Введение к работе
Актуальность темы исследования. На современных деревоперерабатывающих предприятиях значительный удельный вес готовой продукции составляют изделия из клееной массивной древесины. Склеивание применяется при производстве фанеры, мебели, щитового паркета, несущих и ограждающих конструкций, в сборном домостроении и др.
Во многих случаях и особенно при склеивании деталей из массивной древесины основным требованием к готовым изделиям является прочность клеевых соединений. Известные на сегодняшний день способы повышения прочности клееной древесины себя практически исчерпали. Поэтому особый научный и практический интерес представляют методы создания клееной древесины повышенной прочности с использованием интенсивных технологий.
Известно, что большинство клеев, используемых на деревоперерабатывающих предприятиях, имеют полимерную основу. Исследования отечественных и зарубежных ученых по влиянию на молекулярную структуру расплавов полимеров физических полей, в частности, магнитных показали повышение таких характеристик как микротвердость и прочность на разрыв полимеров в отвержденном состоянии. Основываясь на этих данных, можно ожидать повышения прочности клеевых соединений древесины при воздействии на полимерный компонент клея магнитным полем.
Данная работа выполнена 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).
Работа выполнялась при финансовой поддержке гранта победителя программы «Участник молодежного научно – инновационного конкурса 2007» (У.М.Н.И.К.) по теме «Разработка интенсивных технологий для создания соединений на клеях повышенной прочности».
Целью диссертационной работы является разработка и обоснование метода получения клееной массивной древесины повышенной прочности путем воздействия магнитным полем на полимерный компонент клея.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Анализ состояния проблемы создания клееной древесины повышенной прочности и разработка метода повышения прочности клеевых соединений древесины путем воздействия на клей магнитным полем.
-
Разработка метода изучения процесса формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии на клей магнитным полем.
-
Изучение процесса структурообразования магнитообработанного клея, изменения вязкости, улучшения смачивания и растекания клея по поверхности древесины при воздействии магнитным полем.
-
Разработка методики получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности при воздействии на клей магнитным полем.
Объектом исследования являются применяемые при склеивании древесины полимерные клеи марки КФЖ, ПВА, SUPRATERM 436, КФ–МТ–15, а также образцы для испытаний предела прочности клеевых соединений на скалывание вдоль волокон и внутренних напряжений клеевых швов из пород древесины дуба, ясеня, сосны, березы.
Предметом исследования является механизм повышения прочности клеевых соединений массивной древесины путем воздействия магнитным полем на полимерный компонент клея.
Методы исследования. Исследования осуществлялись на основе теоретического и экспериментального изучения процесса формирования структуры полимерного компонента клея под воздействием магнитного поля. Методика исследований основывалась на требованиях ГОСТов на массивную древесину и полимерные клеи.
Научная новизна. Научная новизна результатов исследований заключается в разработке нового подхода к созданию клееной древесины повышенной прочности путем упорядочения структуры клея воздействием магнитным полем.
К числу существенных результатов диссертации, обладающих научной новизной, относятся:
-
Установлен эффект повышения прочности клееной древесины на основе клеев, подвергнутых воздействию магнитным полем, отличающийся образованием упорядоченной структуры полимера клеевой прослойки.
-
Экспериментальным путем выявлено снижение внутренних напряжений клеевых соединений древесины, полученных на основе магнитообработанных клеев, приводящее к повышению их прочности.
-
Установлено снижение вязкости клея и улучшение смачивания и растекания клея по поверхности древесины под воздействием магнитного поля, объясняемые перестройкой структурных элементов полимера в сторону упорядочения и уменьшения их размеров.
-
Разработаны методики получения клеевых соединений повышенной прочности при склеивании древесины и снижения внутренних напряжений в клеевых прослойках за счет воздействия на клей магнитным полем, позволяющие оптимизировать процесс создания клееной массивной древесины повышенной прочности.
Значимость для теории. Предложенная математическая модель позволяет прогнозировать прочность клееной массивной древесины, задаваясь напряженностью магнитного поля, временем обработки, температурой и давлением отверждения клеевой прослойки и породой древесины, и, наоборот, задаваясь значениями требуемой прочности клеевых соединений массивной древесины, находить технологические параметры процесса склеивания древесины.
Аналитически описан процесс формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии магнитным полем на клей.
Практическая ценность работы. Приведенные в работе результаты исследований позволяют в условиях производства:
-
Создавать изделия из клееной массивной древесины повышенной прочности.
-
Снижать вязкость клеевой композиции путем воздействия магнитным полем.
Предложенные в работе технологические приемы применены в практике предприятий ООО «СПМК», ООО «Кельвин», ООО «Гринвич» и ООО «ВНП – Транс».
Материалы диссертационной работы используются 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».
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Метод повышения прочности клееной массивной древесины путем воздействия на клей магнитным полем.
-
Влияние магнитного поля на процесс формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины.
-
Процесс воздействия магнитного поля на структуру полимерной основы клея, приводящий к снижению вязкости клея и улучшению смачивания и растекания клея по древесине.
-
Методики процессов получения клеевых соединений повышенной прочности при склеивании массивной древесины и снижения внутренних напряжений в клеевых прослойках при воздействии на клей магнитным полем, позволяющие оптимизировать процесс создания клееной массивной древесины повышенной прочности.
Достоверность научных исследований и выводов основана на результатах фактического материала, полученного в ходе проведения экспериментальных исследований. В ходе проведения лабораторных исследований учитывалась природа субстратов и адгезивов, давление и температура отверждения клеев, напряженность магнитного поля и время воздействия, содержание отвердителя. Полученные результаты обрабатывались методом математической статистики с использованием современного комплекса программ для персонального компьютера.
Апробация основных результатов диссертационной работы .
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно – технических конференциях профессорско – преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2006, 2007, 2008 гг.); Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2005 г.); Воронежской научно – практической конференции с международным участием «Организационно – методические вопросы деятельности научно – образовательного центра в области переработки и воспроизводства лесных ресурсов».(Воронеж, 2006г.); Всероссийской научно – технической конференции «Приоритетные направления развития науки и техники» (Воронеж 2006г.); Четвертой Всероссийской научно – технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь – 2007»(Барнаул 2007г.); Всероссийской ежегодной научно – технической конференции «Наука – производство – технологии – экология»(Киров, 2008г); Всероссийской научно – технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2009г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 18 научных работ, в том числе 4 – в издании, рекомендованном ВАК РФ, получены 5 патентов РФ на изобретение и патент на полезную модель, выигран грант по программе «Участник молодежного научно – инновационного конкурса 2007» (У.М.Н.И.К.).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 83 наименований. Материалы диссертации изложены на 140 страницах машинописного текста, из них 116 страниц основного текста, содержат 9 таблиц и 37 рисунков.
