Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса 9
1 Клееные деревянные конструкции и перспективы их использования 9
1.1 Виды клееных деревянных конструкций 11
1.2 Требования к строительным клееным деревянным конструкциям 16
1.3 Технология клееных деревянных конструкций 19
2 Смолы и клеи, используемые в технологии клееных деревянных конструкциях 24
2.1 Карбамидоформальдегидные смолы и клеи 25
2.2 Фенолоформальдегидные смолы и клеи 26
2.3 Резорциновые и алкилрезорциновые смолы и клеи 26
2.4 Карбамидомеламиноформальдегидные смолы и клеи 27
2.5 Смолы для клееных деревянных конструкций 30
3 Российский рынок смол для деревообрабатывающей промышленности 34
4 Технологические режимы склеивания клееных деревянных конструкций 37
5 Клеи на основе карбамидоформальдегидных смол 40
6 Выводы 43
7 Цель и задачи исследования 44
2 Теоретические предпосылки к исследованию 45
2.1 Карбамидоформальдегидные смолы и клеи 45
2.2 Меламиноформальдегидные смолы 48
2.3 Получение и свойства совмещенных клеев 49
2.4 Механизм получения смол 54
2.4.1 Механизм получения карбамидоформальдегидных смол 55
2.4.2 Механизм получения меламиноформальдегидных смол 60
2.4.3 Механизм получения карбамидомеламиноформальдегидных смол 63
2.4.4 Возможный способ снижения стоимости карбамидомеламиноформальдегидных смол 68
2.5 Режим склеивания клееных деревянных конструкций 69
2.5.1 Склеивание жидкими карбамидоформальдегидными клеями 70
2.5.2 Склеивание карбамидомеламиноформальдегидными клеями 72
2.6 Выводы 75
3 Методика исследований 76
3.1 Исходные материалы 77
3.2 Экспериментальный поиск рецептуры совмещенного клея с исследованием физико-механических свойств клеевых соединений 78
3.3 Статистическая обработка результатов 80
4 Основные свойства совмещенных клеев и клееных деревянных конструкций с их использованием 85
4.2 Прочностные свойства лабораторных образцов клееных деревянных конструкций при различном состоянии 95
4.3 Прочностные свойства промышленных образцов клееных деревянных конструкций при различном состоянии 107
4.4 Время желатинизации совмещенного клея 113
4.5 Выводы 115
5 Опытно-промышленная апробация технологии клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях и экономическая эффективность работы 117
5.1 Опытно-промышленная апробация технологии клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях 117
5.2 Экономическая эффективность технологии клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях 121
5.3 Выводы 124
Основные выводы и рекомендации 125
Список использованных источников 127
Приложения 139
- Карбамидомеламиноформальдегидные смолы и клеи
- Склеивание карбамидомеламиноформальдегидными клеями
- Прочностные свойства промышленных образцов клееных деревянных конструкций при различном состоянии
- Экономическая эффективность технологии клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях
Введение к работе
Роль склеивания в деревообработке невозможно переоценить. Область применения данной технологической операции довольно обширна: получение новых продуктов из качественного, низкокачественного и маломерного сырья; изготовление крупногабаритных изделий, в основном клееных деревянных конструкций; ремонт и реставрация изделий.
Склеивание позволяет не только снижать материалоемкость изготовляемой продукции и более полно использовать низкосортные пиломатериалы и отходы, но и повышать формоустойчивость, жесткость и прочность изделий, легче придавать им требуемую форму, повышать огне -, био - и химическую стойкость. Склеивание позволяет также получать из тонких пиломатериалов и шпона детали крупных сечений.
Видов изделий и полуфабрикатов, в которых применяется склеивание как способ соединения, очень много. Это мебель, щитовой паркет и паркетные доски, клееные несущие и ограждающие конструкции (балки, арки, щиты), переводные и мостовые брусья, шпалы, дверные и оконные блоки, сборные жилые дома, спортивные самолеты и многое другое.
Кроме рационального и комплексного использования древесины, перед промышленностью, изготавливающей клееные материалы и плиты, стоят задачи увеличения выпуска продукции, дальнейшего повышения ее качества, комплексной механизации и автоматизации производственных процессов и управления ими, специализации и кооперирования, снижения стоимости продукции.
Актуальность работы. С точки зрения прочности и водостойкости получаемых изделий в технологии клееных деревянных конструкций целесообразнее использовать меламиноформальдегидные смолы и клеи на их основе. Однако в связи с высокой стоимостью и дефицитом в нашей стране меламина использование таких смол очень дорого. Для практического использования в России в настоящее время в технологии клееных деревянных конструкций целесообразно применять не меламиноформальдегидные, а карбамидомеламиноформальдегидные смолы, которые хотя
еще и дороги, но дешевле меламиноформальдегидных смол. Эти смолы, как правило, используются импортного производства. Одними из лучших в настоящее время карбамидомеламиноформальдегидных смол импортного производства являются смолы европейской фирмы BASF, имеющая большое количество предприятий в разных странах. Такие смолы отечественная деревообрабатывающая промышленность закупает для ответственных строительных клееных деревянных конструкций.
Для дальнейшего удешевления смол актуальным направлением является совмещение импортных карбамидомеламиноформальдегидных смол с отечественными карбамидоформальдегидными смолами. В этой связи использование совмещенных клеев в технологии клееных деревянных конструкций является актуальным. Работа выполнена по госбюджетной научно-исследовательской теме «Исследование возможности использования карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-Ж в качестве добавки к карбамидомеламиноформальдегидным смолам при изготовлении клееных деревянных конструкций».
Цель и задачи настоящего исследования:
Цель: разработка совмещенных карбамидомеламиноформальдегидных клеев рациональных рецептур и технологических режимов с их использованием для производства клееных деревянных конструкций с наименьшими затратами.
Задачи:
разработать рецептуры совмещенного клея на основе импортного карбами-домеламиноформальдегидного клея (Шведского производства марки Каскомин 1242) и отечественных карбамидоформальдегидных клеев;
изучить основные свойства совмещенных клеев;
исследовать физико-механических свойства клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях;
разработать технологические режимы склеивания клееных деревянных конструкций с наименьшими затратами на совмещенных клеях импортного и отечественного производства;
апробировать результаты исследований в производстве;
- определить технико-экономическую эффективность производства клееных
деревянных конструкций на совмещенных клеях от замены части дорогостоящего
импортного клея на более дешевый отечественный клей.
Методика исследований. Поставленные задачи решались посредством теоретических и экспериментальных исследований. Методика исследований в основном соответствовала стандартной методике по различным ГОСТам. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики. Научная новизна работы:
на основе совместимости карбамидомеламиноформальдегидного и карбами-доформальдегидного клеев разработаны рецептуры совмещенного клея для использования в технологии клееных деревянных конструкций, отличающиеся совмещением дорогого карбамидомеламиноформальдегидного клея импортного производства с более дешевым карбамидоформальдегидным клеем отечественного производства;
разработаны рациональные технологические режимы склеивания клееных деревянных конструкций совмещенными клеями, отличающиеся возможностью производства конструкций с наименьшими затратами;
- получены аналитические зависимости, связывающие основные параметры
технологического процесса, позволяющие оперативно производить контроль тех
процесса для получения клееных деревянных конструкций с требуемыми свойства
ми.
Значимость для теории.
установлена совместимость карбамидомеламиноформальдегидного клея импортного и карбамидоформальдегидного клея отечественного производства;
получены аналитические зависимости, связывающие основные параметры технологического процесса, позволяющие оперативно производить контроль техпроцесса для получения клееных деревянных конструкций с требуемыми свойствами;
установлены закономерности между выходным параметром (пределом прочности при скалывании вдоль волокон древесины) от исследуемых переменных факторов (содержания карбамидоформальдегидной смолы в совмещенном клее, содер-
жания щавелевой кислота в карбамидоформальдегидной смоле и расхода совмещенного клея) представленные математическим аппаратом уравнениями регрессии в зависимости от состояния образцов (Yi,Y2), что дает возможность проводить численные расчеты предела прочности при скалывании вдоль волокон древесины для определения рецептуры совмещенного клея.
Значимость для практики. Разработанные совмещенные клеи применяемые для склеивания клееных деревянных конструкций позволяют снизить расход дорогостоящей импортной смолы и на этой основе уменьшить себестоимость производства клееных деревянных конструкций.
Графо-аналитические методы расчета позволяют на практике определять рецептуры совмещенного клея при склеивании клееных деревянных конструкций.
На основе анализа результатов и предложенных решений получен акт опытно-промышленной апробации использования совмещенных карбамидомеламинофор-мальдегидных смол в технологии клееных деревянных конструкций на ЗАО «ТАМАК».
Положения, выносимые на защиту:
рецептуры совмещенного карбамидомеламиноформальдегидного клея;
графо-аналитический метод расчета для определения рецептуры совмещенного клея при склеивании клееных деревянных конструкций;
технологические режимы склеивания клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается относительной погрешностью результатов эксперимента, не превосходящей допустимое значение в деревообработке 5%, позитивными результатами внедрения совмещенных клеев в технологию производства клееных деревянных конструкций на ЗАО «ТАМАК» и экономической эффективностью применения разработанных совмещенных клеев в производстве клееных деревянных конструкций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых ВГЛТА (Воронеж 2002, 2003, 2004); международной научно-технической конференции «Социально-экономические и эколо-
гические проблемы лесного комплекса» (Екатеринбург 2005); межвузовской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы лесного комплекса» (Воронеж 2005).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из которых 6 в соавторстве.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 149 страниц машинописного текста, включающих 139 страниц основного текста и 10 страниц приложений, содержит 15 рисунков, 14 таблиц. Список использованной литературы включает 115 наименований, из них 11 на иностранном языке.
!
Карбамидомеламиноформальдегидные смолы и клеи
ФФС отличаются от КФС прежде всего тем, что они обеспечивают образование наиболее прочных и водостойких клеевых соединений. Опыт промышленного применения ФФС показывает, что древесина, склеенная этими клеями, приобретает способность хорошо противостоять переменным воздействиям влажности и температуры окружающей среды. Благодаря высоким адгезионным свойствам, повышенной стойкости к холодной и горячей воде и биологической стойкости ФФС применяют преимущественно для склеивания ответственных КДК
Помимо строительных КДК эти смолы широко используют для изготовления фанеры повышенной водостойкости, древесных пластиков, прессованных изделий из древесной крошки и многих других материалов, применяемых в судо -, вагоно -, самолето -, машиностроении, в электроизоляционной промышленности, в строительстве и других областях народного хозяйства.
К недостаткам ФФС следует отнести более высокую цену, а также пониженную скорость отверждения по сравнению с КФС. Кроме того, ФФС дают темный клеевой шов, некоторые марки ФФС (такая, например как СФЖ-3011) требует подсушки после нанесения на поверхность [19,27,29, 64,81,91]. Резорциновые и алкилрезорциновые смолы получают конденсацией формальдегида с резорцином или с его алкильными производными. В качестве последних используют смесь алкилрезорцинов.
Резорциноформальдегидные смолы можно применять для получения клеев горячего и холодного склеивания. Резорцин отличается от одноатомного фенола большей реакционной способностью. Реакция протекает преимущественно в нейтральной и слабощелочной среде.
Практически все смолы этого типа хорошо растворяются в воде. Когезионная прочность алкилрезорциновых клеев несколько меньше прочности резорциновых, хотя и превышает прочность древесины мягких хвойных пород. По адгезионным свойствам эти клеи равноценны. Поскольку реакционная способность резорцина и его производных более высокая, чем у фенола, то соотношение резорцина или ал-килрезорцинов и формальдегида при синтезе должно быть меньше эквимольного. В этом случае получаются стабильные смолы с большим сроком хранения (по техническим условиям не менее полугода, а на практике - год и более). В этом их большое преимущество по, сравнению с фенольными и карбамидными клеевыми смолами. Отверждаются смолы при введении недостающего количества формальдегида, который входит в состав отвержденного продукта.
По своим адгезионным свойствам, водостойкости, стойкости к атмосферным воздействиям, биологической стойкости клеи отвечают высоким требованиям, предъявляемым в производстве фанеры повышенной водостойкости, строительных деревянных конструкций, лыж и других видов клееной продукции. Однако в связи с высокой стоимостью резорцина их применение ограничено, экономически выгоднее использовать смолы в качестве добавок к фенолоформальдегидным смолам в качестве ускорителей отверждения [19,64,81,86].
Эти смолы соединяют в себе положительные качества карбамидоформальде-гидных и фенолоформальдегидных смол. Поскольку меламин очень дорогой и дефицитный продукт, то вместо чистых меламиновых смол чаще всего используют карбамидомеламиноформальдегидные смолы (КМФС) [56, 58,61,62].
Основные преимущества КМФС, по сравнению с карбамидоформальдегидны-ми и фенолоформальдегидными смолами, сводятся к следующему: высокая прочность, водостойкость, долговечность, термостойкость клеевого соединения, быстрая скорость отверждения смол [29,64,81,86].Эти смолы предназначены для получения ответственных КДК, фанеры (используемой за рубежом), ламинирования древесностружечных плит [1,19,64,81]. КМФС получают при значительно меньшем количестве меламина по сравнению с меламиноформальдегидными смолами, однако свойства их близки последним, особенно водостойкость.
Получение качественных КМФС является сложным процессом. В мировой практике лучшими, КМФС являются смолы европейского химического концерна BASF, головная фирма которого находится в Германии. Ее доля в мировом производстве смол составляет около 60%. Смолы этого концерна использует практически вся Европа. Основными потребителями смолы являются: Германия, Скандинавские страны, Голландия, Бельгия и др. [6,14,18]. Эти смолы закупает и Россия для производства ответственных строительных КДК и других конструкций [22,29,42]. Сравнительная характеристика отечественных и концерна BASF [107] КМФС будет приведена ниже.
Совмещением готовых карбамидо - и меламиноформальдегидных смол, которые легко смешиваются, можно получать клеящие композиции различной водостойкости. При перемешивании смол в соотношении 1:1 достигается достаточно высокая водостойкость клеевого соединения к действию кипящей воды [56, 115].
Для синтеза карбамидомеламиноформальдегидных смол с заранее заданными свойствами наиболее пригодна реакция совместной поликонденсации карбамида и меламина с формальдегидом. Преимущества такой поликонденсации обусловлены протеканием реакции в гомогенной среде с образованием карбамидомеламинофор-мальдегидных сополиконденсатов [1, 79,105].
Кроме клеящих КМФС на практике используют пропиточные [40,51] КМФС марок ЦНИИФ-ММП и ММПК, ММ-54-У для поверхностных слоев декоративной фанеры и др. [6,64,81]. В технологии КДК практического применения эти смолы не получили. На основе КМФС получают также клеящие пленки [46,113].
Склеивание карбамидомеламиноформальдегидными клеями
Температура помещения и температура склеиваемых деталей должна поддерживаться на одном уровне и составлять 18...25. Колебания температуры приводят к сильному изменению времени отверждения. Особенно это проявляется зимой и летом. Поэтому летом приходится изготовлять клей холодного отверждения понемногу, по мере его израсходования. Иногда применяют клеянки с охлаждением водой.
Существенное значение имеют сроки открытой и закрытой выдержки до прессования. Время выдержки зависит от плотности древесины, ее влажности, расхода клея, температуры. Рост первых трех факторов увеличивает допустимое время выдержки. Для большинства марок за рубежом принято, что время выдержки перед прессованием для клеев горячего отверждения составляет 0...24 часа, а для клеев холодного отверждения - около 20 минут.
Надо помнить, что время от начала загрузки пакетов в горячий пресс до запрессовки должно составлять 1...1,5 минуты во избежание некачественного склеивания из-за преждевременного отверждения. При раздельном нанесении смолы и отвердителя время выдержки до прессования ограничивается жизнеспособностью смолы - величиной, значительно большей, чем жизнеспособность клея. Иногда рекомендуется подсушка поверхности с нанесенным отвердителем, что уменьшает количество воды, вводимой в клей, и ускоряет процесс. Некоторые перспективы в уве- личении жизнеспособности клея создает способ одновременного раздельного нанесения на склеиваемые поверхности смолы и отвердителя. Так как реакция отверждения начинается только в момент их совмещения, жизнеспособность клея растет.
Для получения качественного клеевого сопряжения на карбамидных смолах большое значение играет давление при прессовании. Карбамидные клеи требуют относительно высокого давления - 5... 12 кг/см . Время прессования зависит от температуры плит пресса, влажности древесины и ее породы, расхода клея и его вида.
Температура горячего прессования равна 110...125 для отечественных клеев и 95... 105 для ряда зарубежных.
Карбамидные смолы дают высокопрочное клеевое соединение при эксплуатации в условиях, защищенных от прямого совместного воздействия воды и температуры выше 70. Прочность таких соединений не понижается после продолжительного вымачивания в воде при комнатной температуре. Отмечается, что вымачивание в холодной воде и последующее высушивание сравнительно мало изменяет прочность клеевого соединения (если только высушивание производилось не при высоких температурах). Клеи, отвержденные при высоких температурах, дают более теплостойкий клеевой шов, чем клеи холодного отверждения.
Детальное исследование теплостойкости клеев на основе карбамидных смол было проведено Бломквистом и Олсопом (США). Было проверено 10 марок клеев холодного (18...24 часа при 24) и горячего (8 минут при 115) отверждения с разным процентом сухого остатка, как с наполнителем (от 82 до 120% пшеничной муки), так и без него, на основе жидких и порошкообразных смол. Относительная влажность воздуха колебалась от 30 до 65%, а влажность древесины от 3 до 12%. Этими исследователями были проведены долговременные испытания (до 36 месяцев) фанеры, склеенной клеями холодного и горячего отверждения. Аналогичные, но более длительные испытания были проведены в России А.Б. Губенко.
Бломквист и Олсоп нашли, что по прочности клеи холодной полимеризации располагаются следующим образом: концентрированный клей, дающий эластичный клеевой шов; концентрированный клей с наполнителем; клей на основе порошкообразной смолы без наполнителя; клей низкой концентрации с наполнителем. Потеря прочности этих клеев при 27, 49, 60 и 70 снижается в среднем на 10, 11, 32 и 43%.
Клеи горячего отверждения располагаются в аналогичный ряд. Однако процент потери прочности для клеев горячей полимеризации во всех случаях меньше, чем для клеев холодной полимеризации и составляет 4, 7, 19 и 31% при температурах 27, 49, 60 и 70.
Повысить эксплуатационные качества клеевого сопряжения и особенно его водостойкость можно, вводя в клей различные усиливающие добавки - в основном меламин и его производные, а также резорцин.
Отечественные жидкие карбамидоформальдегидные клеи не уступают по своим качествам наиболее распространенным маркам зарубежных клеев такого типа. Отличием наиболее высококачественных марок зарубежных смол по сравнению с отечественными смолами является их повышенный срок хранения [19,101].
Условия склеивания карбамидомеламиноформальдегидными и карбамидными клеями практически одинаковы. Однако при склеивании карбамидомеламиновыми клеями влажность склеиваемой древесины может составлять 6... 10 %, в то время как для карбамидных клеев низкий предел влажности 4...5 % [42].
Молекулы меламиновых смол, так же как и карбамидных, при нагреве сшива-ются между собой при помощи эфирных или метиленовых мостиков, образуя неплавкий и нерастворимый полимер. Установлено, что жидкие клеи легко отвержда-ются добавками растворов кислот (муравьиной, хлоруксусных, фосфорных и других). Скорость отверждения, аналогично карбамидным клеям, определяется концентрацией водородных ионов. Меламиновые смолы отверждаются при меньшей кислотности и, по-видимому, менее чувствительны к рН, чем карбамидные.
В Германии меламиновые клеи используют в деревянном судостроении. Бесцветность меламиновых, так же, как и карбамидных, смол является их преимущест- вом по сравнению с фенольными и резорциновыми смолами. Меламиновые смолы выпускают в жидком и порошкообразном виде, а также в виде пленок.
В Западной і Европе и США основная часть меламиновых смол для клеев выпускается в порошкообразном виде, что объясняется недостаточной стабильностью жидких смол. Концентрация отечественных и зарубежных жидких меламиновых І смол составляет около 65%. Приготовление клеев заключается в растворении смол и добавке отвердителя. Наполнители для меламиновых клеев не имеют такого жизненного значения, как для карбамидных, но их часто применяют из экономических соображений. В качестве наполнителей за рубежом употребляют ржаную муку, крахмал, древесную муку, применяемые и для карбамидных клеев. В нейтральной среде процесс отверждения проходит при повышенной температуре (85...100). При добавке кислых отвердителей температуру отверждения можно снизить до 45 и ниже. Специальными исследованиями доказано: с повышением температуры скорость образования крупных молекул уменьшается, что может сопровождаться падением прочности склеивания. Однако в производстве чаще всего пользуются меламиновыми клеями горячего отверждения. Высокая реактивность меламиновых клеев позволяет не опасаться преждевременного удаления влаги из клея, что в случае использования карбамидных и, особенно, фенольных смол, может понизить прочность склеивания.
Прочностные свойства промышленных образцов клееных деревянных конструкций при различном состоянии
Сырьем для сращивания являются короткомерные и низкосортные пиломатериалы влажностью не более 15 %. Минимально допустимая длина составляет от 0,1 до 0,5 м в зависимости от используемого оборудования и качества сырья. Средняя длина может быть различной, но обычно колеблется в диапазоне 1±0,5 м.
Подготовка сырья к склеиванию заключается в формировании сушильных пакетов в камерной сушке досок. Качество их должно соответствовать требованиям на изделие. Дополнительно следует обращать внимание на то, чтобы в зоне фрезерования не было сучков диаметром более 5 мм, прорости, смоляных кармашков, червоточины и трещин. Сучки, допускаемые в изделии, должны находиться от кончиков шипов не ближе, чем на расстоянии трех диаметров сучков (диаметр измеряется между касательными, перпендикулярными продольной оси отрезка). Заготовки должны быть рассортированы по породам, так как смешение пород в одной клееной детали не допускается. Разница во влажности сращиваемых заготовок не должна превышать 6 %. Заготовки, склеенные по длине при высокой влажности, могут быть в последующем высушены до эксплуатационной влажности по нормальным и мягким режимам.
Клеи, используемые для погонажных изделий, выбираются в соответствии с условиями эксплуатации продукции: для внутреннего использования - поливинил-ацетатные (влажность древесины не более 12 %), казеиновые и карбамидные, для наружного использования - фенольные и фенолорезорциновые [28,89,90]. Технологический процесс изготовления включает следующие операции: 1) Продольный раскрой. Выполняется с целью прирезки досок на заданную ширину. В пакете пиломатериалов после сушки могут быть доски различных ширин, а также доски, содержащие обзол. Поэтому первой операцией должно быть формирование ширины и удаление дефектных участков на прирезных станках. Уменьшение ширины доски может также уменьшить общую покоробленность заготовки. 2) Поперечный раскрой досок. Необходим для вырезки недопустимых дефектов, в том числе и покоробленной, части заготовок. Использоваться могут специализированные линии раскроя, автоматы, работающие по предварительной разметке, или станки общего назначения [85,89]. На крупных предприятиях имеет смысл использовать современные линии торцевания, оснащенные микропроцессорной техникой, реагирующей на метки, сделанные специальным мелом (флюоресцентным карандашом). Подобные линии имеют точность позиционирования до 0,1 мм и скорость подачи до 150 м/мин. В тех случаях, когда главным является не внешний вид заготовок, а их прочность (например, для элементов строительных конструкций), можно использовать аналогичные линии с узлом оценки прочности доски и автоматической отметкой слабых мест, которые затем выпиливаются на торцовой пиле. 3) Формирование зубчатых шипов. Горизонтальные шипы формируют на проходных станках типа ПІО - 10 и ШО — 16, вертикальные шипы - на позиционных станках типа ШЛА - 40. Кроме того, имеется ряд импортных шипорезных станков, обычно входящих в состав линий сращивания. Режущим инструментом являются сборные фрезы, двух - и четырехрезцовые. Особенностью настройки шипорезов является то, что необходимо обеспечить смещение профиля шипов на ХА шага на правой и левой сторонах заготовки. 4) Нанесение клея на шипы. Часто используют ручное нанесение (окунание), имеются также клеенаносящие станки с гребенкой, повторяющей профиль шипов и находящейся в ванне с клеем. Для регулирования расхода клея имеется заслонка такого же профиля. Зазор между ней и гребенкой устанавливается из расчета расхода клея не менее 400 г/м2 площади клеевого соединения. Предпочтительным является двухстороннее нанесение клея [104]. 5) Сборка и; запрессовка соединения. Проводится в пневматических или гид-равлических прессах, обеспечивающих необходимое усилие прессования, которое зависит от длины шипа [102,109]. Полученные плети сращенных досок (длиной до 24 м и более) поступают на следующие операции, состав которых зависит от того, требуется ли склеивание досок по ширине. При большой ширине клееной детали и недостатке досок большой ширины такая операция становится обязательной. Поэтому доски проходят строгание двух кромок (обычно на продольно - фрезерном станке), нанесение клея и запрессовку в позиционном прессе. Возможно склеивание сплошного щита шириной до 1 м либо склеивание широких досок (например, из двух - трех узких). В первом случае ширина всех заготовок (делянок) может быть одинакова, во втором случае следует применять склеивание досок разной ширины, с тем, чтобы при последующем склеивании по толщине получить разбег стыков в поперечном сечении клееной детали. После склеивания щиты раскраиваются на доски требуемой ширины на специальном многопильном станке и проходят двухсторонний рейсмусовый станок, где выполняется строгание двух пластей. Нанесение клея на пласти можно выполнять на вальцовых станках типа KB -9. При малых объемах производства не следует отказываться от ручного нанесения клея специализированным инструментом, так как очистка клеенаносящего оборудования от остатков клея представляет собой значительную проблему. Особенно это касается использования фенольных клеев, которые сегодня являются основными для строительных деревянных конструкций [63,78,80]. Сборка пакетов и запрессовка осуществляются вручную с использованием специального инструмента (пневмогайковерты и пр.) При сборке наилучшие по качеству древесины слои помещаются в растягиваемую (нижнюю) часть строительного элемента, а худшие - в среднюю часть. Время прессования зависит от температуры в помещении (в зоне склеивания). Если прессы поместить в зону высоких температур (60...80 С), становится возмож ным проводить не менее двух запрессовок в смену, что позволяет поднять производительность труда на этом участке. Послепрессовая обработка клееной продукции имеет свои особенности, связанные с большими габаритами изделий. Для опиловки торцев применяют цепные электропилы или специальные ленточнопильные станки. Строгание пластей можно выполнить с помощью паркетострогальной машины или на специальном рейсмусовом станке с поворотным столом типа "Rex", выборку отверстий и пазов - с помощью электрифицированного инструмента.
Отделка поверхностей обычно выполняется с целью защиты от увлажнения и сводится к обработке защитными составами или грунтованию их. Перевозка деталей заказчику необходима в упакованном виде (обычно в полиэтиленовой пленке) [6].
Экономическая эффективность технологии клееных деревянных конструкций на совмещенных клеях
В период организации в нашей стране массового изготовления клееных конструкций (1975-1990 гг.) была создана обширная нормативная база (СНиПы, ГОСТы, руководства) по проектированию, изготовлению и применению таких конструкций. Основные положения этих документов не потеряли актуальности и используются в настоящее время на практике. Однако за прошедшие годы произошли значительные изменения в структуре и организации производства, что потребовало внесения изменений в действующие документы и вызвало необходимость разработки новых.
Основным стандартом, которым руководствуется наша промышленность в последние десятилетия, является ГОСТ 20850-84 «Конструкции деревянные клееные. Технические условия» взамен аналогичного ГОСТа от 1973 г.
Положения этого стандарта распространялись на многослойные несущие (арки, балки, фермы, рамы и тому подобное) и ограждающие (панели стен, плит покрытий) конструкции, используемые в зданиях и сооружениях сельскохозяйственного, промышленного, спортивно-зрелищного назначения.
В настоящее время номенклатура конструкций существенно изменились. Практически в строительстве не используются клееные ограждающие конструкции. Несущие составляют не более 30...35% общего объема изготовляемых клееных конструкций. Вместе с тем существенно увеличилась доля так называемых ненесущих конструкций - брусьев стен малоэтажных домов, брусков для изготовления оконных и дверных коробок. Постепенно увеличивается применение клееных конструкций -колонн, балок перекрытий, строительных элементов покрытий в каркасных малоэтажных домах.
Конструкции используются как в большепролетных сооружениях, в том числе спортивно-зрелищных, так и в малопролетных деревянных домах. Естественно, что ответственность конструкций в этих случаях разная. Кроме того, клееная древесина используется в качестве малонапряженных элементов (например, брусья стен малоэтажных домов, бруски оконных и дверных коробок), сечение которых выбирается обычно по конструктивным соображениям, а не по расчету несущей способности [35,87]. -
Строительные конструкции делятся на несущие и ограждающие. Использование древесины в несущих конструкциях дает наибольший эффект, так как в них удается сочетать высокие прочностные свойства древесины, ее малую плотность, декоративность. Клееные деревянные конструкции позволяют получать легкие безопорные сооружения большого пролета (до 120 м) [96]. К несущим конструкциям относятся (рисунок 1.3): 1) балки сплошного сечения, двутавровые, коробчатые и др., а также переменной и постоянной высоты, одно- и двухскатные, одно- и многопролетные; 2) стойки сплошного сечения и решетчатые; 3) арки треугольные, стрельчатые, сегментные и др.; 4) рамы из криволинейных или прямолинейных полурам; 5) фермы и купола. Нашло также применение армирование [67] клееных деревянных деталей несущих конструкций путем вклеивания металла или стеклопластика [13,98]. Арматура берет на себя большую часть усилий, что повышает несущую способность конструкции, позволяет уменьшить расход древесины. Для армирования чаще всего используют стальную арматуру периодического профиля, иногда - стальные полосы, проволоку, металлическую сетку. Вклеивают арматуру эпоксидным клеем в сжатые и растянутые зоны балок. Несмотря на обилие строительных материалов, большинство из которых значительно прочнее и долговечнее древесины, КДК нашли свое применение в строительной индустрии,и пользуются неизменным спросом. Этому способствуют следующие преимущества КДК перед другими строительными конструкциями (в том числе металлическими и железобетонными): высокая прочность при малом весе [95,99]; новые архитектурные возможности; возможности получения больших пролетов; высокая огнестойкость конструкций; отсутствие температурных деформаций. На элементы деревянных строительных конструкций имеются технические условия. В зависимости от назначения различают три класса продукции: 1) Элементы, для которых главными являются архитектурные качества. От делка должна подчеркивать природную структуру древесины. 2) Элементы общестроительного назначения. Отделка укрывистая. 3) Элементы, для которых внешний вид не имеет значения. Строгание боковых поверхностей не требуется, внешнее покрытие играет только защитную роль. По температурно-влажностным условиям различают 3 группы элементов: С -эксплуатируемые внутри отапливаемых помещений (влажность воздуха не более 75%). Соответствует группам А1, А2, Б1 по СНиП П-25-80; В - эксплуатируемые в открытых атмосферных условиях и неотапливаемых помещениях (A3, Б2, В); М -эксплуатируемые в воде или в земле, а также подвергающиеся сильному увлажнению [6]. Для изготовления элементов КДК допускаются пиломатериалы только хвойных пород (сосна, ель, пихта) с прочностью чистой древесины не менее: при изгибе - 65 МПа, при сжатии - 35 МПа. при растяжении -85 МПа, при скалывании - 6 МПа [70,94]. Влажность пиломатериалов перед склеиванием должна быть не более 10% для элементов группы С и 14% для других групп. Разница во влажности отдельных досок не должна превышать 4%.
