CC BY
78
Библиографический список
1. Евсикова Н.Ю., Камалова Н.С., Матвеев Н.Н., Постников В.В. Новый подход к определению степени кристалличности целлюлозы в древесине // Известия РАН. Серия физическая. 2010. Т. 74, № 9. С.1373-1374.
2. Евсикова Н.Ю., Матвеев Н.Н. и др. Термополяризационные явления в древесном слое // Молодые ученые - 2008 / Материалы V Международной научно-технической школы-конференции. М.:
МИРЭА. Энергоатомиздат, 2008. Ч. 3. С. 72-74.
3. Лисицын В.И., Кумицкий Б.М., Саврасова Н.А.Термоэлектрические свойства древесины при изменении ее влажности // Материалы 4-ой международной научно-практической конференции «Современные энергосберигающие технологии» СЭТТ-2011» 20-23 сентября 2011 Москва /ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. Го-рячкина (МГАУ)», 2011. Т. 1. С. 264-266.
УДК 674-419.32
ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЧИВАЕМОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ШПОНА И ДРУГИХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В. С. Мурзин, Т. Л. Ищенко, О. В. Лавлинская
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
schenko @таП.ш
Деревообрабатывающую промышленность десятилетия характеризует постоянно растущая тенденция к увеличению объема производства фанеры, древесных плит и других клееных материалов.
С ростом объема и расширением номенклатуры повышаются также требования к качеству клееной продукции. Качество клееной продукции зависит во многом от прочности клеевых соединений.
Одним из основных условий образования высокопрочного клеевого соединения является наличие качественной адгезионной связи в системе клей - древесина.
Адгезия жидкости к твердому телу может быть описана уравнением Дюпре:
Ш = п + п — п '
А ^Т ^^ Ж ^ТЖ'
где оТ - равновесное поверхностное натяжение твердого тела;
оЖ - равновесное поверхностное натяжение жидкости;
оТЖ - межфазное поверхностное натяжение на границе твердое тело - жидкость.
Из уравнения следует, что оТ и оЖ должны иметь большие значения , но при этом поверхностное натяжение твердого тела оТ должно быть выше поверхностного натяжения жидкости.
В ранее проведенных исследованиях по смачиваемости и поверхностному натяжению или свободной поверхностной
энергии массивной древесины, лущеного и строганого шпона нами был установлен ряд общих закономерностей [1, 2, 3].
Наилучшую смачиваемость, то есть наиболее высокое значение свободной поверхностной энергии, показали свежестроганая поверхность массивной древесины. Хранение свежестроганой древесины приводит к ухудшению смачиваемости. Поэтому продолжительность выдержки деталей после механической обработки до нанесения клея или лакокрасочного материала необходимо строго ограничивать.
Экспериментальные работы показали, что поверхность лущеного и строганого шпона имеет значительно худшую смачиваемость и более низкую способность к склеиванию, чем поверхность свежестроганой древесины. Это обусловлено тем, что шпон получают из влажной древесины. В процессе сушки на поверхности создается инактивированный слой, по-видимому, за счет передвижения к поверхности шпона экстрактивных веществ, осаждение продуктов, выделяющихся при сгорании топлива при получении агента сушки и т. д.
Адгезионные свойства поверхности древесных частиц зависят также от технологии их изготовления. В том случае когда, например, микростружку для наружных слоев плит получают после повторного измельчения сухой резаной стружки, добытой на стружечных станках, то её поверхность имеет более высокое значение свободной поверхностной энергии и лучшие адгезионные свойства. Если для большего формата стружки (плиты ОSB) процесс сушки является заключительным,
адгезионные свойства поверхности ухудшаются.
Таким образом, технология подготовки древесных частиц должна влиять на величину свободной поверхностной энергии, а, следовательно, смачиваемость и адгезионные свойства поверхности.
В деревообрабатывающей промышленности широко применяются такие материалы как древесностружечные и древесноволокнистые плиты, декоративные бумажные пластики и другие. Причем эти материалы в процессе превращения в полуфабрикаты и изделия облагораживаются путем склеивания, облицовываются и отделываются различными лакокрасочными материалами. В связи с этим появляется необходимость в расширении знаний о физико-химических свойствах их поверхности, которые позволяют более полно обосновать как оптимальную технологию подготовки поверхности, так и оптимальные характеристики клеевых и отделочных материалов.
В связи с этим возникает необходимость в продолжении и расширении исследований, касающихся изучения смачиваемости и энергетических характеристик древесных материалов и композитов на основе древесины и синтетических смол и в том числе изучения влияния различных технологических факторов на энергетические свойства древесных материалов.
В программу настоящей работы включено изучение смачиваемости лущеного шпона различных пород, клееной фанеры, изготовленной из данного шпона, древесностружечной плиты (ДСтП), древесноволокнистой плиты (ДВП), декора-
тивного бумажно-слоистого пластика (ДБСП), синтетического шпона.
В опытах использовали лущеный шпон нескольких партий. Основная партия - это лущеный шпон толщиной 1,5 мм, полученный из березы, сосны, ели, ольхи, осины и липы влажностью 8...10 %. Он использовался при изучении смачиваемости в натуральном виде, а также при склеивании фанеры. Фанера толщиной 4 мм склеивалась при следующих условиях: температура плит пресса - 120 °С, выдержка в прессе 12 мин. Эти условия соответствовали режиму склеивания фанеры по нескольку листов в промежутке, когда крайние листы имели наиболее высокую степень упрессовки и продолжительность термообработки. Акклиматизация фанеры проводилась в течение 7 суток.
Во второй партии непосредственно после лущения сырой шпон был упакован во влагонепроницаемую пленку и доставлен в лабораторию. Далее шпон подвергался сушке по одному из следующих способов: в горячем прессе при температуре 150 °С (имитация сушки в дыхательном прессе), в сушильном шкафу при температуре 100 °С и в комнатных условиях. После акклиматизации изучалась смачиваемость в зависимости от условий сушки.
В параллельных опытах на березовом шпоне изучалось влияние уплотнения в холодном прессе (степень уплотнения 1520 %), а также влияние влажности на смачиваемость. Для этого часть березового шпона исходной влажностью 8.10 % выдерживали в эксикаторе при относительной влажности -100 % в течение 7 суток, тем самым достигалось увеличение влаж-
ности шпона до 25.30 %. Другую часть шпона сушили в шкафу до абсолютно сухого состояния и после охлаждения шпона изучали смачиваемость.
Сушка, увлажнение, уплотнение и шлифование являлись технологическими операциями, исследование которых, выполнялось нами для определения их влияния на изменение смачиваемости поверхности.
Для изучения смачивания использовали глицерин, а в отдельных случаях для сравнения - 50 % раствор смолы КС-68-М.
Использовались следующие методы определения контактного угла. Медицинским шприцем на поверхность образца, закрепленного на столике горизонтального микроскопа, наносилась капля жидкости объемом примерно 0,05 см3. Угол измеряли через 30 с и далее с определенным интервалом до установления равновесного угла. Конечное время измерения через 30 мин после формирования капли практически для всех случаев соответствовало времени образования равновесного угла. Средние арифметические значения углов смачивания вычисляли по результатам 10 измерений, что обеспечивало статистическую достоверность результатов. Опыты проводились при температуре 20±2 °С.
В первой серии опытов изучалась смачиваемость лущеного шпона как лиственных, так и хвойных пород. Графики, представленные на рис. 1, показывают, что наилучшую смачиваемость имел шпон, полученный из древесины хвойных пород (ель, сосна); худшую смачиваемость имел шпон, изготовленный из древесины лиственных пород (береза, ольха, липа). Ана-
томическое строение, плотность древесины, химический состав и другие факторы, о которых упоминалось ранее, оказывают влияние на физико-химические характери-
стики поверхности шпона, изготавливаемого из древесины разных пород, тем самым обуславливают его различную смачиваемость.
-сосна
-ель
-осина
-береза
-ольха
-липа
Т. МГШ
Рис. 1. Смачиваемость лущеного шпона в зависимости от породы древесины
В процессе изготовления фанеры шпон подвергается воздействию тепла и давления. Термомеханическое воздействие приводит к изменению структуры шпона, поскольку он уплотняется, а также к некоторому изменению влажности. Наружные слои фанеры, особенно крайних листов, при склеивании по нескольку листов в промежутке имеют более низкую влажность и более высокую упрессовку. По-видимому, происходят в какой-то мере определенные химические изменения компонентов древесины под влиянием высоких температур. Все это должно отражаться на энергетических свойствах поверхности фанеры.
Сопоставляя кривые, представленные на рис. 1 и рис. 2, можно отметить, что только для березового шпона процесс склеивания фанеры не приводил к какому-
либо заметному изменению смачиваемости (соб6>=0,52 для шпона и соб6>=0,54 для фанеры).
При склеивании сосновой фанеры смачиваемость шпона ухудшается. У контрольного соснового шпона соб0=0,85, а у сосновой фанеры соб6>=0,48. Что касается остальных пород древесины, то можно отметить некоторое ухудшение смачиваемости. О причинах таких изменений не считаем целесообразным, здесь давать пояснения. Для полного анализа происходящих при прессовании фанеры физико-химических процессов, оказывающих влияние на смачиваемость шпона, необходимо проведение дополнительных исследований.
5 10 15 20 Т. МИН
Рис. 2. Смачиваемость клееной фанеры
Влияние влажности на смачиваемость шпона показана на рис. 3. Установлено, что изменения влажности березового
шпона в пределах от 0 до 30 % не приводят к изменению смачиваемости.
\у=зо%
-■—\У=0%
уплотненна
я береза ■♦—натуральна
я береза
15 Т. МИН
Рис. 3 Влияние влажности и упрессовки на смачиваемость березового шпона
Влияние различных способов сушки на смачиваемость березового шпона показано на рис. 4. Наилучшую смачиваемость (для глицерина соб0=0,71) имел шпон, высушенный при комнатной температуре, среднее положение занимает шпон, высушенный в сушилке при /=100 °С (cоs0=O,61) и наиболее низкую смачиваемость имел шпон, высушенный в прессе при /=150 °С. Таким образом, можно отметить, что для березового шпона высокотемпературная сушка приводит к ухудше-
нию смачиваемости шпона. Вместе с тем следует отметить, что даже опыты требуют также расширения с привлечением разных пород древесины и расширением режимов и способов сушки, в том числе и в газовоздушной среде.
На последнем этапе работы изучалась смачиваемость различных древесных композитов на основе древесных частиц и синтетических смол (рис. 5). Наиболее худшую смачиваемость имела поверхность нешлифованной ДВП (созб^^).
о
1 2 3 1' 2' 3'
Рис. 4. Смачиваемость березового шпона в зависимости от способа сушки: 1 - сушка в прессе; 2 - сушка в сушильном шкафу; 3 - сушка при комнатной температуре;
1', 2', 3' - тоже для смолы КС-68М
О
-ДВП нешлифованная -ДСгП шлифованная -ДБСП шлифованный -синтетический шпон -ДВП шлифованная
Т. МИН
Рис. 5. Смачиваемость различных композиционных материалов на основе древесины
Шлифование поверхности дает заметное улучшение смачиваемости (^6>=0,67).
Декоративный бумажно-слоистый пластик, поступающий на мебельные предприятия, имеет шлифованную поверхность, однако длительное хранение шлифованного пластика ухудшает смачиваемость, в связи с этим повторное шлифование значительно улучшает смачиваемость поверхности (значение cоsв возрастает до 1, т.е. имеет место абсолютная смачиваемость).
Как видно из данных, полученных для ДСтП, поверхность древесных частиц в процессе изготовления ДСтП заметно инактивируется.
Выводы
Проведенные исследования показали, что определенное влияние на инактивацию поверхности древесных частиц и шпона оказывают технологические процессы и режимы их переработки в полуфабрикаты и изделия. В связи с этим клееные материалы и композиты из древесных частиц и
синтетических смол имеют различную смачиваемость поверхности, что необходимо учитывать при их дальнейшей переработке в изделие.
Требуются продолжение исследований для установления общих закономерностей и объяснения сущности физико-химических явлений, приводящих к инактивации поверхности.
Библиографический список
ваемости древесины разных пород // Лесной журнал, 1976. № 4. С. 18-21.
2. Мурзин В.С. Исследование адги-зионных свойств березового шпона // Деревообрабатывающая промышленность, 1976. № 5. С. 9-11.
3. Чубинский А.Н. Формирование клеевых соединений древесины. Ст.-Петербург, 1992. 163 с.
1. Мурзин В.С. Исследование смачи-
УДК 674.093.26
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФАНЕРЫ НА МАЛОТОКСИЧНЫХ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛАХ В. С. Мурзин, Е. В. Кантиева, Л. В. Пономаренко
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Россия занимает восьмое место в мире по производству фанеры. Около 65 % от объема выпускаемой фанеры экспортируется. В основном на экспорт поставляется березовая фанера.
Среди используемых для производства фанеры синтетических смол первое место занимает карбамидоформальдегид-ная смола (КФС). Эти смолы были синтезированы в СССР в послевоенное время. Их объем постепенно возрастал, особенно с развитием производства древесностружечных плит (ДСтП). Применяемые деревообрабатывающей промышленностью марки смол в 50-60 гг. прошлого столетия отличались высокими адгезионными свойствами, стабильностью при хранении, со-
держанием свободного формальдегида до 2,5 % (МФ-17, МФ, М-60 и др.). Высокая токсичность данных смол особенно проявлялась в производстве и применении ДСтП.
После запрещения Минздравом СССР применения в производстве ДСтП КФС с содержанием свободного формальдегида выше 1 % были синтезированы и нашли широкое применение в деревообрабатывающей промышленности смолы марок М-19-62, УКС, КФЖ и другие, удовлетворяющие этим условиям.
Однако увеличение выпуска продукции, поставляемой на экспорт, удовлетворяющей требованиям евростандарта по классу эмиссии из данной продукции фор-
