CC BY
65
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННОЙ КАРБАМИДОМ
Соколов В. Л., Орлов А. А., Баяндин М. А. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
Described results of studies change the form wood pines soaked by water solution of carbamide.
Введение
В настоящее время на рынке все чаще появляется мебель, содержащая криволинейные детали. Данный вид продукции отличается оригинальным дизайном и, не смотря на сравнительно высокую цену, пользуется устойчивым спросом.
Одним из способов получения криволинейных заготовок является гнутье. Среди основных достоинств гнутья в сравнении с профильным фрезерованием следует отметить снижение объемов отходов и отсутствие перерезания волокон.
Гнутье в отечественной практике достаточно широко использовали в производстве мебели для сидения в 60-70-х годах прошлого века. К середине 80-х производство такой мебели было практически свернуто, и гнутье использовали для получения криволинейных деталей кузовов.
Большинство технологий гнутья разработано для лиственных пород, в частности для бука. Данные о химической пластификации и гнутье древесины хвойных пород в производстве мебели в специальной литературе практически отсутствуют и не позволяют разработать стабильную технологию получения криволинейных заготовок.
Поскольку основной объем древесины, используемой для производства мебели на деревообрабатывающих предприятиях Красноярского края, составляют хвойные, проводимые нами исследования были сориентированы на данную группу пород.
Из широкой гаммы способов пластификации древесины перед операцией гнутья в исследованиях была применена автоклавная пропитка водным раствором карбамида. Карбамид был выбран как наиболее технологичный, безопасный для рабочих, дешевый и доступный пластификатор.
Методика проведения лабораторных исследований
Для проведения исследований использовали образцы из древесины сосны с размерами 20x20x30 мм (последний размер вдоль волокон), не содержащие видимых пороков. Необходимое количество образцов позволило получить статистически достоверные результаты.
Перед пропиткой фиксировали первоначальные размеры и массу образцов. Начальная влажность древесины составляла 8 - 10 %. Далее образцы пропитывали в автоклаве водным раствором карбамида с концентрацией 10, 20 и 30 % и температурой 20 °С в течение 3 часов при давлении 0,4 МПа. Для обеспечения равномерного распределения пластификатора по объему образцов производили
их выдержку в растворе в течение 5-7 суток. После пропитки и выдержки определялись размеры образцов и величина полного поглощения. Влажность образцов в момент испытания составляла 6 - 8 %.
В качестве характеристик, позволяющих определить эластичность древесины, нами был выбран предел прочности при сжатии вдоль волокон, величина деформации и восстановления после снятия нагрузки.
Испытания проводили на разрывной машине Р-5, величину деформаций определяли с помощью индикатора стрелочного типа. Скорость нагружения составляла 4 и 10 мм/мин.
Обсуждение полученных результатов
В результате проведенных исследований были получены данные, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Величина деформации образцов из древесины сосны в направлении вдоль волокон
Концентрация раствора карбамида, %
Скорость 10 20 30
нагружения, Величина Величина Величина Величина Величина Величина
мм/мин сжатия, восстанов- сжатия, восстанов- сжатия, восстанов-
мм ления, мм мм ления, мм мм ления, мм
4 1,77 0,35 5,04 0,6 1,95 0,50
10 2,65 0,49 1,65 0,43 1,36 0,41
Полученные данные показывают, что максимальная величина деформации сжатия была зафиксирована у образцов, пропитанных раствором карбамида с концентрацией 20 %. Дальнейшее увеличение концентрации приводит к снижению эластичности древесины. На поверхности образцов при их сушке наблюдается появление кристаллов карбамида, что будет препятствовать формированию качественных лакокрасочных покрытий и затруднит механическую обработку заготовок.
Анализ влияния скорости нагружения образцов на величину деформации показал: при возрастании концентрации раствора пластификатора, увеличение скорости сжатия приводит к снижению величины деформации и восстановления. Максимальная деформация была получена у образцов, пропитанных 20 % раствором карбамида при скорости нагружения 4 мм/мин.
Величина предела прочности в пересчете на влажность 12 % приведена в таблице 2.
Таблица 2 - Предел прочности образцов при сжатии вдоль волокон
Скорость нагружения, мм/мин Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа, при концентрации раствора карбамида, %
10 20 30
4 24,7 26,3 31,5
10 23,4 24 32,7
Данные таблицы 2 показывают, что при увеличении скорости нагружения в исследуемом диапазоне происходит снижение предела прочности пластифицированной древесины. Также нами был отмечен своеобразный характер деформирования образцов, пропитанных раствором карбамида с концентрацией 20 % (рисунок 1).
/ X / ✓ / 1 /
/ ^ / х / х а н-г
м / / / ✓ / / / ✓ / ✓ / У / / ц цза а ю о е
и я а ам р / ' ----деформация / / нагрузка и н е Э
о е / / / / / / / / / / // // у р рза Рч
Время нагружения, мин
Рисунок 1 - Характер изменения величины нагрузки и деформации
На участке 1 величина нагрузки и деформации монотонно возрастают, далее наблюдается некоторое снижение величины нагрузки при росте деформации (участок 2). При дальнейшем нагружении (участок 3) величина нагрузки и деформации возрастают до момента разрушения образца.
Общие выводы
- для пластификации древесины сосны карбамидом стоит использовать растворы с концентрацией не более 20 %;
- с увеличением скорости нагружения с 4 до 10 мм/мин величина деформации и предел прочности снижается.
