Полная версия

Главная arrow Прочие

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Зависимость прочностных характеристик древесины от вида клея

Т.Н. Стородубцева1, В.В. Гусев1, М.В. Струцкая1

!ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет имени Г.Ф. Морозова», Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

АннотацияОпределение предела прочности клееной древесины в зависимости от примененного клея, вида древесины и ее обработки электромагнитным полем.

Ключевые словаДревесина, прочность, клеи.

Статья содержит результаты исследования на скалывание образцов древесины трех различных пород: березы, липы, сосны. Эти породы древесины относятся к разным видам твердости. Сосна и липа являются мягкой древесиной, а береза является древесиной со средней твердостью.

Рассмотрим способ улучшения качества клеевого шва с помощью обработки его магнитным полем, что может быть в перспективе использовано во многих областях науки и техники, а так же в железнодорожной и авиационной промышленности. Известно, что прочность древесины при скалывании вдоль волокон у лиственных пород (липа, береза), примерно в 1,6 раза выше, чем у хвойных (сосна) [1, 2]. На каждый вид древесины было изготовлено по 18 образцов с продольным направлением волокон. Скалывание производилось в соответствии с ГОСТ 16483.5-73 на стандартных образцах [3].

Клеи и их применение так же стары, как сама история, если под историей подразумевать тот период, о котором сохранились какие-либо письменные документы.

После скалывания образцов с продольными волокнами на места скола были нанесены тонким равномерным слоем марки клеёв: «ТТВА», «Cosmofen», «Момент», которые являются универсальными клеями для склеивания различных соединений [4].

Было выдержано определенное время и после этого образцы подверглись склеиванию в течение суток (на каждый вид клея) [5, 6].

Образцы с 10 по 18 были обработаны магнитным полем. Здесь используется явление ферромагнетизма которое заключается в использовании эффекта втягивания ферромагнетика в то место поля, где магнитные силовые линии «гуще». Так как поле вращается, то вращаются и частицы. Обработка магнитным полем повлияла на прочность клеевого соединения, прочность каждого соединения была повышена примерно от 0,5 до 7 кг/см2. Образцы обрабатывались в течение 1,5 ч при следующих условиях: напряженность Н = 22,8 * 104 А/м; сила тока А = 9 А; напряжение U = 12,5 В; расстояние между обкладками конденсатора 35 мм.

Из графика на рис. 1 следует, что самая прочная из исследуемых пород является древесина березы (117,49 кг/см2) [7], т. к. липа и сосна выдержали примерно равное напряжение (105 кг/см2).

Исходя из данных, представленных в ниже приведенной табл. 1 можно сделать вывод, что самым прочным клеем является клей марки «Cosmofen», затем клей марки «ИВА» и самым слабым является клей марки «Момент».

Данные влияния обработки электромагнитным полем на прочность клеевого соединения представлены в табл. 2.

Стоит отметить следующее, что большинство образцов, склеенных клеем марок «ИВА» и «Cosmofen», разрушились не по клеевому шву, а в 2 - 2,5 мм от него - прочность древесины оказалась ниже чем прочность клеевого шва.

Зависимость прочности древесины при скалывании от породы

Рис. 1. Зависимость прочности древесины при скалывании от породы: но вертикали - напряжение кг/см2; но торизонтали - номера образцов

Предел прочности древесины от вида клея

Порода

Среднее напряжение при скалыва-

2

нии древесины,, тск> кг/см"

Необработанные

образцы

Клей

«ПВ

А»

Клей

«Мо

мент

»

Клей

«Cosmo

fen»

Сосна

100,23

83,37

22,8

100,32

Береза

117,49

91,68

31,24

110,1

Липа

103,88

91,16

9,83

111,6

Порода

Среднее напряжение при скалывании древесины, xCKi кг/см2

Клей

«ПВА»

Клей

«Момент»

Клей

«Cosmofe

п»

Сосна

87,79

23,23

102,74

Береза

111,5

32,38

124,81

Липа

93,36

10,20

118,7

Таблица 1

Таблица 2

Характеристики клеевых соединений обработанных электромагнитным полем

Образцы, склеенные клеем марки «Момент» сломались в месте клеевого соединения при нагрузке примерно в 9 раз меньшей первоначальной. И даже обработка магнитным полем незначительно увеличила его прочность, что говорит о плохой пригодности данного клея для склеивания деревянных поверхностей [8].

Выводы

В промышленности широкое применение нашли древесина и клеевые соединения. Они являются важными элементами в авиастроении, строении зданий, производстве мебели и на железных дорогах [9]. В связи с растущими потребностями в соединении разнородных материалов применение сварки становится проблематичным промышленности. С помощью клеевой технологии получают надежные соединения разнообразных комбинаций материалов в гибридных конструкциях. При этом гашение колебаний и вибраций в клеевых соединениях приводит к снижению шума [8]. Одновременно снижается опасность разрушения элементов конструкций под действием вибрации.

Благодаря тому, что структура материалов в шве при склеивании не изменяется, слои антикоррозионного покрытия в зоне соединения не повреждаются, что в итоге ведет к увеличению коррозионной стойкости. В последние годы в теории и технологии склеивания достигнуты значительные успехи, что связано, в частности, с созданием приборов и методов, дающих возможность производить самые различные испытания - от простейших на разрыв до сложных неразрушающих методов определения статической прочности соединений [5,6].

Самой прочной породой дерева, из исследуемых, является береза, затем липа и сосна. Это следует из результатов, представленных на рис. 1 и в табл. 1 и 2. Самым прочным клеевым соединением обладает клей марки «Cosmofen». Клей этой марки наносился очень тонким слоем на склонную поверхность и обеспечил самое надежное соединение, это подтверждает его экономичность и оправдывает стоимость. Предел прочности клеевого шва сделанного данным клеем оказалась выше, чем прочность самой древесины.

Предел прочности при сжатии вдоль волокон в нашем опыте 100,23 кг/см2, что составило 1/5 от прочности при сжатии, а средняя величина прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кг/см2.

Клей марки «ПВА» выдержал меньшую нагрузку чем предыдущий клей, но все же образцы скололись не по клеевому шву.

Клей марки «Момент» дал очень слабое клеевое соединение и минимальный предел прочности клеевого шва.

К перспективным направлениям рационализации процесса склеивания можно отнести использование скоростного отверждения реактивных клйв, за счет химического или физического воздействия (например, введением ускорителей отверждения или подведением дополнительной энергии), в частности, склеивание с обжатием зоны телескопического шва импульсным электромагнитным полем. Электромагнитное поле повышает прочность клеевого соединения, и данный аспект может найти свое применение в промышленности.

Литература

[1] Стородубцева, Т. Н. Древесина как биополимерная композиционная система [Текст] / Т. Н. Стородубцева, Е. В. Трещева, Ю. В. Головатенко // Моделирование систем и процессов. -2014. -№ 1. - С. 83-87.

[2] Стородубцева, Т. Н. Моделирование напряженного состояния древесины, подверженной действию агрессивных сред в композиционном материале [Текст] / Т. Н. Стородубцева // Фундаментальные исследования. -2013. -№ 4 (часть 1).-С. 65-70.

[3] ГОСТ 16483.5-73. Древесина. Методы определения предела прочности при скалывании вдоль волокон. Утверждено и введено в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 11.10.88 № 3428. - Введ. 01.01.89 [Текст].

[4] Стородубцева, Т. Н. Исследование влияния свойств древесного заполнителя на трещиностойкость композиционного материала [Текст] / Т. Н. Стородубцева, А. А. Аксомитный // Лесотехнический журнал. - 2014. -Т. 4, №3(15).-С. 213-220.

[5] Стородубцева, Т. Н. Теоретические и экспериментальные исследования композиционных материалов. Рекомендации по применению [Текст] / Т. Н. Стородубцева, А. И. Томилин, А. А. Аксомитный // Моделирование систем и процессов. - 2013. - № 3. - С. 42-47.

[6] Стородубцева, Т. Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов [Текст] : моногр. / Т. Н. Стородубцева. - Воронеж : Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 2002. - 216 с.

[7] Стородубцева, Т. Н. Формирование механических характеристик и макроструктуры композита в зависимости от синергетических эффектов взаимодействия его компонентов [Текст] / Т. Н. Стородубцева // Лесотехнический журнал. - 2013. - № 4(12). - С. 134-138.

[8] Стородубцева, Т. Н. Строительные древесностекловолокнистые композиционные материалы для изделий специального назначения [Текст] : автореф. ... д-ра. техн. наук : 05.23.05 / Т. Н. Стородубцева. - Воронеж, 2005.-42 с.

[9] Стородубцева, Т. Н. Прогнозирование длительной прочности и жесткости древесного конструкционного композиционного материала [Текст] / Т. Н. Стородубцева // Моделирование систем и процессов. - 2014. - № 1. - С. 76-79.

УДК 004 DOI: 10.12737/13447

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>