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 резонансных дек деревянных музыкальных инструментов

^ /

V-.

^ ^Л/ На правах рукописи

Лукин Владимир Геннадьевич

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ РЕЗОНАНСНЫХ ДЕК ДЕРЕВЯННЫХ МУЗЫКАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

05.21.05. Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Диссертационная работа выполнена на кафедре механической технологии древесины и древесных материалов Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

Научный руководитель — доктор технических паук, профессор

Онегин В.И.

Научный консультант — кандидат технических наук, доцент

Корсаков Г. С. Официальные оппоненты — доктор технических наук

Санаев В.Г.

кандидат технических наук, доцент Васильев В.В.

Ведущая организация — АОЗТ "Арфа"

Защита состоится " УГ» июня 1998 года в часов на заседании диссертационного совета Д 063. 50. 01 в Лесотехнической академии (192021, Санкт-Петербург, Институтский пер, д. 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке лесотехнической академии.

Автореферат разослан {998 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Г.М. Анисимов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Для эффективного развитая любого производства, а в особенности музыкального, необходимо постоянное совершенствование технологам, внедрение новых прогрессивных материалов, снижение себестоимости продукции и в конечном итоге повышение ее качества.

Решение проблемы улучшения качества инструментов в массовом производстве связано с решением таких, вопросов как: улучшение конструкции инструмента; качество применяемых материалов; поиск новых материалов, заменяющих резонансную древесину, и использование отделочных материалов, не ухудшающих акустику резонаторов. Это относится и к правильному применению клея, грунта, лака, пластмасс и других веществ.

Главными направлениями совершенствования технологии отделки музыкальных инструментов являются: создание специальных покрытий, улучшающих акустические свойства резонаторов, на базе новых и модификации существующих лакокрасочных материалов и применение специальной обработки поверхности подложки.

При отделке музыкального инструмента можно добиться снижения влияния покрытия на акустические свойства путем уменьшения лакового слоя, передаче защитных свойств специальному материалу грунта, способному улучшить резонансные характеристики деки. В виде такого грунта могут служить различного рода новейшие перспективные материалы, а также плазменная обработка поверхности древесины. Благодаря созданию специального защитного и акустически активного слоя на поверхности резонатора, созданного в среде плазмы, можно уменьшить толщину лакового покрытия, выполняющих только декоративную роль. Кроме того, изменяя факторы, характеризующие исходные материалы грунта и лака, условия и режимы отделки, можно получить необходимые акустические свойства всего инструмента.

Целью работы является:

Улучшение качества звучания деревянных музыкальных инструментов.

Научная новизна состоит в:

1. Разработке способа модифицирования древесины путем реструктурирования ее поверхности в результате плазменной обработки.

2. Установлении механизма влияния грунта и лакокрасочного материала (ЛКМ) на резонансные и диссипативные свойства древесины.

Научные положения выносимые на защиту:

1. Создание на поверхности древесины тончайшей защитной функциональной пленки возможно путем ее- обработки плазмой в среде аргона и ацетилена.

2. Структурные преобразования поверхностных слоев древесины приводят к изменению ее акустических свойств при постоянной массе.

3. В результате образования полимерной пленки на волокнах древесины, под действием сил взаимного притяжения, происходит переориентация полимерных глобул, а затем их смыкание, что повышает плотность приповерхностного слоя.

Достоверность сформулированных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость работы.

Обработка древесины в среде низкотемпературной плазмы приводит к получению нового функционального покрытия, образованного путем реструктуризации поверхности древесины, что позволяет отказаться от промежуточного шлифования слоев грунта и покрытия, что, в конечном итоге, уменьшает расход лакокрасочного материала и трудозатраты, улучшает экологию. Полученные снимки на электронном микроскопе реструктурированной поверхности древесины после плазменной обработки и покрытия гидрофобным материалом ВАБО-РЬА8Т-200, отражают характерную картину взаимодействия этих веществ с поверхностью подложки.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить зависимость между параметрами плазменного покрытия и лакокрасочного материала, наносимого по нему, что отражено в полученном уравнении регрессии, которое описывает процесс воздействия отделочного слоя на изменение свойств резонансной дощечки, обработанной плазмой и делает возможным использование ее для изучения процесса. Полученные зависимости и графики могут быть ис-

пользованы для определения необходимых режимов процесса отделки деревянной деки и рассчитать необходимое количество лака для получения требуемых свойств резонансной деки. В диссертации отражены исследования свойств древесины и лакокрасочных материалов, применяемых в музыкальной промышленности.

Апробации работы проводилась в СПбЛТА (кафедра "Механической технологии древесины и древесных материалов" и кафедра "Общей экологии, анатомии и физиологии растений"), в акустической лаборатории АОЗТ "Арфа" и в СПбГТИ (кафедра "Технологии электролитических и плазмохимических производств").

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложений, содержит 150 страниц основного машинописного текста, 37 рисунков и графиков, 17 таблиц и список литературы, включающий 169 наименований литературных источников.

Содержание работы

Во введении дается обоснование актуальности темы дессертаци-он-ной работы, изложены цель и задачи исследований, формулируются научные положения, выносимые на защиту. Раскрывается научная новизна работы, значимость се результатов для науки и практики. Содержатся данные о месте проведения исследований и аппробации работы, структуре и объеме диссертации.

В первой главе, посвященной изучению состояния вопроса, при-ве-дены различные варианты и пути улучшения качества звучания и изготовления деревянных музыкальных инструментов.

Указывается, что большинство исследований в этой области были посвящены изучению древесного материала, возможностям его замены и модифицирования, применению новых лакокрасочных материалов и покрытий, используемых в мебельной промышленности, технологическим и декоративным их аспектам, способам нанесения, уменьшению расхода ЛКМ, снижению трудоемкости. Приведены науч-

ные положения формирования звука музыкального инструмента, даны характеристики консгаит излучения для различных порол древесины.

Анализ результатов выполненых работ показал, что при всей своей значимости многие вопросы требуют дальнейшей проработки. Так в многочисленных исследованиях, поевмшепных влиянию лакокрасочных-материалов на качество звучания музыкального инструмента. упор делался, в основном, только на лаки и совершенно не изучался грунт, хотя он имеет чрезвычайно важное значение в создании декоративных и акус тческих свойств.

Отсутствие сведений о влиянии грунта на резонансные и дисси-пативные характеристики излучателя делает целесообразным исследование грунтовочных слоев, созданных на основе различных материалов, или полученных специальной обработкой. Формулируются задачи исследования и выводы, сделанные на основании анализа работ.

Во в юром разделе рассматриваются основные направления исследований, д-вложена методика исследований, приводится характеристика используемых материалов, применяемого оборудования и приборов.

В качестве исходных материалов использовались лакокрасочные материалы: лак МЧ-52 и НЦ-21Х, гидрофобный материал "ВД^ОР-ЬАБТ - 200 и 220" йеменкой фирмы ВА5Р АО н плазменное функциональное покрытие: даются их характеристики. Приводится схема опытом лабораторной установки для обработки древесины в плазме.

Экспериментальными образцами подложек служили подложки из фанеры и резонансной ели. Их размеры 220x25x3 мм. влажность 8-2 "'». плотность — 760±20 кг/м - и 440±2Й кг/м3, соответственно. Использование фанерных образцов в опытах обусловлено тем, что в ■ производстве шипковых музыкальных инструментов, в настоящее время. изготавливают резонансные леки не только из еловой древесины, но и фанеры. К тому же. фанера имеет более однородное строение и меньшую изменчивость параметров при зкепернмонта.ч, чем еловая древесина.

Исследования выполнялись в лабораторных условиях с использованием стандартных меюдик. Для снятия акустических характерно

тик с деревянных образцов при помощи опытной установки ИЧЗ-9 (измеритель частоты и затухания механических колебаний). Для более точного фиксирования резонансных параметров, использовали электронный частотомер 43-54, выпускаемый серийно промышленностью.

Обработка древесины плазмой осуществлялась в СПбГТИ на опытной лабораторной установке. Для возбуждения плазмы использовался высоковольтный источник постоянного тока с полым катодом в виде спирали. Полученные опытные данные оценивали посредством обработки результатов экспериментов методами математической статистики.

В третьей разделе приведены результаты исследований влияния отделочных материалов на акустические свойства древесины.

На первом этапе исследований решалась задача установления степени влияния лакокрасочных веществ на акустические свойства при отделке музыкальных инструментов на производстве.

С образцов снимали основные резонансные характеристики: — массу, резонансную частоту ({), логарифмический декремент (А) и рассчитывали акустическую константу Андреева (Ка) и Римского-Кор-сакова (Кр). Все характеристики снимались на первой гармонике, характеризующей' максимальную амплитуду колебаний образца.

После снятия основных характеристик с образцов до отделки, они грунтовались тем материалом, которым в дальнейшем собирались отделывать образец. Грунтование производили в один слон. Под сандарачный лак в качестве грунта применяли лак НЦ-218.

После грунтования образцов, с них повторно снимались все резонансные характеристшт. Далее наносили следующие слои лака и опять снимали параметры. Так повторяли четыре раза, что соответствовало нанесению грунта и грех слоев лакового покрытия. Усредненные результаты для сравнения сведены в форму таблицы 1. Изменение резонансных свойств фиксировали после каждого нанесения ЛКМ. Динамика изменения этих свойств, выраженная через акустическую константу Римского-Корсакова (Кр) образцов приведенав таблице 2.

В результате исследований было установлено, что используемые для отделки на АОЗТ "Арфа" материалы и технология полностью заимствованы из мебельной промышленности и не подходят для созда-

ния покрытия па инструментах. Их выбирали исходя из удобства нанесения, механических показателей лаковой плеши, эстетического и декоративного вида покрытия. Получению качественного звучания музыкальных инструментов, уделялось мало внимания. Это подтверждают результаты исследований, отраженные в таблице 1. Ухудшение резонансных свойств заметно уже после нанесения грунтовочного материала. Это связано с тем, что грунт меняет не только массу древесины и ее плотность, но и структуру поверхностного слоя. При этом, изменения происходят на большой глубине по сравнению с толщиной самого образца. При нанесении последующих слоев лака толщина лаковой лаковой пленки увеличивается, что также оказывает существенное отрицательное влияние на резонансные характеристики образца. Однако, в отличии от грунтовочного слоя, эти слои лака взаимо-

Таблица I

Изменение характеристик образцов до и после нанесения ЛКМ

Образец

' Фанера Ель

До отделки После отделки До отделки После отделки

Параметры % Пара- | метры 1 % Параметры % Параметры %

Отделка лаком МЧ-52

100 Г 95 { 100 £ 94,5

Ка 100 Ка 92,6 Ка 100 Ка 91

100 кр 72 кР 100 Кр 69

А 100 А д 100 А 117

После отделки лаком НЦ-218

Г 100 $ 96 г 100 Г 94,5

К, 100 Ка 91,3 Ка 100 Ка 93

Кр 100 Кр 75 Кр 100 Кр 73,2

А 100 А 119 А 100 А 115

После отделки сандарачным лаком

Г 100 Г 97,2 Г 100 Г 96,9

Ка 100 Ка 98,1 Ка 100 Ка 96,5

Кр 100 Кр 81 Кр. 100 Кр 83

А 100 А 103 А 100 А 102,4

действуют с уже ровной поверхностью предыдущего покрытия, не проникая в структуру самой древесины. Таким образом можно ска-

зать, что применяемые, в настоящее время, лакокрасочные материалы и технология их нанесения, оказывают существенное влияние на резонансные свойства древесины, а следовательно и на игровые свойства музыкального инструмента. Образцы, отделанные сандарачпым лаком имеют более высокие резонансные характерце гики по сравнению с НЦ или МЧ лаками. Это объясняется тем, что сандарачный лак образует более мягкую пленку, а потери энергии на внутреннее трение у сандарачного лака меньше.

Таблица 2

Изменение резонансных свойств после послойного нанесения ЛКМ

Вид отделки Ель % Фанера %

Чистая древесина 100 100

Грунт лак МЧ-52 90 1 89

Грунтлак НЦ-218 92 | 93

Отделка лаком Лак -МЧ-52

1 слой 83.1 84.3

2 слоя 74.5 78.6

3 слоя 69.0 72.1

Отделка лаком НЦ-218

1 слой 84.4 85.0

2 слоя 78.8 78.6

3 слоя 73.2 75

Отделка сандарачпым лаком

1 слой 90 г 89

2 слоя 86 85

3 слоя 83 81

Особенно велики потери на внутреннее трение у лака МЧ-52, наносимого в электростатическом поле высокого напряжения, что связано с большой толщиной лакового покрытия, оказывающего свое отрицательное влияние на свойства дек после отделки. У лака НЦ-218 снижение акустических характеристик объясняется большим количеством наносимых слоев лака (не менее четырех вместе с грунтом). Уменьшение акустической константы Римского-Корсакова, характеризующей основные свойства материала и его излучательную способность, на 8...10 процентов свидетельствует о том, что уже после нанесения слоя грунта снижаются свойства древесины, а воздействие последующих слоев лака сводится лишь к добавлению массы образцу.

Поэтому, для получения высоких акустических свойств на этапе отделки необходимо уменьшить воздействие грунтовочного слоя на резонансные свойства путем применения новых технологий и материалов, способствующих улучшению резонансных характеристик древесины.

Чтобы решить эту проблему были проведены исследования гидрофобного материала "ВА50РЬА8Т-200" и перспективного покрытия, создаваемого в низкотемпературной плазме. Сравнительные резонансные параметры образцов, обработанных этими материалами представлены в таблице 3.

Акустические свойства образцов покрытых гидрофобным составом "ВА80РЬА^Т-200" находятся на уровне неотделанной древесины, т.е. близкими к 100 процентам, принятым за основной уровень. Так, изменение частоты составило всего 0,2 процента, логарифмический декремент колебаний уменьшился со 100 до 95 процентов. У материала покрытия, созданного в низкотемпературной плазме, имеет место увеличение всех акустических показателей, таких как: частоты (/) — на 0,5 процента, константы излучения Андреева (Ка) — на 0,6 процента, константы Римского-Корсакова (Кр) — на 11 процентов. Потери звуковой энергии на внутреннее трение уменьшились на 8 процентов.

Таблица 3.

Изменение характеристик образцов.

Образец

До отделки После отделки

Параметры % Параметры %

Грунтование в среде низкотемпературно!! плазмы

Г 100 * Г 100,5

ка 100 Ка 100,6

Кр 100 Кр 111

д 100 А 92

Грунтование гидрофобным материалом "ВА50РЬА5Т-200"

{ 100 { 99,8

Ка 100 Ка 99,5

кР 100 ■Кр 94,5

А 100 д 95

Применение ВЛ$ОР1,А8Т-200 не вызывает ухудшения акустиче-

акустических свойств древесины, а в случае использовании низкотемпературной плазмы наблюдается их улучшение.

В случае использования плазменной технологии дека музыкаль-льиого инструмента имеет даже некоторый "запас" акустических свойств перед нанесением лакокрасочного покрытия и влияние грунта на резонансные свойства дек не будет существенным, а снижение физико-акустических параметров инструмента произойдет только за счет нанесения лакового покрытия. Взаимодействие традиционных грунтовочных составов и веществ, предложенных в ходе исследований, с поверхностью древесины происходит но разному. Эти исследования проводились на растровом электронном микроскопе фирмы "HITACHI". При нанесении обычного материала грунта на древесину происходит экранирование поверхности древесины. Жидкий материал грунта проникает ira большую глубину, проходя сквозь поры, трещины н различные неровности. Можно четко выделить слой грунта и слой древесины, пропитанный им. Характер взаимодействия предложенных материалов с поверхностью древесной подложки отличается от традиционного. Так, после полимеризации древесины в низкотемпературной плазме ее поверхность приобретает упорядоченную структуру. Волокна природного полимера, которые до обработки имели хаотическое расположение, после воздействия плазменного разряда обволакиваются тончайшей прозрачной пленкой, имеющей неоднородную структуру в виде капельных утолщений. Поверхность подложки выравнивается. Пленка, толщиной 0,5... 1,0 мкм, обволакивая каждый элемент древесины, остается на ее поверхности. Под пленкой древесина не имеет каких-либо изменений, а покрытие препятствует проникновению вглубь жидкости.

В результате применения гидрофобного материала "BASOP-LAST-200" структура древесины имеет вид запорошенной, как снегом, поверхности с игловидными кристаллами. При использовании этого вещества проникновение его в структуру древесины незначительно и ограничивается только поверхностным слоем. Поверхность имеет, как и при плазменной обработке, сглаженное состояние. При этом происходит уменьшение размеров трещин, неровностей и пор, что уменьшит в последующем расход JTKM.

Для решения задачи обработки древесины в плазменном разряде в СПбЛТА совместно с СПбГТИ были проведены исследования для

определения как самой возможности такой обработки, так и характеристик плазмы и среды. Было установлено, что древесина подвергается илазмохимической модификации. При этом имеются проблемы, связанные с тем, что древесина является пористым Материалом, а вещества, находящиеся в ней, в том числе газы, могут создавать дополнительные трудности при вакуу мировании и ведении процесса обработки. Механизм полимеризации древесины в среде неравновесной плазмы следующий: после включения плазменного разряда, молекулы аргона, имеющие легко возбудимые ионы, вступают с молекулярным газом в реакцию, в результате чего, газы начинают ионизироваться с одновременным образованием свободных радикалов путем отщепления водорода. Образовавшиеся радикалы взаимодействуют как друг с другом, так и с материалом подложки, т.е. древесиной.

Ионы газа, ударяясь о поверхность древесины ионизируют молекулы последней и, выступающие -ОН группы при такой бомбардировке ионами срываются, образуя свободные связи на поверхности природного полимера. С этими свободными радикалами и взаимодействуют возбужденные ионы газа. Процесс полимеризации производных углеводородов из плазмы начинается на заостренных волокнах древесины. Первоначально образуются единичные полимерные глобулы, имеющие размер в доли микрона. При выдержке в тлеющем разряде в течение 5 мин. средний размер полимерных глобул составит 0,120 мкм. (минимальный - 0,062; максимальный - 0,2 мкм), через 10 мин. — размеры возрастают до 0,157 (минимальный - 0,0724 мкм, максимальный до 0,455 мкм). По мере роста глобулы смыкаются и закрывают поры и другие структурные неровности, однако размер единичной глобулы никогда не превышает 1 мкм. Толщина полимерной пленки увеличивается до тех пор, пока все свободные радикал!,г на поверхности полимера не будут связаны с ионами газа. Обработка древесины в плазме приводит к тому, что ее поверхность покрывается тончайшей пленкой, а исследование акустических свойств (табл. 4) показали, что образцы с таким покрытием имеют более высокие акустические параметры. Наличие пленки и отсутствие какого-либо изменения массы, после обработки возможно и влияет на улучшение акустических свойств. Поэтому большой интерес представляло само покрытие, и механизм, оказывающий такое воздействие на свойства древесины. Для изучения данного вопроса были повторно проведены

исследования с помощью растрового электронного микроскопа "ШТАСНГ.

При обработке древесных подложек, их волокна вначале имеют хаотическое расположение, куда и проникает вещество полимерной пленки. При обработке древесины в плазме около трех минут, это покрытие представляет из себя рваное белое вещество среди переплетения волокон. Эти пятна заметны на глубине до 300 мкм. С увеличением времени обработки, среди волокон начинает формироваться пленка, которая представляет из себя, как упоминалось выше, неоднородное чешуйчатое покрытие, имеющее различную толщину в виде капе-

Таблица 4

Изменение акустических характеристик образцов

до и после плазменной обработки_

Параметры образцов до обработки

№ образца f, Гц Ка, кг-с тг м4 КР--¡Г- кг-с-Яп А, Нп

1 462 9,49 4,89- 102 1,94 • 10-2

2 452 9,29 3,82- 102 2,43 • 10-2

3 460 9,45 3,63 ■ 102 2,60 • Ю-2

Параметры образцов после обработки

1 465 9,56 5,16 • 102 1,85 • 10-2

2 456 9,37 4,75 • Ю2 1,97 • Ю-2

3 463 9,51 6,34 • 102 1,50 - Ю-2

льных утолщений (рис.1). Это явление можно объяснить неравномерным распределением активных центров на волокнах, которые освобождаются от загрязнений при плазменной обработке. После обработки равной девяти минутам выдержки в плазме и образования полимерной пленки на волокнах под действием сил взаимного притяжения происходит переориентация полимерных глобул и даже их смыкание на толщ1ше около 180 мкм (рис.2), где образуется более плотная структура древесины, имеющая отличные от остальной часта древесного вещества свойства. За счет такого сжатия поверхностного слоя и может проявляться эффект улучшения резонансных характеристик деревянных образцов.

Изучение структуры плазменной пленки и ее взаимодействия с другими материалами и веществами показало, что полимерная плен-

ка, при нанесении на любую поверхность образует бесцветное тончайшее покрытие, повторяющее все микронеровности и в некоторой степени сглаживающее их. Так, при обработке в плазме образца из нержавеющей стали эта пленка незаметна и для топ}, чтобы иметь представление о ней, образец перед исследованием приходилось изгибать под различными углами. На некоторых подложках такая пленка вообще не образуется. Это зависит, в первую очередь, от природы самого полимера. Так, на полиамидной пленке заметны только отдельные белые пятна, но сплошное плазменное покрытие не образуется. У фильтровальной бумаги волокна стали обволакиваются белым веществом (начальный этап образования пленки).

При длительной обработке — затягиваются все структурные полости бумаги.

В процессе исследований установлено, что при обработке древесины ели в среде аргона и ацетилена, на волокнах древесины образуется тончайшая пленка (рис. 1). В случае использования других газообразных углеводородов, таких как: пропан, мета», бензол, — этот эффект не наблюдался и резонансные характеристики образцов оставались без изменения или ухудшались.

Изучение влияния времени обработай образцов в неравновесной плазме показало, что максимальные акустические параметр!,I образцы имели после обработке в плазме в течение 9 минут.

Изучение краевого угла смачивания проводилось на еловых образцах без покрытия и с покрытием в виде грунта ("ВА80РЬА8Т-200" или плазменной пленки). Установлено, что обработка древесины в плазме или нанесение гидрофобного грунта увеличивает краевой угол смачивания тестовыми жидкостями. Так, после обработки древесины в плазме краевой угол увеличивался у глицерина (100 %) — на 10°... 16°; этиленгликоля - глицерина (80 % -20 %) — на 6°...9°; диэти-ленгликоля (100 %) — на 8°...10°. У дисциллированной воды краевой угол изменился с 4° до - 70°. Однако у ЛКМ типа МЧ-52 (трЗО с) краевой угол возрос только на 5°...7°, а у лака НЦ-218 ((г|=30 с) — 4°...6°. Поэтому, при нанесении лакокрасочного материала возможно его использование без дополнительных мероприятий по улучшению растекаемости по подложке.

В результате исследований защитных свойств гидрофобного ма

-Ф: Г'

-/ „ к!"'

"V {

!

Рис.

¡. Поверхность древесины с плазменной пленкой (вил сверх}', увеличение в 7500 раз)

■ и- , • * / - )■■ -

7 ],

I / И1

V г г 1

I -

5>„

1 у.; г ; / I ^

У?

. -"»-Л? 4

а ■"

ч

Рис:

2. Волокна древесины после 9 мину г обработки в плазме (увеличение в 250 раз)

териала и плазменного покрытия было установлено, что акустическая константа у образцов как с покрытием, так и без покрытия с увеличением влажности уменьшается (рис. 3). Логарифмический декремент колебаний имеет тенденцию увеличиваться с ростом влажности (рис. 4). Это связано с увеличивающимися потерями на внутреннее трение в материале. Причем это увеличение происходит скачкообразно: для образцов, покрытых гидрофобным материалом типа "ВЛ80Р-ЬА8Т-200", логаримический декремент колебаний остается неизменным до влажности 10... 12 %, после чего происходит постепенный его рост; для образцов, обработанных низкотемпературной плазмой — этот показатель остается постоянным до влажности в 8... 10 %, после чего возрастает до 20 %. Гидрофобный состав "ВАБОРЬА5Т-200" обеспечивает' стабильные резонансные характеристикидревесины при увеличении ее влажности до 12 %, а плазменная обработка —до 10%.

В дальнейших исследованиях применялась древесина ели с защитным плазменным покрытием. Однако, для обеспечения высокой фор-моустойчивости резонансного узла и хорошего декоративного вида изделия, на плазменную пленку необходимо наносить слой лака.

В четвергом разделе приведены результаты исследования влияния факторов, характеризующих режим и условия отделки, на резонансные свойства древесины, обработанной плазмой.

В качестве показателя эффективности процесса при отделке древесины после плазменной обработки, была принята акустическая константа Римского-Корсакова (Кр). Эксперимент проводили по В-плану второго порядка. Переменными факторами приняты: количество слоев ЛКМ (хО, его вязкость (хг) и расход (хз). Результаты реализации эксперимента позволили получить уравнение регрессии в кодированных переменных, являющееся математическим описанием процесса формирования отделочного покрытия по плазменной функциональной пленке.

Математическая модель процесса в натуральном выражении имеет вид:

>• = 0,099967 + 0,040092 • х, + 0,006765 • хг - 0,002316 • х. -

-0,006706-х,2 -0,0001837989-х;? + 0,0000063576-х: -

-0,0007964286 • х, - х2 + 0,00001814286 • хг • х3 + 0,000064 • х, • х3

Рис. 3. Изменение акустической константы излучения (Кр) от влажности древесины 1. Образец, покрытый "ВА80РЬА8Т-200"; 2. Неотделанная древесина; 3. Образец, обработанный в плазме.

^ = 0,05 5 —'

5= <1

= ^ 0,04

3 = и -3" сз

ю

5 5> 0,03

а.

св и О

—— 2

3

___ 0 4 8 12 16 20

Влажность \У, % Рис. 4. Изменение логарифмического декремента колебаний (Д) от влажности древесины 1. Образец, покрытый "ВА80РЬА8Т-200"; 2. Неотделанная древесина; 3. Образец, обработанный в плазме.

Проведенные исследования показывают что величина переменных факторов, при которых будет обеспечиваться максимальная акустическая константа (Кр), равны: число слоев (х!) ~ 2,0; вязкость ЛКМ (х2)= 18,0 с; расход (л'^=80 г/м2, а акустическая константа излучения Кр= 0,078606 м4/кг с Нп.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Нанесение гидрофобного материала "ВА80Р1_АЯТ-200" на деки позволяет получить загрунтованную поверхность без ухудшения резонансных свойств излучателя. Он также обеспечивает формоустой-чивость изделия при изменении влажности образца в диапазоне от 10 до 12%.

2. Применение среды плазмы, состоящей из аргона и углеродсо-держащего газа, позволяет модифицировать поверхность древесины и получить тончайшую функциональную (гидрофобную и акустически активную) пленку, которая улучшает излучательную способность материала. Акустическая константа Римского-Корсакова увеличивается на 11%, а логарифмический декремент колебаний, косвенно характеризующий потери энергии на трение в материале, уменьшается на 8 %.

3. Защитные (гидрофобные) свойства этого покрытия являются приемлемыми, так как пленка не пропускает жидкость, оставаясь в тоже время проницаемой для газов и паров воды. Это свойство позволяет использовать такую плазменную пленку для создания на древесине-грунтовочного слоя, перед нанесением ЛКМ, который будет закрепляться на этой пленке, не проникая под нее.

4. Максимальная скорость полимеризации резонансной древесины ели в плазме ацетилена отвечает следующим параметрам разряда: и=1,5 кВ.; плотность тока — 1...2 мА/см2, давление в разрядной камере 8... 10 Па, скорость потока ацетилена — 320 см3Ну/м.

5. Эффект улучшения резонансных характеристик древесины после девяти минут обработки в плазме, связан с переориентацией полимерных глобул пленки в поверхностном слое и их смыканием на тол-

щине около 180 мкм.

6. Плазменная обработка древесины приводит к реструктурированию ее поверхности. Функциональное плазменное покрытие увеличивает краевой угол смачивания тестовых жидкостей и воды: глицерин (100%) — на 10°...16°; этиленгликоль : глицерин (80:20) — на 6°...9°; диэтиленгликоль (100 %) — на 8°...10°. У дисциллированной воды он изменился с 4° до - 70°. Для лакокрасочного материала типа МЧ-52 (грЗО с) краевой угол вырос па 5°...7°, а НЦ-218 (л=30 с) — на 4°...6°.

7. Процесс полимеризации производных углеводородов из плазмы начинается на заостренных волокнах древесины, в местах, имеющих какие-либо дефекты или загрязнения. В процессе полимеризации происходит очищение таких мест.

8. Плазменная пленка не имеет цвета и блеска, толщина не превышает 1 мкм, что не позволяет ее использовать в качестве заменителя лака и требует нанесения дополнительно декоративного слоя.

9. Уравнение регрессии является математическим описанием процесса создания лакокрасочного покрытия на древесине, обработанной плазмой. Значения управляющих факторов отделки древесины по плазменному функциональному грунту, обеспечивающие получение изделия с высокими резонансными свойствами равны: число слоев (хО — 2,0; вязкость ЛКМ (х2) — 18,0 с; расход ЛКМ (хз) — 80,0 г/м2. При этих значениях выходной параметр — акустическая константа излучения (Кр=0,078606 м'/кг с Нп), принимает максимальное значение.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Онегин В.И., Корсаков Г.С., Лукин В.Г. Исследование влияния защитно-декоративных покрытий на акустические свойства древесных материалов // М.: "Деревообрабатывающая промышленность", № 5,

1996, с. 10.

2. Онегин ВН., Корсаков Г.С., Лукин В.Г. Влиятте изменения влажности древесины, обработанной плазмой и гидрофобным составом, на ее акустические свойства // М.: ВИНИТИ, 04.04.97, № 1086-В97,

1997, 5 с.'

3. Онегин В.И., Удалов Ю.П., Корсаков Г.С., Лукин В.Г. Плазмохи-мическая обработка поверхности древесины для улучшения ее резонансных свойств // М.: ВИНИТИ, 28.04.97, № 1414-В97, 1997, 10 с.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Лесотехническая академия, Ученый Совет.

_Лицензия ЛР № 020576 от 04.07.97_

Подписано в печать с оригинал-макета 07.05.98. Формат60x90 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.

_Уч. -изд. л.1,Щеч. л. 1,25.Тираж 100 экз. Заказ №119-С 9а.

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