CC BY
182
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ДРЕВЕСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЯХ
А.Н. ОБЛИВИН, проф. каф. процессов и аппаратов д/о производств МГУЛ, д-р техн. наук, И.В. САПОЖНИКОВ, доц. каф. процессов и аппаратов д/о производств МГУЛ, канд. техн. наук,
М.В. ЛОПАТНИКОВ, доц. каф. процессов и аппаратов д/о производств МГУЛ, канд. техн. наук
prezident@mgul.ac.ru
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ
Важнейшим фактором, влияющим на длительную прочность, является изменение температуры и влажности материала под воздействием окружающей среды, в которой находятся конструкции. Знакопеременные изменения влажности (увлажнение и сушка) и температуры (нагрев и охлаждение) вызывают влажностные и температурные деформации, что приводит к преждевременному разрушению материала. Авторы приводят зависимости термического сопротивления и внутренних напряжений, связанных непосредственно со структурой клеевого шва и адгезионной прочностью склеиваемого материала при определенных температурах отверждения, рассматривают влияние температуры и времени на степень отверждения карбамидного полимера, описывают влияние температуры среды на гидролитическую и термоокислительную устойчивость карбамидного полимера, рассматривают вопросы, связанные с прочностными характеристиками композиционных материалов на основе древесины, приводят значения теплофизических характеристик, а также зависимости деформаций древесно-стружечного пакета от времени. Приведенные в работе данные позволяют при экспериментальном получении недостающих замыкающих соотношений разработать математическую модель, описывающую изменение длительной прочности композиционных материалов на древесных наполнителях и оценить влияние внешних факторов на прочностные характеристики композита в процессе изготовления и эксплуатации.
Ключевые слова: композиционные материалы, древесный наполнитель, карбамидная смола, напряжения, длительная прочность.
Важнейшими факторами, влияющими на длительную прочность, являются изменение температуры и влажности материала под воздействием окружающей среды, в которой находятся конструкции из него. Знакопеременные изменения влажности (увлажнение и сушка) и температуры (нагрев и охлаждение) вызывают влажностные и температурные деформации, что приводит к преждевременному разрушению материала.
Композиционный материал структурно состоит из наполнителя, в нашем случае это древесная стружка разных размеров или древесная мука, и связующего. В качестве связующего чаще всего используют клеи на основе формальдегидных смол как наиболее дешевые. Исследованию различных характеристик композиционных материалов на основе древесины посвящено достаточно много работ [1-3] и др. Немало исследований выполнено по формированию древесно-стру-жечных плит в процессе плоского и экстру-зионного горячего прессования [4, 5]. Вместе с тем остается еще много вопросов по поведению отвержденного клеевого шва при цик-
лическом воздействии влажности и температуры, а также деформативности древесного наполнителя при циклическом воздействии увлажнения и усушки. Остается открытым вопрос взаимодействия связующего с поверхностью наполнителя. Также возникает необходимость в разработке расчетной модели для определения длительной прочности при длительных циклических воздействиях температуры и влажности в процессе эксплуатации композиционного материала.
Исследования, выполненные В.М. Поповым [6], установили зависимость термического сопротивления и внутренних напряжений, связанных непосредственно со структурой клеевого шва и адгезионной прочностью склеиваемого материала при определенных температурах отверждения. Если представить идеальную схему склеивания древесной стружки, то суммарное термическое сопротивление может быть записано в виде
Я = Як + Я + ^ (1)
где Rk = 5^/^ - термическое сопротивление клеевого шва;
5 - толщина клеевого шва;
Рис. 1. Зависимость термического сопротивления (15) и внутренних напряжений (1'-5') от времени при формировании клеевых прослоек из различных композиций: 1, 1' и 4, 4'- ПН-1; 2, 2' и 5, 5' - КЛН-1; 3, 3' - ВС-10Т. Выносные шкалы времени для 4, 4' и 5, 5' Fig. 1. The dependence of the thermal resistance (1-5) and the internal stress (1'-5 ') from the time when forming the adhesive layers ofvarious compositions: 1, 1'and 4, 4'- ПН-1; 2, 2' and 5, 5' - КЛН-1; 3, 3'-ВС-10Т. Remote timeline 4, 4' and 5, 5'
Рис. 2. Характер изменения термического сопротивления (1-3) и внутренних напряжений (1'-3') при формировании клеевых прослоек из ПН-1 различной толщины: 1, 1' - 0,3 мм; 2, 2' - 0,5 мм;
3, 3' - 0,7 мм
Fig. 2. The nature of the changes of thermal resistance (13) and the internal stress (1'-3') in the formation of adhesive interlayers of ПН-1 of different thicknesses: 1, 1'- 0,3 mm; 2, 2' - 0,5 mm; 3, 3'- 0,7 mm
Xk - коэффициент теплопроводности отверж- проводности X X1 и X а также от толщины
денной смолы; Я1 и R2 - соответственно термическое сопротивление древесной стружки,
Я\ = 8 А, Я2 = зА,
где 81 и 82 - толщина древесной стружки;
и Х2 - соответственно коэффициенты теплопроводности при известной влажности и температуре.
Можно полагать, что Я1 = Я2, тогда суммарное термическое сопротивление запишется в виде
Я = Я + 2Я12-
Нарастание и релаксация внутренних напряжений при отверждении клеевого шва будет зависеть от величины термического сопротивления клеевого шва и термических сопротивлений подложки Як и Я что, безусловно, зависит от коэффициентов тепло-
8Р 81 и 82*
Для качественного анализа зависимостей внутренних напряжений от термического сопротивления используем данные [6] при отверждении фенолоформальдегидного клея ВС-10Т. На рис. 1 приведены экспериментальные данные зависимостей термического сопротивления и внутренних напряжений от времени при формировании клеевых прослоек из различных композиций, в том числе и клея ВС-10Т. В качестве подложки использовался дюралюмин Д16Т при толщине клеевого шва 0,1 мм. По данным рис. 1 кривые Я = У(т) и а = _Дт) имеют сходный характер изменения и отличаются количественно в зависимости от коэффициента теплопроводности клея.
На рис. 2 [6] представлены зависимости изменения термического сопротивления и
внутренних напряжений при формировании клеевых прослоек из ПН-1 различной толщины. Экспериментальные данные показывают, что при увеличении толщины клеевого шва возрастают предельные напряжения на границе клеевого шва и подложки, а изменение термического сопротивления в зависимости от толщины прослойки зависит, в основном, от степени взаимодействия структурных превращений на границе прослойка-подложка и в меньшей мере от химического состава клея. Значительное влияние на изменение терми-
Рис. 3. Характер нарастания и релаксации термического сопротивления (а) и внутренних напряжений (б) для клеевых прослоек на основе ПН-1, сформованных при различной температуре: 1 - при 313 К; 2 - при 353 К; 3 - при 373 К Fig. 3. Character of growth and relaxation of thermal resistance (a) and the internal stress (b) for the adhesive layers on the basis of PN-1, the molded at different temperatures: 1 - at 313 K; 2 - at 353 K; 3 - at 373 K
ческого сопротивления и внутренних напряжений оказывает температура формирования клеевого шва (рис. 3.)
Таким образом, приведенные экспериментальные данные в работе [6] показывают, что механизм теплопереноса через клеевые прослойки на основе ненаполненных клеев определяют в основном структурные превращения на границе раздела клеевого шва и подложки, они же и формируют, по всей видимости, адгезионные связи, определяющие прочность композиционного материала.
Для более детального изучения изменений, происходящих с карбамидными смолами, были проведены исследования термоокислительной и гидролитической устойчивости отвержденной и термообработанной карбамидной смолы марки УКС в различных температурных условиях [7]. Ввиду того, что на физико-механические свойства, термическую и гидролитическую устойчивость термореактивных смол, кроме прочих факторов (природы химических связей и функциональных групп, структуры и строения макромолекул и т.д.), большое влияние оказывает степень отверждения, перед исследованием была определена степень отверждения полимеров, термообработанных в различных условиях. Во всех опытах процесс отверждения смол проходил в тонком слое (толщина образца 1-2 мм) при присутствии 1 % КН4С1. Степень отверждения определяли методом экстракции различных образцов смол спир-тоацетоновой смесью в аппарате Сокслета в течение 5 ч [4].
На рис. 4 видно, что наименьшее выделение количества экстрагируемых веществ, а значит и более полное отверждение происходит при повышенных температурах. Например, при 160 °С максимальная степень отверждения достигается через 4-5 мин. Абсолютная величина степени отверждения смол возрастает с увеличением температуры, т.е. для улучшения физико-механических свойств изделий на основе карбамидных смол повышение температуры термообработки до 150-160 °С - положительный фактор. Однако физико-механические свойства изделий из многокомпонентной системы часто зависят не
только от свойств отдельных составляющих композиций, но и от взаимодействия между собой входящих компонентов, поэтому часто свойства композиционных материалов рассматривают в целом на каком-то конкретном изделии.
Из данных термогравиметрических исследований видно, что образцы карба-мидного полимера, термообработанные при 140 °С, наиболее устойчивы под действием высоких температур по сравнению с образцами, обработанными при других режимах (рис. 5).
Для изучения поведения отвержден-ных карбамидных смол в воздухе при повышенных температурах была исследована и определена их термоокислительная стабильность.
На рис. 6 и 7 видно, что при температуре до 160 °С отвержденный карбамидный полимер из смолы УКС устойчив к термоокислительной деструкции в воздухе и общая потеря массы образца при этом составляет 8-10 %. При температуре выше 180 °С происходит интенсивная деструкция полимера с изменением цвета образца от светло-желтого до коричневого и с выделением большого количества газообразных продуктов. При температуре выше 180 °С, по-видимому, происходит разрыв химических связей по амид-ным, метиленовым и метиленэфирным звеньям, а также гомолитическое расщепление метилольных групп с выделением СН20.
Были определены гидролитическая устойчивость отвержденных карбамидных олигомеров при температуре среды от 20 до 100°С, а также влияние фактора термообработки на устойчивость смол к гидролизу [7]. На рис. 6, 7 видно, что карбамидные смолы малоустойчивы к гидролизу водой, особенно при температуре среды выше 70 °С. Наиболее гидролитически устойчивы термообработан-ные образцы.
Гидролитическая устойчивость карба-мидного полимера к действию кипящей воды наблюдалась на образцах смолы, отвержден-ных при температуре 100 °С в течение 7 мин и термообработанных при 120, 140 и 160 °С в течение 2 ч. На рис. 8 видно, что независимо от условий термообработки карбамидные
смолы неустойчивы к кипячению в воде. Интенсивная потеря массы термообработанных образцов карбамидного полимера наблюдает
Рис. 4. Влияние температуры и времени на степень отверждения карбамидного полимера: 1 - при 100°С; 2 - 120 °С; 3 - 140 °С; 4 - 160 °С. • - результаты эксперимента
Fig. 4. Effect of time and temperature on the degree of polymer curing urea: 1 - 100 ° C; 2 - 120 ° C; 3 - 140 °C; 4 - 160 ° C. • - the results of the experiment
700 200 300 m 500 600 Температура иагребания t°c
Рис. 5. Термогравиметрические кривые карбамидного полимера, отвержденного при температуре 100°С в течение 7 мин при скорости нагрева 5 °С/мин: 1 - без термообработки; 2, 3, 4 - термообработка соответственно при 50, 100 и 140 °С. о, • - результаты эксперимента Fig. 5. Thermogravimetric curves urea resin, cured at 100 ° C for 7 minutes at a heating rate of 5 ° C / min: 1 - no thermal treatment; 2, 3 and 4 - respectively heat treatment at 50, 100 and 140 ° C. о, • - the results of the experiment
ся уже после 30 мин кипячения и составляет 27-34 % (первая цифра относится к образцу смолы, термообработанному при 160 °С, а вторая - при 120°С). После 1 ч кипячения в воде отвержденных карбамидных смол потеря массы составляет 38-42 %, в дальнейшем, независимо от условий термообработки, потеря массы при продолжении кипячения практически не меняется и находится в пределах 40-43 %. Термический гидролиз кар-бамидных смол - большой недостаток таких
выдержки
Рис. 6. Термоокислительная устойчивость карбамид-ного полимера в атмосфере воздуха: 1 - при 100 °С; 2 - 120 °С; 3 - 140 °С; 4 - 160 °С; 5 -180 °С; 6 - 200 °С Fig. 6. Thermooxidative stability urea polymer in air: 1 - 100 ° C; 2 - 120 ° C; 3 - 140 ° C; 4 - 160 ° C; 5 - 180 ° C; 6 - 200 ° C
Рис. 7. Влияние температуры среды на гидролитическую устойчивость карбамидного полимера, в атмосфере воздуха, отвержденного при температуре 100 °С в течение 7 мин при скорости нагрева 5 °С/мин: 1 - без предварительной термообработки; 2 - с термообработкой в течение 2 ч при 140 °С Fig. 7. Effect of temperature environment hydrolytic stability urea polymer in air, cured at 100 ° C for 7 minutes at a heating rate of 5 ° C / min 1 - without preliminary heat treatment; 2 - with heat treatment for 2 hours at 140 ° C
полимеров, и его необходимо учитывать при процессе акклиматизации и эксплуатации древесно-стружечных плит. Приведенные результаты дают возможность оценить изменение свойств связующего в тех или иных температурно-влажностных условиях, характеризующие прочностные характеристики композиционного материала.
За последние годы в качестве добавок для композитов стали использоваться наночастицы - это органоглины, графитовые хлопья, углеродные нанотрубки и ряд других материалов, если размер их частиц составляет порядка нанометров (тысячная доля микрона) или десятков нанометров.
В древесно-полимерных композитах нанодобавки стали применять сравнительно недавно. Как утверждается [3], наночасти-цы не повышают прочность композита при изгибе и растяжении, хотя полученные экспериментальные данные несколько противоречивы. В табл. 1 и 2 приведены данные по прочности на изгиб и модуль упругости композита на основе полипропилена и кленовой древесной муки, с добавлением наноглины.
Отмечено также, что наночастицы могут повысить водопоглощение древесно-по-лимерного композита. По данным [8], состав композита из 50 % полипропилена + наногли-на, по массе 46 % кленовой древесной муки,
Рис. 8. Гидролитическая устойчивость в кипящей воде карбамидного полимера, термообработанного в течение 2 ч: 1 - при 120 °С; 2 - 140 °С; 3 -160 °С
Fig. 8. Hydrolytic stability in boiling water, urea resin, heat-treated for 2 hours: 1 - at 120 ° C; 2 - 140 ° C; 3 - 160 ° C
Таблица 1
Влияние наноглины на прочность при изгибе и модуль упругости при изгибе ДПК на основе полипропилена, содержащего 50 % масс. кленовой древесной муки по данным
[8] (аппрет не введен) Effect nanoclay flexural strength and flexural modulus of the polypropylene-based WPC containing 50% by weight maple wood flour according to [8] (coupling agent is not entered)
Наноглина, % масс. Прочность при изгибе, psi Модуль упругости при изгибе, psi
0 5945 565500
2 5510 507500
4 5220 493000
10 4785 522000
Таблица 2
Влияние наноглины на прочность при изгибе и модуль упругости при изгибе ДПК на основе полипропилена, содержащего 50 % масс. кленовой древесной муки по данным [8] (в присутствии 4 % аппрета, привитого на полипропилен малеинового ангидрида)
Effect nanoclay flexural strength and flexural modulus of the polypropylene-based WPC containing 50% by weight. maple wood flour according to [8] (the presence of 4% of a coupling agent for polypropylene graft maleic anhydride)
Наноглина, % масс. Прочность при изгибе, psi Модуль упругости при изгибе, psi
0 9860 536500
2 7250 436500
4 6815 609000
10 5800 638000
20 - 667000
Таблица 3
Свойства плит, полученных с использованием наномодифицированной карбамидоформальдегидной смолы КФМТ-15 Properties of plates produced using nano-modified urea-formaldehyde resin КФМТ-15
Образец смолы Наименование показателя
Предел прочности при растяжении, МПа Предел прочности при изгибе, МПа Разбухание за 24 ч, % Плотность, кг/м3 Содержание формальдегида, %
Исходная смола 0,25 18,1 45 738 12,3
Модифицированная наночастицами 0,32 17,8 44 742 12,4
при выдержке в воде в течение одного месяца поглотил 2,9 % воды при 4 % наноглины. При 10 % наноглины - 4,4 %. Тот же композит без наноглины за тот же срок - всего 2,7 %.
В МГУЛ были проведены поисковые экспериментальные исследования по модификации карбамидоформальдегидных олиго-меров углеродными нанотрубками [9]. Углеродные нанотрубки имели внешний диаметр 60-80 нм, внутренний диаметр 10 нм, длина составляла 5-7 мкм. В экспериментах использовали малотоксичную карбамидофор-мальдегидную смолу КФМТ-15 при мольном соотношении К:Ф=1:1,3. Расход наномоди-
фикатора - 1 % от массы товарной смолы. Методика подготовки наномодифицирован-ной смолы изложена в [9].
В табл. 3 приведены данные по свойствам плит, изготовленных с использованием наномодифицированной смолы КФМТ-15. Как следует из анализа опытных данных, установлено повышение предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти в пределах 30 %. Водостойкость и токсичность плит осталась на прежнем уровне. Наномо-дифицированная смола КФМТ-15 была использована при склеивании образцов фанеры. В среднем предел прочности при скалывании
Таблица 4
Экспериментальные значения теплофизических характеристик древесно-стружечного
пакета по данным [10] The experimental values of the thermophysical characteristics of wood chip package according to [10]
W, % p, МПа р, кг/м3 с, кДж/кг-°С a 107, м2/с X, Вт/м-°С
25 0,1 218 2,00 1,80 0,0782
25 3,5 775 2,00 2,00 0,15
25 8,92 1100 2,00 1,04 0,23
20 0,9 215 1,85 2,17 0,0865
20 1,14 460 1,85 1,42 0,121
20 3,00 750 1,85 1,21 0,168
20 6,52 980 1,85 1,21 0,219
20 8,65 1050 1,85 1,22 0,233
11 3,5 630 1,68 1,09 0,115
11 5,0 730 1,68 1,05 0,129
11 8,64 940 1,68 1,1 0,175
6,2 0,1 207 1,30 2,71 0,073
6,2 1,0 330 1,30 2,18 0,0935
6,2 3,0 500 1,30 1,6 0,105
6,2 4,5 590 1,30 1,56 0,120
6,2 5,5 650 1,30 1,55 0,131
6,2 7,0 740 1,30 1,53 0,147
6,2 8,5 830 1,30 1,51 0,163
увеличился на 30 %, вместе с тем, использование углеродных частиц нанометрового размера и способ подготовки модификатора нуждаются в дополнительном исследовании.
Для оценки теплофизических и структурно-механических свойств композиционного материала необходимо знать физические характеристики наполнителя (в нашем случае наполнителем является древесная стружка различных фракций или древесное волокно) и самого композиционного материала в процессе изготовления и эксплуатации. Экспериментальные значения теплофизических характеристик стружечного пакета приведены в табл. 4.
Все теплофизические характеристики отнесены к плотности влажного материала. Зависимость удельной теплоемкости от влажности при температуре 27 °С можно описать уравнением [7]
2,06-(Ж-2) кДж
c(W) =
(2)
^(1-0,001-00 кг °С Удельная теплоемкость древесностружечного пакета при соответствующих значениях температуры и влажности совпадает с удельной теплоемкостью древесно-
стружечных плит, а значения коэффициента теплопроводности пакета выше в 1,3-1,4 раза, чем у древесно-стружечных плит. Коэффициент теплопроводности зависит от плотности влажного материала. Эта зависимость описывается уравнением [7]
Цр) = 0,08 +
Вт
7,6-106' м2 - °С
(3)
Зависимость коэффициента температуропроводности а от плотности р и влажности Ж можно описать уравнением [7] а(]Г рч=У-а-0,001-УХР,64-р2+3,9-105) л*2 (4) р-(Ж-2)-Ю10 'с
Однако при моделировании процессов горячего формования композиционных материалов с древесными наполнителями и исследовании влияния внешних факторов на длительную прочность композиционных материалов, помимо теплофизических характеристик, необходимо знать функциональную зависимость деформации от напряжений. Поскольку древесина является естественным природным полимером, а связующее - синтетическим полимером, то композиционному материалу на их основе присущи все три вида известных деформаций: упругая, на-
Рис. 9. Деформация древесно-стружечного пакета: а) влажность 3 %, температура 20 °С; б) влажность 3 %, температура 95 °С: 1 - экспериментальные данные, 2 - расчет полной деформации, 3 - пластическая деформация Fig. 9. Deformation wood chip package: a) 3% humidity, temperature 20 ° C; b) 3% humidity, 95 ° C: 1 - experimental data 2 - calculation of the total deformation, 3 - plastic deformation
следственно упругая (вязкоупругая) и пластическая.
Древесно-полимерный пакет при переменном значении температуры ведет себя под нагрузкой как сложное деформируемое тело, подчиняющееся нелинейным законам наследственной упругости. Уравнение состояния дре-весно-полимерного пакета можно определить в виде интегральной зависимости
а(0
ттт"8^) Р^-^Ф)^. (5)
М1) ) о 1 1
Для проведения расчетов, коэффициенты в нелинейном соотношении (4) определялись по результатам обработки экспериментальных данных [11]. Ядро наследственной упругости задавалось в соответствии с [12] в виде трехпараметрической зависимости
е
0 < а < 1,
(6)
V 1J
где коэффициенты у и 0 отражают зависимость ядра от температуры по линейному закону
У(Т) = То + УтТ, (7)
0(7) = 0о + 0тТ. (8)
Пластическая деформация ползучести при сжатии пакета определялась в соответствии с теорией упрочнения [12] г \
dzp dt
= Ф
cp(z) =
(9)
На рис. 9 представлены зависимости деформаций от времени, полученные по результатам обработки экспериментальных данных.
Анализ деформационных зависимостей показал, что с приемлемой точностью для аппроксимации уравнения состояния для древесных частиц можно использовать упрощенное нелинейное соотношение
„ . ч 'г Е-<5(х,т}с1т
£-е|3(х,0 = а(х,0+ [ чЧ,, (10)
где в = 6,52; у = 419 МПа;
а(7) = 0,847 - 0,037;
Е(Т) = 21,32 - 0,187, МПа.
Приведенные в работе данные, основанные на результатах предыдущих исследований, и система уравнений (2-10) позволяют при экспериментальном получении недостающих замыкающих соотношений разработать математическую модель, описывающую изменение длительной прочности композиционных материалов на древесных наполнителях и оценить влияние внешних факторов на прочностные характеристики композита в процессе изготовления и эксплуатации.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ.
Библиографический список
1. Лапшин, Ю.Г. Деформативность и прочность древесины и древесно-стружечных плит в технологических процессах: дисс. ... д-ра техн. наук / Ю.Г. Лапшин. - М., 1981. - 328 с.
2. Хрулев, В.М. Зависимость оптимальной толщины клеевой прослойки от шероховатости соединяемых поверхностей и реологических свойств клея / В.М. Хрулев // Механика полимеров. - 1965. - № 6. -С. 103-107.
3. Клесов, А. Древесно-полимерные композиты / А. Клесов.
- СПб.: Научные основы и технологии, 2010. - 756 с.
4. Обливин, А.Н., Тепло и массо- перенос в производстве древесно-стружечных плит / А.Н. Обливин, А.К. Воскресенский, Ю.П. Семенов. - М.: Лесная пром-сть, 1978. - 192 с.
5. Моделирование свойств и процессов прессования реак-топластов: монография / под общ. ред. А.Н. Обливина.
- М.: МГУЛ, 2005. - 283 с.
6. Попов, В.М. Теплообмен через соединения на клеях.
- М.: Энергия, 1974. -304 с.
7. Азаров, В.И. Исследование гидрометрической и термической устойчивости карбамидных смол в условиях прессования и термозакалки древесно-стружечных плит
/ В.И. Азаров, А.Н. Обливин, Ю.П. Семенов // Лесной журнал. - 1975. - № 4. - С. 104-107.
8. S.-K. Yeh, A. Al-Mulla, and R.K. Gupta. Influence of the coupling agent of polypropylene/clay nanocomposite-based wood-plastic composites. ANTEC, Society of Plastic Engineers, Brookfield, CT, 2005, pp. 1290-1294.
9. Обливин, А.Н. Модификация карбамидоформаль-дегидных олигомеров углеродными нанотрубка-ми. / А.Н.Обливин, А.Ю.Семочкин, Ю.А.Семочкин, М.В. Лопатников // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. 2012. - № 7(90). - С. 121-124.
10. Крылов, Б.А. Исследование теплофизических свойств стружечного пакета / Б.А. Крылов // Сб. трудов МЛТИ.
- 1974. - № 64. - С. 154-155.
11. Ткаченко, М.А. Деформативность древесных частиц при прессовании : дис. ... канд. техн. наук / М.А. Ткаченко - М., 1993. - 226 c.
12. Ржаницын, А.Р. Теория ползучести / А.Р. Ржаницын.
- М.: Стройиздат, 1968. - 419 с.
INFLUENCE OF EXTERNAL FACTORS ON LONG-TERM STRENGTH OF COMPOSITE MATERIALS WITH WOOD FILLER
Oblivin A.N., Prof. MSFU, Dr. Sci. (Tech.); Sapozhnikov I.V., Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Lopatnikov M.V., Assoc.
Prof. MSFU, Ph.D. (Tech.)
prezident@mgul.ac.ru
Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia
The most important factors affecting the long-term strength, are the changes in temperature and humidity of the material under the influence of the environment, in which the structures of the material are. The changes in the humidity (humidification and drying) and the temperature (cooling and heating) cause humidity and temperature strains, which leads to premature failure of the material. The authors show the dependence of the thermal resistance and stress related directly to the structure of the adhesive joint and adhesive strength of the material adherent under certain hardening temperatures, consider the effect of the temperature and time on the degree of carbomide resin strength, describe the effect of the ambient temperature on the thermal-oxidative and hydrolytic stability of the carbomide resin, consider the issues related to the strength properties of the composite materials based on wood, show their thermophysical characteristics, as well as the characteristics of wood chip packet strain depending on time. The data published let us to develop a mathematical model that describes the change in the long-term strength of composite materials on the woodfiller and assess the impact of external factors on the strength characteristics of the composite during fabrication and exploitation by getting the missing the experimental closure relations.
Key words: composite materials, wood filler, urea resin, strain, long-term strength.
References
1. Lapshin Yu.G. Deformativnost'iprochnost'drevesiny i drevesnostruzhechnykhplitv tekhnologicheskikhpmtsessakh. Diss. dokt. tekhn. nauk [Deformability and strength of wood and chipboard in technological processes. Dr. techn. sci. diss.]. Moscow, 1981, 328 p.
2. Khrulev V.M. Zavisimost' optimal'noy tolshchiny kleevoy prosloyki ot sherokhovatosti soedinyaemykh poverkhnostey i reologicheskikh svoystv kleya [Dependence of the optimal thickness of the adhesive layer on the roughness of the surfaces and the rheological properties of the adhesive].Mekhanikapolimerov [Mechanics of polymers], 1965, no. 6, pp. 103-107.
3. Klesov A. Drevesno-polimernye kompozity [Wood-polymer composites]. St. Petersburg, Fundamentals and Technologies, 2010, 756 p.
4. Oblivin A.N., Voskresenskiy A.K., Semenov Yu.P. Teplo i masso-perenos v proizvodstve drevesnostruzhechnykh plit [Heat and mass transfer in the production of particleboard]. Moscow, Forest industry,1978, 192 p.
5. Oblivin A.N., ets. Modelirovanie svoystv iprotsessovpressovaniya reaktoplastov [Modeling properties and compaction processes thermosets]. Moscow, Moscow State Forest University, 2005, 283 p.
6. Popov V.M. Teploobmen cherezsoedineniya na kleyakh [Heat transfer through the connection on adhesives]. Moscow, Publishing House of Energy, 1974, 304 p.
7. Azarov V.I., Oblivin A.N., Semenov Yu.P. Issledovanie gidrometricheskoy i termicheskoy ustoychivosti karbamidnykh smol v usloviyakh pressovaniya i termozakalki drevesnostruzhechnykh plit [Investigation of the thermal stability and gauging urea resins under compression and thermalquenching chipboard]. Lesnoy zhurnal [Forest Journal], 1975, no. 4, pp. 104-107.
8. S.-K. Yeh, A. Al-Mulla, and R.K. Gupta. Influence of the coupling agent of polypropylene/clay nanocomposite-based wood-plastic composites. ANTEC, Society of Plastic Engineers, Brookfield, CT, 2005, pp. 1290-1294.
9. Oblivin A.N., Semochkin A.Yu., Semochkin Yu.A., Lopatnikov M.V. Modifikatsiya karbamidoformal'degidnykh oligomerov uglerodnymi nanotrubkami [Modification of ureaformaldehyde oligomers carbon nanotubes]. Bulletin of the Moscow State University of Forestry - Forestry Bulletin, 2012, no. 7(90), pp. 121-124.
10. Krylov B.A. Issledovanie teplofizicheskikh svoystv struzhechnogo paketa [Thermophysical properties of chip packages]. Trudy MLTI [Proc. of the MSFI], 1974, no. 64, pp. 154-155.
11. Tkachenko M.A. Deformativnost'drevesnykh chas titspripressovanii. Diss. ... kand. tekhn. nauk [Deformability of wood particles during compaction. Cand. techn. sci. diss.]. Moscow, 1993, 328 p.
12. Rzhanitsyn A.R. Teoriyapolzuchesti [Creep theory]. Moscow, Stroyizdat, 1968, 419 p.
