CC BY
12
90
В.В. Ермилов
УДК 630*812
В.В. ЕРМИЛОВ Череповецкий государственный индустриальный институт
РЕЛАКСАЦИОННЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЛЕСОМАТЕРИАЛАХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИХ МЕТОДОМ ФОРМОВАНИЯ
С целью обоснования параметров процесса получения профильной лесопродукции из древесины сосны методом термомеханического уплотнения проведены исследования на экспериментальной установке. Получены регрессионные зависимости релаксационных напряжений от температуры термообработки, степени уплотнения, концентрации карбамида в пропитывающем растворе, а также показан характер затухания этих напряжений.
To substantiate the parameters of obtaining shaped pine lumber by thermomechanical comprassion the investigations on an experimental plant have been carried out. The regression sunctions of relaxation stresses and heat treatment temperature, compression degree, carbamide concentration in impregnating solution have been derived as well as the character of those stresses damping revealed.
При уплотнении древесины любым из известных способов происходит деформация клеток, которую можно рассматривать как деформацию упруго-вязкого материала. Общая относительная деформация уплотнения
8 = 8у + 8П , (1)
где 8у - упругая (относительная) деформация;
8п - пластическая (остаточная) деформация.
В целях обоснования способа изготовления профильной лесопродукции заданной степени уплотнения (величина остаточной деформации) из тонкомерных круглых лесоматериалов древесины сосны нами выполнены экспериментальные исследования по следующей схеме.
Образцы влажностью 45...50%, заданного диаметра и длиной 200 мм предварительно пропитывали в центробежном поле (диаметр центрифуги -2320 мм, частота вращения - 550 об/мин) многокомпонентным составом на основе карбамида, разработанным на кафедре химии древесины С.-Петербургской лесотехнической академии. Диаметр лесоматериалов определяли исходя из требуемой степени уплотнения. Пропитанные образцы подсушивали до влажности 30 % и подвергали термообработке
при заданной температуре в течение 1 ч. Затем образцы прессовали до заданной степени уплотнения посредством вальцевания головкой заданного профиля ( 70x70 мм) и прокатки с последующей запрессовкой в кондукторе (рис. 1). Кондуктор представляет собой разъемные пластины 1, скрепленные болтами 3. Суммарные релаксационные (распирающие) усилия измеряли при помощи тензометрических датчиков, наклеенных на болтовые втулки 2. Кондуктор охла- ждали в закрытом помещении при температуре 20 °С в течение 90 мин.
В процессе исследований изучали затухание релаксационных напряжений уплотняемой древесины ср, а также упругие деформации в конце цикла обработки ву.
Релаксационные напряжения в процессе охлаждения определяли из уравнений Рис. 1. Схема приемного кондуктора: регрессии,
полученных в 1 - пластины; 2 - втулка; 3 - болт; результате
обработки 4 - запрессованный образец эксперимента-
льных данных для некоторого
момента времени т.
Уравнение регрессии имеет вид: для т = 0
Ср = 10,272 - 0,110 в - 0, 0910 Т-4,8 • 10-3С1 - 0,068 С2 - 6,45 • 10-4вС1 +
+1,93 • 10-3в2 + 2,70 • 10-4Т2 + 4,5 • 10 -4 С2 + 0,340 С2 ; (2)
для т = 15 мин
Ср = 9,260 - 0,105 в - 0,0744 Т + 6,3• 10-3 С - 1, 210С2 - 1, 85• 10-4 Т С, +
+ 2,80 •Ю-3 Т С2 + 1,76 • 10-3 в2 + 2,13 • 10-4 Т2 +
+ 3,1 • 10-4 С2 + 0,410 С22; (3)
для т = 30 мин
ср = 7,733 - 0,097 - 0,0653 Т - 11,0 •Ю-3 С1 - 0,307 С2 + + 1,50 • 10-3 в2 + 1,92 • 10-4Т2+ 1,7 • 10-4 С2 + 0,193 С2 ; (4)
для = 60 мин
Ср = 5,078 - 0,062 в - 0,0438 Т - 8,5-10-3 С! - 0,159 С2+ 9,70 •Ю-4 в2 +
+1,28 •10-4Т2 +1,7 •Ю-4 С2 + 0,080С 2 ; (5)
для т = 90 мин
Ср = 1,687 - 0,026 - 0,0129 - 3,1- 10-3 С1 - 0,045 С2 + 4,00 • 10-4в2 + 3,6 Т2 + + 5,740-5 С2 + 0,023 С2, (6)
где ср - релаксационные напряжения древесины, МПа;
в - степень уплотнения, % ( изменяется в пределах 20...50 %); Т - температура термообработки, °С (120 ... 200 °С); С1 - концентрация карбамида в пропитывающем растворе, % ( 0...40 %);
92
В.В. Ермилов
С2 - концентрация компонентов в пропитывающем растворе, % (0...2 %).
На рис. 2 показаны кривые затухания релаксационных напряжений при различных режимах обработки. Как видно из графиков, в первые 30 мин происходило уменьшение релаксационных напряжений приблизительно на 40...70 %.
Упругую деформацию образца после охлаждения в течение 90 мин в приемном кондукторе при температуре 20 °С находили по формуле
8у = 66,5 + 1,3 в - 0,342 Т - 0,548 С: - 8,46С2 + 0,022 е2 + 9,25 • 10-4 Т2 +
+ 0,0112 С2 + 3,48 С\ . (7)
При прочих равных условиях с уменьшением упругой и увеличением пластической деформаций и при быстром затухании релаксационных напряжений можно достичь более качественной пластификации лесопродукции. Нами были получены следующие зависимости релаксационных напряжений от степени уплотнения и температуры термообработки при концентрациях в пропитывающем растворе карбамида С1 = 20 % и компонентов С2 = 1 % : при в = 30 %, Т = 180 °С
372
с„ =-+1,638; (8)
г - 324
Рис. 2. Изменение релаксационных напряжений при различных режимах обработки: 1 - в = 40 %, Т = 140 °С,
С1 = 40 %, С2 = 1 %; 2 - 30 %, 140 °С, 40 %, 1 %; 3 - 40 %, 160 °С, 20 %, 1 %; 4 - 30 %, 160 °С, 20 %, 1 %
при в = 30 %, Т = 140 °С
ап =-
2161 г + 494
■ - 3,592;
(9)
при в = 40 %, Т = 180 °С
стп =
5209 г + 836
- 5,557;
(10)
при в = 40 %, T = 140 °С
987 t + 284
- 2,510,
(11)
где t - время релаксации, мин.
При формовании древесины без предварительной обработки пропитывающим составом ( С1= 0 %, С2 = 0 % ) до степени уплотнения 30 % и температуре термообработки 180 °С затухание релаксационных напряжений во времени выражается уравнением
178
t + 85
■ - 0,907.
(12)
На рис. 3 показаны графические зависимости, описываемые уравнениями (8) - (12) . Как видно из графиков, снижение температуры термообработки со 180 до 140 °С приводит к приращению релаксационных напряжений в начальный момент времени на 50 %.
Рис. 3. Изменение релаксационных напряжений при уплотнении древесины сосны (кривые 1-5 соответственно описываются уравнениями (8) - (12))
Приведенные в статье данные позволяют обосновать способ изготовления профильной лесопродукции заданной степени уплотнения из древесины сосны и служат источником для выбора коэффициентов пластической деформации.
=
ар =
Поступила 13 июля 1995 г.
