CC BY
41
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Библиографический список
1. Савицкий, А.С. Основные направления переработки твердых производственных и бытовых отходов / А.С. Савицкий, А.А. Шевляков // Технология и оборудование для переработки древесины: сб. науч. тр. - Вып. 312. - М.: МГУЛ, 2000. - С. 125-129.
2. Савицкий, А.С. Производство древесно-стружечных плит на термопластичном связующем /
A. С. Савицкий, М.А. Терпугов, В.И. Карцовник // Сб. “Плиты и фанера” Экспресс-информация ВНИПИЭИлеспром. - 1991. - Вып. 12. - С. 10.
3. Мамуня, Е.П. Использование смесей вторичных термопластов для получения древесно-полимерных материалов / Е.П. Мамуня и др. // Тез. докл. Всесоюзн. конф. «Пути повышения эффективности использования вторичных полимерных ресурсов». Ч. 1 - Кишинев, 1989. - С. 92.
4. Мишак, В.Д. Технологические особенности переработки древесно-полимерных материалов на основе отходов термопластичных полимеров /
B. Д. Мишак и др. // Тез. докл. Всесоюзн. конф. «Пути повышения эффективности использования вторичных полимерных ресурсов». Ч.1 - Кишинев, 1989. - С. 93.
5. Гальперин, В.М. Композиции с использованием отходов полимерных пластиков / В.М. Гальперин, Т.А. Немова и др. // Тез. докл. семин. «Экологичес-
кие и технологические аспекты обезвреживания промышленных отходов». - Донецк, 1989. - С. 49-50.
6. Савицкий, А.С. Исследование процесса прессования древесных плит на термопластичном связующем / А.С. Савицкий, И.В. Сапожников, А.А. Шевляков // Технология химической переработки древесины: сб. науч. тр. - Вып. 287. - М.: МГУЛ, 1997. - С. 11-18.
7. Савицкий, А.С. Исследование температурно-временных характеристик в процессе прессования плит малой плотности на термопластичном связующем / А.С. Савицкий, С.А. Савицкий, А.В. Сыч-кин и др. // Технология химико-механической переработки древесины: сб. науч. тр. - Вып. 290.
- М.: МГУЛ, 1998. - С. 14-18.
8. Савицкий, А.С. Композиционные материалы из отходов МБС на термопластичном связующем / А.С. Савицкий, А.А. Шевляков // Технология химико-механической переработки древесины: сб. науч тр. - Вып. 290. - М.: МГУЛ, 1998. - С. 31-35.
9. Обливин, А.Н. Тепло- и массоперенос в производстве древесно-стружечных плит / А.Н. Обли-вин, А.К. Воскресенский, Ю.П. Семенов. - М.: Лесная пром-сть, 1978. - 192 с.
10. Обливин, А.Н. Моделирование свойств и процессов прессования реактопластов: монография / А.Н. Обливин и др.; под общ. Ред. А.Н. Обливина.
- М.: МГУЛ, 2005. - 284 с.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ДЕФОРМАТИВНЫХ СВОЙСТВ И ПОСЛОЙНОЙ ПЛОТНОСТИ
композиционных материалов
A. П. МАРКИН, асп. каф. процессов и аппаратов д/о производств МГУЛ,
B. И. ПАНФЕРОВ, доц. каф. электроэнергетики лесных комплексов МГУЛ, канд. техн. наук,
А.А. ШЕВЛЯКОВ, доц. каф. процессов и аппаратов д/о производств МГУЛ, канд. техн. наук,
C. А. ШЕВЛЯКОВ, асс. каф. стандартизации и сертификации МГУЛ
markin@mgul.ac.ru;panferov@mgul.ac.ru; shevlyakov@mgul.ac.ru; caf-sertif@mgul.ac.ru
При прессовании композиционных материалов как правило проявляются все фундаментальные деформативные свойства: упругость, вязкость и пластичность одновременно и имеет место эффект возрастания пластической деформации при постоянной общей. Поэтому во всех рассматриваемых диапазонах деформирование пресскомпозиции можно представить одной и той же реологической моделью. Большинство разработанных моделей деформирования материала качественно эквивалентны, т. е. посредством любой из них рассматриваемые упруговязко-
пластические пресскомпозиции могут быть описаны в принципе равнозначно [1].
При моделировании процессов горячего прессования композиционных материалов с различными наполнителями для оценки пространственного распределения плотности необходимо знать функциональную зависимость деформации от напряжений [2].
С учетом целей экспериментальных исследований, анализа методов и разработанных ранее экспериментальных установок [3-5], а также существующих возможностей исследования реологических характеристик
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
85
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рис. 1. Функциональная схема экспериментальной установки: 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
и послойной плотности широкого спектра композиционных материалов разработан экспериментальный стенд, функциональная схема которого представлена на рис. 1.
Экспериментальный стенд разработан на базе имеющегося рентгеновского дифрактометра общего назначения ДРОН-3 [6].
В его состав входят:
- рабочий участок с нагревательными плитами;
- система нагрева и термостабилизирования нагревательных плит рабочего участка;
- система измерения и регистрации 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.
Данный стенд позволяет измерять, регистрировать и регулировать параметры эксперимента в следующих диапазонах:
- температура нагревательных плит рабочего участка - от 293 до 493 К;
- температура исследуемого образца - от 293 до 493 К;
86
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
ДЕРЕВООБРАБОТКА
- нагрузка на исследуемый образец - от 0,01 до 2,5 МПа;
- изменение толщины исследуемого образца - от 0,12 до 0,005 м;
- скорость деформирования исследуемого образца - от 0 до 0,025 м/с;
- послойная плотность по толщине исследуемого образца - каждые 10 сек с шагом 0.00287-10-3 м;
- средняя плотность исследуемого образца - от 100 до 1100 кг/м3.
Прессование исследуемого образца происходит в матрице диаметром 0,13 м.
Рассмотрим отдельные узлы и системы, входящие в состав экспериментальной установки.
В аппарате ДРОН-3 для проведения широкого круга структурных исследований различных материалов используется дифракция рентгеновских лучей, для которых кристалл является идеальной дифракционной решеткой.
Рентгеноструктурный анализ является основным методом определения структуры кристаллов. При исследовании кристаллов он дает наибольшую информацию. Это обусловлено тем, что кристаллы обладают строгой периодичностью строения и представляют собой созданную самой природой дифракционную решетку для рентгеновских лучей. Однако он доставляет ценные сведения и при исследовании тел с менее упорядоченной структурой, таких как композиционные материалы, полимеры, жидкости, аморфные тела, жидкие кристаллы и другие [7].
В ходе рентгеноструктурного анализа исследуемый образец (брикет пресскомпозиции) помещают на пути рентгеновских лучей и регистрируют дифракционную картину, возникающую в результате взаимодействия лучей с веществом [8].
В основе метода рентгеноструктурного анализа лежит явление дифракции рентгеновских лучей, т. е. рассеяния их кристаллами (или молекулами жидкостей и газов). В результате взаимодействия первичного рентгеновского пучка с электронами вещества возникают вторичные отклоненные пучки с той же длиной волны, направление и интен-
сивность которых зависят от строения вещества. Дифрагированные лучи составляют часть всего рассеянного веществом рентгеновского излучения [9].
Рентгеноструктурный аппарат представляет собой совокупность технических средств, необходимых для реализации рентгеноструктурного метода регистрации дифракционной картины, специальных условий эксперимента и т. д.
Измерения распределения интенсивности рентгеновского излучения осуществляются при помощи детектора рентгеновского излучения РКД-1. Один канал РКД-1 соответствует интервалу по толщине образца Д=0,0287 мм. Измерение проводится с временем экспозиции т = 100 сек, что соответствует интервальному набору импульсов N ~ 105.
Данные по интенсивности прошедшего через образец рентгеновского излучения, накапливаются в комплексе регистрации рентгеновского излучения МК 1-01 (256 каналов), а затем записываются на жесткий магнитный диск в отдельный файл системы обработки результатов экспериментальных исследований. Затем результаты обрабатываются с помощью специально разработанных программ.
Общий вид рабочего участка представлен на рис. 2. Рабочий участок представляет собой малогабаритный гидравлический пресс с нагревательными плитами, между которыми помещают исследуемый образец. Требуемая нагрузка, а также требуемая скорость деформирования образца создаются с помощью гидроцилиндра, связанного с регулирующим гидроприводом. Температура нагревательных плит пресса задается и поддерживается при помощи системы нагрева и термостатирования. Температура исследуемого образца в процессе эксперимента измеряется при помощи термопары, входящей в систему измерения и регистрации температуры. Толщина исследуемого образца в процессе эксперимента измеряется при помощи датчика перемещения, входящего в систему измерения и регистрации исследуемого образца. Нагрузка на образец задается и измеряется с помощью системы регулирования и регистрации нагрузки.
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 5/2011
87
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рис. 2. Рабочий участок: 1 - станина; 2 - нагревательный элемент; 3 - плита нагревательная нижняя; 4 - термопара (ХК); 5 - контроллер ОВЕН ТРМ 138; 6 - исследуемый образец; 7 - плита нагревательная верхняя; 8 - матрица; 9 - индуктивный датчик перемещения; 10 - шток гидроцилиндра; 11 - гидроцилиндр; 12 - преобразователь избыточного давления ОВЕН ПД100-ДИ10,0М-0,5; 13 - контроллер ОВЕН ТРМ 202; 14 - опора вертикальная; ПК - персональный компьютер
88
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рис. 3. Изменение нагрузки (ст) на исследуемый образец и его толщины (8о6) в процессе эксперимента
Система нагрева и термостатирования нагревательных плит рабочего участка состоит из:
- хромель-копелевых термопар в нагревательных плитах рабочего участка;
- измерителя-регулятора двухканального ОВЕН ТРМ 202, используемого в качестве регулятора температуры и регистрации на ПК;
- блоков вспомогательных реле, с помощью которых осуществляется включение или отключение магнитных пускателей для подвода напряжения к нагревательным элементам плит рабочего участка;
- регуляторов напряжения, подводимого к нагревательным элементам плит рабочего участка.
Температура плит рабочего участка измеряется с точностью 1,5 К. Точность поддерживания температуры составляет 2 К.
В систему измерения и регистрации температуры исследуемого образца входят:
- хромель-копелевые термопары, вставленные в исследуемый образец по толщине (до 8 точек);
- универсальный измеритель температуры восьмиканальный ОВЕН ТРМ 138,
используемый в качестве регистрирующего прибора на ПК.
Температура исследуемого образца измеряется с точностью 1,5 К.
Система задания требуемой нагрузки и скорости деформирования исследуемого образца состоит из:
- гидроцилиндра рабочего участка для требуемого нагружения исследуемого образца с необходимой скоростью его деформирования;
- регулирующего гидропривода с возможностью выбора нужного режима задания нагрузки на исследуемый образец и скорости его деформирования при проведении соответствующих экспериментальных исследований;
- преобразователя избыточного давления ОВЕН ПД 100 с классом точности 0,5;
- измерителя-регулятора двухканального ОВЕН ТРМ 202, используемого для измерения давления и регистрации данных на ПК.
Система измерения и регистрации толщины исследуемого образца состоит из:
- двух индуктивных датчиков перемещения модели 221 Э-608;
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
89
ДЕРЕВООБРАБОТКА
-8 -4 0 4 8
Н -10'3м
об
Рис. 4. Изменение послойной плотности исследуемого образца в процессе эксперимента: 1 - т = = 0 с; 2 - т = 1200 с; 3 - т = 2400 с
- контроллера двухканального ОВЕН ТРМ 202, используемого в качестве устройства регистрации данных на ПК.
Точность измерения толщины 0,0028 мм.
Для проверки работоспособности экспериментального стенда были проведены наладочные эксперименты. Их результаты представлены на рис. 3 и 4.
Образец диаметром 0,13 м вырезался из ДПП, отпрессованной при температуре 473 К и максимальном давлении прессования 2 МПа, плотность образца 567 кг/м3.
Перед экспериментом устанавливалась необходимая нагрузка на образец - 1 МПа и максимальная скорость перемещения штока гидроцилиндра. Время достижения максимальной нагрузки - 1 сек. Поэтому считаем, что образец нагружался практически мгновенно, что удовлетворяет условия данного эксперимента.
В процессе эксперимента измерялись толщина (рис. 3) и послойная плотность образца (рис. 4).
В обоих случаях получены прогнозируемые результаты. На рис. 4 представлены профили плотности образца до его нагружения (гр. 1), в конце нагружения т = 1200 сек (гр. 2) и в конце эксперимента т = 2400 сек (гр. 3).
Совпадение графиков 1 и 3 показывает, что в данном эксперименте отсутствует остаточная (пластичная) составляющая деформация, что подтверждается кривой изменения толщины исследуемого образца (рис. 3).
Полученные результаты полностью соответствуют нашим предположениям, так как исследуемый образец прессовался при давлении 2 МПа, а нагрузка на образец в процессе эксперимента соответствовала 1 МПа.
Поставленные наладочные эксперименты показали, что определение послойной плотности образца и изменение его толщины полностью адекватны и удовлетворяют необходимые требования, предъявляемые к исследованиям в данной области и к самому экспериментальному стенду.
Библиографический список
1. Маркин, А.П. Прессование композиционных материалов c точки зрения реологических процессов / А.П. Маркин, А.А. Шевляков // Сборник научных статей аспирантов и соискателей МГУЛ: сб. науч. тр. - Вып. 350. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. -С. 25-28.
2. Маркин, А.П. Предпосылки разработки реологической модели процесса прессования композиционных материалов / А.П. Маркин, А.С. Савицкий, А.А. Шевляков и др. // Технология и оборудование для переработки древесины: сб. науч. тр. - Вып. 349. - М.: МГУЛ, 2010. - С. 174-179.
90
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
