автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Формирование защитно-декоративных покрытий древесины методом налива

Г 5 ОД

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЧЕРНЫХ АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ ДРЕВЕСИНЫ МЕТОДОМ НАЛИВА

05.21.05 - Технология и оборудование

деревообрабатывающих производств; Древесиноведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЧЕРНЫХ АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ ДРЕВЕСИНЫ МЕТОДОМ НАЛИВА

05.21.05 - Технология и оборудование

деревообрабатывающих производств; Древесиноведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена на кафедрах механической обработки древесины и древесных материалов Санкт-Петербургской лесотехнической академии и технологии деревообработки Братского индустриального института

Научный консультант - доктор технических наук,профессор

Онегин В. И.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Кириллов А.Н.

- доктор технических наук, профессор

Иноземцев Г. Б

- доктор химических наук, профессор

Машляковский Л. К.

Ведущая организация - АО МКО "Севзапмебель" (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 16 июня 1998 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.063.50.01 в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседания).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " 14 " мая 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Анисимов Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решение многих социальных и экономических проблем страны в значительной степени зависит от результатов работы деревообрабатывающей промышленности. Повышение эффективности работы отрасли связано в первую очередь с развитием комплекса машин, обеспечивающих реализацию всех этапов технологического процесса производства изделий из древесины и древесных материалов. Особое место при этом принадлежит совершенствованию процессов отделки, которые по трудоёмкости составляют 30 - 40 % всех затрат на изготовление изделий и во многом определяют их потребительскую ценность.

Характерной особенностью современного этапа развития техники и технологии отделки является усиление требований экологической безопасности технологических процессов и снижение вредных выбросов в атмосферу. В связи с этим для отделки древесины всё чаще применяются лакокрасочные материалы, не содержащие органических растворителей, порошковые и водоразбавляемые, которые по своим физико-химическим и технологическим свойствам отличаются от ор-ганорастворимых.

В технологических процессах отделки древесины широкое применение находят жидкие лакокрасочные материалы (80% от всех отделываемых поверхностей), нанесение которых осуществляется преимущественно контактными методами. Среди них метод налива занимает лидирующее положение, так как при малых потерях лакокрасочных материалов позволяет достичь высокой производительности, и лакона-ливные машины удобно встраиваются в поточные автоматизированные линии.

Структурная перестройка в области потребления лакокрасочных материалов и использование для отделки тонкослойных, воднодисперсион-ных и текстурированных покрытий остались без внимания при изучении технологических возможностей метода. Практические рекомендации носили в основном эмпирический характер, нанесение покрытий рассматривалось как распределение массы лакокрасочного материала по поверхности движущейся подложки, в связи с чем технологические возможности метода оставались реализованными не полностью.

Это обстоятельство явилось основанием для проведения научно-исследовательских работ по углублённому изучению процессов формирования лакокрасочных покрытий методом налива.

Цель работы. Повышение качества защитно-декоративных покрытий древесины, экономия лакокрасочных материалов при снижении вредных выбросов в атмосферу.

Объекты исследований. Процессы формирования прозрачных и непрозрачных защитно-декоративных покрытий древесины жидкими лакокрасочными материалами в лабораторных и производственных условиях деревообрабатывающих предприятий. Научная новизна. Научную новизну имеют:

- механизм формирования адгезионного контакта лакокрасочных материалов на движущейся подложке, действие которого происходит за счет стремления жидкости к ликвидации искривления поверхности в зоне двойного мениска;

- закономерности, установленные при наблюдении за изменением формы зоны контакта струи с подложкой, позволяющие управлять сплошностью и формировать тонкослойные покрытия, а также одновременно наносить методом налива лакокрасочные материалы на вертикальные и горизонтальные поверхности изделий из древесины;

- математические модели, описывающие зависимости толщины формируемых покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях изделий от параметров нанесения;

- методика экспериментальных исследований скоротечных процессов смачивания и растекания лакокрасочных материалов с помощью фоторегистрации, методика определения толщины прозрачных и непрозрачных покрытий;

- способ регулирования равномерности толщины покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях путём дискретного изменения расхода сливного устройства;

- закономерности образования разрывов и открытия фонового покрытия за счёт изменения устойчивости покровного адгезионного слоя путём введения узорообразующих добавок в состав лакокрасочных материалов;

- целевые функции, связывающие показатели эффективности формирования покрытий с параметрами управления, дающие возможность оптимизации технологических режимов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Смачивание подложки и растекание лакокрасочного материала происходит в результате действия как межмолекулярных сил, так и за счёт искривления поверхности жидкости в зоне контакта.

2. Покрытие на поверхности движущегося твёрдого тела формирует-

ся в результате вытягивания лакокрасочного материала подложкой из зоны контакта, а не наложением плёнки.

3. Одновременное формирование покрытий на вертикальных и гори-

зонтальных поверхностях возможно путём создания условий для непрерывного адгезионного контакта.

4. Создание сплошного рельефного покрытия на древесине возможно при введении в лакокрасочный материал модифицирующих добавок.

Практическая значимость работы. Совокупность разработанных математических моделей, технологических процессов формирования защитно-декоративных покрытий на древесине и древесных материалах является научной основой для составления мероприятий по совершенствованию технологических процессов отделки древесины.

Методические положения, предложенные в данной работе, могут быть использованы при изучении новых видов лакокрасочных материалов и оценке возможности применения их для отделки изделий го древесины, проектировании технологических режимов формирования покрытий контактными методами нанесения.

Комплексное решение всей совокупности вопросов, составляющих основу проблем создания покрытий на движущейся подложке, позволяет не только совершенствовать уже известные технологические схемы, но и создавать новые гибкие технологии совмещённой отделки брусковых и щитовых деталей.

Управление сплошностью лакокрасочных покрытий с использованием модифицирующих добавок позволило на практике использовать лаконаливные машины для получения современных, пользующихся спросом, декоративных многоцветных покрытий.

Реализация результатов исследований позволит повысить производительность труда и качество изделий, а также экологическую безопасность отделочных работ, снизить процент брака и уменьшить удельный расход лакокрасочных материалов.

Место проведения исследований. Теоретические положения диссертации подтверждены результатами лабораторных и производственных исследований, которые проводились при непосредственном участии автора в лаборатории отделки кафедры механической обработки древесины и древесных материалов Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии под руководством научного консультанта В.И.Онегина, и в лаборатории защитно-декоративных покрытий кафедры технологии деревообработки Братского индустриального института под руководством автора, на предприятиях ЛПУ «Братскгэсст-роя», ПО «Лендревпрома», Усть-Илимском ЛПК, ДОКе № 5 г. Москвы, МПО «Вильнюс» и Братском заводе столярных изделий.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации, отдельные её разделы были заслушаны и получили одобрение научно-технической общественности на ежегодных научно-технических конференциях Братского индустриального института 1983 - 2997 гг., на республиканских научно-технических конференциях (Киев, 1980, 1986 гг.),

на научных конференциях ЛТА по итогам 1989 - 1990 гг., на Всесоюзной научно-технической конференции «Роль молодых учёных в повышении эффективности использования древесины и её отходов в народном хозяйстве (Архангельск, 1986 г.), результаты работы неоднократно представлялись на областных выставках научно-технического творчества молодёжи в Иркутске, на региональной выставке «Жилище - 94» и дважды на международных выставках «Сиблесопользование» (Иркутск, 1995, 1997 гг.), результаты работы неоднократно докладывались на координационных советах Минлеспрома СССР по проблемам разработки экологически безопасных технологий и оборудования для окраски столярно-строительных изделий.

Реализация работы. Результаты исследований являются научной базой при выполнении Постановления Совета Министров СССР №1083 от 24 сентября 1987 года и Приказа Минлеспрома СССР №925 от 20 ноября 1987 года в части разработки технологии отделки дверных блоков. Совместно с ВНПО «Союзнаучстандартдом» разработана заявка и исходные требования на проектирование и освоение линии отделки дверных блоков методом налива. Результаты работы внедрены на деревообрабатывающем комбинате ЛПУ «Братск -гэсстрой», на заводе столярных изделий треста «Илимсклесстрой» территориально-производственного объединения «Усть-Илимский ЛПК», на Братском заводе столярных изделий МПО «Вильнюс» Миндревпрома Литовской ССР. Методологический подход, изложенный в данной работе, использовался при разработке и внедрению на Усть-Илимском ЛПК роторно-конвейерной линии для многоцветной окраски детских игрушек и установки для окраски деревянных шахматных фигур на фабрике Минместпрома в г. Орлове. Результаты работы нашли применение в учебном процессе Братского индустриального института и других учебных заведений России при изучении дисциплины «Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов».

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 35 научных работах, включающих статьи, учебные пособия. Они отражены также в методических указаниях и лабораторных практикумах, используемых в учебном процессе.

Структура и объем. Диссертация состоит из семи разделов, введения, заключения, списка литературы 167 наименований, приложений. Основное содержание изложено на 325 страницах текста, иллюстрировано 76 рисунками и 51 таблицей. В приложении 127 страниц, включены вспомогательные данные, акты о внедрении результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность диссертационной работы, сформулированы её цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе - «Состояние проблемы отделки изделий методом налива и основные направления её решения» - приведен анализ научных работ по проблеме формирования защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов. Отражены современные тенденции в развитии производства лакокрасочных материалов, требования производства к качеству покрытий, экологической безопасности применяемых технологий окраски. Изложены современные представления о физической сущности процессов формирования покрытий жидкими лакокрасочными материалами на древесине и древесных материалах методом налива.

Жидкие лакокрасочные материалы занимают ведущее место по использованию их в деревообрабатывающей промышленности для отделки поверхностей мебели, столярно-строительных изделий, плитных материалов и изделий культурно-бытового назначения. Характерной особенностью современного этапа развития техники и технологии отделки является усиление требований экологической безопасности технологических процессов и снижение вредных выбросов в атмосферу. В связи с этим, для отделки древеишы всё чаще применяются лакокрасочные материалы, не содержащие органических растворителей, или лакокрасочные материалы водоразбавляемого типа, которые по своим физико-химическим и технологическим свойствам отличаются от ор-гаиорастворимых.

В этой связи сложившиеся теоретические представления, разработанные и используемые на практике технологические процессы по формированию покрытий органорастворимыми лакокрасочными материалами не могут быть использованы для формирования покрытий на водной основе. Хотя на практике до сих пор бытует неверное мнение об универсальности методов и технологий формирования покрытий, что обусловлено недостаточной изученностью процессов получения покрытий контактными методами с использованием жидких лакокрасочных материалов, в частности, водно-дисперсионными.

Проблемами исследования процессов формирования покрытий жидкими лакокрасочными материалами занимались такие видные учёные, как Б.М.Буглай, В.И.Онегин, Н.А.Гончаров, Г.Б.Иноземцев, А.Д.Яковяев, А.А.Зотов, В.Г.Санаев, Л.В.Головач и др., в результате были созданы научные основы формирования покрытий на древесине и древесных материалах. Однако разработанные концепции в ряде

случаев оказываются не достаточно объективными в связи с предъявляемыми современными требованиями к экологической безопасности как непосредственно технологических процессов, так и готовых лакокрасочных покрытий.

Это обстоятельство явилось основанием для проведения научно-исследовательских работ по углублённому изучению процессов формирования лакокрасочных покрытий, в том числе водоразбавляемых традиционными методами, имеющих большое распространение в деревообрабатывающей промышленности.

Проведенный анализ методов нанесения показал, что наиболее широкое распространение в деревообрабатывающей промышленности в технологии отделки по-прежнему имеет метод налива. Предложенный сравнительно недавно (первые лаконаливные машины появились в 1955 г.) метод налива быстро занял лидирующее положение в отделке изделий из древесины и древесных материалов, благодаря тому , что позволяет получить высокую производительность при низких потерях лакокрасочных материалов, лаконаливные машины удобно встраиваются в поточные автоматизированные линии могут использоваться для отделки щитовых и брусковых деталей.

Изучением физической сущности процесса формирования покрытий методом налива в разное время занимались известные учёные Б.М.Буглай, В.И.Онегин, Г.Т.Лутошкина, Л.Ф.Донченко, Б.Ф.Проко-пович, А.Б.Пионтковский, В.Н.Смольников, Н.И.Зигельбойм, С.Н.Трошкин и др.

Перечисленные авторы работ внесли значительный вклад в познание процесса метода налива и разработку реальных технологических процессов и оборудования для отделки этим методом древесины и древесных материалов. Однако современные требования к экономии лакокрасочных материалов и нанесению водоразбавляемых покрытий практически остались без внимания при изучении технологических возможностей метода налива. Разработанные рекомендации в большинстве случаев носили эмпирический характер, нанесение покрытий рассматривалось как детерминированный процесс нанесения заданной массы лакокрасочного материала на поверхность движущейся подложки. Практически отсутствуют сведения о динамике и кинематике процесса формирования адгезионного контакта и влиянии параметров поверхности подложки и лакокрасочного материала на свойства получаемых покрытий. Большое внимание уделено появлению пузырьков в покрытии. Главные причины этого процесса общепризнанны: наличие пузырьков в лакокрасочной струе; всасывание воздуха через неплотности в системе трубопровода; вспенивание лакокрасочного материала насосами; наличие воздуха в неровностях подложки. Перечисленные

причины практически все могут быть устранены путём улучшения конструктивных особенностей используемого оборудования, но, как показывает практика, не могут полностью исключить возможность появления пузырьков в тонкослойных или водно-дисперсионных покрытиях. Это свидетельствует о том, что для каждого метода нанесения, в том числе и для метода налива, должны быть разработаны научные основы, отражающие не только количественные стороны процесса нанесения, но и качественные, построенные на объективном понимании физической сущности происходящих процессов с учётом свойств исходных материалов.

В целом проведенный анализ научных работ и достижений в области формирования лакокрасочных покрытий показывает, что при всей их значимости многие вопросы требуют доработки и дальнейшего обобщения в рамках комплексных исследований.

В этой связи, в данной работе предлагается систематизированное обобщение научных работ по наливу и научно обоснованная концепция исследования и разработки новых технологических процессов с целью повышения качества защитно-декоративных покрытий древесины, экономии лакокрасочных материалов при снижении вредных выбросов в атмосферу.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Провести анализ научных работ по технологии формирования защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов и разработать общую концепцию получения покрытий методом налива.

2. Исследовать закономерности установления адгезионного контакта лакокрасочных материалов с движущейся поверхностью, определить количественные зависимости между входными и выходными параметрами.

3. Исследовать процессы формирования тонкослойных прозрачных покрытий.

4. Исследовать процессы формирования укрывистых покрытий сто-лярно-строительных изделий лакокрасочными материалами водно-дисперсионного типа.

5. Исследовать процесс формирования текстурированных защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов.

6. Разработать и изготовить экспериментальные установки и приборы и составить методики проведения экспериментов и обработки результатов.

7. Разработать математические модели процесса формирования покрытий и методику проектирования технологических режимов процесса нанесения лакокрасочных материалов.

8. Провести производственную апробацию результатов исследований и разработать практические рекомендации для промышленности по совершенствованию технологических процессов и оборудования отделки древесины и древесных материалов.

Во второй главе - «Теоретическое исследование процесса формирования покрытий методом налива» - рассматриваются основные физико-химические закономерности формирования адгезионного контакта лакокрасочного материала с подложкой, скоротечные процессы формирования покрытия, вопросы, связанные с определением толщины покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях, и закономерности образования текстурированных покрытий.

Нанесение покрытий методом налива представляет собой процесс формирования жидкого адгезионного слоя на поверхности движущейся подложки при контактировании последней со свободнопадающей завесой лакокрасочного материала. Для нанесения качественного жидкого слоя процесс должен быть установившимся во времени, то есть в любой точке формирования жидкого слоя все кинематические, динамические, термодинамические и другие параметры должны быть независимы от времени.

В процессе формирования покрытия происходит переориентация движения лакокрасочного материала из вертикальной плоскости в горизонтальную, поэтому необходимым условием получения покрытия является отсутствие проскальзывания между жидкостью и поверхностью движущейся подложки. Это означает, что при попадании лакокрасочного материала на поверхность подложки в первый же момент времени должно возникнуть адгезионное взаимодействие между контактирующими фазами, в противном случае лакокрасочный материал скатится в сливной лоток или покрытие получится с разрывами. Таким образом, опережающее формирование адгезионного контакта является главным условием получения качественных покрытий при наливе.

Изучение процессов смачивания и растекания лакокрасочных материалов было проведено с помощью физического моделирования путём декомпозиции формирования покрытия на три стадии - свободно падающая струя, установление адгезионного контакта и формирование жидкого слоя заданной толщины.

Первая стадия представляет собой процесс истечения лакокрасочного материала из насадки прямоугольного сечения, или свободное падение жидкости со сливного плоского экрана. С точки зрения технологии, это нансение заданного количества лакокрасочного материала на поверхность подложки.

На второй стадии происходит адгезионное взаимодействие между лакокрасочным материалом и поверхностью подложки.

Для визуализации процесса контактирования лакокрасочного материала с помощью скоростной фоторегистрации (24 ООО кадров в секунду) был снят процесс падения капли па неподвижную и движущуюся подложки. Кинограммы процесса контакта и растекания капли в течение промежутка времени I = 0,015 с приведены на рис.1 - 3.

'Р? .....

<1 - - ... » . м

^^ ■■ -I ^^ «¡¡«¡¡^лавй,

/ 4

^ ---„

■■■ ■ ■ " ' ' «•«•■•.»>• \ ■ ."Л«;.......

Рис. 1. Кинофамма процесса контактирования капли с неподвижной подложкой

На основании полученных результатов установлено, что первичный процесс образования адгезионного контакта происходит в режиме кинетического смачивания, при этом линейная скорость перемещения периметра новой границы раздела твёрдое тело - жидкость находится в пределах 1,18 - 1,5 м/с в зависимости от свойств исходных лакокрасочных материалов.

На движущейся поверхности (рис.2) происходит смещение линии смачивания в направлении движения подложки, следовательно, для достаточного адгезионного контакта скорость подложки не должна превышать скорости кинетического смачивания. В противном случае, возможно смещение линии смачивания дальше плоскости падения завесы лакокрасочного материала и под жидким слоем лакокрасочного материала появление пузырьков и, в предельном случае, нарушение сплошности покрытия.

Рис. 2 Кинограмма процесса контактирования капли с движущейся подложкой

Рис. 3 Кинограмма формирования покрытия из массы лакокрасочного материала на движущейся подложке

На рис.3 представлен процесс формирования жидкого слоя на поверхности движущейся подложки. На фотографиях отчётливо видно, что покрытие формируется путём вытягивания тонкого слоя из-под капли лакокрасочного материала.

При наливе процесс осуществляется также путём вытягивания тонкого слоя лакокрасочного материала из места контакта подложки со струёй, при этом в зоне контакта формируется двойной мениск (рис.4). В результате, в месте искривления поверхности АОВ возникает избыточное давление, которое стремится сократить поверхностную энергию за счёт уменьшения площади поверхности жидкости, и это способствует смещению периметра образования новой границы раздела в направлении, противоположном движению подложки, и улучшению условий смачивания лакокрасочным материалом поверхности подложки.

При наличии на поверхности неровностей смачивание будет ухудшаться вследствие захлопывания воздуха во впадинах, за счёт резкого возрастания скорости жидкости относительно поверхности впадины.

При трансформации падающей струи в покрытие поверхностные слои жидкости за счет адгезионного взаимодействия с поверхностью подложки имеют скорость, равную скорости движения подложки, а верхние -равные нулю, вследствие чего по толщине слоя, увлекаемого подложкой, возникает градиент скоростей деформации жидкости, что, в конечном итоге, определяет толщину покрытия.

Рис.5. Схема формирования покрытия при наливе.

1- сливное устройство; 2 - подложка; 3 - покрытие

Для определения толщины покрытия при горизонтальном движении подложки допустим, что растекание лакокрасочного материала по поверхности подложки и формирование сплошной пленки происходит, в основном, за счет массовых сил и изменения свободной поверхностной энергии системы воздух - лакокрасочный материал - подложка.

Процесс растекания лакокрасочного материала по поверхности подложки можно представить как одномерное растекание вдоль оси ОХ (рис.5.). Используя уравнение Навье-Стокса и законы капиллярности Лапласа, в этом разделе были получены формулы для определения толщины покрытий на горизонтальных и вертикальных поверхностях.

При горизонтальном движении подложки толщина покрытия определится по формуле

U = Ь'У2gH

cm т т

U°-£ a)

где hem - толщина стабилизированной плёнки, м; Ь0 - ширина сливного отверстия, м; ¡л - коэффициент расхода сливного устройства, м; Я - напор лакокрасочного материала в сливной головке, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; U0 - скорость движения подложки, м/с.

В случае движения подложки под углом к горизонту, формула имеет вид

(

ип

\pg-cosa

(2)

где р - плотность лакокрасочного материала, кг/м3; ст - шверхно-стное натяжение лакокрасочного материала, Н/м; а - угол наклона конвейера лаконаливной машины, рад.

При а = 0 формула (2) трансформируется в (1), что подтверждает правильность сделанных логических рассуждений.

Далее в теоретической части была исследована возможность одновременной окраски вертикальных и горизонтальных поверхностей. Для этого подложка была ориентирована под некоторым углом к лакокрасочной струе, в результате чего боковая вертикальная поверхность совершает движение вдоль поперечной оси струи (рис. б).

Рис.6. Схема формирования покрытия на вертикальных поверхностях

Отклонение струи лакокрасочного материала Ау, отбрасываемой от верхней кромки боковой поверхности подложки, на расстояние Ъ, равное толщине подложки, составит:

Ау = ~ (// + М) ■

-1 +

V"

Н + М + 1

н+м

Таким образом, для формирования жидкого слоя лакокрасочного материала на вертикальной поверхности движущейся подложки при ее окраске методом налива необходимо выполнение условия:

ивп>1Ю , (4)

где 1}т - скорость движения вертикальной поверхности подложки через плоскость свободнопадающей завесы лакокрасочного материала.

Условие (4) реализуется путем разворота боковой вертикальной поверхности подложки под некоторым углом (ср * 0) к направлению ее движения. В этом случае

и - и°

ивп —-

СОЗ<р (5)

Минимальный угол разворота подложки <р при заданной скорости ее движения определяется по формуле

Ау

и°'т (6)

где т - время прохождения струи лакокрасочного материала вертикальной поверхностью.

После математических преобразований получено

Ъср. = ■ ,

тш и.^^Тщ^-^^нТм] . (7)

При углах разворота подложки <р > (ртт на ее вертикальной боковой поверхности будет формироваться покрытие, во-первых, путем вытягивания жидкой пленки из зоны контакта завесы лакокрасочного материала с вертикальной поверхности движущейся подложки, а также за счет движения боковой поверхности в плоскости завесы по оси ОУ.

Для общей толщины жидкого слоя лакокрасочного материала, формируемого на вертикальной поверхности, получена формула

о

4-и0-£ 4Ш+2М + 1. ^

Следует отметить, что уравнение позволяет определять толщину жидкого слоя лакокрасочного материала, формируемого на вертикальной поверхности движущейся подложки при окраске методом налива только при условии <р > (рЫп , так как в противном случае верти-

кальные поверхности движущейся подложки не окрашиваются, и, следовательно, уравнение (8) не имеет смысла.

В табл.1 представлены расчётные данные, из которых видно, что толщина покрытия уменьшается более резко при увеличении скорости на пласти, чем на вертикальных поверхностях. Это объясняется тем, что дополтштельный объём лакокрасочного материала увлекается за счёт движения вертикальной поверхности вдоль лакокрасочной завесы.

Таблица 1

Расчётные значения толщины покрытия, мкм

Скорость, м/с Угол разворота, град 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3

0 774 619 516 442 387 344 310 282 258

45 587 565 551 541 533 527 522 518 513

30 471 445 427 414 405 398 392 387 383

25 379 366 356 348 342 337 333

20 304 296 289 284 280

15 235 229 225

С увеличением угла разворота расчётное значение толщины покрытия увеличивается и при определённой скорости движения подложки становится больше толщины на пласти. Это обстоятельство можно объяснить следующим образом: толщина покрытия практически не зависит от скорости движения (рис.8); движение подложки боковой гранью вдоль плоской струи способствует увеличению толщины покрытия; на пласти при больших скоростях движения происходит растяжение струи и уменьшение за счёт этого толщины покрытия, па вертикальной поверхности этого не происходит вследствие утолщения струи в месте её отсекания от вертикальной поверхности.

Полученные математические формулы позволяют прогнозировать значение толщины жидкого слоя, увлекаемого подложкой, в зависимости от радиуса кривизны мениска, плотности и коэффициента поверхностного натяжения лакокрасочных материалов, угла разворота вертикальной поверхности подложки относительно направления ее движения, а также основных технологических параметров лаконаливных машин (ширины щели и коэффициента расхода головки, напора в головке, высоты головки над поверхностью и скорости движения подложки).

После выхода подложки из зоны нанесения лакокрасочный материал сохраняет текучесть, что способствует перераспределению его под действием поверхностных сил.

Поверхность подложки на отдельных участках может иметь поверхностное натяжение намного меньше, чем у лакокрасочного материала, в результате на этих участках возможен разрыв сплошности и вскрытие фонового покрытия.

При целенаправленном формировании таких разрывов получается декоративный эффект частичного или текстурированного покрытия. Течение в межфазном поверхностном слое подложка - жидкость при образовании разрыва происходит за счет касательных напряжений, вызываемых градиентом поверхностного натяжения (так называемый эффект Марангони).

Устойчивость жидкого слоя зависит также и от изменения «критической толщины неустойчивости» жидкой пленки, поэтому разрыв покрытия является результатом одновременного действия, по крайней мере, двух факторов: значительной величины внутренних напряжений в плёнке и появления на поверхности покрытия микрофазы, ослабляющей локальную прочность пленки. Роль ослабляющих поверхность микрофаз могут выполнять чешуйки алюминиевой пудры, имеющие низкую смачивающую способность, и парогазовые пузырьки.

Два первых фактора (тонкослойность и локальные градиенты поверхностного натяжения) всегда присутствуют в нанесенном высыхающем жидком слое; последний фактор зависит от технологии получения лакокрасочного материала и формирования покрытия. Таким образом, разработанная в данном разделе концепция формирования покрытий методом налива позволяет предупреждать образование воздушных включений в лакокрасочной системе или, в результате направленного управления сплошностью, получать текстурированные покрытия.

В третьем разделе - «Общие методические положения» - раскрываются направления экспериментальных исследований, рассматриваются основные методические положения проведения экспериментов и обработки их результатов, а также дается характеристика используемых материалов, применяемого оборудования и приборов.

Для проведения экспериментов в лабораториях и на производстве использовались: лак МЛ-2111, НЦ-243 для тонкослойной отделки мебельных деталей, образцы древесностружечной плиты, облицованные строганым шпоном из ясеня; для укрывистой отделки использовались водно-дисперсионная краска ВД-ВА-27А и ВД-АК-228, щитовые полотна наружных дверей, изготавливаемых согласно ГОСТ 475-78 «Двери деревянные. Общие технические условия».

При исследовании процессов формирования текстурированных покрытий, в качестве подложки в экспериментальных исследованиях использовалась древесно-волокнистая плита марок Т-35 гр.Б по

ГОСТ 598-96. Размеры образцов при проведении эксперимента составили 3x150x370 мм. Выбор формата обусловлен техническими возможностями экспериментальной установки для формирования покрытий методом налива.

Перед нанесением лакокрасочного материала поверхность подложки подвергалась нанесению фонового грунтовочного состава НЦ-25 (ГОСТ-5406-73) желтого цвета и ПФ-223 (ГОСТ-14923-78) черного цвета. Качество подготовки материалов и изделий контролировалось стандартными методами. Для определения толщины покрытий и удельного расхода лакокрасочного материала использовались разработанные автором приспособления и методики.

Исследование влияния технологических параметров на процесс формирования покрытий методом налива осуществлялось на лабораторной полупромышленной установке. Производственные испытания проводились на нестандартном оборудовании, установленном на ДОЗ № 2 Ленинграда, импортной линии фирмы «Штудгарт» ДОК № 5 Москвы и на поточной линии фирмы «Хильдебрант» мебельного комбината «Вильнюс».

Установка скоростной регистрации (скорость экспонирования до 24000 кадров в секунду) применялась для исследования процесса контактирования лакокрасочного материала с поверхностью древесины. Исследование влияния параметров нанесения на условия формирования жидкого слоя покрытий производилось с помощью экспериментальной установки путём фотографирования зоны контакта струи с поверхностью движущейся подложки.

Исследование влияния параметров нанесения на свойства получаемых покрытий осуществлялось на специально созданных установках и стендах. Все производственные испытания проводились на серийном производственном оборудовании.

Методика проведения оптимизации параметров процесса формирования покрытий приведена в разделах экспериментальных исследований.

В четвертом разделе - «Экспериментальные исследования нанесения жидких лакокрасочных материалов на движущуюся подложку» -представлены исследования по влиянию параметров нанесения на условия формирования лакокрасочного слоя при наливе и результаты формирования тонкослойных покрытий с использованием лака МЛ-2111.

Исследования проводились путём фотографирования процесса контактирования цилиндрической струи с движущейся подложкой при различных значениях технологических параметров (вязкости лакокрасочного материала, скорости движения подложки, высоты сливного

устройства, угла наклона конвейера и температуры поверхности подложки).

В результате установлено, что варьирование значениями технологических параметров процесса нанесения жидких лакокрасочных материалов вызывает изменение формы зоны контакта свободнопадаю-шей струи с поверхностью движущейся подложки; увеличение скорости движения подложки (рис.7) и вязкости лакокрасочного материала способствует увеличению краевого угла наступающего мениска и смещению линии образования новой границы раздела твёрдое тело - жидкость в направлении движущейся подложки; увеличение высоты наливного устройства над поверхностью подложки и нанесение лакокрасочного материала при восходящем движении подложки приводит к уменьшению краевого угла наступающего мениска и смещению линии раздела поверхностей в направлении, противоположном движению, что способствует улучшению условий смачивания.

Рис. 7. Зависимость формы зоны контакта струи от вязкости лакокрасочного материала (скорость подложки 45 м/мин, высота сливного устройства - ОД 1, угол наклона конвейера - 10 град)

В этом разделе представлены также результаты исследования и оптимизации параметров формирования тонкослойных покрытий, проведенных в лабораторных условиях с использованием лака МЛ-2111.

Имея математическую модель процесса, можно было бы аналитическим путем установить технологическую возможность или невозможность налива и его конкретную скорость, затем произвести оценку корректности полученных результатов экспериментально. Однако описать процесс налива системой дифференциальных уравнений не представляется возможным. Поэтому определите влияния параметров нанесения лакокрасочных материалов на свойства формируемых покрытий производится посредством проведения активного многофакторного эксперимента.

В качестве показателей эффективности использованы: удельный расход лакокрасочного материала; толщина отверждённого покрытия; блеск; внешний вид покрытия. После проведения и обработки результатов многофакторного эксперимента было найдено адекватное математическое описание в виде регрессионных уравнений.

Анализ результатов эксперимента подтвердил правильность выводов теоретических и модельных исследований влияния исследуемых параметров на свойства получаемых покрытий.

Как уже отмечалось, одним из наиболее удачных способов решения задачи оптимизации процессов с большим количеством откликов, лишенным вычислительных трудностей, является предложенный Хар-рингтоном так называемая функция желательности О в качестве обобщенного критерия оптимизации. Для построения обобщенной функции желательности й необходимо преобразовать измеренные значения откликов в безразмерную шкалу желательности й. Построение шкалы желательности.

Для определения частной функции желательности необходимо знать ее вид, пределы оптимальной области поиска, ограничения для параметров управления. Создаваемые покрытия должны удовлетворять четырем показателям качества, которые определяют их защитно-декоративные свойства. Выбор оптимальных параметров технологического режима был произведен с использованием обобщённого критерия £> желательности.

Для каждого показателя качества здесь были найдены частные безразмерные функции желательности ¿1, устанавливающие соотношение между значениями отклика у и соответствующим ему значением с!.

Для удельного расхода <1] :

Для толщины отверждённого покрытия

>.0,98

I 17--Л Ч

с/3 - ехр

Уз -39

120

(Ю)

Для блеска й2:

йг = ехр[ -ехр (1,79 - 4,38 ь)] (11)

Для внешнего вида

й4 = ехр [ -ехр (1,55 - 4,337-у 4) ] (12)

Обобщенная функция желательности выступает как бы в виде еще одного показателя эффективности. В результате расчёта по экспериментальным данным, получено:

Б = 0,7-0,039х1+0, 1097х2 +0,0585х3+0,029х,х4-0,33х/хг0,02х2хг

-0, 019х2х5-0, 012х4х}-0. 11х,2-0, 084х22-0,105х/+0,05х5

-1< х{< +1 (7 = 1, 2,..., п) 92,4^^256,5 0,35 ^ у/0,75 41%у /128 19-у/ 33,

(13)

(14)

где п - количество параметров управления.

Полученное уравнение регрессии с ограничениями (14) было использовано для определения оптимальных условий формирования лакокрасочных покрытий методом налива, соответствующих максимальному значению Б.

Методом случайного поиска было получено Отах = 0,91937: при XI ' 0,2, Х2 = 0,75, хз = 0,2, и = 1, Х5 = 1. В натуральном выражении:

XI = 37 с; хг - 72,5 м/мин; хз = 118 мм; Х4 = 60°; Х5 = 01 Значения показателей эффективности, соответствующие оптимальным параметрам управления:

У1 = 123,5 г/м2; у2 = 0,615 балл; уз = 57,1 мкм; у4 = 24,49%. При экспериментальной проверке полученного технологического режима были получены следующие результаты:

У1 = 127,6 г/м2; у2 = 0,62 балл; уз = 62,6 мкм; у4 = 25,32%.

Разница между расчетными и экспериментальными данными укладывается в ошибку воспроизводимости. Таким образом, полученные параметры технологического процесса можно рекомендовать для практического использования при формировании лакокрасочных покрытий методом налива.

Рекомендуемые параметры управления и показатели эффективности

Вязкость лакокрасочного материала по ВЗ-4, с.........37 ± 3

Скорость движения подложки, м/мин.........................87 ± 5

Высота сливного устройства, мм...............................130 ± 5

Угол наклона сливного экрана, град...................4i,25 ± 2

Угол наклона конвейера машины................................12 ± 1,5

Удельный расход лака, г/м2....................................... 109,7 ± 5

Внешний вид покрытия, балл.................................0,725 ± 0,005

Толщина отвержденного покрытия, мкм..................77,72 ± 5

В пятом разделе - «Исследование процессов формирования водно-дисперсионных покрытий» - приведены результаты экспериментальных исследований технологических свойств лакокрасочных материалов и процесса формирования методом налива водно-дисперсионных покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях изделий.

Технологические свойства лакокрасочных материалов, применяемых для отделки, в значительной степени зависят от их реологических свойств (предельного напряжения сдвига, характера изменения пластической вязкости от скорости деформации, величины эффективной вязкости и др.).

На основании результатов исследований реологических свойств краски ВД-ВА-27А, установлено, что ее реологическое поведение соответствует модели Шведова - Бингама, течение этой краски начинается при достижении определенного значения предельного напряжения сдвига, величина которого зависит как от скорости деформации, так и от условной вязкости краски.

При нагреве краски до 28 - 30°С, наблюдается снижение вязкости, а в интервале температур 30 - 50°С происходит нарастание вязкости, что вызвано усилением взаимодействия между частицами дисперсной фазы вследствие испарения воды.

В процессе нанесения на предварительно подогретую подложку прогреваются контактирующие с поверхностью нижние слои формируемого покрытия, что способствует уменьшению стекания покрытия лакокрасочного материала с вертикальных поверхностей и сокращает время отверждения. Температуру подложки необходимо выбирать так, чтобы не допустить прогрев лакокрасочного материала в объеме более чем на 40 - 42сС. В противном случае, как уже отмечалось, в системе резко нарастают необратимые коагуляционные процессы, что приводит к уменьшению дисперсности лакокрасочной системы и ухудшению ее пленкообразующей способности.

В результате проведения многофакторного эксперимента по формированию покрытий на столярно-строитедьных изделиях с использованием водно-дисперсионной краски ВД-ВА-27А и обработки полученных данных, найдено адекватное математическое описание процесса.

Анализ полученных результатов по уравнениям регрессии свидетельствует о том, что доминирующее влияние на толщину покрытия на вертикальной поверхности оказывает угол разворота подложки.

Толщина покрытия на вертикальных поверхностях возрастает с увеличением угла разворота и скорости движения подложки, при этом на торцевой поверхности в отдельных опытах наблюдалось превышение (У 1-3 < 0) над толщиной покрытия, сформированного на пласти. Это подтверждает результаты теоретических исследований и свидетельствует о правильности выдвинутых научных положений о том также увеличением скорости смещения боковой поверхности по плоскости завесы способствует возрастанию толщины.

Температура подножки способствует увеличению толщины покрытия на вертикальных поверхностях, при этом возрастает равномерность покрытия по высоте кромки. Это связано с положительным температурным градиентом вязкости водно-дисперсионной краски, что в конечном итоге приводит к быстрому нарастанию ее вязкости в нанесенном жидком покрытии и предотвращению стекания.

Полученные математические зависимости были использованы при определении значений технологических параметров процесса налива Оптимальными параметрами при совмещённой окраске дверных полотен являются те значения переменных факторов, при которых различие толщины на вертикальных и горизонтальных поверхностях минимальное.

Толщина на смежных вертикальных поверхностях детали будет наименьшей при угле разворота подложки относительно направления ее движения углом ф = 45°, однако из соображений уменьшения длины сливного устройства максимальный угол разворота подложки устанавливался углом ф < 22°.

Определение параметров налива соответствующих минимальной разнотолщинности (У 1-2 - пласть - кромка и Уьз кромка - торец) покрытий на горизонтальных и вертикальных поверхностях подложки осуществлялось методом случайного поиска на ПЭВМ по специально разработанной программе с использованием математических аналогов процесса налива (15) с ограничениями (16):

=33<Я-4,8Щ +1,05*3 +6,64Г4 -0,009*:, -Х3 - (15)

• -0,00ЯГ2 -Х3 -0,032^+0,04^з-Х4 +0,2IX,2 +0,0Ж22 -0,49Х42 , ДУ,_з =28§1-7,91Х, +0,6Х3 +2,34Х4 -0,0052Г2-Х3 +0,ЗЗА? -0,007Ж2

5<ЛГ,<135

22<Х2< 82

65 < Хъ < 165

50 < ЛУ,_2 < 80

Для нахождения экстремумов для каждого фактора был задан шаг варьирования: (скорость движения подложки ДЛГ,= 5 м/мин, температура подложки АХг = 3 °С; высота сливного устройства = 0,01 м; угол разворота подложки ДАТ, =2 град).

После обработки уравнений на ПК ЭВМ с указанным шагом варьирования, были получены минимальные значения разнотолщин-ности покрытий, равные:

АУи2 тш = 60.97мкщ

АУ,_3тт = |1б|д<юи;

при следующих значениях параметров технологического режима, см. табл.2.

Таблица 2

Технологические параметры процесса формирования покрытий воднодисперсионными лакокрасочными материалами

№ Значение

п/п Наименование параметра параметра

1 Количество окрасочных слоев

2 Температура краски, °С 20 + 2

3 Условная вязкость по В3-4,с 40 + 5

4 Температура подложки, °С 65 + 5

5 Скорость подачи подложки, м/мин 110 + 5

б Тип сливной головки Щелевая

7 Толщина покрытия, мкм:

На пласть 120 + 15

На кромку 80+15

8 Удельный расход краски, г/м2:

На пласть 250 + 10

На кромку 200 + 10

9 Напор в сливной головке, мм Не менее 250

10 Угол разворота подложки, град 20 + 2

11 Высота головки над подложкой, мм 80 + 5

12 Время отверждения покрытия при Т= 100 + 5°С, мин 9

В этом разделе представлены также результаты исследований по определению времени и температуры отверждения покрытий, при котором не наблюдается их слипание при кантовании и укладке в стопы. Процесс отверждения водно-дисперсионных покрытий до степени отверждения 6,7 целесообразно осуществлять при температуре 60 - 70 °С, при этом температура предварительного подогрева подложки должна находиться в пределах 50 - 70 °С, что соответствует минимальной разнотолщинности на вертикальной и горизонтальной поверхностях подложки.

В шестом разделе - «Исследования формирования текстурирован-ных покрытий» - представлены результаты экспериментальных исследований по выбору состава лакокрасочной композиции на основе водно-дисперсионной краски ВД-ВА-27А с узорообразующей модифицирующей добавкой и технологических режимов формирования тексту-рированного покрытия.

Для инициирования процесса вскрытия фонового покрытия в лакокрасочный материал вводится специальная узорообразующая добавка, основными компонентами которой являются мелкодисперсный (размер частиц 5-10 мкм) алюминиевый порошок марки ПА-4 и вазелиновое масло марки КБ 3/10 Э ГОСТ 3 5975 -70.

Первоначально были изучено влияние количества и состава узорообразующей добавки на свойства лакокрасочной композиции и смачивающую способность на подложках загрунтованных нитроцеллюлозны-ми и пентофталевыми лакокрасочными материалами. Сравнительный анализ зависимостей краевого угла позволяет констатировать, что вероятность получения разрыва сплошности покрытия больше на поверхности подложки с пентофталевым грунтом (краевой угол увеличивается до 57°). Условная вязкость возрастает с увеличением количества наполнителя в среднем на 15с для каждой лакокрасочной композиции.

Таблица 3

Шкала оценки показателей декоративных свойств покрытий в зависимости от вида и количества разрывов покрытия

Оценка Вид и количество разрывов

Очень хорошо Покрытие,имеющие равномерное распределение разрывов площади. Разрывы диаметром от 20 до 15 мм, круглой формы. Пигмент равномерно распределен по поверхности покрытия. Соотношение разрывов по площади покрытий около 50 %.

Хорошо Покрытие, имеющее неравномерное распределение разрывов по площади. Разрывы сплошности не имеют правильной круглой формы, диаметр разрывов более 10 мм или менее 15 мм. Соотношение разрывов по площади покрытия в пределах более 50 % или менее 20 %.

Удовлетворительно Большое наличие разрывов относительно высшей оценки (по количеству). Малое наличие разрывов относительно высшей оценки. Размеры разрывов отличаются в большую или меньшую сторону от <1= 5мм. Площадь покрытия превышает 80 %.

Плохо Равномерное покрытие с небольшим количеством разрывов или трещин. Разрывы булавочной величины.

Очень плохо Равномерное покрытие без нарушения сплошности.

Установлено также, что введение количества наполнителя до 1% вызывает увеличение поверхностного натяжения лакокрасочной композиции от 45 до 63 мН/м. Таким образом, для поиска рационального рецепта с учетом технологических свойств рекомендуются значения начальной условной вязкости краски в пределах 25 - 35с, а необходимое количество наполнителя для проявления узорообразующего эффекта находится в пределах от 0,2 - 1,0%.

В результате проведения экспериментальных исследований с качественными и количественными факторами по схеме латинского квадрата и обработки полученных данных, был выбран состав лакокрасочной композиции с учётом технологических параметров процесса нанесения.

Оценка декоративных свойств текстурированных покрытий производилась согласно табл.1. Для установления конкретных текстурированных покрытий была использована обобщённая функция желательности Харрингтона. Определены частные функции, функции желательности для различных грунтов и выбранных показателей эффективности (у1 - удельный расход краски, г/м2 ; уг - пггощадь разрывов, мм; уз - внешний вид покрытия, балл):

Дчгехр|-^[схр(-ЗС3743+0,01974у1) + ехр(0,9685-0,04935у2)+ехр(1,661-3,95у3) ]| Опф = ехр{--[ехр(-М65 + 0,0247^) + ехр(1,039 -0,0564у,) + ехр(1,955 -4,935у3) ]|

Совмещённая функция желательности для двух подложек имеет

вид:

D = ■DM4 . (17)

Для выбора оптимальной лакокрасочной композиции и условий формирования текстурированного покрытия эффекты факторов на разных уровнях были сопоставлены при помощи рангового критерия Дункана.

В результате по максимальному значению обобщённого критерия выбран состав лакокрасочной композиции и рациональные условия формирования текстурированного покрытия на древесных подложках для водно-дисперсионной краски ВД-ВА-27 А:

- количество вводимого алюминиевого пигмента 0,5 - 0,9%;

- скорость движения конвейера 95-115 м/мин;

- высота сливного устройства 65-115 мм;

- начальная условная вязкость краски 25 - 35 с.

В седьмом разделе - «Производственная апробация и технико-экономическая эффективность результатов работы» - представлены результаты исследований в производственных условиях и расчёты экономической эффективности от их внедрения режимов формирования лакокрасочных покрытий методом налива.

Исследования формирования тонкослойных нитроцеллголозных покрытий были проведены в условиях мебельного комбината «Вильнюс» на поточной линии фирмы «Хильдебрант» с встроенными лако-наливными машинами. В процессе проведения многофакторного эксперимента был определён математический аналог в виде регрессионных уравнений. Для поиска оптимальных параметров технологического режима была использована методика поуровневой оптимизации с применением метода условного центра масс.

Для показателей эффективности процесса формирования покрытий (удельного расхода Р и внешнего вида покрытий ВВ) были определены значения условных масс тР и теа:

т = 1 + С*! ВВ ' Х1 ВВ ' Х 3 ВВ < Х4ВВ ' Х 5 ВВ ) _ j ggj Р V*" 1 Р ' Х 2 Р ' Х 3 Р > Х 4 Р > Х 5 Р )

т вв(х}р,х2р,хзр,х4р,х51>^

р ВВ(х' X* X* X* X* )

\л\вв >л2 ВВ >ЛЗВВ ' ЛАВВ >л5 ВВ )

В результате имеем тР = 1,985, mse= 1,383.

Определим координаты условного центра масс:

= 0,002

х" = "'р ' "'вв ~2ВВ = 0,589

= 0,589 = 0,646

тР ♦ • х1Р + твв ' * ' х\ВВ

тг + твв

тр • * х1Р + твв * ' Х2 ВВ

т Р + '"вв

тР * ■ хЗР ■ хвв

тР + твв

тР ■ * ' Х41/' + ™ВВ * ' ХА ВВ

тР + '»вв

тР * • х5Р + твв ■ * Х5ВВ

тР + ™вв

р вв ,вв = -0,18 тР + твв

Значения координат условного центра масс принимаются как оптимальные значения параметров управления:

ик**= 90,6 м/мин; Т1**=45,9с; Ь**= 1,68 мм; Ь**= 159 мм; г**= 76 °С.

После подставлении значений в уравнения регрессии получены экстремальные значения показателей эффективности высшего уровня:

Р**= 83,61 г/м2; ВВ**= 0,8 балл.

Найденные значения показателей эффективности удовлетворяют поставленным ограничениям, обеспечивая требуемое качество покрытий с оценкой «отлично» и при меньшем расходе лакокрасочных материалов.

Испытания полученных режимных параметров в производственных условиях подтвердили его эффективность. Разработанный технологический режим позволяет на 10 - 15 % уменьшить расход лакокрасочных материалов за счёт увеличения рабочей вязкости в сравнении с действовавшим на предприятии при более высоком качестве покрытий.

В процессе производственных исследований были получены и уточнены технологические параметры процесса нанесения укрывистых лакокрасочных материалов на дверные полотна.

Даны рекомендации по совершенствованию процесса окраски столярно-строительных изделий методом налива, которые были использованы при составлении заявки и исходных требований на проектирование и освоение линии окраски дверных блоков методом налива.

Технологический режим формирования текстурированных покрытий был апробирован в производственных условиях Братского завода столярно-строительных изделий, эффективность применения его на практике подтверждена экономическими расчётами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Формирование жидкого слоя на поверхности движущейся подложки представляет процесс вытягивания лакокрасочного материала подложкой из зоны контакта с падающей струёй, а не наложение плёнки лакокрасочного материала на движущуюся подложку.

2. Смачивание и растекание лакокрасоного материала на поверхности движущейся подложки происходит за счёт межмолекулярных сил и действия избыточного давления, направленного на ликвидацию искривления поверхности жидкости двойного наступающего мениска.

3. Образования полного адгезионного контакта без воздушных включений в покрытии происходит, когда скорость движения подложки не превышает скорости растекания лакокрасочного материала в кинетическом режиме смачивания (1,2 - 1,5 м/с), и периметр образования новой границы раздела фаз твёрдое тело-жидкость находится перед струёй.

4. Направленное регулирование действия массовых сил и обеспечение непрерывного адгезионного контакта позволяет одновременно формировать покрытия на вертикальных и горизонтальных поверхностях изделий из древесины и даёт возможность реализовать законченную отделку столярно-строительных изделий водно-дисперсионными лакокрасочными материалами на лаконаливных машинах в производственных условиях по принципу коагуляци-онного осаждения.

5. Одновременная окраска горизонтальных и вертикальных поверхностей столярно-строительных изделий методом налива достигается только при движении изделия под углом ф > 14° к завесе в горизонтальной плоскости, при этом толщина покрытий зависит от скорости движения подложки, высоты сливного устройства, вязкости лакокрасочного материала и температуры подложки.

6. Толщина покрытий на вертикальных поверхностях может превышать по величине толщину на пласти при угле разворота подложки на угол более 15 0 относительно продольной оси конвейера ла-коналивной машины, за счёт движения вертикальной поверхности вдоль оси лакокрасочной струи.

7. Вязкость водно-дисперсионной краски ВД-ВА-27А уменьшается с повышением температуры до 30 - 35°С, а затем возрастает, это способствует формированию равномерных по толщине покрытий на вертикальных поверхностях изделий при предварительном подогреве поверхности подложки в пределах 50 - 60°С.

8. Регулирование толщины покрытий при наливе и получение равномерных по толщине покрытий достигается при направленном расходе лакокрасочного материала за счёт частичного изменения ширины сливного устройства в месте контактирования струи с вертикальной поверхностью.

9. Математические модели, описывающие зависимость толщины покрытия на вертикальных и горизонтальных поверхностях, показали достаточно хорошую сходим ость , результатов, поэтому могут быть рекомендованы для определения толщины покрытий в лабораторных и производственных условиях.

10. Введение в водно-дисперсионную краску ВД-ВА-27А модифицирующих узорообразующих добавок, содержащих алюминиевый порошок в количестве до 1,0%, даёт возможность управлять сплошностью покровного слоя и формировать рельефные тексту-рированные покрытия на древесине и древесных материалах в производственных условиях.

11. Формирование декоративно-защитного покрытия на подложке с пентафталевым грунтом рекомендуется осуществлять при скорости движения подложки 115 м/мин, высоте сливной головки 115мм, начальной условной вязкости краски 25 с, количестве алюминиевого порошка 0,9%; на нитроцеллтолозной грунтовке соответственно - 115 м/мин, 65 мм, 35 с, 1,0%.

12. Методические положения могут быть использованы при изучении новых видов лакокрасочных материалов и оценке возможности применения их для отделки изделий из древесины, проектировании технологических режимов формирования покрытий контактными методами нанесения.

13. Разработанный технологический процесс, режимы окраски дверных блоков позволяют повысить экологическую безопасность отделочных работ за счет использования водно-дисперсионных лакокрасочных материалов при меньшем удельном расходе этих материалов и увеличении производительности труда

14. Заявка и исходные требования на линию окраски дверных блоков рекомендуются для практического использования при разработке системы машин для окраски столярно-строительных изделий.

Основные положения диссертации освещены в следующих работах.

1. Черных А. Г. Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: Учеб. пособие.- Братск: БрИИ, 1996,-58 с.

2. Черных А.Г. Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: Учеб. пособие. - Братск: БрИИ, 1990.-93 с.

3. Черных А.Г. Теоретический анализ закономерностей формирования покрытий при наливе: (Депонированная науч. работа №1538лб). - М.: ВНИПИЭМлеспром, 1984. - 9 с.

4. Черных А.Г. Влияние кинематики контактирующих фаз на кинетику смачивания при наливе: (Депонированная науч. работа №1537лб). - М.: ВНИПИЭМлеспром, 1984. - 7 с.

5. Черных А.Г., Онегин В.И., Егоров В.А. Применение скоростной фоторегистрации для изучения свойств лакокрасочных материалов // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. Мсжвуз. сб. науч. тр. Вып. 10. - Л.: ЛТА, 1981. - C.9S98.

6. Онегин В.И., Черных А.Г., Израелит А.Б., Егоров В.А. Динамические явления при формировании лакокрасочных покрытий древесины методом налива II Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. Л.: ЛТА, 1985. - 3 с.

7. Черных А.Г., Трошкин С.Н., Маркина Г.В. Самопроизвольное нарушение сплошности лакокрасочных покрытий древесины: (Депонированная науч. работа №1539лб). М.: ВНИПИЭМлеспром, 1984.- 6 с.

8. A.c. № 1484382 (СССР). Способ регулирования толщины покрытия при окраске методом налива / Черных А.Г., Трошкин С.Н., Симиков И.А., Шестаков В.Д. - Опубл. 07.06 89, Бюл. №21.

9. Онегин В.И., Черных А.Г. Егоров В.А., Луцкий В.Е. Система автоматизированного проектирования технологических процессов II Новое в проектировании и производстве мебели и древесных изделий. - Л.: ЛДНТП, 1982. - С.41-47.

10. Черных А.Г., Маркина Г.В., Онегин В.И., Егоров В.А. Определение толщины прозрачных защитно-декоративных покрытий // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. -Л.: ЛТА, 1984. - С.77-80.

11. Черных А.Г., Падерин В.А., Трошкин С.Н. Исследование влияния температуры на процесс формирования покрытий: Тезисы докладов XVI научно-технической конференции. - Киев: УкрНИИМОД, 1986. - 1с.

12. Черных А.Г., Онегин В.И., Егоров В.А. Формирование лакокрасочных покрытий с помощью перфорированной лаконаливочной

головки // Станки и инструменты деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. 1р. Вып.9. - Л.: ЛТА, 1982. - С.69-72.

13. Онегин В.И., Егоров В.А., Черных А.Г. Исследование аддитивных свойств лакокрасочных материалов для оценки устойчивости адгезионного контакта с подложкой // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 10. - Л.: ЛТА, 1981. С.75-80.

14. Онегин В.И., Черных А.Г., Луцкий В.Е., Ковальчук Т.А. Поверхностная активность грунтованных подложек: (Депонированная рукопись №722 д.). - М.: ВИНИТИ, 1981. - 6 с.

15. Онегин В.И., Черных А.Г., Егоров В.А. Исследование процесса нанесения жидких лакокрасочных материалов на движущуюся подложку II Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности: Тезисы докладов XIII республиканской науч. техн. конференции. - Киев, 1980. - С. 92-93.

16. Черных А. Г. Влияние скорости движения подложки на формирование лакокрасочных покрытий методом налива: (Депонированная рукопись№ 11(133)). - М.: ВИНИТИ, 1982. - 5 с.

17. Егоров В.А., Черных А.Г. Исследование влияния угла наклона транспортера лаконаливных машин на толщину наносимого покрытия // Станки и инструменты деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. 1р. Вып. 11. - Л.: ЛТА, 1982. - С.72-76.

18. Онегин В.И., Егоров В.А., Черных А.Г. Анализ возникновения внутренних напряжений в лакокрасочных покрытиях при изотермическом отверждении // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. тр. Вып.И. - Л.: ЛТА, 1982. - С.91-94.

19. Черных А.Г., Денисов С.В., Трошкин С.Н., Падерин В.А., Шеста-ков В.Д. Формирование водоэмульсионных покрытий дверных полотен методом налива // Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности использования древесины и ее отходов в народном хозяйстве: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. -Архангельск: ЦНИИМОД, 1986. - 1с.

20. Черных А.Г., Шестаков В.Д., Падерин В.А., Трошкин С.Н. Отделка брусковых изделий из древесины методом налива II Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности использования древесины и ее отходов в народном хозяйстве: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. - Архангельск: ЦНИИМОД, 1986. - 1 с.

21. Онегин В.И., Егоров В.А., Ревенков В.Г., Черных А.Г. Оптимальное управление отрывом потока при формировании лакокрасочных покрытий на древесине методом налива // Технология и обо-

рудование деревообрабатывающих производств. Процессы механической обработки склеивания и отделки древесины. - JI.: JITA, 1983.-4с.

22. Черных А.Г., Хаснулин М.М., Губарева Т.В. Влияние температуры подложки на структуру лакокрасочных покрытий древесины: (Депонированная рукопись № 2308 лб). - М: ВНИПИЭЙлеспром, 1988.-10 с.

23. Черных А.Г., Рожин И.Л. и др. Формирование покрытий крупногабаритных столярно-строительных изделий: (Депонированная рукопись N9 2563 лб). -М.: ВНИПИЭИлеспром, 1990. - 6с.

24. Черных А.Г., Трошкин С.Н. и др. Исследование влияния вида и температуры древесных материалов на процесс формирования покрытий на основе краски ВД-ВА-27А: (Депонированная рукопись № 2561 лб). - М.: ВНИПИЭИлеспром, 3990. - 5с

25. Черных А.Г., Трошкин С.Н., Симиков И.А., Рожин И.Л. Исследование реологических свойств лакокрасочных материалов ВД-ВА-27А и ПФ-115: (Депонированная рукопись № 2562 лб), 1990. - 7 с.

26. Черных А.Г., Трошкин С.Н., Симиков И.А., Рожин И.Л. Роторно-конвейерная установка для окраски изделий методом окунания // Деревообрабатывающая пром-сть. 1991. №9. - 2 с.

27. Черных А.Г. Экологически безопасные технологии окраски изделий из древесины // Экологические проблемы лесного комплекса. -Л.: ЛТА, 1992.-2 с.

28. Черных А.Г, Формирование адгезионного контакта при нанесении покрытий на древесину // Тезисы докладов НТК Братского индустриального института. - Братск: 1994. - 1 с.

29. Черных А.Г., Трошкин GH., Симиков И.А, Рожин ИЛ, Егоров ИД. Исследование процесса формирования лакокрасочных покрытий методом налива на вертикальных поверхностях // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. пауч. тр. - СПб.; ЛТА, 1992. - 5 с.

30. Черных АГ., Трошкин С.Н., Симиков И.А, Рожин И.Л., Егоров И.Д. Исследование процесса формирования покрытий методом налива // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. Межвуз. сб. науч. тр. - СПб.: ЛТА, 1992. - 4 с.

31. Черных А.Г., Трошкин С.Н., Симиков И.А., Рожин И.Л. Линия окраски столярно-строительных изделий // Деревообрабатывающая пром-сть. 1991. № 8. - 2 с.

32. Черных А. Г., Рожин И.Л., Симиков И.А., Трошкин С.Н. Устройство для нанесения покрытий на изделия сложной конфигурации // Станки и инструменты деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. тр. СПб.: ЛТА, 1993. - Зс.

33. Черных А.Г., Онегин В.И., Сетямина И.П. Исследование процесса формирования структурированных покрытий // Тезисы докладов региональной научно-практической конференции «Жилище - 94». - Братск, 1994. - 2 с.

34. Черных А. Г., Онегин В. И., Сетямина И.П. Исследование модифицированной лакокрасочной композиции, используемой для формирования текстурированного покрытия на древесных подложках: (Депонированная рукопись № 2934 лб). - М.: ВНИПИЭИлес-пром, 1997. - 25 с.

35. Черных А.Г., Онегин В.И., Сетямина И.П. Исследование модифицированной лакокрасочной композиции, используемой для формирования текстурированного покрытия древесных подложках: (Депонированная рукопись № 2933 лб). - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1997,- 12 с

Редактор Н. А. Теплякова Лицензия ЛР № 020578 от 04.07.97.

Подписано в печать с оригинал-макета 13.05.98. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 2,25. Печ. л. 2,25. Тираж 100 экз. Заказ 127. С 11а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3

САНКТ- ПЕТЕРьУРЮКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛВООГЕХНИ-

ЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

БРАТСКИЙ индустриальный ИНСТИТУТ

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ ДРЕВЕСИНЫ МЕТОДОМ НАЛИВА

05.21.05. - Техншюпш и оборудование д^жюфабазьвакждих щюизводств; дравесиноведшие

ш шисвааше учёной степени, доктора технических наук

Шучньш консультант -доктор текншесжихнарг; профессор

Сйеош В. И.

Оонкт-ГЪтфбург

1.18- пршах рукописи

ЧЕРНЫХ .Ашксавдр I 'ригорьевич

ДИССЕРТАЦИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................... 6

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТДЕЛКИ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ НАЛИВА И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ........................12

1.1. Анализ общих закономерностей формирования покрытий .............12

1.2. Анализ научных работ по формированию покрытий столярно-строительных изделий..........................................................31

1.3. Анализ научных работ по формированию текстурированных защитно-декоративных покрытий................................................ 45

1.4. Цель и задачи исследований................................................. 59

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ НАЛИВА................................................ 61

2.1. Постановка задачи.............................................................. 61

2.2. Исследование процесса контактирования лакокрасочного материала с поверхностью подложки...............................................67

2.3. Нанесение покрытий на горизонтально движущуюся подложку.......79

2.4. Теоретическое исследование процесса формирования покрытий

на вертикальных поверхностях движущейся подложки........................87

2.5. Исследование процесса нанесения при негоризонтальном движении подложки............................................................ 98

2.6. Исследование процесса формирования текстурированных покрытий......................................................................... 104

2.7. Выводы............................................................................114

3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.................................. 116

3.1. Исходные материалы и их характеристика................................117

3.1.1. Подложка..................................................................... 117

3.1.2. Лакокрасочные материалы...................................................118

3.1.3. Узорообразующие добавки...................................................120

3.2. Методика измерений и средства контроля................................ 123

3.3. Методика измерения толщины прозрачных покрытий................. 126

3.4. Методика определения удельного расхода и толщины непрозрачных покрытий......................................................... 133

3.5. Оборудование для проведения лабораторных исследований......... 136

3.5.1. Экспериментальная установка для исследования процесса контактирования лакокрасочного материала с подложкой................137

3.5.2. Экспериментальная установка для фотографирования зоны контакта струи лакокрасочного материала с движущейся

подложкой...........................................................................145

3.5.3. Лабораторная установка для формирования покрытий методом налива................................................................................. 148

3.6. Методика планирования экспериментов и обработки полученных

результатов..................................................................... 151

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ДВИЖУЩУЮСЯ ПОДЛОЖКУ................................................ 159

4.1. Постановка задачи.............................................................. 159

4.2. Исследование влияния параметров нанесения на условия формирования жидкого адгезионного слоя...................................... 160

4.3. Исследование влияния параметров нанесения лакокрасочных материалов на свойства формируемых покрытий..................... 17 7

4.3.1. Переменные факторы и показатели эффективности................. 17 7

4.3.2. Анализ результатов эксперимента.......................................... 183

4.4. Выбор значений параметров технологического режима

нанесения лака МЛ-2111............................................................. 193

4.5. Выводы........................................................................... 201

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ

ВОДНО ДИСПЕРСИОННЫХ ПОКРЫТИЙ.........................................20 3

5.1. Постановка задачи ........................................................ 203

5.2. Исследование реологических свойств краски ВД-ВА-27А......... 20'4

5.3. Исследование влияния высоты сливного устройства на величину отклонения струи от боковой поверхности подложки................ 213

5.4. Исследование влияния температуры на вязкость воднодисперсионной краски ВД-ВА-27А........................................................... 217

5.5. Выбор и обоснование параметров управления.......................... 219

5.6. Анализ результатов многофакторного эксперимента.................. 22'2

5.7. Исследование процесса отверждения во дно дисперсионных покрытий...................................................................... 240

5.8. Выбор рациональных параметров окраски дверных полотен воднодисперсионной краской методом налива.......................... 246

5.9. Выводы.......................................................................... 248

6 .ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ

ТЕКСТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ.................................... 250

6.1. Постановка задачи........................................................... 250

6.2. Влияние количества вводимого пигмента на реологические свойства воднодисперсионной краски ВД-ВА-27А............................... 25 0

6.3. Исследование влияние количества узорообразующей пигмента на содержание плёнкообразующих веществ в краске ВД-ВА-27А... 25 3

6.4. Исследование влияния количества узорообразующего компонента на поверхностное натяжение лакокрасочной композиции............ 257

6.5. Исследование поверхностного натяжения подложек............... 259

6.6. Исследование зависимости краевого угла смачивания краски ВД-ВА-27А от количества вводимого узорообразующего компонента...... 263

6.7. Исследование и разработка технологических режимов формирования текстурированных покрытий................................................269

6.8. Результаты многофакторного эксперимента..............................27 5

6.9. Методика выбора технологических режимов и рецептуры лакокрасочной композиции.................................................. 283

6.10. Выводы...........................................................................292

7. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ................. 294

7.1. Исследование процесса формирования матовых покрытий...............2 94

7.2. Исследование в производственных условиях окраски дверных блоков воднодисперсионными красками................................................3 01

7.3. Рекомендации по совершенствованию процесса окраски столярных изделий методом налива......................................................... 306

7.4. Технико-экономическое обоснование внедрения линии окраски дверных полотен.............................................................................. 310

7.4.1. Расчёт производительности окраски дверных полотен воднодисперсионными красками................................................310

7.4.2. Расчёт экономической эффективности результатов внедрения......... 313

7.5. Расчёт экономической эффективности результатов внедрения технологии текстурированных покрытий древесины и древесных материалов ... 316.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ......................................... 3 20

ЛИТЕРАТУРА........................................................................... 323

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................... 339

ВВЕДЕНИЕ

Решение многих социальных и экономических проблем страны в значительной степени зависит от результатов работы деревообрабатывающей промышленности. Повышение эффективности отрасли связано, в первую очередь с развитием комплекса машин, обеспечивающих реализацию всех этапов технологического процесса производства изделий из древесины и древесных материалов. Особое место при этом принадлежит совершенствованию процессов отделки, которые по трудоёмкости составляют 30 - 40% всех затрат на изготовление изделий и во многом определяют их потребительскую ценность.

Характерной особенностью современного этапа развития техники и технологии в условиях рыночной экономики, является усиление требований экологической безопасности технологических процессов и снижение вредных выбросов в атмосферу. В связи с этим, для отделки древесины всё чаще применяются лакокрасочные материалы не содержащие органических растворителей - порошковые и водоразбавляемые, которые по своим физико-химическим и технологическим свойствам отличаются от органорастворимых.

Сложившиеся теоретические представления, разработанные и используемые на практике технологические процессы по формированию покрытий органорастворимыми лакокрасочными материалами не могут быть механически перенесены для формирования покрытий на водной основе.

В технологических процессах отделки древесины широкое применение находят жидкие лакокрасочные материалы ( 80% всех отделываемых поверхностей), нанесение которых осуществляется преимущественно контактными методами ( до 90%). Среди этих методов налив занимает лидирующее положение благодаря тому, что при малых потерях лакокрасочных материалов позволяет получить высокую производительность и лаконаливные машины удобно встраиваются в поточные автоматизированные линии.

Структурная перестройка в области лакокрасочных материалов и использование для отделки тонкослойных, воднодисперсионных и текстурированных покрытий, остались без внимания при изучении технологических возможностей метода. Практические рекомендации в большинстве случаев носили эмпирический характер, нанесение покрытий рассматривалось как распределение заданной массы лакокрасочного материала на поверхности движущейся подложки, в связи с этим технологические возможности налива остаются не полностью реализованными.

Это обстоятельство явилось основанием для проведения научно-исследовательских работ по углублённому изучению процессов формирования лакокрасочных покрытий методом налива.

Цель работы. Повышение качества защитно-декоративных покрытий древесины, экономия лакокрасочных материалов при снижении вредных выбросов в атмосферу.

Научные положения выносимые на защиту

- Смачивание подложки и растекание лакокрасочного материала происходит в результате действия как межмолекулярных сил, так и за счёт искривления поверхности жидкости в зоне контакта.

- Покрытие на поверхности движущегося твёрдого тела формируется в результате вытягивания лакокрасочного материала подложкой из зоны контакта, а не наложением плёнки.

- Одновременное формирование покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях возможно путём создания условий для непрерывного адгезионного контакта.

- Создание сплошного рельефного покрытия на древесине возможно при введении в лакокрасочный материал модифицирующих добавок.

Научная новизна исследований и научных результатов

Заключается прежде всего в обосновании механизма формирования адгезионного контакта лакокрасочных материалов на движущейся подложке, действие которого происходит за счёт межмолекулярных сил и стремления жидкости к ликвидации искривления поверхности в зоне контакта.

Определены основные факторы , позволяющие управлять сплошностью и формировать тонкослойные покрытия, а также одновременно наносить вод-нодисперсионные лакокрасочные материалы на вертикальные и горизонтальные поверхности и создавать текстурированные рельефные покрытия.

По форме зоны контакта струи с поверхностью подложки установлено влияние скорости движения подложки, вязкости лакокрасочного материала, температуры подложки, высоты сливного устройства и угла наклона конвейера лаконаливных машин на процесс формирования покрытий.

Разработан способ регулирования расхода равномерности толщины покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях путём дискретного изменения расхода сливного устройства.

Объяснена закономерность образования разрывов и открытия фонового покрытия за счет изменения устойчивости покровного адгезионного слоя, путём введения алюминевого пигмента в состав лакокрасочного материала.

Разработаны и проанализированы целевые функции, связывающие показатели качества с параметрами управления, выявлены факторы наиболее существенно влияющие на процесс отделки, проведена оптимизация технологических режимов.

Практическая значимость работы.

Совокупность разработанных математических моделей технологических процессов формирования защитно-декоративных покрытий на древесине и дре-

весных материалах является научной основой для составления мероприятий по совершенствованию технологических процессов отделки древесины.

Методические положения, разработанные в данной работе, могут быть использованы при изучении новых видов лакокрасочных материалов и оценки возможности применения их для отделки изделий из древесины, проектировании технологических режимов формирования покрытий контактными методами нанесения.

Комплексное решение всей совокупности вопросов, составляющих основу проблем создания покрытий на движущейся подложке, позволяет не только совершенствовать уже известные технологические схемы, но и создавать новые гибкие технологии совмещённой отделки брусковых и щитовых деталей.

Управление сплошностью лакокрасочных покрытий с использованием модифицирующих добавок позволило на практике использовать лаконаливные машины для получения современных, пользующихся спросом декоративных многоцветных покрытий.

Реализация результатов исследований позволяет повысить производительность труда и качество изделий, а так же экологическую безопасность отделочных работ, снизить процент брака и уменьшить удельный расход лакокрасочных материалов.

Место проведения исследований

Теоретические положения диссертации подтверждены результатами лабораторных и производственных исследований, которые проводились при непосредственном участии автора в лаборатории отделки кафедры механической обработки древесины и древесных материалов Санкт-Петербургской лесотехнической академии под руководством научного консультанта Онегина В.П., в лаборатории защитно-декоративных покрытий кафедры технологии деревообработки Братского индустриального института под руководством автора, на

предприятиях ЖГУ «Братскгэсстроя», ПО «Лендревпрома», Усть-Илимском ЛПК, ДОКе № 5 г. Москвы, МПО «Вильнюс» и Братском заводе столярных изделий. Объектом исследований являлись процессы по созданию защитно-декоративных и текстурированых покрытий изделий из древесины методом налива при использовании жидких органорастворимых и воднодисперсионных лакокрасочных материалов.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертации, отдельные её разделы были заслушаны и получили одобрение научно-технической общественностью: на ежегодных научно-технических конференциях Братского индустриального института 1983 - 1998 гг., на республиканских научно-технических конференциях 1980, 1986 г. Киев, на научных конференциях ЛТА им Кирова по итогам года 1989 -1990 г, на Всесоюзной научно-технической конференции «Роль молодых учёных в повышении эффективности использования древесины и её отходов в народном хозяйстве» ( Архангельск - 1986 г.), результаты работы неоднократно представлялись на областных выставках научно-технического творчества молодёжи в г. Иркутске, на региональной выставке «Жилище - 94» и дважды на международных выставках «Сиблесопользование» 1995 и 1997 гг. в г.Иркутске, результаты работы неоднократно докладывались на координационных советах Минлеспрома СССР по проблемам разработки технологий и оборудования для окраски столярно-строительных изделий.

Реализация работы

Результаты исследований являются научной базой при выполнении Постановления Совета Министров СССР № 1083 от 24 сентября 1987 года и Приказа Минлеспрома СССР № 925 от 20 ноября 1987 года в части разработки технологии отделки дверных блоков. Совместно с ВНПО

"Союзнаучстандартдом" разработана заявка и исходные требования на проектирование и освоение линии отделки дверных блоков методом налива. Результаты работы внедрены на деревообрабатывающем комбинате ЛПУ "Братскгэсстрой", на заводе столярных изделий треста «Илимсклесстрой» территориально-производственного объединения «Усть-Илимский ЛПК» на Братском заводе столярных изделий, МПО "Вильнюс" Миндревпрома Литовской ССР. Методологический подход, изложенный в данной работе использовался при разработке и внедрении на Усть-Илимском ЛПК рототорно-конвейерной линии для многоцветной окраски детских игрушек и установки для окраски деревянных шахматных фигур на фабрике Минместпрома в г. Орлове. Результаты работы нашли применение в учебном процессе Братского индустриального института и других учебных заведений России при изучении дисциплины "Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов". Опубликовано два учебных пособия и методические указания для лабораторных работ.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 35 научных работах, включающих статьи, две монографии, учебные пособия. Они отражены также в методических указаниях и лабораторных практимумах, используемых в учебном процессе.

Структура и объем. Диссертация состоит из семи разделов, введения, заключения, списка литературы - 167 наименования , приложений. Основное содержание изложено на 325 страницах текста, иллюстриро�