Исследование прочности шпона березы ребристой пораженной гнилями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 674.093.26.03

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ШПОНА БЕРЕЗЫ РЕБРИСТОЙ

ПОРАЖЕННОЙ ГНИЛЯМИ

STUDY ON STRENGTH OF VENEER BIRCH RIBBED AFFECTED BY ROTS

Калита О.Н., Исаев С.П., Калита Г.А.

(Тихоокеанский государственный университет, г.Хабаровск, РФ) Kalita O.N., Isaev S.P., Kalita G.A. (Pacific National University, Khabarovsk)

Исследована прочность шпона березы ребристой пораженной гнилями We investigated the strength of wood birch veneer ribbed affected by rots

Ключевые слова: шпон, береза ребристая, прочность, древесная гниль Keywords: veneer, ribbed, birch, strength, wood rot

Береза ребристая (Betula costata) является одной из наиболее распространенных лиственных пород Дальнего Востока, используемой в основном при изготовлении лущеного шпона и мебельного щита. Основной ее недостаток - это резко выраженное ложное ядро, которое занимает 50-80% диаметра ствола и увеличивается с увеличение возраста и диаметра ствола [1]. В зависимости от степени фаутности снижаются и прочностные свойства древесины. Если при поражении гнилями I степени прочностные характеристики снижаются незначительно, то при поражении гнилями II и III степени древесина березы ребристой считается дровяной. Для вовлечения в переработку биоповрежденной древесины предлагается разработать технологические режимы, позволяющие восстановить до требуемых, прочностные характеристики участков древесины пораженных гнилями II и III степени.

Предыдущими исследования проницаемости древесины [2] было установлено, что проницаемость древесины зависит существенно от структурных направлений, а также других факторов: плотности, ширины годичных слоев, влажности. Одновременно c этим выявлена низкая степень пропитки образцов древесины по толщине за исключением древесины пораженной гнилью III степени, что является важным фактором, затрудняющим промышленное использование такой древесины.

Сделанные выводы определяют дальнейшее направление исследований -использование древесины березы в виде шпона модифицированного полимерными материалами.

Целью исследований явилось повышение прочностных свойств пораженной гнилью древесины модифицированной методом пропитки полимерами и определение возможности ее использования в промышленности.

Для проведения эксперимента была изготовлена специальная оснастка с учетом размеров образцов шпона:

- кюветы размером 180х180х60 мм;

- кассеты разъединители шпона.

Для исследования отбирались образцы шпона древесины березы ребристой

размерами 150х150 мм, толщиной 1 мм, влажностью 6-8%, с тангенциально-радиальной поверхностью, пораженной гнилями различной степени.

Влажность образцов шпона определялась по стандартной методике [3]. Для определения массы образцов использовались электронные весы марки ВЛТЭ-500.

В качестве полимерного материала использовался пропитывающий раствор карбамидоформальдегидной смолы КФ-Ж (ГОСТ 14231-88) соответствующей концентрации.

Вязкость смолы контролировалась вязкозиметром марки ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75). Температура компонентов и материалов контролировалась ртутными термометрами со шкалой деления 0,5оС.

Поддержание температурных параметров исследуемых процессов обеспечивалось в сушильном шкафу SNOL 58/350 с электронным оборудованием для автоматического поддержания заданных температурных режимов.

Исследования прочностных свойств образцов проводились на универсальной испытательной электромеханической машине серии WDW 50Е серии №0457. Машина предназначена для статических испытаний образцов на растяжение, сжатие и изгиб в соответствии с международным стандартом ISO 6892-1998. Управление и система отображения информации - персональный компьютер; программное обеспечение обработки данных плюс контроллер Shijin, а также принтер образуют систему контроля и обработки данных испытательной машины.

Методика проведения эксперимента заключалась в следующем.

Образцы шпона устанавливались в кассету по 10 штук, которая затем помещалась в кювету с приготовленным пропитывающим раствором заданной температуры и концентрации. Приготовленная кассета устанавливалась в сушильный шкаф с температурой принятой по плану проведения эксперимента. Также задавалось время нахождения кюветы в сушильном шкафу. По окончании заданного времени проводились операции в обратном порядке. Образцы шпона, прошедшие операцию пропитывания, извлекались из кюветы, (излишки смолы убирались шпателем) и устанавливались в разъединительную кассету для подсушивания. После подсушивания образцы собирались в пакет с прокладками и помещались в сушильный шкаф на просушку.

Для устранения деформации образцов шпона сушильные пакеты зажимались струбцинами. Сушка образцов проводилась до влажности 8% + 2%. Температурный режим поддерживался в автоматическом режиме в пределах 103 + 20С.

После сушки и выдержки при комнатной температуре образцы шпона распиливались на полоски шириной 30 мм и длиной 150 мм. Причем половина образцов имела продольное направление волокон, а вторая половина -поперечное.

В процессе проведения эксперимента соблюдались условия, обеспечивающие минимизацию погрешности показаний:

- контролировалась масса образцов каждой партии;

- перед тем как залить образцы шпона пропитывающим раствором определенной температуры шпон и кювета выдерживались в шкафу для

выравнивания температурного режима;

Основными факторами, влияющими на проницаемость, были приняты:

- концентрация пропиточного раствора;

- продолжительность пропитки;

- температура пропиточного раствора.

На основании предварительных исследований приняты следующие переменные факторы проведения эксперимента (табл. 1).

Таблица 1 - Переменные факторы, их интервал и уровни варьирования

Наименование факторов Обозначение Интервал варьирования фактора Уровень варьирования фактора

натуральная юрмализов анная нижний (-) основной (0) верхний (+)

1. Температура пропиточного раствора, оС Т Х1 10 20 30 40

2. Продолжительность выдержки образцов шпона в пропиточном растворе, час т Х2 1,5 1 2,5 4,0

3. Концентрация пропиточного раствора, % К Хз 10 40 50 60

Подготовленные образцы исследовались на прочность в продольном и поперечном направлениях. На рисунке 1 показаны фотографии образцов шпона после исследования на разрывной машине. Из характера повреждений видно, что направление разрыва совпадает с направлением распространения гнили в образце шпона.

Рисунок 1- Образцы шпона после испытания на разрыв в продольном направлении

При планировании эксперимента для математического описания процесса применялся многофакторный план В3 с получением регрессионной модели второго порядка для трех варьируемых факторов, которая позволяет оптимизировать проведение экспериментальных исследований.

После обработки данных эксперимента было получено уравнение регрессии, имеющее следующий вид:

У = 0,4041

К - 0,1344 т

0,2346 ■ т

г2

т- +

0,002В - К - Т -0,0004 -0,0098 ■ К ■ т - 0,0033 ■ К£ - 0,1255 ■ т2 - 6,4175 Для наглядности влияния исследуемых факторов на прочность при растяжении поперек волокон модифицированного шпона построены графические зависимости, изображенные на рис. 2-4.

03

С

5,7

5,5

ё и

« 5 3

# 5,3

£

£ 5,1 а '

03

е4,9

о

§ 4,7 о

С 4,5

1

2

3

1

38 40 42 44 46 48 50 52 54 86 58 60 62

концентрация, %

температура - 20оС; 2 - температура - 30оС; 3 - 2 - температура - 40оС; время выдержки в растворе - 3 часа Рисунок 2 - Прочность на растяжение поперек волокон в зависимости от концентрации пропиточного раствора

„ 5,5 1> К

Й 5 3

# 5,3

Е

£ 5,1

л §

2 4,9

а 4,7

сг1 о

с 4,5

^2 А

__„3

15

20

45

25 30 35 40

температура пропиточного раствора, оС

1 - концентрация - 40%; 2 - концентрация - 50%; 3 - концентрация - 60%; время выдержки в растворе - 3 часа Рисунок 3 - Прочность на растяжение поперек волокон в зависимости от температуры пропиточного раствора

продолжительность выдержки, час

1 - концентрация - 40%; 2 - концентрация - 50%; 3 - концентрация - 60%; температура пропиточного раствора -200 С

Рисунок 4 - Прочность на растяжение поперек волокон в зависимости от времени пропитки

Анализируя полученные зависимости можно сделать следующие выводы:

1. Максимальная прочность исследуемых образцов древесины при растяжении поперек волокон получена при следующих факторах:

концентрации- 55,6%,

температуры - 200 С,

времени выдержки образцов в пропиточном растворе - 1,93 часа.

Увеличение прочности в сравнении с контрольными образцами (4,53 МПа) составило 19,6%.

2. Возможно применение данного способа увеличения прочности шпона при использовании его в качестве облицовочного слоя в производстве, например, декоративных панелей или паркета.

Список использованных источников

1. Цымек, А.А. Главнейшие лиственные породы Дальнего Востока [Текст]/ А.А. Цымек. - Хабаровск: Дальгиз, 1950. -197 с.

2. Калита, О.Н. К вопросу о проницаемости древесины березы желтой пораженной гнилями. [Текст]/ О.Н. Калита, Г.А. Калита, Грушина А.Ю.// Лесной комплекс: состояние и перспективы развития. Сборник научных трудов. Выпуск 37. - Брянск: БГИТА, 2013. - С. 3234.

3. ГОСТ 16483.7-71* Древесина. Метод определения влажности. -Москва: Изд-во стандартов, 1982. - 9с.