Вплив вологості та температури на міцність термопластичних клейових з'єднань деревини листяних порід
Результати дослідження впливу вологості та температури навколишнього середовища на міцність полівінілацетатних клейових з'єднань листяних порід деревини. Використання математичної моделі прогнозування міцності термопластичних клейових з'єднань деревини.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.03.2017 |
| Размер файла | 332,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ВПЛИВ ВОЛОГОСТІ ТА ТЕМПЕРАТУРИ НА МІЦНІСТЬ ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ КЛЕЙОВИХ З'ЄДНАНЬ ДЕРЕВИНИ ЛИСТЯНИХ ПОРІД
Проф. Б.Я. Кшивецький, д-р техн. наук - НЛТУ України, м. Львів
На прикладі деревини дуба, наведено результати дослідження впливу вологості та температури навколишнього середовища на міцність полівінілацетатних клейових з'єднань листяних порід деревини. Для досліджень використано математичну модель прогнозування міцності термопластичних клейових з'єднань деревини. Здійснено аналіз отриманих результатів прогнозування міцності клейових з'єднань деревини дуба. Досліджено вплив будови і структури деревини дуба та хімічних компонентів структурова- них і неструктурованих полівінілацетатних клеїв на міцність клейових з'єднань під час експлуатації. Встановлено закономірність зміни міцності термопластичних полівініла- цетатних клейових з'єднань деревини дуба залежно від зміни вологості і температури навколишнього середовища.
Ключові слова: клей, деревина, міцність, вологість, температура, клейові з'єднання, прогнозування, водостійкість, теплостійкість.
Для досліджень закономірностей зміни міцності термопластичних ПВА клейових з'єднаннях листяних порід деревини використано деревину породи дуб та математичну модель прогнозування міцності [1-3]:
термопластичний клейовий з'єднання деревина
а = -А(і)ЛТ(і) + В (і)Л Ж(і) ехр(-а(і)V0); (1)
де: ЛТ(і) - середньозважена температура навколишнього середовища, оС;
ЛЖ(і) - середньозважена вологість навколишнього середовища; параметри А(і),
В(і), С(і) - залежні від зміни температури і вологості навколишнього середовища.
Під час вивчення закономірностей зміни міцності термопластичних клейових з'єднань деревини дуба, температурний та вологісний діапазон навколишнього середовища відповідав середньозваженому значенню Західного регіону України за рік, у якому зміна температури знаходилась в межах від -25,4оС до +33,3оС, а вологості - від 40 до 100 %. Результати дослідження наведено в табл. та рис. 1 і 2.
Табл
Розрахунок міцності клейових з 'єднань деревини дуба залежно
|
від вологості та температури навколишнього середовищ |
а |
|||||
|
Вологість, % |
Міцність о, МПа |
До, МПа |
До, % |
|||
|
Температура, оС |
||||||
|
4,18 оС |
7,89 оС |
12,3 оС |
||||
|
66,46 |
2,9 |
2,8 |
2,7 |
0,2 |
6,8 |
|
|
80,50 |
3,6 |
3,5 |
3,4 |
0,2 |
5,5 |
|
|
91,93 |
4,1 |
4,0 |
3,8 |
0,3 |
7,0 |
|
|
До, МПа |
1,7 |
1,2 |
1,2 |
|||
|
До, % |
41,3 |
42,8 |
40,7 |
Як видно з табл. та графіків на рис. 1 і 2, вологість навколишнього середовища більше впливає на міцність, ніж температура. З рис. 1 видно, що підвищена вологість навколишнього середовища позитивно впливає на клейове з'єднання деревини дуба, а саме із збільшенням вологості - міцність зростає. Під час експлуатації з мінімальною середньозваженою річною вологістю навколишнього середовища 66 % міцність для всіх трьох середньозважених річних температур знаходиться в межах 2,7-3,0 МПа. Зі збільшенням середньозваженої вологості навколишнього середовища до 92 % міцність збільшується і становить 3,8-4,0 МПа. Тобто, в разі збільшення середньозваженої вологості навколишнього середовища приблизно на 26 %, міцність збільшується на 1,11,2 МПа або на 41-43 % та із збільшенням вологості на 1 % міцність зростає в середньому на 0,047 МПа (1,65 %) від початкової міцності.
Рис. 1 Зміна міцності клейових з 'єднань деревини дуба, склеєних структурованими термопластичними клеями із ступенем навантаження Б4, залежно від зміни вологості
Пояснити таку поведінку клейових з'єднань деревини дуба можна тим, що згідно з теоретичними припущеннями [4, 5], завдяки гідрофільності деревини та клейового шва, волога, яка є в повітрі, сорбується у клейове з'єднання. Враховуючи склад клейової композиції на основі ПВА, будову і структуру деревини, що містять полярні групи, в тому числі і групи -ОН, які сприяють утворенню різноманітних водневих зв'язків, що веде до збільшення когезійної міцності в клейовому шві та адгезійної міцності до деревини. Тому, за умов підвищення вмісту води, яка проникає в клейове з'єднання деревини, утворюються водневі зв'язки між компонентами ПВА і клейовим швом та деревиною. Нагадаємо, що енергія додаткових водневих зв'язків хоч і невелика, і вони швидко руйнуються, але значна їх кількість приводить до зростання адгезійної і коге- зійної міцності. Саме завдяки надлишковій воді, яка потрапляє у клейове з'єднання, відбувається утворення достатньої кількості таких зв'язків, що приводить до збільшення міцності.
Перенасичення клейового з'єднання водою більше від гранично допустимої норми (для деревини дуба за температури +20оС ця норма становить 30 %) буде відбуватися набрякання деревини та клейового шва. Виходячи з того, що деревина дуба навіть за відносної вологості навколишнього середовища 100 % може поглинути вологи стільки, що вологість деревини не перевищить межу гігроскопічності (менше 30 %), процес набрякання не відбуватиметься, тому і не зменшуватиметься адгезійна і когезійна міцність клейового з'єднання. Для того, щоб процес набрякання клейового з'єднання проходив, необхідне капілярне поглинання вологи, яке може проходити тільки в разі вимочування склеєних зразків. Тепер проаналізуємо як впливає температура навколишнього середовища на адгезійну і когезійну міцність з'єднань деревини дуба, склеєних структу- рованим клеєм (рис. 2).
Рис. 2 Зміна міцності клейових з'єднань деревини дуба, склеєних структурними термопластичними клеями із ступенем навантаження Б4, залежно від зміни температури
Як видно з рис. 2, із підвищенням середньозваженої температури від +4,8 оС до +12,23 оС міцність зменшується на 0,2-0,3 МПа або на 27 % від початкової. Тобто з підвищенням температури на 1 оС міцність знижується в середньому на 0,028 МПа (0,79 %) від початкової.
Пояснюється такий вплив температури на клейове з'єднання деревини, сформоване структурованим клеєм, також припущеннями [6, 7], згідно з якими основним компонентом клею (90 %) є ПВА та ПВС, які у природному початковому стані належать до аморфних речовин, що мають високу еластичність. Тому найкращу адгезійну і когезійну міцність з'єднання деревини, склеєні структурним клеєм, будуть мати в межах температури склування клейової композиції. У нашому випадку, враховуючи всі складові компоненти клею і рідкосітчас- ту структуру клейового шва, температура склування знаходиться в межах +8 оС. За підвищених температур посилюється тепловий рух та амплітуда внутрішнього руху окремих сегментів макромолекул, збільшується гнучкість макромолекул. Рідкосітчаста структура клейового шва дещо зменшує цю рухливість порівняно з лінійною і дає змогу до кінця компенсувати ті пружно-деформаційні навантаження, які виникають з підвищенням температури, що призводить до певного зменшення міцності.
На рис. 3 і 4 наведено результати зміни міцності для клейових з'єднань деревини дуба, склеєних неструктурованими клеями, що формують лінійну структуру клейового шва (ступінь навантаження Б1), залежно від зміни вологості та температури навколишнього середовища.
Рис. 3 Зміна міцності клейових з'єднань деревини дуба, склеєних неструктурованими клеями із ступенем навантаження Б1, залежно від зміни вологості
Як видно з рис. 3, міцності для клейових з'єднань деревини дуба, склеєних неструктурованими клеями, що формують лінійну структуру клейового шва, змінюються від 2,2 МПа до 2,75 МПа. Із збільшенням середньозваженої вологості навколишнього середовища від 66 % до 90 % збільшується на 0,55 МПа або на 25 %. Порівняно із з'єднаннями деревини дуба, які сформовані структурними клеями, зниження міцності менше, що зумовлено, очевидно, фі- зико-механічними властивостями неструктурованого клею. Хоча за характером зміни обидва клеї мають однакову залежність. Тобто із збільшенням вологості на 1 % міцність зростає на 0,023 МПа, що становить 1,04 % від початкової міцності. На рис. 4 наведено графічну інтерпретацію зміни міцності деревини дуба, склеєних неструктурованими клеями, залежно від дії температури.
Рис. 4 Зміна міцності клейових з'єднань деревини дуба, склеєних неструктурованими клеями із ступенем навантаження Б1, залежно від зміни температури
Згідно з отриманими результатами, із підвищенням температури навколишнього середовища міцність практично залишається незмінною, якщо не враховувати зміни вологості, і становить для відносної вологості повітря навколишнього середовища 66,32 % - 2,2 МПа; для вологості 80 % - 2,45 МПа і для вологості 90 % - 2,75 МПа. Враховуючи річну середньозважену зміну вологості навколишнього середовища від 66 % до 90 %, міцність зростає від 2,2 МПа до 2,75, тобто на 25 %. Зростання міцності є дещо меншим, ніж у випадку зі структурним клеєм (на 41-43 %). Порівняно із з'єднаннями деревини дуба, склеєного структурованим клеєм, є інша відмінність, у разі використання неструктурова- них клеїв міцність зі зміною температури від 1,9 до 9,73 0С залишається практично незмінною.
Таку поведінку клейових з'єднань деревини дуба із використанням термопластичних неструктурованих клеїв, які несуть навантаження Э1, можна пояснити лінійною структурою клейового шва - такі клейові з'єднання є еластичнішими порівняно з клейовими з'єднаннями, сформованими рідкосітчастою структурою. Внаслідок цього напруження та деформації, які відбуваються за підвищення температури, більшою мірою компенсуються і є меншими за напруження, які виникають у клейових з'єднаннях з рідкосітчастою структурою. Тому можна стверджувати, що клейові з'єднання деревини дуба, сформовані термопластичними клеями, які мають лінійну будову, краще переносять зміну температури експлуатації порівняно з клейовим з'єднанням, яке формує рідкосітчасту структуру. Вологість навколишнього середовища також впливає на них, але меншою мірою. Цікавою є поведінка клейових з'єднань деревини дуба, сформованих структурованими термопластичними клеями в поєднанні різних температурних і вологісних діапазонів, наприклад, середньозваженої мінімальної температури та середньозваженої вологості навколишнього середовища (рис. 5).
Як бачимо з рис. 5, характер зміни міцності в разі поєднання середньозваженої температури і вологості навколишнього середовища, змінюється синусоїдально. За мінімальної температури, яка становить 4,18 оС із зміною вологості від 65,47 % до 91,93 % міцність постійно зростає незалежно від часу експлуатації. Тільки порівняно з першими місяцями експлуатації, починаючи з 15-го місяця зміна міцності буде проходити з меншою інтенсивністю. За середньозваженої вологості 65,47 % міцність є найменша незалежно від середньозваженої температури. Зі збільшенням вологості міцність зростає також незалежно від температури і стає найвищою за вологості 91,93 % [6, 7]. На рис. 6 наведено графічну інтерпретацію зміни міцності для клейових з'єднань деревини дуба, склеєної неструктурованими клеями із ступенем навантаження Б1.
Рис. 6 Зміна міцності клейових з'єднань деревини дуба, склеєних неструктурованими клеями із ступенем навантаження 01, залежно від поєднання зміни температури та вологості
Як бачимо з рис. 6, характер зміни міцності в разі поєднання середньозваженої температури і вологості навколишнього середовища для деревини дуба, склеєної термопластичними неструктурованими клеями, за характером зміни нагадує зміну міцності для деревини дуба, яка склеєна структурованими термопластичними клеями. Найменша міцність клейового з'єднання незалежно від температури спостерігається за вологості 66,32 %. Із збільшенням вологості міцність зростає за будь-якої температури і досягає найбільшого значення за максимальної вологості 90,35 %.
Тобто ми знову отримали синусоїдальну зміну міцності, згідно з якою міцність постійно зменшується за мінімальної вологості 66,32 % для будь-якої середньозваженої температури. У разі зростання вологості міцність постійно збільшується. Починаючи з 6-го місяця експлуатації характер зміни міцності є дещо слабшим, тобто зі збільшенням вологості міцність збільшується, але з меншою інтенсивністю. Тобто, залежність міцності неструктурованих клейових з'єднань від температурно-вологісних навантажень є подібною до аналогічної залежності структурованих клейових з'єднань.
Підсумовуючи зазначимо, що за допомогою математичної моделі здійснено прогнозування та дослідження зміни міцності для клейових з'єднань деревини дуба склеєної структурованими і неструктурованими ПВА клеями. За результатами досліджень міцності встановлено, що термопластичні клейові з'єднання деревини дуба краще будуть експлуатуватися за від'ємних температур та підвищеної вологості навколишнього середовища.
Література
1. Патент на винахід № 98515 Україна, МПК G01N 33/46, G01L 1/26. Спосіб прогнозування міцності та довговічності з'єднань деревини клеями на основі полівінілацетату / Б.Я. Кши- вецький, П.А. Бехта (Україна); Заявл. 25.05.2010; Опубл. 25.05.2012, Бюл. № 10.
2. Патент на корисну модель № 45134 Україна, МПК В23В 21/00. Спосіб прогнозування довговічності клейових з'єднань деревини дуба клеями на основі полівінілацетату / Б.Я. Кши- вецький, П.А. Бехта (Україна); Заявл. 29.05.2009; Опубл. 26.10. 2009, Бюл. № 5.
3. Кшивецький Б.Я. Прогнозування довговічності клейових з'єднань деревини клеями на основі полівінілацетату / Б.Я. Кшивецький, П.А. Бехта // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість: міжвідомч. наук.-техн. зб. Львів: Вид-во НЛТУ України. 2009. Вип. 35. С. 84-89.
4. Кшивецький Б.Я. Температурно-вологісна стійкість клейових з'єднань на термопластичній основі / Б.Я. Кшивецький, О.П. Гупало // Науковий вісник УкрДЛТУ: зб. наук.-техн. праць. Львів: Вид-во УкрДЛТУ. 2002. Вип. 12.5. С. 26-28.
5. Кшивецький Б.Я. Механізм формування термопластичних клейових з'єднань деревини / Б.Я. Кшивецький // Науковий вісник НЛТУ України: зб. наук.-техн. праць. Львів: РВВ НЛТУ України. 2012. Вип. 22.12. С. 117-122.
6. Кшивецький Б.Я. Вплив температури на механізм формування та руйнування термопластичних клейових з'єднань деревини / Б.Я. Кшивецький, Л.В. Салапак // Науковий вісник НЛТУ України: зб. наук.-техн. праць. Львів: РВВ НЛТУ України. 2012. Вип. 22.4. С. 144-148.
7. Kshyvetskyy B. Prediction of durability of adhesive joints of oak timber by polyvinyl acetate- based adhesives / B. Kshyvetskyy, O. Kiyko, Y. Sokolovskyy // Pokroky vo vyrobe a pozuiti lepidiel v drevopriemysle (adhesives in woodworking industry). Technical University in Zvolen (Slovakia). Proceedings of the XXI symposium. Vydavatelstvo TU Zvolen. 2013. С. 122-127.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Аналіз діяльності ДП "Красноградський Лісгосп". Особливості пиляння деревини стрічковими пилками. Характеристика стрічкопилкових верстатів. Аналіз і класифікація дебаркерів, необхідність їх використання. Розрахунок параметрів та продуктивності дебаркеру.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 11.05.2011Породи деревини, її властивості та вплив вологи на зберігання та якість. Вади деревини, їх обмір та облік. Основні види і властивості лісоматеріалів: стругані пиломатеріали, фанера, шпон, деревостружкові плити. Застосування різних видів лісоматеріалів.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 22.10.2010Державний лісовий фонд Росії. Поняття про лісовий біоценоз. Ставлення тварин до температури. Теплокровні та холоднокровні тварини, кліматичні умови середовища їх проживання. Вплив лісу на температуру, водний баланс, випаровування, витрати тепла в ґрунті.
реферат [22,7 K], добавлен 08.06.2011Роль води важлива у формуванні структури і біологічних систем. Дослідження в Уманському районі динаміки вологості ґрунту під посівами люцерни залежно від вологозабезпеченості вегетаційного періоду і порівняння його з середніми багаторічними даними.
статья [16,2 K], добавлен 16.01.2008Сіно як грубий корм, висушений до вологості 17%, характеристики та критерії визначення якості, заготівля. Щільність пресування сіна в тюки при різній вологості. Технологічна схема обладнання ОПК-2. Брикетовані кормосуміші, переваги їх використання.
реферат [448,0 K], добавлен 15.11.2011Лісові ресурси та їхнє значення для людства. Деревина як паливо, як матеріал для будівельної та хімічної індустрії. Площа лісового покриву. Обсяг приросту деревини. Південний лісовий пояс. Країни з найбільшими площами лісів. Найбільший штучний ліс.
презентация [987,2 K], добавлен 05.05.2016Вплив технології обробітку ґрунту на його якість. Сучасна ґрунтообробна техніка та ефективність її використання. Класифікація знарядь і форм робочих поверхонь комбінованих ґрунтообробних агрегатів, принцип їх роботи. Розрахунок на міцність стояка диска.
дипломная работа [7,9 M], добавлен 26.04.2014Природні та економічні умови району діяльності лісогосподарського підприємства. Рівень інтенсивності ведення лісового господарства і виробнича потужність лісгоспу. Обсяги заготівлі деревини. Розрахунок вартості послуг механізмів і кінного транспорту.
курсовая работа [109,7 K], добавлен 19.04.2012Технології утилізації зрізаних гілок, аналіз засобів механізації для їх подрібнення. Процес отримання та переробки відходів деревини. Розробка мобільної установки для виготовлення деревинної щепи та системи гідроприводу її активних робочих органів.
магистерская работа [11,2 M], добавлен 21.02.2013Юридичне поняття лісу. Поняття, форми права лісокористування. Види права лісокористування. Право загального лісокористування. Право спеціального лісокористування. Заготівля деревини. Заготівля другорядних лісових матеріалів. Побічні лісові користування.
курсовая работа [51,5 K], добавлен 02.07.2008Характеристики ґрунту, випробування його на зрушення. Обчислення поодиноких значень міцності ґрунту, очистка значень від екстремальних елементів. Розрахункові значення питомої ваги ґрунту. Логічні перевірки значень характеристик та кваліфікація ґрунту.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 11.10.2010Призначення технологічної лінії, характеристика умов, в яких вона працює. Вплив вологості кукурудзи та довжини різки на якість силосу. Розрахунок процесу різання силосу розроблювальним пристроєм, вибір гідроциліндрів. Робота складових частин навантажувача
дипломная работа [324,4 K], добавлен 08.07.2011Розташування і призначення дитячого садка "Казка" в системі озеленення населеного пункту. Природно-кліматичні умови території. Формування насадження та характеристика запроектованих дерев, кущів, асортименту декоративно-листяних і квіткових рослин.
курсовая работа [133,9 K], добавлен 02.11.2014Особливості розведення свиней за лініями, тривалість продуктивного використання кнурів різних ліній, вдосконалення порід. Утримання і годівля різних виробничо-господарських груп. Селекційно-племінна робота з стадом. Товарна ферма з поточним виробництвом.
курсовая работа [455,8 K], добавлен 26.11.2011Залежність розвитку птахівництва від селекційної роботи, спрямованої на удосконалення продуктивних і племінних якостей, створення нових порід, ліній і кросів всіх видів сільськогосподарської птиці. Методи добору, підбору та розведення яєчних курей.
курсовая работа [599,9 K], добавлен 25.04.2012Підготовка силосних споруд. Регулювання вологості силосу. Технологічні процеси його заготівлі та їх механізація. Бактеріальні препарати у консервуванні кормів. Технології силосування у полімерні мішки. Розрахунок річної потреби в кормах для тварин.
курсовая работа [44,2 K], добавлен 25.03.2011Загальні відомості про походження свиней, класифікація їх сучасних порід за напрямом продуктивності. Визначення валового виробництва м'яса і необхідної кількості молодняку для постановки в цех дорощування. Розрахунок поголів'я свиноматок, кнурів, поросят.
курсовая работа [39,5 K], добавлен 16.03.2013Суть, показники та методика визначення ефективності використання землі. Земельні ресурси сільськогосподарського підприємства та результати їх використання. Інтенсифікація землеробства як головний напрямок підвищення ефективності використання землі.
курсовая работа [108,2 K], добавлен 29.05.2014Акліматизація великої рогатої худоби. Швіцька худоба на Україні і її участь у створенні і вдосконаленні бурих порід. Дослідження та характеристика стада бурої молочної худоби за господарсько-біологічними якостями в умовах агрофірми "Бистрицька".
магистерская работа [421,2 K], добавлен 17.08.2010Розрахунок площі посівного відділку, деревно-чагарникової шкілки, продукувальних і допоміжних частин лісового розсадника. Обробіток ґрунту в полях сівозмін. Технологія вирощування саджанців деревних порід. Закладка маточної плантації та її експлуатація.
курсовая работа [205,9 K], добавлен 21.03.2013
