Введение к работе
Актуальность исследования. Изделия из клееной древесины составляют значительный вес готовой продукции, выпускаемой современными де-ревоперерабатывающими предприятиями. Операция склеивания применяется для получения фанеры, щитового паркета, в производстве мебели, несущих и ограждающих конструкций, в сборном домостроении.
Одним из основных требований, предъявляемых к изделиям из клееной древесины, является повышение прочности клеевого соединения. Для повышения прочности клееной древесины постоянно совершенствуется технология склеивания, разрабатываются новые марки клеев. Однако, эти мероприятия во многих случаях себя практически исчерпали. На этом фоне особый интерес представляют технологические решения по повышению прочности клееной древесины путем воздействия физическими и, в частности, электрическим полем на клей.
Степень разработанности проблемы. Вопросам создания прочных клеевых соединений древесины посвятили свои работы такие ученые, как В. М. Хрулев, А. С. Фрейдин, А. Н. Чубинский, Л. М. Ковальчук. На сегодняшний день разработаны технологии склеивания древесины, в которых учитывается влияние таких факторов, как шероховатость поверхности древесины, влажность древесины, вязкость клея, температура и давление склеивания, порода древесины и др. Дальнейшее повышение прочности клееной древесины требует внедрения более наукоемких технологий. Перспективными представляются методы создания клеевых соединений древесины повышенной прочности путем модификации клеев при воздействии на них электрическим полем. Настоящая работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Воронежской государственной лесотехнической академии в рамках темы «Исследование и разработка полимерных, древесных и других материалов со специальными свойствами и методов их контроля, применяемых на предприятиях лесного комплекса и других отраслях промышленности» (гос. регистр. 01.2.00609257).
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и обоснование метода получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности путем модификации электрическим полем полимерного компонента клея.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
Изучение состояния проблемы получения клееной древесины повышенной прочности.
-
Разработка способа повышения прочности клеевых соединений древесины путем модификации клея в электрическом поле.
-
Исследование процесса формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии на клей электрическим полем.
-
Изучение механизма структурообразования обработанного электрическим полем клея, а также процессов изменения вязкости клея, смачивания поверхности древесины под воздействием электрического поля.
5. Разработка методики получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности при воздействии на клей электрическим полем.
Предмет и объект исследования. Предметом исследования является механизм процесса повышения прочности клеевых соединений массивной древесины при воздействии электрическим полем на полимерный компонент клея. Объектом исследования являются полимерные клеи марки КФ-Ж, ПВА, Supraterm 436, КФ-МТ-15, а также образцы из пород древесины дуба, сосны, березы и ясеня для испытаний предела прочности клеевых соединений древесины на скалывание вдоль волокон и внутренних напряжений клеевых прослоек.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса формирования структуры полимера под воздействием электрического поля. Для поставленной цели в работе использованы метод математического моделирования и метод молекулярной динамики. Теоретической базой исследований являлись теоретические работы ученых по вопросам физических и физико-химических свойств полимеров, основ адгезии полимеров, влияния условий формирования клеевых соединений на клеящие свойства полимеров, влияния электрического поля на структуру полимеров.
Эмпирическую основу исследования составляли исследования прочности соединений древесины на клеях, подвергнутых электрической обработке, внутренних напряжений в электрообработанных клеевых прослойках, влияния электрического поля на вязкость клея, смачиваемость поверхности древесины клеем.
Научные результаты, выносимые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты.
-
Установлено, что упорядочивание структуры полимерной основы клея под воздействием электрического поля позволяет получать клеевые соединения древесины повышенной прочности.
-
Установлено, что снижение вязкости клея и улучшение смачивания и растекания клея по поверхности древесины при воздействии электрического поля, позволяют снизить расход клея при склеивании древесины твердых пород.
-
Выявлен механизм снижения внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии электрического поля на клей, позволяющий повысить прочностные характеристики клеевых соединений.
-
Разработаны методические основы получения клеевых соединений повышенной прочности при склеивании массивной древесины клеем, обработанным в электрическом поле, позволяющие оптимизировать процесс склеивания.
Научная новизна результатов работы. Научная новизна результатов исследований заключается в разработке методики создания клееной древеси-
ны повышенной прочности путем обработки клея в электрическом поле. К существенным результатам работы, обладающим научной новизной относятся:
-
Установлено повышение прочности клеевых соединений древесины на основе клеев, подвергнутых обработке электрическим полем, отличающееся образованием упорядоченной структуры клея.
-
Выявлено снижение внутренних напряжений клеевых соединений древесины на основе электрообработанных клеев, отличающееся созданием клеевых соединений с более высокой прочностью.
-
Установлено, что клеи, обработанные в электрическом поле отличаются от исходных более упорядоченной структурой и лучшей смачиваемостью поверхности древесины клеем.
-
Разработаны методики получения клеевых соединений древесины повышенной прочности и снижения внутренних напряжений в клеевых прослойках при воздействии на клей электрическим полем, отличающиеся от известных оптимальным процессом создания клееной массивной древесины повышенной прочности, в которых учитываются: тип клея, порода древесины, давление и температура при склеивании, время выдержки в электрическом поле и напряженность электрического поля.
Теоретическая и практическая значимость работы. Представленная в работе математическая модель, в основу которой положены опытные данные, позволяет прогнозировать прочность клееной массивной древесины и формирование внутренних напряжений, задаваясь напряженностью электрического поля, временем обработки, температурой, давлением отверждения клея и породой древесины и, наоборот, задаваясь значением требуемой прочности клеевых соединений, находить технологические параметры процесса склеивания древесины.
Практическая значимость полученных научных результатов заключается в возможности создания в условиях производства изделий из клееной древесины более высокого качества.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» в области исследований и разработки связующих, клеев и лаков для технологии различных деревообрабатывающих производств.
Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно -технических конференциях профессорско - преподавательского состава ВГЛТА (2007,2008, 2009гг.); Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология» (Киров, 2008г); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления науки и технологий» (Тула, 2008г); Школе-конференции «Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России.»
(Воронеж, 2008);Всероссийской научно-технической конференции «XXVIII Российская школа» (Миасс, 2009);Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления науки и технологий» (Тула, 2009г);Х Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех - 2009» (Ухта, 2009г). Разработанная в работе технология склеивания применена в производственной практике предприятий ООО «НИСА+», ЗАО ДОК «Веду-га», ИП «Тимохин Д. И.». Материалы диссертации применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплинам «Древесиноведение, лесное товароведение» для студентов третьего курса и «Технология изделий из древесины» для студентов четвертого курса специальности 25.04.03 «Технология деревообработки».
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, получены 4 патента РФ на изобретение и патент на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежит:[1, 2, 8, 13, 19] — создание экспериментальной установки, получение и обработка экспериментальных данных; [9, 11, 15, 18] - разработка модели процесса склеивания при воздействии электрическим полем на клей.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 109 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 169 страницах машинописного текста, из них 157 страниц основного текста, содержат 9 таблиц и 50 рисунков.
