CC BY
58
УДК 674.21
ИЗМЕНЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ, ОБРАБОТАННОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ СВЧ
THE CHANGE OF THE CRINICAL SURFACE TENSION OF LARCH WOOD,
HROCESSED ELECTROMAGNETIC FIELD OF THE MICROWAVE
Шевчук К.А. (ТОГУ, г. Хабаровск, РФ) Shevchuk K.A. (Pacific National University, Khabarovsk, Russian Federation)
Рассмотрен вопрос влияния мощности и продолжительности обработки электромагнитного поля СВЧ на критическое поверхностное натяжение древесины лиственницы.
The results of study the question of the influence of power and duration of the processing of the electromagnetic field of the microwave on the critical surface tension of larch wood.
Ключевые слова: критическое поверхностное натяжение древесины, электромагнитное поле СВЧ
Keywords: the critical surface tension of wood, the electromagnetic field of the microwave
Склеивание древесины в настоящее время следует рассматривать как способ повышения эффективности использования древесного сырья. При этом склеивание обеспечивает возможность изготовления материалов и изделий из древесины по своим физико-механическим свойствам, значительно превосходящим аналогичные показатели натуральной древесины.
Ранее проведенные исследования [1] позволили установить, что нетепловое воздействие СВЧ электромагнитного излучения на клеевой состав, применяемый при склеивании древесины, дает увеличение прочности клеевого соединения.
Одним из компонентов, обеспечивающих прочность клеевого соединения древесины, является работа адгезии, определяемая силами, действующими между клеем и склеиваемыми поверхностями. Согласно известного уравнения Дюпре работа адгезии определяется поверхностными энергиями контактирующих фаз адгезионного взаимодействия. Из-за трудности определения поверхностной энергии твердых тел на границе с газом (воздухом) целесообразно использовать понятие критического поверхностного натяжения.
Для определения критического поверхностного натяжения твердого тела в экспериментальной практике широкое распространение получил метод В.А. Зисмана, основанный на измерении краевых углов смачивания твердого тела набором эталонных жидкостей [2]. Вследствие того, что поверхностное натяжение большинства используемых эталонных жидкостей близко по своим значениям поверхностному натяжению древесины, как твердого тела, наблюдается адсорбция и поглощение эталонной жидкости в объем древесины. В этой связи для определения критического поверхностного натяжения древесины оправдано будем использовать метод Эльтона [3], основанный на
применении одной эталонной жидкости с поверхностным натяжением, превышающим поверхностное натяжение древесных подложек. Используя метод Эльтона, критическое поверхностное натяжение определяют по формуле:
Ут.г. = 1 'Уж •(! + со^ (1)
где уж - поверхностное натяжения эталонной жидкости (глицерин -уж = 61,1*10 мДж/м2);
в - краевой угол смачивания поверхности древесины эталонной жидкостью.
В исследовании использовали образцы древесины лиственницы, поверхность которых после обработки плоским фрезерованием имела шероховатость = 100±20 мкм и влажность - W = 10 ±2%.
тшах
В качестве исследуемых факторов приняты режимные параметры обработки поверхности древесины электромагнитным полем СВЧ диапазона: продолжительность и генерируемая мощность обработки. На основании ранее проведенных экспериментов интервал варьирования продолжительности обработки принят в пределах от 8 до 20 с, а генерируемая мощность - от 100 до 600 Вт.
Для проведения эксперимента был принят многофакторный план В2, обработка результатов которого осуществлялась согласно общепринятой методике [4]. После обработки результатов эксперимента построена регрессионная модель второго порядка, адекватно описывающая зависимость изменения критического поверхностного натяжения древесной подложки лиственницы, обработанной электромагнитным полем СВЧ диапазона:
у = 48,4997 - 0,3259 - т + 0,0355 - Р + 0,0146 - т2 - 0,00004 - Р2 + 0,0002 - т- Р ,(2)
где т - продолжительность обработки, с;
Р - генерируемая мощность обработки, Вт.
Для наглядного представления и возможности анализа влияния воздействующих факторов на изменение критического поверхностного натяжения древесной подложки лиственницы построена графическая зависимость в виде поверхности отклика регрессионной модели, изображённая на рисунке.
Анализ изображенной на рисунке зависимости позволяет сделать вывод о том, что изменение критического поверхностного натяжения древесной подложки лиственницы имеет экстремальный характер. Поиск экстремальных значений критического поверхностного натяжения для принятых диапазонов варьируемых факторов позволил установить следующее.
Минимальное значение критического поверхностного натяжения
(у = 50,04мДж/м ) достигается при условии, когда поверхность древесной подложки обрабатывается электромагнитным полем СВЧ генерируемой мощностью, равной 100 Вт, в течение 10,47 с.
Рисунок - Зависимость изменение критического поверхностного натяжения древесной подложки лиственницы от продолжительности и генерируемая мощность СВЧ-обработки
Максимальное значение критического поверхностного натяжения (у — 57,57 мДж/м2) достигается при условии, когда поверхность древесной подложки обрабатывается электромагнитным полем СВЧ генерируемой мощностью, равной 493,5 Вт, в течение 20 с.
Известно, что поверхностная энергия древесины изменяется в пределах
л
25 - 50 мДж/м [5]. Дополнительными экспериментами установлено: критическое поверхностное натяжение древесной подложки лиственницы при шероховатости — 100±20 мкм и влажности - W = 10 ±2% составля-
ет 48,57 мДж/м2, что ниже значений поверхностных энергий клеевых материалов, применяемых для склеивания древесины, диапазон изменения которых определяется интервалом 55 - 70 мДж/м .
По результатам исследования следует сделать вывод о том, что обработка поверхности древесины электромагнитным полем СВЧ диапазона способствует изменению критического поверхностного натяжения древесной подложки и возможно создание таких режимных параметров обработки, при которых критическое поверхностное натяжение древесины будет равным поверхностной энергии раствора клеевого состава, что способствует обеспечению максимального адгезионного взаимодействия в системе клей-древесина.
Список использованных источников
1. Шевчук К.А. Изменение термодинамических свойств клея, обработанного электромагнитным полем СВЧ [Текст] / К.А. Шевчук // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. - Брянск: БГИТА, 2014. - Вып. 1 (6). -С. 50 - 55.
2. Онегин В.И. Формирование лакокрасочных покрытий древесины. - Л.: ЛГУ, 1983. -148 с.
3. Басин В.Е. Адгезионная прочность. - М.: Химия, 1981. - 280 с.
4. Пижурин А.А., Розенблит М.Е. Исследование процессов деревообработки. - М.: Лесная промышленность, 1984. - 231 с.
5. Чубинский А.Н. Формирование клеевых соединений древесины. - СПб.: Изд-во СПб университета, 1992. - 164 с.
