CC BY
10
УДК 674.04 Доц. Б.Я. Кшивецький, канд. техн. наук -
НЛТУ Украти, м. Rbeie
ДОСЛ1ДЖЕННЯ МЩНОСТ1 З'СДНАНЬ ШПИЛЬКОВИХ ПОР1Д ДЕРЕВИНИ ЗАЛЕЖНО В1Д ЗНАКОЗМ1ННИХ НАВАНТАЖЕНЬ
Наведеннi результати дослiджень змiни мiцностi клейових з'еднань у деревних конструкцiях шпилькових порiд (сосни) клеями на 0CH0Bi ПВАД та Jowacoll залежно вiд знакозмiнних навантажень при цикшчних температурно-вологiсних випробуваннях.
Assist. prof. B. Ya. Kshivetsky - NUFWT of Ukraine, L'viv
The results investigation of strength jointing of conifer bearing wood in
dependence sign variable loading
Investigation strength jointing of conifer bearing species of wood by glues on base PVA and Jowacoll in dependence sign variable loading by thermo-humidity methods of testing are given.
Мщтсть клейових з'еднання деревини та деревних матер1ал1в ютотно впливае на яюсть вироб1в. Правильний шдб1р клейових матер1ал1в, техноло-пчних параметр1в режиму склеювання, склеювальних поверхонь, умов експлуатаци з'еднань - це т основш чинники, як впливають на довгов1чн1сть вироб1в. Оптимально можна падбрати клейов1 матер1али, технолопчш параметрами режиму склеювання, яюсть поверхш i т.д. Але передбачити вплив зовшшнього середовища, знакозмшш температурнi та вологi навантаження на клейовi з'еднання пiд час експлуатаци - важко. Ще важче спрогнозувати змшу мiцностi, оскiльки одночасно необхщно враховувати вплив атмосферного середовища, властивост деревних та клейових матерiалiв.
Результати дослiдження змiни мiцностi та довговiчностi з'еднань деревних матерiалiв клеями на основi полiвiнiлацетатних дисперсш для рiзних порiд описано у статтях (1,2,3).
У цш робот наведено результати експериментальних дослiджень змь ни мiцностi деревних клейових з'еднань шпилькових порщ (сосни) прискоре-ними температурно-волопсними випробуваннями згiдно з стандартом (ГОСТ 17580-82), залежно вщ ступеня навантаження.
Зпдно з стандартом ГОСТ 17580-82, циктчт темпертурно-вологiснi випробування мають 40 циклiв випробувань. Кожний цикл охоплюе наступнi знакозмiннi навантаження: вимочування зразюв у ваннi з водою при температу-рi +20°С протягом 20 годин, заморожування мокрих зразюв у морозильнiй ка-мерi з температурою -20°С протягом 6 годин, витримування зразюв протягом 16 годин при юмнатнш температурi (18.. ,22°С) та 6-годинна витримка зразкiв у термошафi при температурi +60°С i вщноснш вологостi повiтря 60.. .70 %.
Дослщження проводились для першого та третього циклiв. Тобто, контрольнi зразки (зразки до навантаження з волопстю 8±2), зразки пiсля вимочування, заморожування, витримки при юмнатнш температурi та витрим-ки при пiдвищенiй температурi - пiддавались механiчному руйнуванню. Во-логiсть зразкiв не враховувалась, осюльки руйнування проводилось одразу ж шсля навантаження. Пiдготовка зразкiв вiдбувалась аналопчно як для цик-лiчних температурно-волопсних випробувань згiдно з стандартом (ГОСТ 15613.1-84). Результати дослщжень наведенi у табл. 1, рис. 1-2.
Науковий вкник, 2006, вип. 16.7
Табл. 1. Результати змши мiцностi деревини сосни та и з'еднань клеями на _основi ПВАД та Jowacoll_
.и £ Матерь ал Марка клею Мщшсть тсля вщповщного навантаження, МПа
Контрольш зразки Шсля вимочування Шсля заморожування Шсля витримки при температу-р1 18-20 °С Шсля витримки при тдвищенш температур!
1 Перший цикл температурно-волопсних випробувань
Цшьна деревина 7,35 5,19 9,01 4,89 4,75
Сосна склеена ПВАД 6,65 0,67 5,19 0,45 0,26
Сосна склеена Jowa-со11 6,34 3,21 5,87 4,65 2,85
2 Третш цикл температурно-волопсних випробувань
Цшьна деревина 7,35 3,63 6,31 3,42 3,33
Сосна склеена ПВАД 6,65 0,13 2,0 0,17 0,13
Сосна склеена Jowa-со11 6,34 1,58 5,25 1,35 1,50
Як видно з табл. 1 та рис. 1-2 мщшсть клейових з'еднань контрольних зразюв становить: для ПВАД - 6,65 МПа; для До,№асо11 - 6,34 МПа; цшьно! деревини - 7,35 МПа. Однак, шд час знакозмшних навантажень як у першо-му, так i у третьому циклах температурно-вологiсних випробувань цiльна деревина та клейовi з'еднання на И основi ведуть себе по рiзному.
Спочатку проаналiзуемо змiну мiцностi у першому циклi випробувань для цшьно! деревини рис. 1 (♦). Мщшсть контрольних зразюв становить 7,35 МПа, а шсля вимочування зменшилась до 5,19 МПа. Таку поведшку змь ни мiцностi деревини можна пояснити И анатомiчною будовою та пгроско-пiчнiстю. Вiдомо, що середня густина деревини сосни 500 кг/см при вологос-т 12 %. За умови тако! щiльностi, максимальна волопсть сосни при водопог-линенш становить 185 %. Це призводить до швидкого набухання. Чим бшь-ше часу деревина буде у водi тим бiльше розбухатиме, змшюючи сво! лiнiйнi розмiри та попршуючи фiзико-механiчнi властивостi. ю
9
"= 7 5 6
I 4
13
2
1
о
Прим1тка: вгсь Х: 1 - контрольш зразки; 2 - зразки шсля вимочування; 3 - зразки тсля заморожування; 4 - зразки тсля витримки при юмнатнш температура 5 - зразки тсля витримки при тдвищенш температурь
Рис. 1. Змта мiцностi деревини сосни та и з'еднань залежно вiд навантаженняу першому ци^ температурно-волог^них випробувань: ♦ - цыьна деревина; ■ - з'еднання на основа ПВАД; ▲ - з'еднання на основа Jowacoll
к О П1
7,35
V ^5,19 Л '--5.87 1 5,-ГЭ-
\ " / \ ► 4,75
\ V \ \ ч г<21 / \ 4,е >5 - —
\ \ •■1 к 2,85
\ \
г 0,67 | 0.26
1 2 3 4 5
Навантаження у цикш
8 7« 6 2 5
г 2
1 о
Навантаження у цикш
Прим1тка: вгсь Х: 1 - контрольш зразки; 2 - зразки тсля вимочування; 3 - зразки тсля заморожування; 4 - зразки тсля витримки при юмнатиш температура 5 - зразки тсля витримки при тдвищенш температурi.
Рис. 2. Змта мiцностi деревини сосни та и з'еднань залежно вiд навантаження у третьому ци^ температурно-волог^них випробувань:
♦ - цыьна деревина; ■ - з'еднання на основа ПВАД; ▲ - з'еднання на основа Jowacoll
Шсля заморожування - мщшсть збшьшуеться до 9,01 МПа. Така пове-дшка може бути обумовлена шдвищенням мщност 1 модуля пружност деревини шдчас мшусових температур. Шсля 16-ти годинно! витримки при юм-натнш температур! мщшсть становить 4,89 МПа, тобто дещо зменшилась, за рахунок одночасного теплового розширення деревини поперек волокон та волого! деформаци.
Шсля юнцевого навантаження (шдвищенш температур^ - мщшсть становить 4,75 МПа, що майже залишилась незмшною пор1вняно з поперед-шм навантаженням. Мщшсть при навантаженнях у третьому цикш буде змь нюватись аналопчно, тшьки зменшиться у середньому на 30 % пор1вняно з першим циклом.
Тепер проанал1зуемо з'еднання деревини сосни на основ1 клею ПВАД та 1о"№асо11 для першого та третього цикшв залежно вщ навантаження, це крив1 рис. 1 (■,▲) та рис. 2 (■,▲).
Як видно з рисунюв мщшсть клейового з'еднання шсля 20-ти годин-ного вимочування для з'еднання на основ1 ПВАД зменшуеться з 6,65 МПа для контрольних зразюв до 0,67 МПа у першому цикш { до 0,13 МПа у третьому цикш. Для Jowaco11 з 6,34 МПа для контрольних зразюв до 3,21 МПа у першому цикш { до 1,58 у третьому цикш.
Таку поведшку з'еднання можна пояснити тим, що компоненти ПВАД у процес формування клейового шва не утворюють штчастих макромолекул -клейове з'еднання сформовано переважно з лшшних макромолекул ПВА { поль вшшового спирту (ПВС), що легко набухае за рахунок дифузи молекул рщини у пол1мер. Внаслщок цих процес1в збшьшуеться вщдаль м1ж макромолекулами пол1меру, зменшуеться юльюсть м1жмолекулярних зв'язюв 1, вщповщно, знач-но зменшуеться мщшсть. 1з збшьшенням цикшв щ процеси поширюються.
Клей Jowaco11 - це двокомпонентна пол1вшшацетатна композищя: ПВА дисперЫя 102.20 та затверджувач 195.30. Затверджувач це неоднородна речо-вина, яка у своему склад1 може мютити хлоровмюш кремншоргашчш сполуки, яю здатш за нормальних умов реагувати з гщроксильними групами ПВС утво-
7,35
1 J Бу65 к6,31
6,3 4\Ч / А к, \
\ /к: »5 \ 3,42
<13,63 . / N - ► 3,33
\\ / 1 9 ПП \ 1,35
у ,58 Ч1 г........... ............4 к 1,50
\ Ю.13 0,17 1------ ------1 | 0.13
Науковий вкчшк', 2006, вип. 16.7
рюючи сггчасл макромолекули з ПВС, яю не розчиннi у водi. У результат ут-ворення ciT4acTOÏ структури ПВС, а також зменшення юлькост вiльних пд-роксильних груп у ПВС, зменшуеться його гiдрофiльнiсть i вiдповiдно зни-жуеться швидкiсть дифузи молекул води у клейовий шов i збшьшуеться водос-тiйкiсть клейового з'еднання. Внаслiдок цього збiльшуеться водостшюсть клейового з'еднання. Крiм цього, клейова композицiя може проникати у по-ристу структуру деревини, утворюючи пдрофшьт зв'язки зi складовими компонентами деревини, що вiдповiдно збiльшуе водостшюсть з'еднання.
Шсля заморожування мщшсть зростае i становить для ПВАД 5,19 МПа у першому цикл i 2,0 МПа у третьому цикш. Для Jowacoll 5,87 МПа у першому цикл i 5,25 МПа у третьому. Така поведшка клейового з'еднання може бути обумовлена збшьшенням модуля пружност деревини та клею. Мщшсть клейового з'еднання шсля 16-ти годинноï витримки при юмнатнш температурi у першому цикш становить: для ПВАД - 0,45 МПа, для Jowacoll - 4,65 МПа; у третьому цикш для ПВАД - 0,17 МПа, для Jowacoll - 1,35 МПа.
Таке зменшення мщност може бути обумовлене деформацшним станом деревини та клейового шару шсля вологост та низьких температур. Крiм цього вода, яка проникла у клейовий шов шдчас замерзання призводить до утворення мжро трщин, яю шсля розмороження його руйнуе. У ПВАД де е лшшна структура макромолекул таке руйнування бшьше, для рщко Ытчас-toï - менше. Пiсля 6-ти годинноï витримки зразкiв у термошафi з температурою 60 °С та вiдносною вологiстю 70-80 % мщшсть клейових з'еднань у першому цикш для ПВАД становить 0,26 МПа, для Jowacoll - 2,85 МПа. У третьому цикл для ПВАД становить 0,13 МПа, для Jowacoll - 1,5 МПа.
Така поведшка клейового з'еднання може бути викликана тим, що при тдвищенш температурi i вологост краще проходять процеси релаксацп, зав-дяки яким мщшсть шдвищуеться. Крiм цього при шдвищенш температурi у вологих зразках можуть проходити волопсш напруження, яю виникають при всиханнi. Для ПВАД таю процеси е бшьш негативш порiвняно з Jowacoll.
Виходячи зi сказаного вище, можна зробити висновок, що мщшсть з'еднань при температурно-вологих навантаженнях зменшуеться як для цшь-^ï деревини, так i для деревних клейових конструкцш. Для цiльноï деревини це вщбуваеться iз-за деструкцiï складових деревини (целюлози). Зменшення мщност деревних клейових конструкцiй залежно вiд знакозмiнного навантаження буде проходити швидше i залежатиме насамперед вщ хiмiчного складу клейовоï композици та природи формування клейового шва. Збшьшення тем-пературно-вологiсних навантажень призводить до швидкого старшня як клейового шва, так i деревини.
Л^ература
1. Кшивецький Б.Я., Гупало О.П., Кондратюк С.В.. Дослщження довгов1чносп з'еднань шпилькових порщ деревини клеями на основ1 ПВА// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. на-ук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 14.4. - С. 91-95.
2. Кшивецький Б.Я.. Дослщження довгов1чносп з'еднань твердолистяних порщ деревини клеями на основ1 пол1вшшацетату// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. -Льв1в: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 14.7. - С. 99-103.
3. Кшивецький Б.Я., Гупало О.П., Ацбергер Й.Л.. Дослщження змши мшносп з'еднань деревини берези клеями на основ1 ПВА// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.5. - С. 186-189.
4. Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. - М.: Химия, 1981. - 272 с.
5. Фрейдин А.С., Вуба К. Т. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины. -М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 224._
УДК 630.323 Доц. Ю.1. Грицюк, канд. техн. наук -НЛТУ Украти
ПРОБЛЕМА МОДЕЛЮВАННЯ КАРТ I ОПТИМВАЦП ПЛАНУ РОЗКРОЮ ПЛИТНИХ ДЕРЕВНИХ МАТЕР1АЛ1В НА МЕБЛЕВ1
ЗАГОТОВКИ
Проаналiзовано B^OMi методики формування допустимих карт розкрою ПДМ на меблевi заготовки, висловлено власш судження про сутшсть рiзних концептуальних схем розкрою i вiдповiдних iM базових конфiгурацiй, про складшсть i'x у реалiзацii на сучасному розкрiйному обладнаннi, а також про можливi шляхи 1х удосконалення. Розглядаються авторськi методики формування вах допустимих карт розкрою плит на заготовки з СП-ПП, з СПйЗПП та з СПЙ1ПП: без врахування обмежень на процес 1х формування; з врахуванням обмежень на повторюваност вузьких смуг i коротких заготовок, на задаш кiлькостi заготовок; з дотриманням вимог щодо додаткового розкрою залишюв плити, щодо формування комбшованих заготовок i вкладених карт розкрою, щодо максимально'!' ефективност використання розкроюваного матерiалу та ш.
Assist. prof. Yu.I. Gryciuk -NUFWT of Ukraine
Problem maps modelling and optimization for plan of cutting of plate wooden materials into furniture blanks
The known techniques for forming of acceptable cutting maps of plate wooden materials (PWM) into furniture blanks are analyzed; author's sentences on essence of different conceptual cutting schemes and corresponding basic configurations are presented as well as on problems of their implementation by modern cutting equipment and possible ways to improve them. The author's techniques are considered how to form all acceptable maps for cutting plates into furniture blanks with continuous slit and cross-cuts, with continues slit and shifted cross-cuts and with continuous slit and individual cross-cuts: without taking into account the limitations on process of their forming; regarding the limitations on repetition of blanks with small lengths and bands of narrow widths and on predefined number of blanks; meeting requirements on additional cutting of plate remaining, on forming the combined blanks and taken up cutting maps, on maximum using efficiency of cutting material etc.
Рашше шженер-конструктор на шдстав1 особистого досв1ду i техшчно-го в1дчуття пропонував замовнику один або деюлька вар1анпв спроектовано!' системи з вщповщними ТЕП, за якими визначалася придатшсть того чи шшо-го ii вар1анта, пор1внювалися !'хш недол1ки i переваги. Однак протягом остан-шх десяткшть основою будь-яких шженерно-техшчних розробок i основним завданням техшчних наук стала проблема вибору найбшьш придатного - ращ-онального чи навпъ оптимального вар1анта з множини допустимих. Це, насам-перед, пов'язано з переходом до використання спещал1зованих САПР, з шдвищенням р1вня складност та, як наслщок, подорожчанням самих систем, що проектуються, а також, що найважливше, 1з значним зростанням обсяпв охоп-леноi та перероблюваноi iнформацii у процес виконання вщповщних розра-хунюв. Пщ час проектування складних виробничих систем за допомогою САПР важливого значення набувають як формальш постановки задач, яю опи-сують !х загалом чи тшьки !хш окрем1 складов1 компоненти, так i побудоваш
