CC BY
10
дiй на вихщний параметр, порiвняно з впливом самих факторiв, е незначним. Щоб це пiдтвердити, побудуемо графiчнi залежносл рiвнянь параболи, отри-манi шляхом тдставлення в рiвняння регреси значень х^х2=0 i змiнюючи значення фактора х3 вiд -1 до 1 з кроком 1 (таким чином ми перевiримо вплив взаемоди х3х4 на вихiдну величину):
'у = 10,117 + 0,233 ■ х4 + 0,376 ■ х4; коли х1 = х2 = 0; х3 = -1; < у = 10,622 + 0,176■ х4 + 0,376■ х|; коли х1 = х2 = х3 = 0; у = 10,493 + 0,119 ■ х4 + 0,376 ■ х|; коли х1 = х2 = 0; х 3 = 1.
-9_8_1-
-1 -0,5 0 0,5 1
Значення фактору х4
Рис. 4. Залежшсть мщност1 склееноI деревини дуба на сколювання вздовж волокон вiд змши фактора х4 (тривал^ть пресування) зарЬних значень фактора х3 (тривал^ть вiдкритоi витримки перед склеюванням): 1 - витримка перед склеюванням не проводиться (х3=-1); 2 - тривал1стъ в\дкрито1 витримки становить 7,5хв (х3=0); 3 - тривал1стъ в\дкрито1 витримки становитъ 15хв (х3=1)
Як видно з рис. 4, вплив взаемоди факторiв х4 i х3 (тривалкть пресування i вщкрито! витримки перед склеюванням вщповщно) е незначним, по-рiвняно з впливом самих факторiв, оскшьки графжи е практично паралельни-ми. Аналопчним чином за допомогою побудови графiчних залежностей проходить перевiрка значимостi впливу всiх iнших взаемодш фактора х4.
З проведеного анашзу регресiйних моделей, побудованих за результатами ПФП i Б-плану, видно, що модель 2-го порядку точшше описуе залежнiсть мiцностi на сколювання вздовж волокон з'еднань деревини дуба вщ режимних параметрiв процесу склеювання. Цей факт пiдтверджують i результати досль джень, за якими будувались залежностi. Пiд час проведення дослав згiдно з матрицею планування ПФП максимальна мщшсть, що спостерiгаеться становить 10,76 МПа (за тиску пресування в 1 МПа, витрати клею 200 г/м2, трива-лост вщкрито! витримки i пресування 15 хв i 60 хв вщповщно), а при реалiзацil В-плану - 11,35 МПа (за тиску пресування 0,6 МПа, витрати клею 160 г/м2 i тривалост вщкрито! витримки i пресування 7,5 хв i 40 хв вiдповiдно).
Для опису залежност мiцностi на сколювання вздовж волокон з'еднань деревини дуба вщ режимних параметрiв процесу склеювання у нату-
ральних показниках варто скористатися формулами зв'язку мiж натуральни-ми i кодованими позначеннями:
р - 0,6 q -160 Т1 - 7,5 Т2 - 40 Х1 =-; х2 =-; х3 =-; х4 =-.
0,4 40 7,5 20
Отримана регресшна модель 2-го порядку буде мати такий вигляд:
т = 3,6375 • р + 0,2096• q -0,2595 • Т1 - 0,0717• Т2 -1,981- р2 - 0,00069• q2 -
-0,0056 • Т12 + 0,00094 • Т22 - 0,0024 • р • q - 0,0083 • р • Т1 + 0,0015 • р • Т 2 + +0,00243 • q • Т1 + 0,000045 • q • Т2 - 0,00038 • Т1 • Т2 - 5,99
Пiсля оптимiзацп отримано! залежностi було встановлено, що макси-мальних значень мiцностi на сколювання вздовж волокон (т) склеена компо-зицieю ПВАД-ВС_1 деревина дуба досягае за таких режимних параметрiв: тиск пресування р=0,81 МПа, витрата клею q=173,6 г/м2, тривалiсть вщкрито! витримки перед пресуванням Т1=11,82 хв i тривалiсть пресування Т2=60 хв, а вщповщне максимальне значення мщносп (т) становить 11,37 МПа. Оптимь зацiя виконувалась за допомогою методiв зведеного градiента.
Всi отриманi результати е актуальними тшьки в межах област експе-рименту, тобто коли вартвання змiнних факторiв не виходить за допустимi межi, встановленi тд час виконання дослiджень.
Висновки. Пiдбiр параметрiв процесу склеювання е важливою скла-довою для подальшого устшного впровадження модифiкованих композицiй в юнукт технологiчнi процеси. На основi результапв експериментальних дослiджень було побудовано i проаналiзовано регресiйнi залежностi першого i другого порядку. З них встановлено, що максимального значення 11,37 МПа функщя вщгуку набувае за таких значень режимних параметрiв: тиск пресування р=0,81 МПа, витрата клею q=173,6 г/м2, тривалiсть вщкрито! витримки перед пресуванням Т1=11,82 хв i тривалiсть пресування Т2=60 хв.
Застосування оптимальних режимiв дае змогу збiльшити мiцнiсть по-рiвняно зi середньостатистичним значенням за результатами дослщжень (9,61 МПа) на 18 %, а вiд найгiршого дослiду зпдно з матрицею планування (7,96 МПа) - на 43 %. Таким чином при склеюванш деревини дуба компози-щею ПВАД-ВС_1 рекомендовано використовувати режимш параметри процесу, наближеш або рiвнi розрахованим оптимальним. Решту основних i до-помiжних параметрiв процесу склеювання потрiбно вибирати вщповщно до чинних нормативних документiв (галузевих стандартiв, технiчних умов та ш.), як1 встановлюють !х необхiднi значення.
Л1тература
1. Данилова Л.К. Синтетические клеи / Л.К. Данилова, Н.Е. Ободынская, А. А. Костю-ковская. - К. : Вид-во "Буд1вельник", 1972. - 84 с.
2. Древесина клееная массивная. Методы определения предела прочности клеевого соединения при скалывании вдоль волокон: ГОСТ 15613.1-84. - [Действует от 1986-07-01]. - М. : Государственный стандарт союза ССР, 1984. - 8 с.
3. Хрульов В.М. Синтетические клеи и мастики / В.М. Хрульов. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1970. - 368 с.
4. Кейгл Ч. Клеевые соединения : пер. с англ. / Ч. Кейгл. - М. : Изд-во "Мир", 1971. - 296 с.
5. Офщшний сайт фiрми H.B.FULLER, якiй належить ТМ "RAKOLL". [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.hbfuller.com/.
6. Офщшний сайт Jowat Corporation. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.jo-wat.com/.
7. Офщшний сайт фiрми KLEBCHEMIE M.G. Becker GmbH & CoKG. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.kleiberit.com/.
Солонинка В.Р. Исследование режимных параметров процесса склеивания древесины дуба модифицированными поливинилацетатны-ми дисперсиями
Приведены результаты исследований режимных параметров процесса склеивания древесины дуба композициями на основе поливинилацетатной дисперсии ПВАД-51П модифицированной кислотно-соляным комплексом. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по их выбору для обеспечения максимальной прочности создаваемых соединений.
Ключевые слова: дисперсия, режимные параметры, давление прессования, продолжительность открытой выдержки, расход клея, предел прочности при скалывании вдоль волокон.
Solonynka V.R. The research of regime parameters of the process gluing of oak wood formed by modified polyvinyl-acetate (PVA) composition
The results of the research of regime parameters of the process gluing of oak wood formed by adhesives on the basis of polyvinyl-acetate (PVA) dispersion-51P modified acid-salt complex. On the basis of the received results for choice regime parameters of process gluing recommendations are developed for high strength joints formed.
Keywords: dispersion, regime parameters, pressure of pressing, duration of open endurance, the glue expense, strength of wood along the fibres.
УДК 745.51 Доц. П.Н. Рыбицкий, канд. техн. наук; ассист. В.С. Клишова -Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
ЗАВИСИМОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ ОТ МЕТОДА ПОДГОТОВКИ
ПОДЛОЖКИ
Рассмотрено влияние различных видов абразивных материалов, применяемых при струйно-абразивной обработке, на такие свойства лакокрасочного покрытия, как: время высыхания, твердость и степень блеска.
Любой материал представляет собой вещество с определенными химическими свойствами. В результате взаимодействия веществ могут изменяться и свойства лаковой пленки. Это может сказаться не только на технологии отделки, но и на качестве покрытия.
Ключевые слова: пескоструйная обработка, лакокрасочные материалы, время высыхания, твёрдость, степень блеска, абразивный материал.
Среди всего многообразия способов получения искусственно состаренной поверхности на изделиях из древесины одним из наиболее перспективных является способ струйно-абразивной обработки. Неоспоримым достоинством данного метода является его невысокая стоимость, технологичность и универсальность, поскольку он позволяет обрабатывать различные материалы на одном оборудовании, меняя только режимы обработки. Суть метода заключается в воздействии абразивного материала, подаваемого под
давлением, на поверхность древесины. Частицы абразива, ударяясь о поверхность, удаляют волокна древесины, позволяя получить рельеф на поверхности.
В качестве абразивов могут применяться различные материалы. При их выборе необходимо учитывать, что абразивы, с плотностью выше плотности обрабатываемого материала будут формировать фактуру поверхности, а с меньшей - шлифовать её [1]. Кроме того, значение имеет зернистость и форма абразивного зерна [2]. Струйно-абразивной обработке целесообразно подвергать материал, имеющий ярко выраженные слои ранней и поздней древесины, что позволит создать более выразительную поверхность. Например, хорошо поддаётся обработке и даёт интересные результаты древесина сосны.
Исследования показали, что для механической обработки древесины сосны, в качестве абразивов могут быть использованы следующие материалы: сода пищевая, соль "Экстра", песок речной. Однако при проведении данных исследований не было учтено, что некоторая часть абразивных частиц останется на поверхности древесины после обработки. Любой материал является химическим веществом, обладающим определенными химическими свойствами и способным вступать во взаимодействие с другими веществами. Особенно это важно, если в дальнейшем планируется отделка поверхности лакокрасочным материалом. Таким образом, возникает необходимость определить степень влияния вида абразивного материала на свойства лаковой пленки. Рассмотрим такие характеристики лака, как время высыхания на поверхности древесины, показатель твердости покрытия и степень блеска.
Время высыхания - промежуток времени, в течение которого достигается определенная степень высыхания при заданной толщине лакокрасочного слоя и при определенных условиях сушки. Под твердостью лакокрасочного покрытия понимают способность пленки противостоять вдавливанию или проникновению в нее твердого тела. Это важная эксплуатационная характеристика покрытия, определяющая стойкость и долговечность пленки на поверхности изделия. Под степенью блеска понимают способность поверхности, покрытой лакокрасочным материалом, отражать падающий на нее свет. Степень блеска лакокрасочного покрытия определяется двумя методами -рефлектометрическим и рефлектоскопическим.
Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 19007-73 "Материалы лакокрасочные. Метод определения времени и степени высыхания", ГОСТ 16838-71 "Детали и изделия из древесины и древесных материалов. Метод определения твердости лакокрасочных покрытий" и ГОСТ 16143-81 "Детали и изделия из древесины и древесных материалов. Методы определения степени блеска прозрачных лаковых покрытий" на образцах, изготовленных из древесины сосны.
Образцы обрабатываются струйно-абразивным методом. Режимы обработки подбираются в соответствии с [2] таким образом, чтобы рельеф поверхности был минимален. В качестве абразивных материалов применяем песок речной, соль "Экстра", соду пищевую. Один образец не подвергается струйно-абразивной обработке и является контрольным. В качестве лакокра-
сочного материала используем лак ПФ-283 - высокоглянцевый пентафтали-евый алкидный лак по дереву и металлу для внутренних работ. Наносится кистью или краскораспылителем в 1- 2 слоя. Расход лака 1 кг на 13-14 м2 Время высыхания - 36 часов при комнатной температуре. Для проведения испытаний лакокрасочный материал был нанесен кистью.
Результаты измерений представлены в табл. 1-4.
Табл. 1. Время и степень высыхания
Стадия высыхания Абразив Контрольный образец
соль сода песок
От пыли, мин 34 34 34 35
На отлип, мин 117 63 89 90
Табл. 2. Степень твердости лакокрасочного покрытия
№ замера Вид абразивного материала
песок речной соль "Экстра" сода пищевая контрольный образец
Среднее арифметическое диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм, ё Твёрдость, НУ, МПа Среднее арифметическое диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм, ё Твёрдость, НУ, МПа Среднее арифметическое диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм, ё Твёрдость, НУ, МПа Среднее арифметическое диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм, ё Твёрдость, НУ, МПа
1 0,522 0,137 0,427 0,204 0,256 0,568 0,296 0,425
2 0,335 0,331 0,466 0,171 0,294 0,430 0,294 0,430
3 0,269 0,514 0,408 0,223 0,400 0,233 0,259 0,555
Среднее значение 0,327 0,200 0,410 0,470
Табл. 3. Определение типа покрытия по Р-4
№ п\п Наименование образца Номер контролируемого участка Толщина покрытия, мкм Номер прочитанной строки Тип покрытия
вдоль волокон поперек волокон
1 Контрольный образец 1 50,38 6 9 Г
2 68,20 3 3 Г
3 57,40 5 7 Г
2 Песок 1 58,90 7 8 Г
3 76,00 7 7 Г
3 Соль 1 65,10 7 6 Г
2 65,90 5 7 Г
4 Сода 1 69,80 7 5 Г
2 76,72 3 4 Г
3 60,50 4 3 Г
Для ускорения процесса высыхания образцы были помещены в сушильный шкаф, где находились при температуре 80 °С в течение часа. Стадия высыхания "от пыли" достигается образцами практически одновременно. Суть достижения данной стадии высыхания заключается в образовании на поверхности материала тонкой пленки. Поскольку частицы абразива если и проникают на всю толщину покрытия, то весьма незначительно, и их боль-
шая часть концентрируется на подложке, на первоначальные процессы плен-кообразования они влияния не оказывают, или оказывают несущественно, поскольку при конвективном методе сушки наиболее интенсивное испарение растворителей происходит в верхнем слое.
Табл. 4. Определение степени блеска прибором ФБ-2
Номер замера
Абразив 1 2 3 Яср Бср Яо
Б Я Б Я Б Я
Песок речной 0,75 0,59 0,7 0,53 0,73 0,6 0,57 0,73 0,45
Соль "Экстра" 0,68 0,44 0,66 0,43 0,66 0,48 0,45 0,67 0,34
Сода пищевая 0,69 0,45 0,61 0,44 0,72 0,48 0,46 0,67 0,34
Контрольный образец 0,66 0,57 0,72 0,56 0,68 0,51 0,55 0,69 0,43
Время достижения стадии высыхания "на отлип" различается гораздо заметнее. При достижении лакокрасочным покрытием этой стадии на поверхность можно наносить следующий слой лакокрасочного материала и шлифовать. То есть время высыхания "на отлип" имеет важное технологическое значение. Сравнивая результаты, приведенные в табл. 1, отметим, что время высыхания покрытия на эталонном образце и на образце, обработанном песком, практически одинаково. Это может быть связано с тем, что песок в основном состоит из оксида кремния, то есть вещества, не отличающегося высокой химической активностью. В то же время, скорость высыхания лака на поверхности образца, подвергшегося обработке содой, значительно сокращается - на 30 %, а на поверхности образца, обработанного солью, напротив -увеличивается, так же на 30 %о. Графически результаты эксперимента представлены на диаграмме, приведенной на рис. 1.
Рис. 1. Время и стадии высыхания
Определение твердости лакокрасочного покрытия проводится согласно ГОСТ 16838-71 на микротвердомере ПМТ-3, имеющем индентор. Прибор обеспечивает плавное приложение нагрузки 0,02 даН, постоянство заданной нагрузки в течение не менее (90± ) с и перпендикулярность направления приложения нагрузки к испытываемой поверхности. Определение твердости покрытий проводят на контрольных образцах размером 90x120 мм, изготовленных из тех же материалов, что и основные детали. Измерения производят в трех точках. Результаты представлены в табл. 2.
Можно заметить, что наибольшую степень твердости имеет покрытие на эталонном образце. Достаточно близкое к нему по твердости покрытие при использовании в качестве абразивного материала соды. При этом твер-
дость лакокрасочного покрытия на образце, обработанном солью почти в два раза меньше, чем у эталонного образца.
Степень блеска лакокрасочного покрытия определяется согласно ГОСТ 16143-81 при помощи двух приборов: рефлектоскопа Р-4 и фотоэлектрического блескомера ФБ-2 - на образцах, изготовленных из древесины сосны, размерами 90x120 мм. На одном образце проводится не менее трёх замеров. При определении степени блеска лакокрасочного покрытия следует исключить те результаты замеров, где толщина плёнки на образце существенно отклоняется в большую или меньшую сторону.
За высокоглянцевое (ВГ) прозрачное покрытие принимается покрытие, блеск которого по Р-4 не ниже 10 строки, глянцевое (Г) - 9...3 строка, полуглянцевое (ПГ) - 2 строка и ниже. Согласно прибору Р-4 данное покрытие определяется как глянцевое, независимо от того, каким абразивным материалом была обработана подложка. В соответствии с характеристикой лакокрасочного материала он дает высокоглянцевое покрытие. Несоответствие показателей можно объяснить условиями нанесения, либо появлением неотде-лившихся волокон на поверхности древесины, создающих повышенную шероховатость поверхности. Тем не менее, сравнивая отдельные замеры, стоит отметить большую равномерность показателей у образца, обработанного песком, и более низкие показатели для образцов, обработанных содой. 0,500 0,450 _ 0,400 "I 0,350 л 0,300
£ 0,150 н 0,100 0,050 0,000
12 3 4 Рис. 2. Твердость лакокрасочного покрытия
Наибольшую степень блеска показал образец, обработанный песком. Кроме того, этот показатель достаточно близок к показателю эталонного образца. Это может быть объяснено тем, что оставшиеся частицы кварца увеличивают отражающийся свет, либо погрешностями при нанесении покрытия. Учитывая незначительную разницу - чуть более 4,6 %, наиболее вероятно последнее. Образцы, обработанные содой и солью, имеют степень блеска покрытия существенно ниже эталонной - почти 21 %. Ниже приведена диаграмма (рис. 3), наглядно показывающая изменение степени блеска лакокрасочного покрытия на поверхностях, обработанных различными абразивными материалами, при оценке на приборе ФБ - 2.
Исходя из результатов испытания, определяющего время и степень высыхания, можно сделать следующий вывод: использование соли в качестве абразивного материала значительно удлиняет по времени технологический процесс отделки. То есть данный абразивный материал нежелателен, если да-
