CC BY
74
Guba L.N. Formation of consumer properties of sawed leather
The possibility of improving the properties of sawed leather by using of tannery waste in the finishing compositions in the form of a fines powder. The study of the physico-mechanical and hygienic properties of the sawed leather.
Keywords: sawed leather, leather, leather powder, tannery wastes, collagen acrylicu-rethane composition, collagen waste.
УДК 674.028.9:004.15:519.216.3 Доц. Б.Я. Кшивецький, канд. техн. наук -
НЛТУ Украши, м. Львiв
МЕХАН1ЗМ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ КЛЕЙОВИХ З'ЕДНАНЬ ДЕРЕВИНИ
Наведено мехашзм формування термопластичних клейових з'еднань деревини. Доведено, що когезшна мщшсть у термопластичних клейових з'еднаннях деревини буде формуватися за допомогою мiжмолекулярних та водневих зв'язюв, а адгезшна -за допомогою фiзичного контакту адгезиву i субстрату та за допомогою мiжмслеку-лярно! взаемодп i водневих зв'язюв мiж компонентами клею та деревини.
Довгов1чнють клейових з'еднань деревини залежить вщ адгезшно! 1 когезшно! мщносп клейового шва 1 процешв, пов'язаних 1з мехашзмом формування та руйнування клейових з'еднань тд час експлуатацп. Тобто для того, щоб клейов1 з'еднання були довгов1чними, передушм !м необхщно забез-печити вщповщну когезшну та адгезшну мщтсть [1, 2]. Когез1я - зчеплення частин одного 1 того ж однорщного тша. Когез1я виникае за допомогою х1м1ч-них зв'язюв м1ж складовими частинами тша, атомами та юнами або за допомогою м1жмолекулярно! взаемодп.
М1жмолекулярна взаемод1я - взаемод1я молекул м1ж собою, що не призводить до розриву, або утворення нових х1м1чних зв'язюв. Вщ м1жмоле-кулярних зв'язюв залежать структурт, спектральт, термодинам1чт, теплофь зичт й тш1 властивосп пол1мер1в. Основу м1жмолекулярних зв'язюв форму-ють кулотвсью сили взаемодп м1ж електронами 1 ядрами атом1в одно! моле-кули та ядрами 1 електронами атом1в тшо! молекули. Енерпя м1жмолекуляр-них зв'язюв залежить вщ вщстат м1ж молекулами, !х взаемно! ор1ентацп, бу-дови 1 ф1зичних характеристик. Сили м1жмолекулярно! взаемодп можна подь лити на три види - електростатичш, поляризацшт 1 дисперсшш [3-6].
Електростатичт - взаемод1я постшних дипол1в, що утворились у молекул]. внаслщок полярних ковалентних зв'язюв. Чим поляртший зв'язок, тим бшьш1 заряди виникають на атомах 1, вщповщно, сильшша ор1ентацшна взаемод1я. Енерпя тако! взаемодп сягае до 20 кДж/моль.
1ндукцшт - взаемод1я постшного диполю з наведеним, що утво-рюеться за рахунок поляризацп неполярного, або мало полярного ковален-тного зв'язку тд впливом полярних груп. Чим бшьший постшний диполь 1 чим легше поляризуються зв'язки, тим сильшшою буде шдукцшна взаемод1я. Енерпя тако! взаемодп сягае до 2 кДж/моль.
Дисперсшш - взаемод1я, обумовлена законами квантово! мехатки 1 зв'язано! з виникненням миттевих дипол1в в атомах, тд час обертання елек-
тронiв навколо ядер. Енерпя тако! взаемодп е унiверсальною i сягае до 40 кДж/моль.
Мiжмолекулярнi сили слабшi за звичайш (валентнi) приблизно у 10...100 разiв. Дiя !х зменшуеться з вщдаленням молекули одна вiд одно!. Разом з тим, у разi збшьшення молекулярно! маси речовини, ефект мiжмолеку-лярних сил стае вщчутшшим, оскiльки кожен атом е джерелом !х утворення. У високомолекулярних сполуках, де розмiри молекул i кiлькiсть атомiв дуже велию, сумарний ефект мiжмолекулярних сил може бути бшьший за енергiю хiмiчних зв'язюв. Крiм мiжмолекулярних зв'язкiв мiж молекулами, яю мю-тять групи -ОН, -ЫИ, домiнуючий вклад в когезж> i адгезiю можуть вносити i водневi мiжмолекулярнi зв'язки.
Водневi зв'язки - це особливий тип трьохцентрового хiмiчного зв'язку типу Х-И-У, в який атом И з'еднаний ковалентним зв'язком з електронегатив-ним атомом X (Ы, О, 8), утворюе додатковий зв'язок з атомом У (Ы, О, 8), що мае неподшьну пару електронiв. Водневий зв'язок можна розглядати як окре-мий тип координацшного зв'язку, тому що юльюсть зв'язкiв, що утворюють-ся центральним атомом И, бiльший за його формальну валентнiсть. Енергiя водневих зв'язюв знаходиться переважно в межах до 20.40 кДж/моль. Мiж-молекулярш водневi зв'язки е причиною сильно! когезп для багатьох полiме-рiв, зокрема i для целюлози [4].
Чим вищий позитивний електростатичний потенщал поблизу атома И, тим сильн^ водневi зв'язки. Тому найбшьш мiцнi водневi зв'язки утворю-ються у тих випадках, коли атом i групи-замiнники, якi входять в молекулу, мають найбiльш негативний заряд, а також коли молекула здатна сильно по-ляризуватися. Водневi зв'язки утворюються в основному у рщкш фазi, а при кристалiзацil вони, як правило, збер^аються.
Когезiя характеризуеться роботою №с, яку визначають як роботу, обернену iзометричному руйнуванню однорщного тiла:
= 2у, (1)
де у- поверхнева енергiя (для твердих тш) або поверхневий натяг (для рь дин). Оскiльки полiвiнiлацетат (ПВА) i полiвiнiловим спирт (ПВС) мютять сильно полярнi групи (С(О)СН3, -ОН), то когезiйна мiцнiсть для структуро-ваних i неструктурованих термопластичних кле!в на основi ПВА буде харак-теризуватися як всiма видами мiжмолекулярноl взаемодп мiж макромолекулами полiвiнiлацетату i полiвiнiлового спирту, так i утворенням мiж ними водневих зв'язюв [3, 4].
Утворення можливих водневих зв'язюв мiж компонентами клею показано на рис. 1.
Кшьюсть як мiжмолекулярних, так i водневих зв'язкiв мiж макромолекулами клейово! композицп i, вщповщно, енергiя когезп буде залежати вщ ступеня упорядкованостi мiж макромолекулами у нш.
Адгезiя - це комплекс явищ, якi здатнi утворити зв'язки мiж матерь алами, що склеюються. Адгезiя може виникати внаслiдок ван-дер-ваальсових взаемодiй мiж макромолекулами адгезиву i субстрату, утворенням мiж ними
водневих зв'язюв, дифузп макромолекул з одно! поверхш в iншу, затiканню клею у макротрщини або у мiкропори, хiмiчноl взаемоди мiж макромолекулами, яю знаходяться у контактi, тощо [3, 4]. У термопластичних клейових з'еднаннях деревини, на вщмшно вiд термореактивних, хiмiчна взаемодiя мiж компонентами адгезиву i субстрату неможлива.
Рис. 1. Приклади водневих зв 'язшв, що можуть утворювати компоненти клейовоТ композицТ ПВА мж собою (а) та (б)
Адгезш ощнюють за результатами мехашчних випробувань на мщ-шсть [1]. Мщнють i довговiчнiсть адгезшних з'еднань залежить як вiд мiж-фазно! взаемоди, так i вщ деформацiйних властивостей адгезиву i субстрату, яю вiдрiзняються в об'емi i приповерхневих шарах фаз, а також напруження-ми, якi виникають у них при адгезшному контактi.
Сдиного погляду на механiзм утворення адгезшних зв'язюв мiж клеями i деревиною та !х природи на сьогодш немае. Деякi дослiдники вважа-ють, що адгезiйна взаемодiя вщбуваеться на молекулярному рiвнi, або за до-помогою фiзичного контакту, тобто зближення атомiв i молекул взаемодь ючих тiл на таку вщстань, коли виникають мiжмолекулярнi сили або хiмiчнi зв'язки (10-8 см). Термопластичш однокомпонентнi ПВА кле!в можуть форму-вати лiнiйну, а двокомпонентнi - рщкоштчасту структуру клейового шва. Сформоваш лiнiйнi та рiдкосiтчастi клейовi з'еднання деревини, повинш де-що по^зному реагувати на дiю вологостi та температури, що впливае на довговiчнiсть з'еднання.
Однокомпонентш полiвiнiлацетатнi кле! мають високу рухомiсть макромолекул, що надае клейовому з'еднанню невисоко! теплостшкосп та повзу-чостi за ди навантаження. Але повзучiсть клейового шва дае змогу релаксува-тися внутршшм напруження, якi виникають при дл температури i вологостi, що робить довговiчнiшими клейовi з'еднання.
У двокомпонентш ПВА-кле! пiд час формування клейового шва дода-ють затверджувач, що утворюе трьохвимiрну рiдкосiтчасту структуру i цим самим дещо пiдвищуе водостшюсть клейового з'еднання, i дещо зменшуе еластичнiсть клейового шва. Разом з тим, у клейових з'еднаннях деревини на основi однокомпонентних i двокомпонентних термопластичних ПВА-кле!в адгезiйна мiцнiсть формуеться за допомогою фiзичного контакту адгезиву i субстрату, тобто механiчним зчепленням, та за допомогою мiжмолекулярноl взаемодп i водневих зв'язкiв мiж компонентами клею та деревини.
V н >
он 0 II
си-сн - [-
3 0 1
ь - ^СНг-СН■
Утворення можливих водневих зв'язкiв мiж компонентами клею та де-ревини показано на рис. 2.
Целю/юза Целюлазп ^ Целюлоза
Ьи к К
н-о
—СН-СН — ПВС пвсги-гн — С~ т
ПВА
Рис. 2. Приклади водневих зв 'язшв, що можуть утворювати компоненты клейовоТ композици (а), (б) та деревина (в)
Утворення фiзичного контакту мiж тдкладкою i адгезивом зумовлене змочуванням рщиною твердо! поверхш. Формування контакту приско-рюеться пiдвищенням тиску (р), часу (т) i зниженням в'язкостi (п):
Бт + 1п(1 - Бт) = - (2)
П
де 8т - максимальна площа мiжфазного контакту.
Швидкiсть встановлення мiжфазного контакту визначаеться величиною утворення крайового кута змочування (в), що утворюе крапля адгезиву на субстрата
<< соъв уг
<<т п
(3)
де у - поверхнева енерпя адгезиву.
Якщо клей мае невисоку в'язюсть, а швидкють розтiкання е рiвномiр-ною, тодi розподiл клею по поверхнi вщбуваеться завдяки саморозтжанню, якщо нi - то необхщна механiчна дiя.
Змочування i розтiкання клею супроводжуеться проявленням мiжмо-лекулярних сил на границ розподiлу фаз, якi залежать вщ хiмiчноl природи клею i матерiалу. Коли буде кращим змочування, тодi буде бiльша площа контакту клею з матерiалом. Найчастiше змочування характеризуеться сшв-вiдношенням поверхнево! енергп цих матерiалiв. Поверхнева енергiя - це надлишок енергп в поверхневому шарi i е термодинамiчною характеристикою матерiалу.
Змочування вiдбуваеться лише тод^ коли виконуеться така умова:
<Ж,а (4)
де: Wк- робота когезп; Wa - робота адгезп.
Якщо Wa >Wк, вiдбуваеться розтiкання рiдини по поверхш тша. Якщо < 1/2Wк - тiло не змочуеться.
Змочування i розтiкання ускладнюеться макро- i мiкронерiвностями на поверхнi деревини. Це збшьшуе фактичну площу контакту i веде до тдви-щення мiцностi склеювання завдяки заповненню нерiвностей клеем i утво-
рення фiзичного контакту по всш площинi. Ддвищення температури i тиску дае змогу краще заповнити нерiвностi. У термопластичних клеях на 0CH0Bi ПВА процес формування клейового шва вiдбуваеться завдяки переходу адге-зиву з в'язко текучого стану у склоподiбний (кле!-розплави), або випарову-ванням i3 клейового шару рщко! фази i складаеться i3 стадш, якi можна регу-лювати з метою отримання з'еднання вщповщно! якостi.
На першiй стадп проходить процес утворення мiжфазного контакту внаслщок розтiкання клею по поверхш субстрату, швидкiсть якого залежить вщ крайового кута змочування.
На другш стадп проходить процес адсорбцп - концентрування макромолекул адгезиву iз його об'ему на поверхню розподшу фаз, внаслiдок прояви сил мiжмолекулярноl взаемодл мiж адгезивом i деревиною.
На третiй стадп проходить процес переходу рщко! клейово1 сум^ у в'язко-текучий стан, тобто структуроутворення полiмеру, який супрово-джуеться додатковим утворенням адгезшних та когезiйних зв'язюв.
На четвертiй стадп вiдбуваеться твердшня клейового з'еднання - пере-хщ клею iз в'язко текучого стану у твердий в утворення клейово! плiвки, яка характеризуеться повним видаленням летких речовин, або завершальним ета-пом мiжмолекулярноl взаемодп.
Механiзм формування термопластичного клейового з'еднання на осно-вi ПВА можна описати мехашчною та адсорбцiйною теорiями.
Виходячи з будови клею та деревини, як основних елеменпв клейового з'еднання, мехашзм формування термопластичних клейових з'еднання деревини вщбуваеться, в основному, за допомогою мехашчного зчеплення та мiжмолекулярних зв'язкiв мiж адгезивом та субстратом. Теоретично доведено, що у термопластичних клейових з'еднань деревини, тд час формування клейового шва на мiжмолекулярному рiвнi, можуть утворюватися додатковi водневi зв'язки, як мiж компонентами клейово! композицп, так i мiж компонентами клейово! композицп i деревини. Все це повинно привести до зростан-ня адгезшно! i когезшно! мщносп, а в кiнцевому результатi до тдвищення довговiчностi структурованих термопластичних клейових з'еднань деревини.
Л1тература
1. Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений древесины. А.С. Фрейдин. - М. : Изд-во "Химия", 1981. - 270 с.
2. Хрулев В.М. Долговечность клеевых соединении древесины / В.М. Хрулев. - М. : Гослесбумиздат, 1962.
3. Гупало О.П. Високомолекулярш сполуки / О.П. Гупало, Н.М. Ватаманюк. - К. : Вид-во НМК ВО. - 1993. - 243 с.
4. Химическая энциклопедия словарь. - М. : Изд-во "Советская энциклопедия". - 1990. - Т. 1. - 623.
5. Химическая энциклопедия словарь. - М. : Изд-во "Советская энциклопедия". -1990. -Т. 2. - 671.
6. Энциклопедия полимеров. - М. : Изд-во "Советская энциклопедия". - 1972. - Т. 1. -1224 с.
Кшивецкий Б.Я. Механизм формирования термопластических клеевых соединений древесины
Приведен механизм формирования термопластических клеевых соединений древесины. Доказано, что когезионная прочность в термопластических клеевых соединениях древесины формируется за счет межмолекулярных и водородных связей, а адгезионная - за счет физического контакта адгезива и субстрата и при помощи межмолекулярных и водородных связей между компонентами клея и древесины.
Kskyvetskyy B.Ya. The mechanism of formation of thermoplastic adhesive wood joints
The article deals with the mechanism of formation of thermoplastic adhesive wood joints. It was established that cohesive strength in thermoplastic adhesive wood joints is formed by means of intermolecular and hydrogen bonds, while adhesive strength is formed by way of physical contact of the adhesive with the substrate as well as by intermolecular interaction and hydrogen bonds between the adhesive components and the wood.
УДК 658.527.011.56 Доц. Р.Я. Оргховський, канд. техн. наук -
НЛТУ УкраТни, м. Льв1в
ПРОБЛЕМИ НАД1ЙНОСТ1 ТЕХН1ЧНИХ ЗАСОБ1В В АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛ1ННЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
Розглянуто питання застосування сучасних методiв визначення надшност ав-томатизованих систем управлшня технолопчними процесами для виршення завдань шдвищення ефективност функщонування автоматизованих виробничих систем на шдприемствах люопромислового комплексу.
Ключовг слова: надшшсть, автоматизоваш системи управлшня технолопчними процесами, iмiтацiйне моделювання, структурно-параметрична оптимiзацiя, резерву-вання.
Одшею з основних властивостей техшчних засоб1в автоматизацп виробничих процеив, яка ютотно впливае на ефективнють функщонування автоматизованих систем управлшня технолопчними процесами (АСК ТП), е надшшсть. Значш втрати часу функщонування технолопчного обладнання спричиняються насамперед ненадшнютю техшки, недолжами в оргашзацп пращ та шшими чинниками зовшшнього впливу. Надшшсть техшчних засо-б1в АСК ТП визначаеться такими складовими: безвщмовшстю, ремонтоздат-нютю, довгов1чнютю, властивютю збершати задаш характеристики протягом заданого термшу.
Безвщмовшсть визначаеться як властивють техшчного засобу (ТЗ) збершати роботоздатнють протягом певного часу, е найбшьш важливою скла-довою надшносп ТЗ 1 визначаеться надшшстю елементав, схемою !х з'еднання, функщональними, конструктивними 1 алгоритшчними особливостями, умовами експлуатацп. Ремонтоздатнють характеризуе пристосованють ТЗ до попередження, знаходження 1 усунення наслщюв вщмов шляхом виконання техшчного обслуговування 1 ремонлв, зумовлена конструктивними власти-востями ТЗ, наявнютю контрольно-д1агностично! апаратури, властивостями використаних елеменпв, а також кватфжащею обслуговуючого персоналу, оргашзащею експлуатацп 1 тлн. Довгов1чнють - це властивють ТЗ збершати роботоздатнють з необхщними перервами для техшчного обслуговування 1 ремонлв до певного визначеного стану. 1нколи моральне старшня бшьшосп
