Введение к работе
Актуальность темы. Решение многих социальных и экономических проблем страны в значительной степени зависит от результатов работы деревообрабатывающей промышленности. Повышение эффективности работы отрасли связано в первую очередь с развитием комплекса машин, обеспечивающих реализацию всех этапов технологического процесса производства изделий из древесины и древесных материалов. Особое место при этом принадлежит совершенствованию процессов отделки, которые по трудоёмкости составляют 30 - 40 % всех затрат на изготовление изделий и во многом определяют их потребительскую ценность.
Характерной особенностью современного этапа развития техники и технологии отделки является усиление требований экологической безопасности технологических процессов и снижение вредных выбросов в атмосферу. В связи с этим для отделки древесины всё чаще применяются лакокрасочные материалы, не содержащие органических растворителей, порошковые и водоразбавляемые, которые по своим физико-химическим и технологическим свойствам отличаются от ор-ганорастворимых.
В технологических процессах отделки древесины широкое применение находят жидкие лакокрасочные материалы (80% от всех отделываемых поверхностей), нанесение которых осуществляется преимущественно контактными методами. Среди них метод налива занимает лидирующее положение, так как при малых потерях лакокрасочных материалов позволяет достичь высокой производительности, и лакона-ливные машины удобно встраиваются в поточные автоматизированные линии.
Структурная перестройка в области потребления лакокрасочных материалов и использование для отделки тонкослойных, воднодисперсион-ных и текстурировапных покрытий осгались без внимания при изучении технологических возможностей метода. Практические рекомендации носили в основном эмпирический характер, нанесение покрытий рассматривалось как распределение массы лакокрасочного материала по поверхности движущейся подложки, в связи с чем технологические возможности метода оставались реализованными не полностью.
Это обстоятельство явилось основанием для проведения научно-исследовательских работ по углублённому изучению процессов формирования лакокрасочных покрытий методом налива.
Цель работы. Повышение качества защитно-декоративных покрытий древесины, экономия лакокрасочных материалов при снижении вредных выбросов в атмосферу.
Объекты исследований. Процессы формирования прозрачных и непрозрачных защитно-декоративных покрытий древесины жидкими лакокрасочными материалами в лабораторных и производственных условиях деревообрабатывающих предприятий.
Научная новизна. Научную новизну имеют:
механизм формирования адгезионного контакта лакокрасочных материалов на движущейся подложке, действие которого происходит за счет стремления жидкости к ликвидации искривления поверхности в зоне двойного мениска;
закономерности, установленные при наблюдении за изменением формы зоны контакта струи с подложкой, позволяющие управлять сплошностью и формировать тонкослойные покрытия, а также одновременно наносить методом налива лакокрасочные материалы на вертикальные и горизонтальные поверхности изделий из древесины;
математические модели, описывающие зависимости толщины формируемых покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях изделий от параметров нанесения;
методика экспериментальных исследований скоротечных процессов смачивания и растекания лакокрасочных материалов с помощью фоторегистрации, методика определения толщины прозрачных и непрозрачных покрытий;
способ регулирования равномерности толщины покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях путём дискретного изменения расхода сливного устройства;
закономерности образования разрывов и открытия фонового покрытия за счёт изменения устойчивости покровного адгезионного слоя путём введения узорообразующих добавок в состав лакокрасочных материалов;
целевые функции, связывающие показатели эффективности формирования покрытий с параметрами управления, дающие возможность оптимизации технологических режимов.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Смачивание подложки и растекание лакокрасочного материала происходит в результате действия как межмолекулярных сил, так и за счёт искривления поверхности жидкости в зоне контакта.
-
Покрытие на поверхности движущегося твёрдого тела формирует-
ся в результате вытягивания лакокрасочного материала подложкой из зоны контакта, а не наложением плёнки.
3. Одновременное формирование покрытий на вертикальных и гори-
зонтальных поверхностях возможно путём создания условий для непрерывного адгезионного контакта.
4. Создание сплошного рельефного покрытия на древесине возможно при введении в лакокрасочный материал модифицирующих добавок.
Практическая значимость работы. Совокупность разработанных математических моделей, технологических процессов формирования защитно-декоративных покрытий на древесине и древесных материалах является научной основой для составления мероприятий по совершенствованию технологических процессов отделки древесины.
Методические положения, предложенные в данной работе, могут быть использованы при изучении новых видов лакокрасочных материалов и оценке возможности применения их для отделки изделий из древесины, проектировании технологических режимов формирования покрытий контактными методами нанесения.
Комплексное решение всей совокупности вопросов, составляющих основу проблем создания покрытий на движущейся подложке, позволяет не только совершенствовать уже известные технологические схемы, но и создавать новые гибкие технологии совмещённой отделки брусковых и щитовых деталей.
Управление сплошностью лакокрасочных покрытий с использованием модифицирующих добавок позволило на практике использовать лаконаливные машины для получения современных, пользующихся спросом, декоративных многоцветных покрытий.
Реализация результатов исследований позволит повысить производительность труда и качество изделий, а также экологическую безопасность отделочных работ, снизить процент брака и уменьшить удельный расход лакокрасочных материалов.
Место проведення исследований. Теоретические положения диссертации подтверждены результатами лабораторных и производственных исследований, которые проводились при непосредственном участии автора в лаборатории отделки кафедры механической обработки древесины и древесных материалов Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии под руководством научного консультанта В.И.Онегина, и в лаборатории защитно-декоративных покрытий кафедры технологии деревообработки Братского индустриального института под руководством автора, на предприятиях ЛПУ «Братскгэсст-роя», ПО «Лендревпрома», Усть-Илимском ЛПК, ДОКе № 5 г. Москвы, МПО «Вильнюс» и Братском заводе столярных изделий.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации, отдельные её разделы были заслушаны и получили одобрение научно-технической общественности на ежегодных научно-технических конференциях Братского индустриального института 1983 - 2997 гг., на республиканских научно-технических конференциях (Киев, 1980, 1986 гг.),
на научных конференциях ЛТА по итогам 1989 - 1990 гг., на Всесоюзной научно-технической конференции «Роль молодых учёных в повышении эффективности использования древесины и её отходов в народном хозяйстве (Архангельск, 1986 г.), результаты работы неоднократно представлялись на областных выставках научно-технического творчества молодёжи в Иркутске, на региональной выставке «Жшшще - 94» и дважды на международных выставках «Сиблесопользование» (Иркутск, 1995, 1997 гг.), результаты работы неоднократно докладывались на координационных советах Минлеспрома СССР по проблемам разработки экологически безопасных технологий и оборудования для окраски столярно-строительных изделий.
Реализация работы. Результаты исследований являются научной базой при выполнении Постановления Совета Министров СССР №1083 от 24 сентября 1987 года и Приказа Минлеспрома СССР №925 от 20 ноября 1987 года в части разработки технологии отделки дверных блоков. Совместно с ВНПО «Союзнаучстандартдом» разработана заявка и исходные требования на проектирование и освоение линии отделки дверных блоков методом налива. Результаты па-боты внедрены на деревообрабатывающем комбинате ЛПУ «Братск -гэсстрой», на заводе столярных изделий треста «Илимсклесстрой» территориально-производственного объединения «Усть-Илимский ЛПК», на Братском заводе столярных изделий МПО «Вильнюс» Миндревпрома Литовской ССР. Методологический подход, изложенный в данной работе, использовался при разработке и внедрению на Усть-Илимском ЛПК роторно-конвейерной линии для многоцветной окраски детских игрушек и установки для окраски деревянных шахматных фигур на фабрике Минместпрома в г. Орлове. Результаты работы нашли применение в учебном процессе Братского индустриального института и других учебных заведений России при изучении дисциплины «Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов».
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 35 научных работах, включающих статьи, учебные пособия. Они отражены также в методических указаниях и лабораторных практикумах, используемых в учебном процессе.
Структура и объем. Диссертация состоит из семи разделов, введения, заключения, списка литературы 167 наименований, приложений. Основное содержание изложено на 325 страницах текста, иллюстрировано 76 рисунками и 51 таблицей. В приложении 127 страниц, включены вспомогательные данные, акты о внедрении результатов исследований.