CC BY
68
ДЕРЕВООБРАБОТКА
3. ГОСТ 16483.7-71. Древесина. Методы определения влажности. - Введ. 1973-01-01. - М.: Стандар-тинформ : 2006. - 3 с.
4. ГОСТ 16483.1-84. Древесина. Метод определения плотности. - Введ. 1985-07-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. - 5 с.
5. ГОСТ 16483.35-88. Древесина. Метод определения разбухания. - Введ. 1990-01-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. - 5 с.
6. ГОСТ 16483.37-88. Древесина. Метод определения усушки. - Введ. 1990-01-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. - 5 с.
7. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Методы определения предела прочности при сжатии вдоль волокон. - Введ. 1974-07-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. - 6 с.
8. ГОСТ 16483.3-84. Древесина. Метод определения предела прочности при статическом изгибе.
- Введ. 1985-07-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. - 6 с.
9. ГОСТ 16483.4-73. Древесина. Методы определения ударной вязкости при изгибе. - Введ. 1974-07-
01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. - 6 с.
10. ГОСТ 16483.17-81. Древесина. Метод определения статической твердости. - Введ. 1983-01-01. -М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999.
- 6 с.
11. ГОСТ 16483.19-72. Древесина. Метод определения влагопоглощения. - Введ. 1974-01-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. -3 с.
12. ГОСТ 16483.20-72. Древесина. Метод определения водопоглощения. - Введ. 1974-01-01. - М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1999. -3 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ ТЕРМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ
(PINUS SYL VESTRIS)
Е.Г. ВЛАДИМИРОВА, асп. каф. технологии лесопиления и деревообработки МГУЛ
В настоящее время в мире активно развиваются различные технологии термической модификации древесины.
Большой интерес представляет такой показатель, как прочность древесины.
Было проведено исследование изменения предела прочности при статическом изгибе термически модифицированной древесины сосны.
Испытания проводились в лаборатории Лаппеенрантского технологического университета Финляндии (Lappeenranta University of Technology) и были продолжены позднее в Московском государственном университете леса.
По данным Технического исследовательского центра Финляндии (VTT), прочность на изгиб у термически модифицированной древесины сосны возрастает при температуре от 100°С до 160°С со 100МПа до 110МПа и постепенно уменьшается при температуре от 160°С до 220°С со 110МПа до 75МПа. Стремительное падение прочности начинается при температуре выше 220°С [3].
Согласно данным компании Эбису, прочность термически модифицированной древесины при статическом изгибе изменяется в пределах от -15 % до +20 % [2].
Результаты исследований, проведенных Кялландером и др., показывают среднее снижение прочности древесины у ели европейской (Picea exelsa) при изгибе на 5 %. Испытания проводились при максимальной температуре сушки 125°С [4].
По данным Хомана и др., у термически модифицированной древесины значительно ухудшаются механические свойства. Так, средняя потеря прочности при изгибе составляет от 5 % до 18 % в зависимости от условий испытания [5].
По исследованиям Гиебелера (1983), прочность при изгибе снижается у термически модифицированной древесины от 20 % до 50 % после сушки при температурах от 180°С до 200°С [6].
Что касается прочности немодифицированной древесины сосны, то, согласно данным Б.Н. Уголева, прочность древесины
102
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
ДЕРЕВООБРАБОТКА
1.
1.
6. 50x150 6. 38x100 6. 25x100
6. 50x150 6. 38x100 6. 25x100
Рис. 1. Схема распиловки бревна с размерами получаемых пиломатериалов с обозначениями досок
сосны при статическом изгибе и влажности 12 % равна 85 МПа [1].
В наших исследованиях для испытаний был использован предварительно заготовленный материал в виде досок из древесины сосны обыкновенной (Pirns sylvestris). Пиломатериалы были получены из 86 стволов древесины, которые в свою очередь были распилены на 280 бревен. Длина бревен была 4,83 м и 3,10 м соответственно. Бревна были размечены на 4 типа A (комлевое бревно), B (второе бревно по направлению от комля к вершине), С1(третье бревно по направлению от комля к вершине), С2 (четвертое бревно по направлению от комля к вершине).
Все бревна были распилены по 8 поставам (рис. 1). Выпиленные пиломатериалы имели следующие типоразмеры: сечение 25x100 мм, 38x100 мм, 50x150 мм и длина 4830 мм и 3100 м.
В процессе распиловки, каждой доске был присвоен код, который дает следующую информацию, например, 575C12M1PV, где 5 - номер постава, 75 - номер ствола, С1 - тип бревна, 2 - длина бревна, М - уровень
в бревне, 1 - расположение доски в поставе, PV - направленность доски в поставе (справа, слева).
Все пиломатериалы, выпиленные из бревен, были подвергнуты обработке в соответствии со стандартными классами термической модификации древесины. Согласно данной классификации, термически модифицированная древесина по применению разделяется на два класса, разработанных Техническим исследовательским центром Финляндии (VTT).
Класс S («Stability») «Стабильность» характеризует древесину, прошедшую средний уровень модификации (для хвойных пород t « 190°С). Изделия из нее применяются в сухих и полусухих помещениях, где не требуется высокая устойчивость к биоразрушениям.
Класс D («Durability») «Долговечность или Устойчивость к загниванию» характеризует древесину, прошедшую высокий уровень модификации (для хвойных пород t « 212°С). Изделия из нее применяются во влажных условиях [7].
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
103
ДЕРЕВООБРАБОТКА
75
cd
s R
60
45
30
15
Класс S
Класс D
0
Класс термической обработки
Рис. 2. Влияние класса термической обработки на предел прочности термически модифицированной древесины
80
70
60
50
40
5 а 30
Ч о <а <и Ч Ч
ь
20
10
0
-t -t г-
90 1п -t
57,132 1 в
■
^^В ■
■
^^В ■
■
мягкий нормальный форсированный
Режим сушки
Рис. 3. Влияние интенсивности режима высокотемпературной сушки на предел прочности термически модифицированной древесины
cd
к е
га £
о s о и щ со Р S О ^
& I
ц о 3 а ч: £ 1) к
rv н О
A
B C1
Зоны ствола
C2
Рис. 4. Изменение предела прочности термически модифицированной сосны при статическом изгибе в зависимости от зоны ствола
Для испытания древесины на статический изгиб применялись образцы нормализованной влажности в форме бруска размерами 20^20x300 мм в соответствии с ГОСТ 16483.3-84, выпиленные из пиломатериалов.
Нагружение образца проводилось на опытной установке, в статическом режиме, с постепенным увеличением изгибающих усилий. После измерения посередине длины образца ширины b - в радиальном и высоты h - в тангенциальном направлении с погрешностью до 0,1 мм он был расположен на двух опорах. Пролет l, т.е. расстояние между центрами опор, равен 240 мм. Нагружали образец в одной точке посередине пролета. Опоры и нажимные ножи имели закругления радиусом 30 мм. Скорость непрерывного нагружения была такой, чтобы образец разрушился через 0,5-2 мин.
♦ Класс D • Класс S
Рис. 5. Изменение предела прочности термически модифицированной сосны при статическом изгибе в зависимости от удаленности от центра бревна, класс термообработки S и D
Испытание продолжали до разрушения образца, определяя максимальную нагрузку. Определив максимальную нагрузку, вычислили предел прочности МПа, по формуле aW = 3P l / 2bh2.
Далее представлены результаты исследования влияния различных факторов на предел прочности древесины (рис. 2-5).
Анализ результатов исследований показывает, что в среднем предел прочности при статическом изгибе у термически модифицированной древесины сосны снижается на 20 % по сравнению с немодифицированной, с 85 МПа до 68 МПа [1]. Максимальное значение предела прочности составляет - 132 МПа, минимальное - 19 МПа, среднеквадратическое отклонение - 18 МПа.
Помимо этого в ходе исследований было установлено следующее:
104
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011
