WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

1

На правах рукописи

Свешников Александр Сергеевич

ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

НА ОСНОВЕ ШПОНА И ДРЕВЕСНО-КЛЕЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ

05.21.05 – Древесиноведение, технология и

оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2014 2 Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет» на кафедре лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент, Угрюмов Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты: Разиньков Егор Михайлович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», заведующий кафедрой механической технологии древесины Штембах Анатолий Паулович, кандидат технических наук, доцент, ООО «ФАЭТОН», г. Санкт-Петербург, начальник отдела реализации технологий и оборудования для деревообработки

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Защита состоится 4 июня 2014 г. в 11:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.03 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С.М. Кирова (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер. 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЛТУ и на сайте www.ftacademy.ru

Автореферат разослан «» 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Алексей Романович Бирман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в деревообработке наметилась тенденция к увеличению объемов выпускаемой клееной продукции. В связи с развитием фанерной промышленности приобрели значимость вопросы повышения эффективности производства, сокращения расходов сырья на производство единицы продукции, переработки образующихся отходов, снижения себестоимости продукции при сохранении ее качества.





Основная часть фанерных предприятий нашей страны вырабатывает продукцию на основе березового лущеного шпона, однако березовое сырье является достаточно дорогим, его стоимость в структуре себестоимости фанеры составляет 40…45%.

При производстве фанеры неизбежно образуются отходы – шпонрванина, кусковый шпон, карандаши, отходы от форматной обрезки фанеры и др. Целесообразно использовать измельченные древесные отходы фанерного производства для изготовления древесного композиционного материала.

Основу прочности такого материала составляет лущеный шпон, а композиция на основе древесных частиц, смешанных с синтетическим клеем, наполняет его.

Производство композиционного материала с наружными слоями из шпона, внутренними слоями на основе измельченных древесных отходов с возможностью регулирования свойств в соответствии с назначением позволит эффективно утилизировать образующиеся отходы, уменьшить расход шпона и себестоимость готовой продукции.

В этой связи развитие теории и практики производства композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции является актуальной научной задачей, что и определило выбор темы исследования.

Степень разработанности темы исследования. Вопросам повышения эффективности фанерного производства и создания древесных композиционных материалов занимались российские ученые: В.И. Онегин, В.А. Куликов, Д.А. Щедро, А.Н. Чубинский, А.А. Лукаш, А.Б. Чубов, Ю.И.

Цой, В.П. Стрелков, В.Е. Цветков, С.А. Угрюмов и другие.

Поисковый анализ научно-технической литературы показал, что перспективным направлением повышения эффективности фанерного производства является возвратное использование древесных отходов и снижение материалоемкости производства.

Цель работы – обоснование структуры и технологии композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи теоретических и экспериментальных исследований:

1. Обоснование рациональной структуры композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции.

2. Экспериментальное исследование физико-механических свойств композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции.

3. Обоснование методики оценки межфазного взаимодействия в композиционном материале.

4. Разработка технологии и рациональных режимов склеивания композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции.

Обоснование экономической целесообразности предлагаемых технических решений.

Научной новизной обладают:

– структура композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции, отличающаяся от известных наличием листа шпона в центральном слое;

– методики оценки адгезионной прочности и межфазного взаимодействия в структуре композиционного материала, отличающиеся способом подготовки образцов для испытаний с учетом структуры композита;





– математические модели влияния основных технологических факторов на свойства композиционного материала и процесс его склеивания.

Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математических моделей; применением современного поверенного метрологического обеспечения; современными средствами научного изыскания, включая макроскопию; методами и средствами многофакторных экспериментальных исследований и статистической обработки экспериментальных данных; подтверждением адекватности разработанных моделей результатам испытаний; внедрением разработок в производство.

Поставленные задачи решались с применением современных систем автоматического проектирования, графических и вычислительных комплексов программ. Проверка теоретических предпосылок и расчетов осуществлялась экспериментально в лабораторных условиях по принятым методикам и планам экспериментов и характеризуется сходимостью с выводами эмпирических исследований.

Теоретическая и практическая значимость. Методики оценки адгезионной прочности и межфазного взаимодействия в структуре композиционного материала позволяют прогнозировать прочностные показатели и анализировать характер разрушений. Разработанные адекватные математические модели, описывающие влияние технологических факторов на физико-механические свойства композиционного материала, являются основой для обоснования его структуры и технологии склеивания.

Практическая значимость заключается в обосновании структуры нового композиционного материала на основе лущеного шпона и древесно-клеевой композиции, превосходящего по физико-механическим характеристикам классические древесностружечные плиты, сравнимого с фанерой общего назначения. Производство такого материала позволяет эффективно перерабатывать образующиеся древесные отходы, снизить производственные затраты, повысить конкурентные качества и расширить ассортимент выпускаемой продукции. Разработана технология, обеспечивающая рост объема выпускаемой продукции, снижение расхода древесного сырья и возвратное использование отходов. Рекомендованные рациональные режимы позволяют производить композиционный древесный материал с высокими физико-механическими свойствами.

композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции, полученные автором, используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Технология клееных материалов и древесных плит», «Технология композиционных материалов».

Методы исследования. Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска; поверенном оборудовании, приборах и средствах контроля.

Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, патентная информация, электронные ресурсы.

Научные положения, выносимые на защиту. Основные научные положения, выносимые на защиту, можно классифицировать как научно обоснованные технологические и технические решения, направленные на создание композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции с улучшенными физико-механическими характеристиками:

1. Введение центрального листа шпона в структуру композиционного материала позволяет снизить вероятность его разрушения от действия касательных напряжений;

2. Введение в технологический процесс производства композиционного материала послойного холодного подпрессовывания внутренних слоев из древесно-клеевой композиции позволяет повысить его эксплуатационные характеристики за счет устранения разнотолщинности внутренних слоев и отклонения центрального листа шпона от центральной плоскости.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждены и одобрены на заседаниях, конференциях, выставках различного уровня: всероссийской выставке-конференции научнотехнического творчества молодежи НТТМ-2009 (г. Москва, 2009 г.); XVI Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед», Москва, 2013 г; XI областной научной конференции «Шаг в будущее» (г. Кострома, 2009, 2011 гг.); 61-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ – производству», г. Кострома, 2009 г; международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона», г. Кострома, 2010 г; международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса», г. Кострома, 2012, 2013 гг.

Основные научные и технические результаты приняты к использованию в ОАО «Фанплит» (г. Кострома), ООО «Костромалеспроект».

Публикации. По теме работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, заявка на патент № 2014105644 РФ, МПК7 В 27 D 1/00 «Линия изготовления древесного композиционного материала».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложений, библиографического списка из наименований, содержит 169 страниц текста, 35 рисунков, 23 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, раскрыта научная новизна работы, е практическая и научная значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования»

проведен анализ перспектив развития фанерной промышленности, результатов исследований по формированию древесно-слоистых материалов, рациональному использованию древесных отходов в производстве, выбору связующего. Анализ литературных источников показал, что одним из перспективных направлений снижения расхода сырья и материалов при прогнозируемом увеличении объемов производства является рациональное использование древесных отходов фанерного производства при изготовлении композиционных материалов.

На основании проведенного анализа научных трудов в области создания древесных композиционных материалов сделан вывод, что на сегодняшний момент в отечественной науке отсутствует теоретическое обоснование рациональной структуры композиционного материала на основе лущеного шпона и древесно-клеевой композиции, данные о комплексной оценке физикомеханических свойств и параметры рациональных режимов производства.

В этой связи развитие теории производства композиционного материала на основе лущеного шпона и древесно-клеевой композиции с обоснованием рациональной структуры, экспериментальной оценкой физико-механических свойств, определением рациональных режимов является актуальным научным вопросом, определившим выбор цели и задач исследования.

Во втором разделе «Методические положения» приведены характеристики применяемых материалов, оборудование и приборы, используемые в работе, расчетные уравнения и формулы, изложены методики приготовления сырья и материалов, изготовления экспериментальных образцов и определения их физико-механических характеристик.

При изготовлении образцов композиционного материала использовался березовый лущеный шпон толщиной 1,15 и 1,5 мм, березовые древесные частицы фракции 10/2, клеи на основе карбамидоформальдегидных олигомеров КФН-66 для нанесения на поверхности шпона и КФН-54 для осмоления древесных частиц.

Для определения адгезионной прочности и величины межфазного взаимодействия в структуре композиционного материала применялись методика оценки адгезионной прочности при отрыве листов шпона на основе ГОСТ 27325 и методика оценки взаимодействия на границе раздела фаз на основе метода определения прочности при скалывании по ГОСТ 9624, отличающиеся от известных способом подготовки образцов для испытаний, что позволило численно оценить прочность взаимодействия компонентов материала на границах раздела фаз в зависимости от структуры.

Физико-механические показатели композиционного материала определялись по ГОСТ 9621, ГОСТ 9625, ГОСТ 10636, ГОСТ 10637, оценку огнезащищенности определяли методом «огневой трубы», содержание формальдегида в образцах определяли перфораторным методом по ГОСТ 27678. Поиск рациональных технологических режимов производства осуществлялся на основе реализации многофакторного плана второго порядка.

композиционного материала» на основе положений теории сопротивления материалов при изгибе определены рациональные структуры материала.

Проведены исследования, направленные на изучение свойств материала, изготовленного по различным структурам. Комплексно оценено влияние технологических факторов на свойства композиционного материала, рекомендованы рациональные режимы его производства.

При формировании пакета листы шпона необходимо использовать как армирующие слои и располагать на поверхности композиционного материала для предотвращения разрушения от нормальных напряжений, поскольку шпон обладает большей прочностью при изгибе по сравнению со слоями из древесноклеевой композиции. Целесообразно также располагать листы шпона для упрочнения материала в центральной части симметричного сечения, где при изгибе достигают максимального значения касательные напряжения.

Рациональные структуры композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Схемы сборки композиционного материала:

1 – листы шпона в продольном направлении; 2 – древесно-клеевая композиция;

По результатам макроскопических исследований внутренней структуры изготовленных образцов композиционного материала (Рисунок 2) определено:

– древесные частицы в структуре материала упакованы плотно, величина упаковки не имеет предельного значения, так как отсутствует видимая механическая деформация частиц и разрушения с появлением трещин;

– внутреннее строение слоев из древесно-клеевой композиции имеет равномерное заполнение, при соприкосновении частиц разного размера отсутствуют пустоты значительной величины;

– центральные листы шпона не имеют короблений и искривлений значительной величины, что говорит о равномерном дозировании осмоленных древесных частиц во внутренних слоях при формировании материала.

Рисунок 2. Срез материала. Увеличение в 25 раз Прочность при изгибе является важной эксплуатационной характеристикой композиционных материалов. Для оценки влияния структуры материала на прочностные показатели при изгибе были проведены эксперименты, в результате которых было установлено, что разрушение образцов происходит как от нормальных (), так и от касательных напряжений (). Последние возникают в результате межслойного сдвига.

На рисунке 3 представлен тип разрушения композиционного материала.

Рисунок 3. Типы разрушения образцов при статическом изгибе:

а) разрушение наружных слоев от нормальных напряжений ();

в) разрушение материала от касательных напряжений () на границе двух слоев Анализ разрушения образцов композиционного материала при изгибе показал следующее: 11% образцов были разрушены от касательных напряжений по границе центрального листа шпона и слоев из древесных частиц, 21% образцов разрушился в результате действия как нормальных, так и касательных напряжений (смешанный тип), основная часть образцов разрушились от действия нормальных напряжений, превысивших допустимые значения. Разрушение в этом случае, как правило, происходит по листу шпона с поперечным направлением волокон по отношению к лицевому листу, что объясняется низкой прочностью древесины при растяжении поперек волокон.

Максимальной прочностью при изгибе обладает схема № 2 по причине использования взаимоперпендикулярных листов шпона в наружной части сечения в качестве армирования от действия нормальных напряжений и центрального листа шпона, позволяющего увеличить прочность при изгибе под действием касательных напряжений. Схема №1 упрочнена от нормальных напряжений растяжения и сжатия, но при этом возможно разрушение от касательных напряжений сдвига. Минимальной прочностью обладают образцы, изготовленные по структурам №3 и №4, не защищенные разрушения.

Разрушение наружных слоев материала от нормальных напряжений происходит из-за различия в деформации слоев шпона с продольным и поперечным направлением волокон и слоев из древесно-клеевой композиции.

Это объясняется низким модулем сдвига древесины при растяжении поперек волокон и низкой прочностью древесно-клеевой композиции при изгибе.

Превышение предельных значений касательных напряжений в центральной зоне материала, где расположен лист шпона, либо слой из древесно-клеевой композиции и одновременное превышение нормальных напряжений в наружных слоях приводит к разрушению смешанного типа.

Сохранению прочностных показателей композиционного материала способствует совершенствование технологии его формирования, повышение равномерности насыпки и уплотнения внутренних слоев.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что на физикомеханические свойства композиционного материала значимое влияние оказывает способ формирования внутренних слоев. При отсутствии операции холодной подпрессовки древесно-клеевой композиции наблюдается разнотолщинность внутренних слоев, значительное коробление и отклонение центрального листа шпона в структуре материала от нейтральной линии вследствие неравномерного уплотнения древесных частиц (Рисунок 4а).

Введение в технологический процесс промежуточной послойной холодной подпрессовки позволяет устранить разнотолщинность внутренних слоев материала и отклонение центрального листа шпона от центральной плоскости (Рисунок 4б), что способствует повышению физико-механических свойств.

Рисунок 4. Характер влияния холодной послойной подпрессовки:

а) без послойной подпрессовки; б) с послойной подпрессовкой В работе оценено межфазное взаимодействие и адгезионная прочность композиционного материала в зависимости от его структуры. Известная стандартная методика определения прочности при растяжении перпендикулярно пласти (ГОСТ 10636-90) позволяет определить прочность и характер взаимодействия компонентов только в «слабой» центральной зоне материала и не позволяет определить прочность взаимосвязи шпона и древесно-клеевой композиции в иных зонах. С целью оценки эксплуатационных характеристик композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции с учетом его структуры предложена методика определения адгезионной прочности при отрыве листов шпона и методика определения межфазного взаимодействия компонентов при скалывании на основе ГОСТ 27325-87 «Метод определения адгезии лакокрасочных покрытий»

и ГОСТ 9624-2009 «Метод определения предела прочности при скалывании».

Отличие предложенных методик от стандартных заключается в способе подготовки материала к испытаниям, а их применение позволяет определять характер взаимодействия компонентов, тип разрушения и прочностные характеристики в зависимости от структуры материала.

В качестве примера на рисунке 5 представлены схемы подготовки образцов для определения адгезионной прочности на границах взаимодействия компонентов для схемы сборки №2.

Рисунок 5. Форма образцов для определения адгезионной прочности на границе раздела фаз (шпона и древесно-клеевой композиции):

3 – наружные листы шпона; 4 – центральный лист шпона.

Результаты оценки адгезионной прочности при отрыве листов шпона от внутренних слоев из древесно-клеевой композиции представлены в таблице 1.

Адгезионная прочность при отрыве листов шпона от внутренних слоев из № схемы сборки При отрыве листов шпона наблюдается когезионный по древесно-клеевой композиции или смешанный характер разрушения, что свидетельствует о высокой адгезионной прочности соединения. Максимальная прочность при отрыве наблюдается у образцов со структурой №2, №3 с наличием центрального листа шпона. При отрыве наружных листов шпона для всех структур преобладал смешанный тип разрушения по внутреннему слою из древесно-клеевой композиции. При отрыве центрального листа шпона для схем №2 и №3 преобладал смешанный тип разрушения с разрывом по слою из древесно-клеевой композиции и частичному вырыву волокон древесины из поверхности шпона. Высокая прочность материала при отрыве наружных листов шпона может быть результатом высокой адгезионной прочности связующего и сцеплением между древесными частицами.

Характер межфазного взаимодействия связующего со слоями из древесных частиц и шпона на границе их взаимодействия в зависимости от структуры материала определялся также путем послойного скалывания по границам контакта листов шпона и внутренних слоев из древесно-клеевой композиции. Для испытаний были изготовлены образцы, форма скалываемой части которых представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Форма образцов для проведения испытаний по скалыванию по Основные результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица Прочность композиционного материала при скалывании № структуры При скалывании наружных листов шпона по структуре № 1б в 27% случаев наблюдался смешанный тип разрушения по границе раздела связующего и листов шпона с вырывом волокон из его поверхности. В остальных случаях имел место смешанный тип разрушения во внутреннем слое по границе раздела связующего и древесных частиц, что свидетельствует о высокой степени межфазного взаимодействия. Высокая адгезионная прочность на границе раздела фаз (слоев шпона и древесно-клеевой композиции) объясняется наличием клеевой прослойки с повышенным содержанием клея – контактирует осмоленный лист шпона и осмоленные древесные частицы.

Отсутствие адгезионного типа разрушения по граничному слою свидетельствует о высоких адгезионных свойствах выбранного связующего.

Обобщенные сравнительные физико-механические характеристики композиционного материала, изготовленного по рациональным структурам, приведены в таблице 3. Сравнительный анализ физико-механических характеристик композиционных материалов представлен в таблице 4.

Таблица Сравнительные свойства композиционного материала Структура Таблица Сравнительный анализ физико-механических характеристик Плотность, кг/м Разбухание по толщине после часов вымачивания в воде, % Объемное разбухание после 24 часов Водопоглощение после 24 часов Предел прочности при отрыве перпендикулярно пласти, МПа Композиционный материал обладает высокой прочностью при изгибе, поскольку его наружные слои выполнены из прочных листов шпона, воспринимающих основные напряжения, а древесно-клеевая композиция с более низкой прочностью расположена в слабо нагруженных зонах. В целом, композиционный материал на основе шпона и древесно-клеевой композиции обладает высокими физико-механическими показателями, превосходящими нормированные значения для классических ДСтП и плит OSB, сопоставимыми со свойствами фанеры общего назначения.

Прочность при отрыве перпендикулярно пласти превышает нормативный показатель для OSB на 12,5% и сопоставимо с ДСтП. Прочность при изгибе превышает нормативный показатель для фанеры ФК на 63%, для ДСтП на 70%, для OSB-2 на 56%. Высокие механические характеристики объясняются использованием особой структуры материала и применением рациональных режимов склеивания. Разбухание по толщине сопоставимо с нормативными показателями для фанеры ФК и ДСтП, превышает показатели для OSB-2 на 23%. Низкое разбухание материала объясняется наличием водоотталкивающей добавки (парафиновой эмульсии) во внутренних слоях из древесно-клеевой композиции.

Априорные данные и анализ результатов отсеивающих экспериментов показал, что на физико-механические показатели композиционного материала наибольшее влияние оказывают следующие факторы: плотность внутреннего слоя, расход связующего во внутреннем слое, количество парафиновой эмульсии во внутреннем слое, применяемой для повышения гидрофобных свойств. Данные факторы приняты в качестве переменных (Таблица 5) при планировании и реализации В-плана второго порядка. В качестве выходных величин приняты физико-механические показатели, характеризующие эксплуатационные характеристики композиционного материала: предел прочности при изгибе, предел прочности при отрыве перпендикулярно пласти, разбухание по толщине, водопоглощение, объмное разбухание, прочность при выдергивании шурупов из кромки и из пласти.

Переменные факторы и уровни их варьирования 2. Расход связующего во внутреннем слое, % 3. Количество парафиновой эмульсии во внутреннем слое, % Математическая обработка результатов эксперимента позволила получить адекватные уравнения регрессии в нормализованном обозначении факторов:

а) предел прочности при изгибе:

Y1 = 46,883+3,8 X1+7,3 X2-1,5 X3+1,132 X12 -1,368 X32- X1X2;

б) предел прочности при отрыве перпендикулярно пласти:

Y1 = 0,273 + 0,022 X1+0,046 X2;

в) разбухание по толщине:

Y3 = 11,47 -1,26 X2-2,3 X3 +1,83 X32;

г) водопоглощение:

Y4 = 41,22+2,26 X1-4,15 X2-8,51 X3+1,19 X12+3,44 X22+5,41 X32+2,42 Х2Х3;

д) объмное разбухание:

Y5 = 12,19 + 0,58 X1-1,32 X2-2,46 X3 -1,01 X22-1,91 X32;

е) предел прочности при выдргивании шурупов из кромки:

Y6 = 54,634 + 2,9 X1+1,9 X2+0,5 X3;

ж) предел прочности при выдргивании шурупов из пласти:

Y7 = 92,702 + 5,5 X1+2,7 X2-1,4 X3.

Уравнения регрессии в натуральных обозначениях факторов имеют вид:

а) предел прочности при изгибе:

Y1 = -193,89+1,132*10-4*2 - 0,09 - 5,544Рпар2 - (Рсв/400)+2,544Рпар+3,575Рсв;

б) предел прочности при отрыве перпендикулярно пласти:

Y2 = 2,438+0,00022 +0,0115;

в) разбухание по толщине:

Y3 = 19,38 - 0,315 Рсв+7,32 Рпар2 - 71,92 Рпар;

г) водопоглощение:

Y4 = 97,129+0,0226 -1,19*10-4* 2 - 12,2475Рсв+0,215Рсв2+21,41Рпар2 Рпар+12,1Рсв*Рпар;

д) объмное разбухание:

Y5 = 24,712+0,063Рсв2-7,64Рпар2-1,182Рсв+0,58*10-2 -2,72Рпар, е) предел прочности при выдргивании шурупов из кромки:

Y6 = 28,134 + 0,029 +0,475Рсв+Рпар;

ж) предел прочности при выдргивании шурупов из пласти:

Y7 = 47,502+0,055 +0,675Рсв - 2,8Рпар.

Некоторые графические зависимости основных физико-механических характеристик композиционного материала от переменных факторов при постоянном значении количества связующего 12%, представлены на рисунке 7.

На основе полученных математических моделей рекомендованы следующие рациональные технологические условия производства композиционного материала:

– плотность внутреннего слоя – 670..680 кг/м3;

– расход связующего – 10..11% от массы древесных частиц;

– количество парафиновой добавки – 0,47..0,51% от массы древесных частиц;

– температура прессования – 150С;

– давление прессования – 2,0 МПа;

– время выдержки под давлением – 0,5 мин на 1 мм толщины материала;

– время плавного снижения давления – 1,0 мин.

Рисунок 7. Некоторые графические зависимости влияния переменных факторов на физико-механические характеристики композиционного материала Анализ полученных математических моделей и графических зависимостей показал следующее. На прочностные показатели композиционного материала наибольшее влияние оказывает плотность заполнения внутренних слоев и расход связующего в готовом материале. Увеличение этих факторов провоцирует интенсивный рост прочности. С увеличением плотности происходит более плотная упаковка древесных частиц между собой с минимальным количеством свободных пространств (пустот), ослабляющих структуру готового материала. Увеличение расхода связующего способствует формированию большого числа непрерывных клеевых связей и распределению связующего по поверхности древесных частиц, что приводит к росту прочностных показателей.

Добавление парафиновой эмульсии в количестве 0,5% от массы внутреннего слоя повышает водостойкость до уровня водостойкости фанеры общего назначения на основе фенолформальдегидных связующих.

На физические показатели композиционного материала значимое влияние оказывает количество парафиновой добавки и расход связующего во внутренних слоях, при увеличении этих факторов происходит существенное снижение водопоглощения и разбухания материала по толщине. Значимое влияние оказывает фактор плотности внутреннего слоя. При его увеличении происходит увеличение физических показателей, поскольку повышается релаксационная способность уплотненных древесных частиц.

В четвертом разделе «Технико-экономическое обоснование производства композиционного материала» разработаны технология производства композиционного материала по одностадийной схеме, планировка участка формирования и прессования материала, определена экономическая эффективность организации производства.

Для производства композиционного материала по структуре №2 была разработана технологическая линия, позволяющая получать материал с высокими эксплуатационными характеристиками за счет введения в технологический процесс послойного холодного прессования внутренних слоев из древесно-клеевой композиции (Рисунок 8).

Линия Рисунок 8. Линия изготовления композиционного материала изготовления композиционного материала для АРеф (2014) Введение прессов для послойной холодной подпрессовки внутренних слоев из древесно-клеевой композиции позволяет повысить равномерность распределения древесных частиц, снизить разнотолщинность, коробление и отклонение центрального листа шпона от центральной плоскости, а так же снизить потери плотности внутренних слоев при их транспортировке по конвейерам линии из-за рассыпания от вибрации. Использование двух независимых формирующих машин позволяет осуществлять работу линии в едином технологическом потоке без возвратных операций.

Анализ основных технико-экономических показателей позволяет сделать вывод, что организация производства композиционного материала дает возможность уменьшить норму расхода фанерного кряжа, увеличить прибыль от реализации продукции на 14 % ввиду снижения себестоимости на 7 %, увеличить рентабельности производства 1 м3 продукции на 8,1 %, увеличить чистую выручку на 19,7%. Инвестиционные вложения на организацию производства окупаются за счет увеличения чистой выручки.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что выпуск композиционного материала с наружными слоями из шпона, внутренними слоями на основе измельченных древесных отходов фанерного производства позволяет эффективно утилизировать образующиеся отходы, рационально использовать древесное сырье, снизить расход шпона и себестоимость готовой продукции.

2. Обоснована рациональная структура композиционного материала на основе шпона и древесно-клеевой композиции, отличающаяся от известных наличием листа шпона в центральном слое. Применение данной структуры позволяет изготавливать материал с высокими физико-механическими показателями.

Прочность при отрыве перпендикулярно пласти превышает нормативный показатель для OSB на 12,5% и сопоставима с ДСтП. Прочность при изгибе превышает нормативный показатель для фанеры ФК на 63%, для ДСтП на 70%, для OSB-2 на 56%. Высокие механические характеристики объясняются использованием особой структуры материала и рациональных режимов склеивания. Разбухание по толщине сопоставимо с нормативными показателями для фанеры ФК и ДСтП, превышает показатели для OSB-2 на 23%. Низкое разбухание материала объясняется наличием водоотталкивающей добавки (парафиновой эмульсии) во внутренних слоях из древесно-клеевой композиции.

3. Предложены методики оценки адгезионной прочности и межфазного взаимодействия в структуре композиционного материала, отличающиеся способом подготовки образцов для испытаний. По результатам испытаний выявлено, что образцы со структурой №2 и №3, содержащей центральный лист шпона, обладают максимальной адгезионной прочностью при отрыве и высоким межфазным взаимодействием. В отличие от известных применение предложенных методик позволяет численно оценить характер взаимодействия компонентов материала на границах раздела фаз и прочностные характеристики в зависимости от его структуры.

4. Получены адекватные математические модели, позволяющие оценить влияние основных технологических факторов на свойства композиционного материала, а так же прогнозировать его свойства при различных сочетаниях рассмотренных факторов. Обоснованы рациональные технологические режимы производства, позволяющие изготавливать композиционный материал с высокими физико-механическими характеристиками.

5. Разработана технология формирования композиционного материала в единой линии. Особенностью технологии является использование операции холодного послойного подпрессовывания внутренних слоев из древесноклеевой композиции, позволяющей повысить равномерность распределения древесных частиц, а также увеличить прочность материала.

6. Доказана экономическая эффективность производства древесного композиционного материала на основе лущеного шпона и древесно-клеевой композиции. При выпуске композиционного материала удается сократить расход древесного сырья на 12%, увеличить рентабельность производства 1 м продукции на 8%, снизить себестоимость материала на 6,5%.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях рекомендованных списком ВАК Минобрнауки РФ Угрюмов С.А. Оценка адгезионной прочности и межфазного взаимодействия в структуре фанеры с внутренними слоями из древесноклеевой композиции / С.А. Угрюмов, А.С. Свешников // Вестник ПГТУ.

Серия: Лес. Экология. Природопользование. – Йошкар-Ола: ПГТУ, 2014, № Угрюмов С.А. Технология производства композиционной фанеры / С.А.

Угрюмов, А.С. Свешников // Вестник МГУЛ - Лесной вестник: научноинформационный журнал. – М.: МГУЛ, 2012, №2. – С. 148-153.

Угрюмов С.А. Технико-экономическое обоснование производства композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, А.С. Свешников // Вестник ПГТУ. Серия «Экономика и управление»: научный журнал. – Йошкар-Ола:

ПГТУ, 2012, №2. – С. 38-45.

Угрюмов С.А. Комплексное исследование свойств композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, А.С. Свешников // Вестник МГУЛ - Лесной вестник:

научно-информационный журнал. – М.: МГУЛ, 2010, №6. – С. 163-165.

5. Свешников А.С. Технологические особенности производства композиционной фанеры / А.С. Свешников, С.А. Угрюмов // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса:

материалы Международной научно-технической конференции. – Кострома:

КГТУ, 2012. – С. 126-128.

6. Свешников А.С. Композиционная фанера – перспективный конструкционный материала для мебельной промышленности и строительства / А.С. Свешников // Вестник КГТУ: рецензируемый периодический научный журнал. – Кострома: КГТУ, 2011. – № 1(26). – С. 42- 7. Свешников А.С. Технологические рекомендации по производству композиционной фанеры на основе отходов деревопереработки / А.С.

Свешников, С.А. Угрюмов // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. – СПб: СПбГЛТУ, 2011. – С. 200-205.

8. Свешников А.С. Экспериментальное исследование прочностных характеристик композиционной фанеры / А.С. Свешников, С.А. Угрюмов // Лес-2011: сборник научных трудов по итогам XII международной научнотехнической интернет-конференции. – Брянск: БГИТА, 2011. –Выпуск 29. – С. 139-142.

9. Свешников А.С. Технология производства композиционной фанеры / А.С.

Свешников, Д.А. Кожевников // Научному прогрессу – творчество молодых:

материалы международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. – С. 117-119.

10. Угрюмов С.А. Общая технологическая последовательность производства композиционной фанеры / С.А. Угрюмов, А.С. Свешников, Д.А.

Кожевников // Актуальные проблемы лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. – Вологда: ВоГТУ, 2009.

– С.143-145.

11. Свешников А.С. Реализация экспериментального плана для оценки влияния технологических факторов на свойства композиционной фанеры / А.С. Свешников // Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона: материалы международной научнотехнической конференции. – Кострома: КГТУ, 2010. – С. 215-216.

12. Свешников А.С. Композиционная фанера с различными схемами сборки / А.С. Свешников // Ступени роста – 2009: тезисы научно-практической конференции. – Кострома: КГУ им. Н.А. Некрасова, 2009. – Ч.1. – С. 12-13.

13. Угрюмов С.А. Оценка свойств композиционной фанеры с различными схемами сборки / С.А. Угрюмов, А.С. Свешников // Студенты и молодые ученые КГТУ – производству: материалы 61-й межвузовской научнотехнической конференции молодых ученых и студентов. – Кострома: КГТУ, 2009. –Т 2. – С. 166-167.

14. Заявка на патент № 2014105644 РФ, МПК7 В 27 D 1/00. Линия изготовления древесного композиционного материала / С.А. Угрюмов, А.С. Свешников;

государственный технологический университет»; заявл. 14.02.2014.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.220.03 или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Ученый Совет.



 
Похожие работы:

«Гавриченко Александр Константинович ТОМОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ В ЗАДАЧАХ КВАНТОВОЙ ИНФОРМАТИКИ Специальность 05.27.01 — твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва, 2013 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Физико-технологическом институте РАН (ФТИАН РАН) Научный...»

«ПОПОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ КОНТАКТНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ХЛАДОАГЕНТА ОХЛАЖДЕННЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Процессы и аппараты химической технологии государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московская государственная академия тонкой химической технологии...»

«ЧЕРЕМИСИНОВ АНДРЕЙ АНДРЕЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТРЕХКОЛЛЕКТОРНОГО БИПОЛЯРНОГО МАГНИТОТРАНЗИСТОРА С НИЗКИМ КОЛЛЕКТОРНЫМ РАЗБАЛАНСОМ ДЛЯ РАБОТЫ В СЛАБЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ Специальность: 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре интегральной электроники и...»

«Бубенцов Владимир Юрьевич Разделение бинарных водно-солевых систем методом адиабатной кристаллизации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий МОСКВА – 2006 г. 2 Работа выполнена на кафедре Процессы и аппараты химической технологии государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В....»

«Балан Никита Николаевич РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ТУННЕЛЬНЫХ НАНОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Специальности: 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах; 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 Работа...»

«Звидрина Мария Павловна Профессиональные компетенции аналитика информационных ресурсов Специальность 05.25.03 – Библиотековедение, библиографоведение и книговедение Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Санкт-Петербург – 2013 2 Работа выполнена на кафедре документоведения и информационной аналитики ФГБОО ВПО Санкт-Петербургский государственный университет культуры и искусств. Научный руководитель : доктор педагогических наук,...»

«ЕВСЕЕНКО ВЕРОНИКА ИВАНОВНА ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСМУТА ВИННОКИСЛОГО И ГАЛЛОВОКИСЛОГО ОСНОВНОГО ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ 05.17.01 – Технология неорганических веществ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Красноярск - 2008 Работа выполнена в Институте химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской Академии наук кандидат химических наук Научный руководитель : Логутенко Ольга Алексеевна доктор химических...»

«КУШИТАШВИЛИ ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ 05.15.11. - Физические процессы горного производства АВТОРЕФЕРАТ дисертации, представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук Тбилиси 2006 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ГРУЗИНСКОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ Научный руководитель – докт. техн. наук, проф. Гуджабидзе И. К. Официальные оппоненты : докт. техн. наук, проф....»

«ФЕДОРОВА ИРИНА СТЕПАНОВНА ДОКУМЕНТЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО АРХИВА КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПО ГЕНЕАЛОГИИ КРЕСТЬЯНСТВА – НАЧАЛА вв.: XVIII XX АРХИВОВЕДЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Специальность 05.25.02 – Документалистика, документоведение, архивоведение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук Москва – 2013 Работа выполнена в Федеральном бюджетном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт документоведения и архивного дела (ВНИИДАД) Научный...»

«Молдавская Любовь Давидовна СТРУКТУРА, ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА И ИК ФОТОПРОВОДИМОСТЬ МНОГОСЛОЙНЫХ ГЕТЕРОСИСТЕМ InGaAs/GaAs С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ 05.27.01 — твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2007 Работа выполнена в Институте физики микроструктур РАН Научный руководитель : кандидат...»

«Курилкин Александр Александрович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ 05.17.01 – Технология неорганических веществ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва – 2013 Работа выполнена в ОАО Электростальское научно-производственное объединение Неорганика доктор технических наук, профессор Научный руководитель : Мухин Виктор Михайлович, начальник лаборатории активных углей, эластичных...»

«Лифанов Александр Дмитриевич ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА УДАРОПРОЧНЫХ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ ПЛАСТИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ ПОЛЯРНЫХ КАУЧУКОВ 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский государственный технологический университет (ГОУ ВПО КГТУ) Научный руководитель :...»

«ШУМИЛОВ АНДРЕЙ СТАНИСЛАВОВИЧ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАНАВОК В КРЕМНИИ В BOSCH-ПРОЦЕССЕ Специальность 05.27.01. – твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2009 1 Работа выполнена в Ярославском филиале Учреждения Российской академии наук Физико-технологический институт (ФТИАН) Научный руководитель :...»

«Гнусов Максим Александрович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГРУНТОМЕТА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПОЛОС В ЛЕСУ 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежская государственная лесотехническая академия (ФГБОУ...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.