Исследование процесса деформирования пакета шпона при склеивании рельефной фанеры

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПАКЕТА ШПОНА ПРИ СКЛЕИВАНИИ РЕЛЬЕФНОЙ ФАНЕРЫ

Лукаш А.А., Свиридова Е.А., Уливанова Е.В.

В статье изложении результаты исследования процесса деформирования пакета шпона при склеивании рельефной фанеры, установлена зависимость деформации пакета шпона от продолжительности выдержки под давлением, обоснована диаграмма изменения давления в процессе склеивания.

In the article presented the results of the study of the deformation process of the package veneer when gluing the relief of plywood, dependence of deformation of the package of veneer on the duration of the exposure under pressure, the diagram of change of pressure in the bonding process.

Ключевые слова: склеивание, древесина, деформирование, шпон, давление, режим, фанера, диаграмма

Key words: Gluing of wood, deformation, veneer, pressure, mode, plywood, diagram

Важным условием обеспечения качественного склеивания является характер изменения давления в процессе прессования. Давление необходимо для приведения в соприкосновение склеиваемых поверхностей и переноса клея на противоположную поверхность. Величина давления зависит от породы древесины, неплоскостности плит пресса, разнотолщинности шпона и обычно составляет (1,8...2,2) МПа [1].

Следствием склеивания фанерной продукции под давлением являются безвозвратные потери в виде упрессовки, что увеличивает расход сырья и удорожает продукцию. Снизить эти потери возможно путем применения диаграмм ступенчатого или плавного снижения давления в процессе прессования (рис. 1 и 2).

При прессовании влага, содержащаяся в древесине и клее, переходит в газообразное состояние и при размыкании плит пресса может произойти разрушение клеевых связей с образованием пузырей на поверхности листа фанеры. Для облегчения выхода парогазовой смеси давление в процессе склеивания применяют диаграммы ступенчатого или плавного снижения давления (рис. 1 и 2). При общей длительности выдержки под давлением Т в первом случае (рис. 1) пакет шпона выдерживают при максимальном давлении 0,6 Т . Затем в течение 0,4 Т производят снижение давление в 2 этапа ступенчато.

Во втором случае (рис. 2) пакет шпона выдерживают при максимальном давлении 0,85 Т . Затем в течении 0,15 Т производят плавное снижение давление. Второй способ более предпочтительный, но более сложен в осуществлении.

0 6Т

О 4 Т

Продолжительность выдержки под давлением, мин

Рисунок 1 - Диаграмма ступенчатого изменения давления при склеивании

Рм

/ I

0 85 Т 0.15 Т

Т <- -

Продолжительность выдержки под давлен ем, мин

Рисунок 2 - Диаграмма плавного изменения давления при склеивании шпона

Для уточнения характера изменения давления при склеивании рельефной фанеры было проведено исследование процесса изменения давления при склеивании пакета шпона.

В момент создания давления древесина ведет себя как упругое тело. Под действием температуры и давления древесина медленно уплотняется, т.е. ведет себя как вязкое тело. После снятия давления образуются остаточные деформации, что позволяет считать древесину пластическим телом. Поэтому для теоретического исследования деформационных процессов при склеивании древесины выбираем реологическую модель упруго - вязко- пластического тела [1]. На рис. 3 показана реологическая модель, состоящая эластического тела Кельвина и демпфера с жидкостью, имеющей коэффициент вязкости Кельвиново тело изображено в виде параллельно соединенных пружин (тела Гука) и демпфера с жидкостью, имеющей коэффициент вязкости Гуково тело символически изображено пружиной с модулем упругости Е. На рис. 4 показана закономерность деформирования модели реологической модели.

п 1 и

Е

Рисунок 3 - Реологическая модель упруго - вязко-пластического тела

Рисунок 4 - Закономерность деформирования древесины как упруго -вязко-пластического тела

При приложении нагрузки мгновенно появляется деформация е = а /Н. Затем при постоянном напряжении а возрастают эластические деформации по криволинейному закону, и при длительной выдержке деформация стремится к величине е = а / Е. После разгрузки немедленно возвращается упругая деформация, а эластическая деформация с течением времени уменьшается по криволинейному закону до определенного остаточного значения еОСТ.

Деформации, возникающие при склеивании рельефной фанеры, определяют качество готовой продукции. Древесина является упруго-вязко-пластическим материалом [1]. При сжатии она неизбежно деформируется, причем, чем выше ее влажность и температура, тем больше абсолютная величина ее деформации. Причина этого - в уменьшении внутреннего трения за счет снижения вязкости межмицелярной влаги, выполняющей роль смазки.

Образующаяся при сжатии древесины общая деформация состоит из упругой части, исчезающей после снятия давления, и остающейся части, не исчезающей после снятия давления. В отличие от других материалов, в частности от стали, остаточные деформации в древесине появляются сразу же после приложения к ней сжимающих сил, вследствие чего считают, что у нее нет предела упругости. Следовательно, если к древесине приложить сжимающую силу, а затем снять ее, конечный размер образца будет несколько меньше на-

о = СОПБ1

Продолжительность, Т

чального его размера, но разница между ними будет невелика. Так обстоит дело с массивной древесиной.

При склеивании горячим способом слоистого материала положение несколько иное. Влага, содержащаяся в древесине, и влага, вносимая в нее вместе с клеем, а также подводимое к ней от внешнего источника тепло заметно увеличивают деформации древесины. При последующей выдержке склеиваемого материала под давлением упругость древесины по мере удаления влаги постепенно снижается, т. е. упругие деформации перерождаются в пластические. Наполнитель целлюлозного скелета при этом находится в затвердевшем состоянии, и силы трения достигают значительной величины. Накопленные в целлюлозном скелете силы упругости оказываются недостаточными для полного восстановления первоначального размера склеиваемого шпона. Фиксации приданной материалу формы способствует и клей, проникший через трещины и вскрытые сосуды в древесину.

После снятия внешнего давления происходит некоторое восстановление размера склеиваемого материала, но наблюдаемая при этом обратимость пластической деформации объясняется не восстановлением целлюлозного скелета, а течением цементирующих его веществ - лигнина и гемицеллюлозы.

Для уточнения диаграммы изменения давления на пакет шпона было проведено исследование процесса деформирования пакета шпона при склеивании рельефной.

Постоянными параметрами исследования были:

л

- расход клея 100...110 г/м ;

- продолжительность выдержки под давлением 4 мин;

- количество слоев в пакета шпона 5;

- толщина лущеного шпона 1,75 мм;

- влажность шпона 8 %;

- температура плит пресса 1300С;

- марка смолы КФ 120-65.

Склеивание пакетов шпона производилось под различным давлением 2,

3 и 4 МПа с использованием разнотолщинной пресс-формы. Через каждые 10с производилось измерение толщины пакета шпона, на основе чего определялась величина деформации. Результаты исследования приведены на рис. 5.

го X

о с 3

го I-

ш ^

го с о:

х ^

го 5 ср

о -&

ш

\ N_ _

И- --- Т ч-- 1

[а \ 2 3 _

V 1

!

5

4

3

2

1

1

2

3

Продолжительность выдержки под давлением, мин

Рисунок 5 - Зависимость деформации пакета шпона от продолжительности выдержки под давлением 1 - Р = 2 МПа; 2 - Р = 3 МПа; Р = 4 МПа

Как видно из рис. 5, с увеличением продолжительности выдержки под давлением и величины давления деформации возрастают. При давлении 3 и 4 МПа в течение первой минуты нарастание деформаций происходит интенсивно, затем в последующее время нарастание деформаций происходит незначительно. После снятия давления с пакета на 4 минуте древесина частично восстанавливается. Упрессовка при этом составляет 25... 30%.

При давлении 2 МПа в течение второй минуты нарастание деформаций происходит интенсивно, затем в последующее время нарастание деформаций происходит незначительно. После снятия давления с пакета на 4 минуте древесина частично восстанавливается. Упрессовка при этом составляет 20%. Чем раньше начнется снижение давления, тем меньше останется влаги в пакете, и тем меньше вероятность образования расслоений в пакете шпона после размыкания плит пресса.

Таким образом, установлено, что после выдержке в прессе в течение первой минуты происходит интенсивной увеличение деформации пакета шпона. За оставшийся период изменение толщины пакета происходит незначительно. Следовательно, при склеивании рельефной фанеры можно рекомендовать применять диаграмму изменения давления, в которой продолжительность выдержки при максимальном давлении составляет 20% от общей продолжительности выдержки под давлением.

Список использованных источников

1. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: учебн. для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп / Б.Н. Уголев.- М. МГУЛ, 2007.-340 с.