CC BY
16
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
- способа производства целлюлозы (периодическая, непрерывная варка);
- эффективности процессов регенерации (восстановление химикатов, повторно используемых в основном технологическом процессе - химико-химическая регенерация
- и утилизации тепла, получаемого при сжигании органической части черного щелока
- химико-тепловая регенерация).
Таким образом, определение энергоемкости производства методом полного энергетического анализа позволяет ранжировать и объективно оценивать эффективность энергосберегающих мероприятий и позволяет теоретически обоснованно подойти к оценке энергоемкости готовой продукции.
Библиографический список
1. Методика разработки и анализа топливно-энергетических балансов предприятий ЦБП. - М.: Мин-лесбумпром СССР, 1983. - 95 с.
2. Лисиенко, В.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочник / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев. - М.: Теплоэнергетик, 2002 - Т.1. - 688 с.
3. Лисиенко, В.Г. Особенности энерго-экологического анализа лесообрабтывающих производств /
В.Г. Лисиенко // Энергоанализ и энергоэффективность, 2005. - № 4-5. - С. 77-80.
4. Позин, М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) 4-е изд. / М.Е. Позин. - Л.: Химия, 1974. - Т.1. - 792 с.
5. Шокин, И.Н. Производство кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия / И.Н. Шокин, С.А. Крашенинников. - М.: Высшая школа, 1972. - 333 с.
6. Якименко, Л.М. Электрохимические процессы в химической промышленности: производство водорода, кислорода, хлора и щелочей / Л.М. Якименко. - М.: Химия, 1981. - 280 с.
7. Нормы технологического проектирования для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. - Л., 1963.
ОБЩИЙ ПОДХОД К РАСЧЕТУ НАПРЯЖЕННОГО
деформированного состояния композиционного
СЛОИСТОГО МАТЕРИАЛА «ФАНОТРЕН Б» С ЗАЩИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ ОТ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Ю.И. ВЕТОШКИН, проф. УГЛТУ, канд. техн. наук,
И.В. КОЦЮБА, доц. УГЛТУ, канд. техн. наук, И.В. ЯЦУН, доц. УГЛТУ, канд. техн. наук,
С.А. ОДИНЦЕВА, соискатель
Резкое различие свойств массивной древесины в зависимости от направления волокон отрицательно влияет на возможности ее применения для разных целей. Поэтому одной из важнейших задач создания композиционного материала (конструкции фанеры Фанотрен Б) является создание материала с наибольшей равнопрочностью в направлениях плоскости листа. Листы фанеры должны обладать определенными физико-механическими свойствами и иметь плоские поверхности. Добиться этого можно, формируя листы фанеры по определенному принципу.
Основной принцип композиции фанеры - правило симметрии. С каждой стороны от центральной оси симметрии по толщине должно быть одинаковое число слоев шпона. Оси симметрии этих слоев должны находиться на одинаковом расстоянии от центральной
оси симметрии. Для того, чтобы наружные слои фанеры имели одинаковое направление волокон, число слоев ее обычно нечетное, т.е. 3, 5, 7 и т. д. Волокна древесины в двух смежных слоях при такой конструкции пакета располагаются под углом 90°.
Эти основные положения использованы при разработке конструкции композиционного материала. Схема набора пакета композиционного материала предложена на рис. 1.
Чаще всего детали, изготовленные из слоистого материала, работают в процессе эксплуатации на статический изгиб, сжатие и устойчивость, поэтому при определении прочностных показателей лучше всего рассматривать их поперечное сечение. Для этой цели целесообразно принять момент сопротивления сечения W, а для оценки жесткости и устойчивости - момент инерции сечения I.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
149
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рисунок. Схема конструкции композиционного материала «Фанотрен Б».
Момент инерции зависит от толщины шпона и от слойности материала.
Чтобы получить максимальную прочность, необходимо, чтобы в сечении слоистого материала изгиб под нагрузкой происходил в плоскости жесткости, т.е. относительно той оси, где момент инерции имеет минимальное значение.
Поэтому детали из фанеры одной толщины, но различной слойности будут иметь неодинаковую несущую способность. При этом коэффициенты анизотропии зависят только от слойности, т.е. от соотношения продольных и поперечных слоев шпона в листе материала.
С увеличением слойности коэффициент анизотропии уменьшается, т.е. равнопрочность фанеры увеличивается. Происходит это в результате уменьшения максимальной величины I и W вдоль волокон и увеличения минимальной величины I и W поперек волокон наружного слоя листа фанеры. III и IX при увеличении слойности листа фанеры асимптотически приближаются к некоторой средней величине. Можно исходить из того, что отношения моментов инерции и сопротивления плиты, изготовленной из однородного материала, к моментам инерции и сопротивления слоистой плиты той же толщины являются величинами, зависящими только от слойности. Поэтому может быть вычислен коэффициент слойности Кс, показывающий, насколько снижаются механические характеристики слоистой плиты по отношению к характеристикам однородной плиты той же толщины.
Расчеты коэффициентов слойности можно выполнить так:
К _ _i__w_jL
с1 _ Iц _ Wц _ 24A ’
К
Кс _
с3
_ J_
_ 71 w _ W _
_ n3
_ 24B ’ n2 (n - 2)
24 B ’
(1)
(2)
(3)
где I = b(n5)3 / 12 - момент инерции сечения однородной плиты;
W = b(n5)2 / 6 - момент сопротивления сечения однородной плиты;
W± - момент сопротивления перпендикулярно волокнам наружного слоя шпона;
Wn - момент сопротивления вдоль волокон наружного слоя шпона;
I П - момент инерции вдоль волокон наружного слоя шпона;
т X
I - момент инерции перпендикулярно волокнам наружного слоя шпона;
А, Б, В - величины, характеризующие закрепление детали;
в - ширина плиты;
n - количество слоев;
5 - толщина слоя шпона;
^ - толщина плиты.
Добиться равнопрочности фанеры по моменту сопротивления и по моменту инерции одновременно не представляется возможным. Чтобы решить, какая равнопрочность необходима, нужно знать условия работы детали. Соотношение толщин выбирается из условия, чтобы I1 = I X или W 1 = WX.
Если принять, что опоры под лист расположены по его контуру, расстояние между ними, т.е. размеры листа в плите, могут быть выбраны так, чтобы изгибающие моменты, действующие вдоль и поперек наружного слоя, или жесткость листа в обоих направлениях были равны.
fi = /2, (4)
где / / - прогиб при изгибе листа вдоль и поперек волокон;
о - напряжение, возникающее при изгибе листа вдоль и поперек волокон наружного слоя.
/ _
FL3
AIUE
; /2 _
Elt
AI1E
(5)
150
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица
Распределение статической нагрузки между слоями шпона
Рассматриваемый слой Слойность фанеры
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Часть нагрузки, приходящейся на данный слой, %
1 100 100 90 80 71 64 58 53 49 45
2 10 20 26 29 30 30 30 29
3 3 7 9 13 15 16
4 3 4 6 8
5 2
где F - действующая нагрузка;
/j /2 - длина и ширина листа;
A - величина, характеризующая закрепление детали;
E - модуль упругости материала.
M БFl1 БFl2
= W* = W °2 = W1"; <6)
Из условия формул (4) и (6) следует
тИ /.= Ч y = l'2^K ■ (7)
* II II ’--*Г (8)
Приведенный расчет носит общий характер, т.к. не может учесть всех комбинаций закрепления и нагружения детали. Применение такого способа наиболее целесообразно, т.к. прочность листа не снижается и не меняется.
Поскольку лист фанеры - конструкция многослойная, интересно определить закон распределения статической нагрузки между отдельными слоями шпона.
Как видно из таблицы, наружный слой шпона несет основную часть нагрузки, шпон средних слоев практически является наполнителем. С этой целью в конструкции композиционного материала использованы два слоя связующего и три слоя лущеного шпона, что также усиливает прочностные свойства предлагаемого композиционного материала.
Прирубленные куски шпона размером 150 Ч 150 мм собирались в пакет согласно схеме (рисунок). Между слоями шпона укладывается синтепон, пропитанный рентгенопоглощающим наполнителем, являющимся защитным слоем. В качестве связующего используется клей на основе ПВА.
Подготовленный таким образом пакет закладывался в исполнительный пресс и про-
водилась его запрессовка. Затем полученные образцы композиционного материала «Фа-нотрен Б» испытывались на физико-механические и защитные свойства.
Для отработки рациональных режимов при создании конструкций материала «Фанотрен Б» и пропиточного состава проведены экспериментальные работы, которые позволили сделать следующие выводы.
В исследуемом диапазоне влияния переменных факторов на показатель прочности на скалывание по клеевому слою положительно влияет вязкость клеевого раствора, в котором наполнителем служит рентгенопоглощающий материал, увеличение содержания которого повышает прочностные показатели материала. Это говорит о повышенной концентрации вяжущих частиц в клеевом слое с наполнителем, что позволяет получить более равнодисперсный клеевой слой, нивелирующий внутренние напряжения, не ослабляя адгезионных свойств.
Известно, что наполнитель (разного вида) в известных пределах повышает прочностные показатели клеевых соединений, в том числе и с увеличением толщины клеевого слоя. Роль клеевых слоев в конструкции композиционного материала выполняет синтепон, содержащий клеевой раствор с наполнителем, выравнивающий внутренние напряжения в нем.
Значительного эффекта от времени перемешивания клеевой концентрации при проведенных исследованиях не обнаружено, хотя дисперсность композиции получается более однородная, с ней лучше технически выполнять опыты и она положительно сказывается на защитных свойствах полученного материала.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
151
