Введение к работе
Актуальность работы.
Современные деревоперерабатывающие предприятия предъявляют
повышенные требования к прочности, влагостойкости и формоизменяемости в условиях повышенной влажности к изделиям из клееной древесины, в частности к фанерным материалам.
Для производства фанеры повышенной водостойкости и прочности
применяют фенолоформальдегидные смолы (ФФС), которые являются
токсичными и являются запрещенными для использования внутри помещений.
Поэтому особый научный и практический интерес представляют технологии
улучшения водостойкости и прочности фанерных материалов на
карбамидоформальдегидных смолах (КФС).
Проведенные ранее исследования В.М. Попова, А.В. Иванова показали
положительное влияние физических полей (к примеру, магнитных,
электрических, ультразвуковых полей) на физико-механические характеристики полимерных и древесных композиционных материалов. Основываясь на этих данных, можно ожидать повышения прочности фанерных материалов при воздействии на них постоянного электрического поля.
Известно, что процесс термомодифицирования древесины повышает
водоотталкиваемость, снижает гигроскопичность, повышает ее устойчивость к
гниению. Следовательно, при использовании шпона, предварительно
обработанного при повышенных температурах, можно ожидать повышения влагостойких характеристик готовых фанерных материалов.
В связи с этим, следует считать актуальной задачу исследования влияния предварительного термомодифицирования шпона и влияния поляризации электрическим полем полимерного компонента в технологии производства влагостойкой фанеры на КФС с высокими прочностными характеристиками.
Целью работы является разработка и научное обоснование технологии
изготовления фанеры повышенной влагостойкости и с улучшенными физико-
механическими характеристиками, включающей ее модификацию
электрическим полем и предварительную термическую обработку шпона.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи
исследования:
1. Анализ литературных данных и технологий изготовления фанеры с
высокими прочностными характеристиками, способы повышения ее водо- и
влагостойкости. Изучение методов повышения прочности древесно-
композиционных материалов за счет физического воздействия различной природы.
-
Изучение влияния различных методов модификации фанерных материалов на комплекс их сорбционных, адгезионных и прочностных характеристик.
-
Анализ причин изменения свойств клея при воздействии постоянного электрического поля.
-
Разработка математической модели, позволяющей определить значения физико-механических и сорбционных свойств фанерных материалов в зависимости от технологических параметров их изготовления.
-
Разработка технологий производства фанеры повышенной влагостойкости с высокими физико-механическими характеристиками.
Научная новизна работы.
Работа содержит научно-обоснованные технические решения (обработка фанеры постоянным электрическим полем и предварительная высокотемпературная обработка шпона), направленные на улучшение комплекса свойств фанеры:
впервые установлено повышение влагостойкости (на 12 %) и водостойкости (на 30 %) фанерных материалов за счет воздействия электрического поля на фанерные материалы в процессе отверждения клеевой прослойки и предварительного термомодифицирования шпона;
впервые установлено повышение адгезионного взаимодействия «шпон-клей» и прочности фанерных материалов (прочность клеевого соединения на скалывание вдоль волокон - на 15-450 %, прочность при сжатии на 25 %, прочность при изгибе на 79 %) при использовании постоянного электрического поля в процессе их изготовления;
предложена математическая модель, позволяющая прогнозировать прочность, водопоглощение и влагопоглощение фанерных материалов, задаваясь напряженностью электрического поля, временем поляризации и температурой отверждения клеевой прослойки, и, наоборот, задаваясь значениями требуемой прочности, значениями водопоглощения и влагопоглощения фанеры, находить технологические параметры процесса изготовления фанеры.
Практическая значимость работы.
Разработаны методики получения фанеры повышенной прочности и влагостойкости при воздействии постоянного электрического поля и термомодифицирования шпона.
Предложена технология производства фанеры повышенной влагостойкости с улучшенными физико-механическими характеристиками.
Предмет и объект исследования.
Предметом исследования является технология повышения прочности фанеры за счет воздействия постоянного электрического поля. Объектом исследования является фанера, собранная из лущеного березового шпона, прошедшего термомодифицирование и карбамидоформальдегидная смола (КФС), обработанная в электрическом поле при отверждении.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.
Методологической базой являются результаты теоретических и
экспериментальных результатов по механизму процесса формирования структуры полимера за счет влияния электрического поля. Теоретической базой исследований являлись работы ученых по физико-механическим свойствам древесных материалов за счет модификации физическими полями различной природы, работы по исследованию водо- и влагостойких характеристик древесных материалов за счет их модифицирования. Эмпирическую основу исследования составляли физико-механические свойства объекта, такие как предел прочности на скалывание, прочность при растяжении, сжатии, при изгибе, водо- и влагопоглощение, влияние электрического поля на вязкость клея, смачиваемость поверхности шпона клеем.
Научные результаты, выносимые на защиту.
В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты:
-
Метод повышения прочности, водо- и влагостойкости фанеры путем воздействия на фанеру электрического поля в процессе отверждения клеевого шва и за счет предварительного термомодифицирования шпона.
-
Влияние электрического поля на свойства полимерной основы клея (уменьшение вязкости, улучшение смачиваемости и растекания клея по шпону).
-
Математическая модель, позволяющая прогнозировать прочность при скалывании, водопоглощение и влагопоглощение фанерных материалов в зависимости от напряженности электрического поля, времени поляризации и температуры отверждения клеевой прослойки.
-
Технология создания фанеры повышенной влагостойкости с улучшенными физико-механическими характеристиками.
Личное участие автора заключается в выборе темы, в сборе и анализе литературных источников, участие в постановке задач и их решении, в проведении экспериментальных исследований, обсуждении результатов, в формулировании выводов по проделанной работе.
Апробация и реализация результатов диссертации.
Основные положения диссертации докладывались на XIV Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (2015,
6
Казань), Региональном фестивале студенческой молодежи «Человек.
Гражданин. Ученый» (2016, Чебоксары), III и IV Международных молодежных научных конференций «Физика. Технологии. Инновации» (2016, 2017, Екатеринбург), Международной научно-практической конференции «Новые решения в области упрочняющих технологий: взгляд молодых специалистов» (2016, Курск).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 2
«Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты
обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой
продукции», п. 4 «Разработка операционных технологий и процессов в
производствах: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит,
строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке
древесины» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение,
технология и оборудование деревопереработки».
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в источнике, входящем в международную реферативную базу данных Scopus, 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертаций, и подана заявка на патент РФ.
Объем и структура диссертации.