CC BY
55
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДРЕВЕСНЫХ И ДРУГИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ ПРЕССОВАНИЯ
Маркин А.П., Савицкий А.С., Шевляков А.А., Шевляков С.А.
(МГУЛ, г. Мытищи, РФ)
The ДРОН-3 X-ray diffractometer is extensively used in various industries and sciences. The diffractometer is intended for studying the structure and structure-dependent characteristics of crystalline substances.
Одним из важных и наименее исследованных процессов при прессовании древесных плит и других композиционных материалов можно считать процесс деформирования брикета и формирование послойной плотности в процессе горячего прессования в зависимости от вида и фракционного состава компонентов, количества и вида связующего, начальной плотности и влажности пресс-композиций, а также температуры и давления прессования.
Для исследования реологических характеристик необходимо выбрать реологическую модель, метод экспериментальных исследований, разработать экспериментальный стенд и методику для определения реологических характеристик и послойной плотности древесных материалов в зависимости от технологических факторов.
В настоящее время разработано достаточно много методов и способов исследования реологических характеристик и послойной плотности композиционных материалов, основанных на различных принципах [1 - 5].
Проведенный различными авторами анализ и выявленные при этом достоинства и недостатки, показали, что методы рентгеноструктурного анализа являются одними из наиболее удобных, а, в некоторых случаях, единственными методами, позволяющими объединить исследование реологических характеристик и послойной плотности композиционных материалов с процессом горячего прессования и получить достоверную информацию [6 - 8].
При исследовании реологических характеристик и послойной плотности древесных плит в основном используется метод регистрации излучения прошедшего через исследуемый материал, позволяющий проводить послойное исследование материала с разрешением, равным разрешению канала детектора рентгеновского излучения. В основу данного метода положена зависимость поглощения рентгеновских лучей при прохождении через исследуемый материал от его плотности [7].
С учетом целей экспериментальных исследований, анализа методов и разработанных ранее экспериментальных стендов [3, 6, 8], для исследования реологических характеристик и послойной плотности в процессе горячего прессования древесных и других композиционных материалов в зависимости от различных технологических факторов на кафедре процессов и аппаратов деревообрабатывающих производств МГУЛ разработаны методики и экспериментальный стенд на базе имеющего рентгеновского дифрактометра общего назна-
чения ДРОН-3.
Функциональная схема экспериментального стенда представлена на рис. 1.
Рисунок 1- Функциональная схема экспериментального стенда
1 - рентгеновский дифрактометр ДРОН-3; 2 - источник рентгеновского излучения (рентгеновская трубка БСВ-24); 3 - рабочий участок; 4 - детектор рентгеновского излучения РКД-1; 5 - система регистрации рентгеновского излучения (комплекс МК1-01); 6 - система обработки результатов экспериментальных исследований (ЭВМ); 7 - юстировочный стол гониометрического устройства ГУР-8; 8 - корпус рабочего участка; 9 - нагревательные плиты рабочего участка; 10 - исследуемый образец; 11 - гидроцилиндр; 12 - система охлаждения;
13 - система нагрева и термостатирования нагревательных плит рабочего участка;
14 - система измерения и регистрации температуры; 15 - система регулирования и регистрации нагрузки на исследуемый образец; 16 - гидропривод гидроцилиндра; 17 - система измерения и регистрации толщины исследуемого образца
В его состав входят:
- рабочий участок с нагревательными плитами;
- система нагрева и термостабилизирования нагревательных плит рабочего участка;
- система измерения и регистрация температуры исследуемого образца;
- система измерения и регистрации толщины исследуемого образца;
- система измерения и регистрации рентгеновского излучения;
- гидропривод с гидроцилиндром и возможностью задания и регистрирования требуемой нагрузки и скорости деформирования исследуемого образца;
- система измерения и регистрации нагрузки и скорости деформирования исследуемого образца.
Данная установка позволяет регулировать, измерять и регистрировать параметры эксперимента в автоматическом режиме в следующих диапазонах:
- температуру нагревательных плит рабочего участка - от 293 до 493 К;
- температуру исследуемого образца - от 293 до 493 К;
- нагрузку на исследуемый образец - от 0,01 до 2,5 МПа;
- изменение толщины исследуемого образца - от 0,05 до 0,005 м;
- скорость деформирования исследуемого образца - от 0 до 0,025 м/с;
з
- среднюю плотность исследуемого образца - от 100 до 1100 кг/м ;
- снятие послойной плотности по толщине исследуемого образца - каждые 10 сек с шагом 0.00287-10-3 м.
Проведенные на данной установке экспериментальные исследования показали, что экспериментальное определение послойной плотности образца и изменение его толщины в процессе эксперимента постностью адекватны и удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к экспериментальным исследованиям в данной области и к самому экспериментальному стенду.
Использование математической модели процесса горячего прессования композиционных материалов, разработанной на кафедре процессов и аппаратов деревообрабатывающих производств МГУЛ [9], совместно с имеющимися замыкающими соотношениями и полученными при обработке результатов экспериментов по исследованию реологических характеристик данного материала, позволяет получить рациональные режимы прессования для изготовления конкретных древесных композиционных материалов с заранее заданными свойствами.
Литература
1. Колтунов М.А. Ползучесть и реология.- К.: Высшая школа, 1976.- 277 с.
2. Воробьев В.А., Горшков В. А., Шеломанов А. Е. Гаммаплотнометрия. - М.: Энегро-издат, 1989. - 144 с.
3. Ткаченко М.А.. Деформативность древесных частиц при прессовании: Диссертация МГУЛ, - 1993.
4. Сапожников И. В. Рентгеноструктурный анализ напряженного состояния нагруженной древесины // Научн. тр. / Моск. гос. ун-т леса. - 1993. - Вып. 22 - с. 11 - 18.
5. Сапожников И. В. Деформация пакета древесных частиц // Технология и оборудование для переработки древесины / Научн. тр. / Моск. гос. ун-т леса. - 1993. - Вып. 342 - с. 86
- 88.
6. Потапов С.А., Пожиток А.И. Экспериментальный стенд для исследования коэффициентов переноса при нагреве влажных капиллярно-пористых материалов // Научн. тр. / МЛТИ. - 1986. - Вып. 79: Технология древесных плит и пластиков. - с. 15 - 19.
7. Котенко В.Д., Сапожников И.В. Исследования структурных критериев в древесине при механическом нагружении //Науч. тр./ МЛТИ. - 1988.-Вып. 203.-с. 35 - 39.
8. Шевляков А. А., Савицкий А.С. Экспериментальная установка для исследования реологических характеристик и плотности композиционных материалов // Технология и обо-
рудование для переработки древесины / Научн. тр. - Вып. 324 - М.: МГУЛ,- 2003. - с. 24 -29.
9. Котенко В.Д. и др. Моделирование свойств и процессов прессования реактопластов: монография / Под общ. ред. А.Н. Обливина. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 284 с.
