилографепрофилометре завода «Калибр» модели 170311.
Кривые опорной поверхности строились по продольной и поперечной профилофамме путем суммирования отрезков, заключенных внутри выступов поверхности на
разных уровнях, соответствующих определенному значению сближения а. Абсциссы
полученных кривых, соответствующие одному и тому же сближению, перемножались
и строились кривые опорной поверхности, учитывающие продольный и поперечный
профиль шероховатобтей. Уравнения и параметры кривых опорной поверхности были
получены при помощи программы Mathcad professional стандартного математического
пакета Microsoft company. / ] ^ получения двухмерного графика ( Х У - графика) и урав­
нения его описывающего вводились экспериментальные значения относительного
сближения е, полученные в результате обработки профилограмм.
Объем впадины микронеровностей определялся путем нанесения шпатлевки на
поверхность и взвешивания образца до и после нанесения с последую1цим вычисле­
нием по формуле У, = (OTJ -т,)/с,
(31)
где nij ~ масса образца до шпатлевания, г; w^ - масса образца после шпатлевания,
r,q- объемная масса шпатлевки.
Исследования по определению передела прочности и модуля упругости клеевых
прослоек проводились на свободных клеевых пленках, подготовленных согласно
Г О С Т 14243-78. Испытания проводились на установке собственного изготовления.
Усадка клея определялась путем измерения размеров клеевой пленки, полученной в
результате заливки клея в форму из фторопласта и последующего отверждения.
Усадку вычисляли по формуле 31={!ф-1„)/1ф,
(32)
где 1ф — длина формы, мм; /„ - длина затвердевшей пленки, мм.
В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований.
На рис. 4 представлены характерные кривые опорной поверхности образцов их
осины, а в табл. 1 значения параметров кривых для образцов из дуба, березы и осины.
'71
1
■'
< 1
(
0,9
ор
0.7
OjB
0.S
0,4
0,3
0,2
0,1
О
/ ^
11 — — " ^
о
0,1
0,2
//
//
0,3
у
[
/
лс"''^
/
0,4
05
-Осина2 •
0,6
0,7
ОД
0,9
1
-Осина 1
Осина 1 - образец после пиления; Осина 2 - образец, обработанный шлифовальной
шкуркой 51СМ50М599 Г О С Т 6456-82
Рисунок 4 - Кривые опорной поверхности образцов дуба.
10
Порода
древеси­
ны
Дуб
Береза
Осина
Таблица 1 - З н а ч е н и я параметров к р и в ы х
Характер
обработки торца
опиливание
шлифование А1Ы4А16НМ
Г О С Т 5009-82
шлифование 51СМ50М599
Г О С Т 6456-82
опиливание
шлифование
А16Г4А16НМ ГОСТ 500982
опиливание
шлифование 51СМ50М599
Г О С Т 6456-82
С,
Сг
- 0,62087
- 0,388403
3,177448
2,96183
-1,592852 "
-1,617133
-0,158071
2,695221
-1,558858
-0,536477
2,869895
-1,45338
-0,26439
3,462179
- 2,227078
-0,699635
-0,409139
3,330443
3,190559
-1.894231
-1,801671
Сз
В таблицах 2,3 приведены расчетные и экспериментальные значения объема впа­
д и н , а т а к ж е м а к с и м а л ь н о допустимая т о л щ и н а клеевой прослойки при склеивании
п а р к е т н ы х щ и т о в с основанием из шлифованной Д С т П и л и ц е в ы м слоем их торце­
вых плашек.
Р а с ч е т н ы е з н а ч е н и я в ы ч и с л я л и с ь по формулам 13 и 28. О б ъ е м ы впадин поверх­
н о с т и д р е в е с н о с т р у ж е ч н ы х плит п р и н я т ы по д а н н ы м профессора Филонова А . А .
Таблица
Порода
древесины
Дуб
Береза
Осина
2 - Объем впадин микронеровностей торцовой поверхности
Высота
Объем впадин на 1 м ' по­
Способ обработки поверхности
микроне­
верхности, см /м^
ровностей
торца
расчетн.
Эксперим.
Л», мм
опиливание дисковой пилой
0,0504
63,0
59,9
шлифование шлифшкурков
А1614А16НМ по ГОСТ 5009-82
0,0344
36,6
34,9
шлифование шляфшкуркой
51СМ50М599 по ГОСТ 6456-82
0,0452
39,7
41,3
опиливание дисковой пилой
0,0450
59,8
60,3
шлифование шлвфшкуркой
33,6
32,2
А1614А16НМ
0.0384
опиливание дисковой пилой
0,0624
73,75
71,02
шлифование шлифшкуркой
51СМ50М599
0,0372
39,9
39,8
Т а б л и ц а 3 — М а к с и м а л ь н о допустимая т о л щ и н а клеевой прослойки п р и склеива­
н и и п а р к е т н ы х щ и т о в с основанием из ш л и ф о в а н н о й Д С т П и лицевым покрытием
из торцовых плашек
Порода дре­
весины ли­
цевого по­
крытия
Объем впадин микррнеровностей см /м^
А«иМКМ
лицевое
основание
покрьпие
139
63
опиливание
Дуб
116
76
39,7
шлифование шлифшкуркой XsSO
112
шлифование шлифшкуркой Х»1б
36,6
136
59,8
Береза
опиливание
76
110
33,6
шлифование шлифшкуркой №16
150
73,75
Осина
опиливание
76
116
39,9
шлифование шлифшкуркой №50
Для повышения эластичноста клеев на основе К Ф С в настоящее время исполь­
зуют пластификаторы и наполнители. Наибольшее применение получил композици­
онный клей на основе К Ф С Я П В А Д , пластифицированной дибутилфталлатом.
Способ обработки
11
Нами исследовалась возможность использования в качестве пластификатора дибутилсебацината, который вводился в смолу К Ф Ж в виде эмульсии. В качестве на­
полнителя использовали гипс и глинистый минерал монтмориллонит.
Исследования проводились с использованием униформротатабельного плана.
Варьируемыми факторами были приняты содержание пластификатора, содержание
наполнителя и прюдолжительность выдержки клеевых пленок до начала испытания.
Для сравнения параллельно проводились опыты, в которых в качестве пластифика­
тора использовалась П В А Д . Выходными параметрами служили модуль упругости
клеевых пленок, предел прочности при растяжении и усадка.
После обработки результатов проведенных экспериментов методом наименьших
квадратов с помощью стандартного пакета программ S T A T G R A P H J C S и нелицен­
зионных программ получены связи между входными и выходными параметрами.
После проверки значимости коэффициентов регрессии уравнения приняли вид
I серия опытов (пластификатор П В А Д ) :
для усадки клея У, = 0,042 - 0,00 ■ X, - 0,004 ■ Х^ + 0,014 ■ X, + 0,003 Х] + 0,002 Х\
-0,009 Х] + 0.004-Х, Х,+ 0,003-Xi-X,
для модуля упругости y,=2157-343'X,+J53-X!+27-X,+87-X'
-40Х,-Х,-17-ХгХ,
-41
Х,-
-58-х,-Х,
для предела прочности У, = 5,87 - 0,05 ■ X, - 0,21 ■Х,+0,16Х;+ 0,12 Xf - 0,1 Х] -0,09-Х1 -0,05-Х, -X, +0,05-Xi -Х,-^0.04-Х^-X;
I I серия опытов (пластификатор дибутилсебацинат):
для усадки клеяУ^ = 0,035-0,005 Х, +0,012 X; +0,002-Х^, +0,0018 Х / -0,007■ Х1 + 0,007■Xi-Xj+ 0,0015-Х^Х^-0,003 Х^-Х^
для модуля упругостиVj = 2062-325-х,+327-Xj + 34-X,+168-X',+86-Х1-12-Xj
-27-Х,Х2-25-Х,-Х,
-29-хJ
-
Х,
ДЛЯ предела прочности ^^=5,9-0.3 Х,+0,Ъ-Х,+О,П Х,'-0,12 Х]
На рисунках 5...8 представлены графические зависимости модуля упругости,
усадки клея и предела прочности при растяжении клеевой пленки от исследуемых
факторов.
Из приведенных данных следует, что введение в смолу пластификатора, как поливинилацетатной дисперсии, так и дибутилсебацината, приводит к значительному
снижению модуля упругости клеевой пленки, причем введение 7 % дибутилсебаци­
ната равнозначно введению 45 % поливинилацетатной дисперсии.
Исследование зависимости выходных параметров от продолжительности выдержки
клеевой пленки до начала испытаний показало, что основной процесс поликонден­
сации клея заканчивается примерно через 2 суток. В течении этого времени проис­
ходит интенсивное увеличение модуля упругости, усадки и предела прочности при
растяжении клеевой пленки. В дальнейшем этот процесс затухает. Полученные ре­
зультаты показывают, что введение пластификаторов значительно снижает модуль
упругости, но на усадку клея практически не оказывает влияния.
Введение наполнителей снижает усадку, но модуль упругости при этом повышает­
ся, а передел прочности при содержании наполнителя более 8 % заметно снижается.
С увеличением продолжительности выдержки модуль упругости и усадка возрас­
тают по затухающей кривой и после 2-х суток изменяются незначительно.
Для определения оптимальной рецептуры клея использовали метод крутого вос­
хождения, основанного на градиентном методе поиска экстремума. Оптимизация
проводилась в направлении минимизации модуля упругости и усадки клея.
Критерием оптимизации служило произведение Е-е.
12
Е.МПа
ч.
^>J
\,
\v
\^
1-Ч
'XiinnI
/2
^v
<^
ч\
L.n
;;\.
-
X
\, \
\
^
хЗ
\
ч
\
\,
\
\
\ -^
г^<_
^
■ ~ ~ - ^
10
1 - при содержании наполнителя 3%;
2 - при содержании наполнителя 8%;
3 - при содержании наполнителя 13%
Рисунок 6 - Зависимость модуля упруго­
сти от содержания дибутилсебацината
1 - при содфжаиии гипса 3%; 2 - при содержа­
нии гипса 8%; 3 - при содержании гипса 13%
Рисунок 5 - Зависимость модуля упру­
гости клеевой пленки от содержания
ПВАД(С„)
...
ип<
'=5
Г]
/
/
Си"
/
/ /
1.V
0,D4
2v
0,02
<9Ю
2
4
в
>
10
12
г
' /
0,03
■^\ъл
М
1 - при содержании дибутилсебацината 2%; 2 -то же 5%;
3 - то же 8%
Рисунок 7 - Зависимость модуля
упругости (Е) от количества вво­
димого гипса (С„)
5%
0,05
"
0,01
А
й^
10
.
^3
20
30
40
1 - при содержании гипса 3%;
2 - при содержаниигапса8%;
3 - при содержании гипса 13%
Рисунок 8 - Зависимость усадки клея (в)
от продолжительности выдержки до на­
чала испьпшгай (т)
ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЦЕПТУРЫ КЛЕЯ
I вариант: смола К Ф Ж 100 м.ч.; поливинилацетатная дисперсия 25...30 м.ч ; гипс
или монтлюриллонит 7... 8 м.ч.
I I вариант: смола К Ф Ж 100 м ч.; дибутилсебацинат 3.. .3,5 м.ч.; гипс или монтмо­
риллонит И.-.12 м.ч.
В пятой главе представлена технико-экономическая эффективность внедрения науч­
ной разработки в производстве. Производственные испытания клеевой композиции про­
водились на О А О «Графская кухня» и ООО «Квадрат». Для оценки количества брака,
вызываемого короблением щитовьк деталей мебели, на О А О «Графская кухня» бьши
проведены замеры величины прогиба щитов, облицованньк декоративным бумажнослоистым пластиком толщиной 1 мм. Было измерено 82 детали столешницы. Согласно
ГОСТ 16371-84 «Мебель бытовая. Технические требования» величина прогиба щито­
вых элементов мебели не должна превышать 1,5 рлм/м. Из всего объема щитов, облицо­
ванных декоративным бумажно-слоистым пластиком 15,85 % не соответствует требова­
ниям ГОСТа 1637) и является неисправимым браком. Приведенные производственные
испытания по облицовыванию ДСтП декоративным бумажно-слоистым пластиком с
применением клея на основе карбамидоформальдегидной смолы К Ф Ж с добавлением
13
1b
16 20 2S 30 35 40 45 Ci«
Рисунок 11 - Изолинии модуля упруго­
сти ( Е ) затвердевшей клеевой пленки и
усадки (е) при использовании в качест­
ве пластификатора поливинилацетатной дисперсии
■7 а
л»
I
i
и
о
11J
•0.0
s
s
1
о
u
Hi
J?
d
1
u
_ -^ Точв.«.я«.в
«0
J
e
tJ
If
о
Рисунок 12 - Изолинии модуля упруго­
сти ( Е ) и усадки (Е)затвердевшей клеевой
пленки при использовании в качестве
пластификатора дибутилсебацината
£Е|
li.!
!
1
ТочсиналучеА
Рисунок 13 - Зависимость функции отклика
е £агре.детурыкле»(Лкомпозицииnpf
использовании в качестве пласгафикагора
поливинилацегагаой дисперсии
Рисунок 14-Зависимость функции отклика
^' ■^ ''^ рецептуры клеевой композиции при
использовании в качестве пластификатора
дибутилсебацината
4 % дибутилсебащ1ната показали, ч т о коробление щитов значительно уменьшилось. К о ­
личество деталей, не соответствующих Г О С Т у 16371, составляет 3,35 % . Количество
брака по причине коробления при этом уменьшилось на 12,5 % по сравнению с приме­
няемой в настоящее время технологией. Результаты производственных испытаний на
О О О «Квадрат» показали, что из 75 запрессованных дверных полотен л и ш ь одно полот­
но по величине прогиба вьппло за пределы, регламентируемые Г О С Т о м 475-78 «Двери
деревянные. О б щ и е технические условия.». Количество брака по сравнению с приме­
няемой технологией на О О О «Квадрат» снизилось на 4 % .
Ожидаемый годовой эффект н а О А О «Графская к у х н я » 1221000 р у б . , на 0 0 0
«Квадрат» 100800 руб.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Одним из наиболее распространенных дефектов щитовых изделий является ко­
робление, вызванное асимметричностью конструкции и внутренними напряжения­
ми, возникающими при склеивании. Установлено, что формоустойчивость щитов в
значительной мере зависит от модуля упругости клеевой прослойки, ее толщины и
14
степени усадки при отвердении клея Толщина клеевой прослойки зависит от гео­
метрических характеристик микропрофиля поверхности склеиваемых материалов.
В результате проведенных исследований установлено: 1 - микрогеометрия про­
филя поверхности склеиваемых деталей описывается уравнениями кубической па­
раболы; 2 - экспериментальным путем получены кривые опорной поверхности и оп­
ределены коэффищ1енты уравнений для торцовых поверхностей древесины дуба,
березы и осины; 3 - определены оптимальные значения толщины клеевой прослойки
при склеивании паркетньпс щитов с лицевым покрытием из торцовых плашек;4 предложен в качестве пластификатора карбамидоформальдегидной смолы дибутилсебацинат и изучено его влияние на модуль упругости, усадку и прочность клеевых
пленок; 5 - путем многокритериальной оптимизации определено оптимальное соот­
ношение компонентов композиционного клея при использовании в качестве пла­
стификатора поливинилацетатной дисперсии и дибутилсебацината, а в качестве на­
полнителя гипса и монтмориллонита; 6 - проведены производственные испытания
клеевой композиции и определен ожидаемый экономический эффект от внедрения.
По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:
1 Филонов А.А., Макаренко А.В., Чекулаева Т.П. Геометрические характеристи­
ки торцовых поверхностей древесины некоторьпс пород. Технология и оборудование
деревообработки в X X I веке. Сборник науч. тр. [Текст] /Науч. ред. В.А. Шамаев Во­
ронеж: Воронежская государственная лесотехническая академия 2001. - 176 с. стр.
117-119.
2 Макаренко А.В. Использование дибутилсебацината для повьпиения формоустойчивости щитовых деталей. Деревообрабатывающая промышленность. [Текст]
№ 3 2005г. стр. 19-20.
3 Филонов А.А., Макаренко А . В . Проблемы паркетного производства. Межву­
зовский сборник научных трудов. Выпуск 2 [Текст] / Науч. ред. В.А. Пошарников Ф.
Воронеж: Воронежская государственная лесотехническая академия 2004. С. 290-294.
4 А . В . Макаренко, А.А. Филонов Пути повышения качества паркетных щитов из
маломерной древесины. Сборник тезисов докладов Международной научно-технич.
Конференции «Повышение эффективности использования отходов лесопромыш­
ленного комплекса» Москва 2004 г. - С. 78-80.
5Чекулаева Т.П., Филонов А.А., Макаренко А.В. О влиянии процесса приклеива­
ния кромок на качество мебели. Технология и оборудование деревообработки в X X I
веке. Сборник науч. тр. [Текст] / Науч. ред. В.А. Шамаев Воронеж: Воронежская го­
сударственная лесотехническая академия 2001. - 176 с. стр. 66-67.
6 Филонов А.А., Макаренко А . В . Влияние свойств исходных материалов на каче­
ство паркетных щитов. Природопользование: ресурсы, технологической обеспече­
ние Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2[Текст] / Науч. ред. В.А. По­
шарников Ф . Воронеж: Воронежская государственная лесотехническая академия
2004. С. 286-290.
' 7 Макаренко А . В . Влияние рецептуры на прочность клеевьк пленок Технология
и оборудование деревообработки в X X I веке. Сборник науч.тр. [Текст] /Науч. ред.
В.А. Шамаев Воронеж: Воронежская государственная лесотехническая академия
2005.
8 А . В . Макаренко Оптимизация состава клеевой композиции Сборник науч. тр.
[Текст] /Науч. ред. Петровского B.C. Воронеж: Воронежская государственная лесо­
техническая академия 2005.
9 Макаренко А.В. Использование дибутилсебацината для повышения формоустойчивости щитовых деталей. Сборник тезисов докладов Международной научнотехнич. конференции «Проблемы и перспективы лесного комплекса» [Текст] Воро­
неж В Г Л Т А 2005 г.
15
Ваши отзыва на автореферат в двух экземплярах с подписями,
заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 394613, г.
Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая
академия.
11!20081
2006-4
Ученому секретарю диссертационного совета
^\J
/ ОО
Телефон: 53-72-40, Факс: (8-0732) 53-72-40
МАКАРЕНКО Алла Викторовна
ПОВЫШЕНИЕ ФОРМОУСТОЙЧИВОСТИ ЩИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ
ДРЕВЕСРШЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛАСТИЧНЫХ К Л Л Е В Ы Х
КОМПОЗИЦИЙ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
а
Подписано к печати 21 октября 2005 г
Объем - Усл.п.л. 1
Заказ № 379
Тираж 100 экз.
Типография ООО «Сатурн». 394087, г, Воронеж, ул. Ломоносова, 87
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
879 Кб
Теги
bd000101609
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа