автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Механическая обработка древесных подложек с целью улучшения их адгезионных свойств

О Я" 9 4 -

ЛШНИСТПРСТПО НАУКИ, ВЫСШЕЙ школы и ТЕХНИЧЕСКОМ ПОЛИТИКИ РОССИПСКОП ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 674.038:684.4.059.5 ВЫЗОВ Павел Васильевич

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСНЫХ ПОДЛОЖЕК С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ ИХ АДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВ

Специальность 05.21.05 — «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

-19 02

Работа выполнена па кафедре технологии изделий из древесины Московского лесотехнического института.

Научный руководитель — кандидат технических наук,

доцент А. А. Зотов.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор В. Е. Цветков;

! кандидат технических наук, Н. Я. Черкасов.

Ведущая организации —Украинское Научно-производственное Деревообрабатывающее объединение, УкрНПДО.

Зашита состоится « ^ » : (¿мТ^/р ." . . 1992 г. п . ./.О. . . час. на заседании специализированного совета Д. 053.31.01 Московского лесотехнического института, 141001, Мытищи, Московской области, МЛТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Автореферат разослан «с . . » ....... 1992 г.

Ученый секретарь специализированного сонета, доктор технических наук,'" профессор Ю. П. СЕМЕНОВ.

Поди, в печ. 16.03.92 г. Объем 1 п.- л. » Зак. 706 Тир, 100

Типография Московского лесотехнического института

- . г

, Л • - --!3- ■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Требования к качеству изделий из древесины всегда были высоки. В настоящее время, в связи с появлением новых технологий отделки древесины,. новых отделочных материалов, в связи с интенсификацией процессов формирования защитно-декоративных покрытий, эти требования все труднее становится выдерживать.

В процессе эксплуатации изделий из древесины, основным критерием определяющим их долговечность является стойкость к различного рода воздействиям. Эта стойкость во многом определяется качеством покрытий. Одним из показателей качества защитно-декоративных покрытий, является адгезионная прочность, т. е. прочность' зоны ( или слоя ) адгезионного взаимодействия приведенных в контакт объектов - адгезива ( лака ) и субстрата ( древесины ). Адгезионная прочность -. это главное условие адгезионной системы ( например защитно-декоративного покрытия ). Проблему повышения адгезионной прочности решали ранее за счет изменений свойств адгезива и субстрата. Анализ литературы и практического опыта по данной проблеме показал, что во многих случаях существующие традиционные и оригинальные методы повышения адгезионной прочности и управления ею мало эффективны, не позволяют получить гарантированное качество адгезионной системы. - '

В то же время; рассмотренные экспериментальные'исследования . различных авторов, свидетельствуют о высокой эффективности активационных воздействий на поверхностный слой субстрата ме-ханичесютм путем, с целью повышения на этой основе адгезионной способности последнего и, за счет этого, повышения адгезионной прочности системы. '

Однако анализ этих работ показывает, что изученные методы механических воздействий на субстрат не позволили до настоящего времени решить проблему повышения адгезионной прочности систем, сформированных на древесине. Решению этой проблемы и посвящена настоящая работа

Цель работы. Разработка эффективного способа механической активации древесных субстратов ( подложек ) для повышения ад-

гезионной прочности систем.

Научная новизна работы. Доказано, что при воздействии на поверхность древесных подложек предложенным в работе способом трибопроката, в них происходит ряд физико-химических превращений, которые и приводят к изменению прочности и количества единичных связей, ответственных за величину адгезии, что в свою очередь оказывает существенное влияние на формирование адгезионной системы.

Основываясь на положениях ряда теорий и экспериментальны:-: исследований разработана математическая модель адгезионной прочности системы, учитывавшая изшнеыы ¡доиод«^ и ¿«¡л.,.;.-ностяом слое подложи при-формировании адгезионного соедпкепил после механической активации.

Научные положения, выносимые на зажгу. Результаты исс.!_е-дований влияния трибопроката, кач нового способа механической активации на свойства древесных субстратов ( подложек ) и ьч величину адгезионной прочности систем.

Математическая модель адгезионной прочности системы после ме-хансактивации ее субстрата

Экспериментальные зависимости влияния режимных параметров разработанного способа механической активации ( трибопроката ) на адгезионную способность древесных субстратов ( подложек ) и величину адгезионной прочности полиэфирных защитно-декоративных покрытий.

Рекомендации к практическому применению результатов исследований.

Достоверность сформулированных в диссертации научных подозрений выводов по результатам исследований и рекомендаций обоснованы: приведенным анализом литературных данных, теоретическими и экспериментальными исследованиями с использованием математических методов, ЭВМ, опигнопроизводстЕенной проверкой и внедрением полученных-результатов в производстве, а так же изготовлением соответствующего оборудования по разработанной технологии.

Практическая значимость работы. Заключается в разраработ-ке принципиально нового способа ыехачоактивации древесных подложек с целью повышения прочности адгезионных систем, заключа-

ющийся в воздействии, на подложку гладким валом,..вращающимся со скоростью, превышающей скорость подачи.

Способ трибопроката, ' предложенный в работе защищен авторским свидетельством. Данный способ позволяет управлять адгезионной прочностью защитно -декоративных покрытий за счет механических воздействий на субстрат. Определена область рациональных режимных параметров трибопроката для различных древесных субстратов. Определены сферы рационального применения способа трибопроката для ряда производств.

Место проведения. Работа выполнена в Московском лесотехническом институте,' на кафедре Технологии изделий из древесины.

Апробация работы.- Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные ее разделы были доломены и обсуждены на:

- научно-технической конференции Московского лесотехнического института, Москва, 1989 г.,

- всесоюзной научно-технической конференции . молодых ученых

и специалистов "Пути ■ повышения эффективности деревообрабатывающих Производств", Архангельск, 1989 г.,

- республиканской научно-технической конференции "Ресурсосбережение в деревообработке и производстве мебели", Минск, 1989 г.,

- постоянно-действующем семинаре по проблемам древесиноведения, Москва, 1989 г.,.

- всесоюзном симпозиуме по механохимии и механоэмиссии твердых тел, Чернигов, '1990 г.,,

- симпозиуме координационного совета по современным проблемам древесиноведения "Строение,' свойства и качество; древесины", Москва-Мытищ!, 1990 г.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований и разработанный способ трибопроката рекомендованы, к внедрению на:

- Нововятском льшюм коьбинате,-

- йошкар-олинской мебельной фабрике.

По разработанной технологии на Боровичском станкостроительном заводе изготовлен и успешно прошел приемочные испытания станок для трибопроката короткомерных заготовок. , •

- б -

Публикаций.- По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций по работе, содержит 181 страницу основного текста 50 рисунков, 29 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

■Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, изложена цель исследований, формируются научные положения, выносимые на защиту, раскрывается новизна работы и научных результатов, обоснованность выеодов и рекомендаций.

Введение содержит д&нные о значимости результатов исследований для науки и практики, месте проведения работы и ее апробации, внедрении научных результатов, публикациях автора, приводится общая характеристика работы.

В первой главе, посвященной состоянию вопроса, на основе анализа литературных данных отражена роль адгезии в комплексе физико-химических свойств системы покрытие-подложка. Даны характеристики защитно-декоративных покрытий и древесных подложек, используемых в производстве изделий из древесины. Отмечается, что работа посвящена, Ь основном, исследованию влияния изменений свойств поверхностного слоя подложи ( субстрата ) в результате его механоактивации на адгезионную прочность. Под поверхностным слоем понимается часть зоны ( слоя ) адгезионного взаимодействия, проходящая по подлом«. Рассмотрена роль субстрата С подложки ) в адгезионной системе, а так же влияние свойств поверхности древесных субстратов на качество зашитно-декоративных покрытий.

Анализ теоретических исследований по влиянию поверхностного слоя подложки на адгезию к ней покрытия показал, что большинство теорий, объясняющих механизм образования адгезионного соединения адгезив-субстрат, отражает сложность и многогранность . самого явления адгезии и факторов,влияющих на формирование адгезионной системы. В работах. С.С. Воюцкого, ЕЕДерягина, Н. А. Кротовой, ЕЕ. Гуля, Е К. Москвитина, В. М. Хру-лева,' А. А. Зотова, Л. М. Притыкина, К Г. Аввакумова, К К. Барачбой-

- ? -

ма, касающихся адгезии, поверхностный слой субстратов рассматривается как наиболее важное звено в системе адгезионного взаимодействия. От состояния этого поверхностного слоя, его химической активности, топографии, полноты формирования контакта с адгезивбм зависит адгезионная прочность будущего адгезионного соединения. Все рассмотренные теории не позволяют на сегодняшний день производить практические расчеты, однако эти теоретические предпосылки создают базу для моделирования процессов формирования адгезионного соединения.

Рассмотрены экспериментальные работы ряда авторов по выявлению влияния методов обработки поверхности подложек и свойств поверхностного слоя подложки на прочность адгезионных систем.

В этом направлении работали: Л А. Сухарева, К И. Онегин, А. И. Глотов, НИ. Игнатова, А.А.Зотов, А.В.Мелешко, ЕС. Каримов и др.

Данные по применению таких методов воздействий на поверхность, как: термопрокат, плоское уплотнение, обработка химическими реактивами, предварительный нагрев-и облучение, позволяют судить о возможной активации поверхностного слоя.с целью изменения адгезионной прочности будущей системы. Наибольшую эффективность и предпочтительность авторы отдают механическим воздействиям на субстрат с целью подготовки его под отделку, активации его поверхностного слоя. Однако изученные методы воздействия на. субстрат не позволили ' до.настоящего времени решить проблему повышения адгезионной прочности систем, сформированных на древесине.

Поэтому возникла необходимость в разработке эффективного способа механической активации древесных подложек с целью повышения адгезионной прочности систем. Для достижения поставленной в диссертации цели потребовалось решить следующие задачи: изучить механизм механоактивации; разработать математическую модель адгезионной прочности с максимально полным учетом значений параметров адгезива и субстрата; провести экспериментальные исследования изменяющихся в результате механоактивации па-рамзтров, характеризующих состояние субстрата и существенно влияющих на величину адгезионной прочности системы; и ■ далее,

на основании проведенных исследований отработать режим выбранного способа механической активации; разработать рекомендации по применению и практической реализации результатов работы.

Во второй главе обосновывается выбор способа механической активации древесных подложек с целью повышения адгезионной прочности. Для этого в работе предложен способ трибопроката (проката с трением ). Он заключается в специальной подготовке методом трибопроката поверхности древесной подложки перед нанесением на нее защитно - декоративного покрытия. Трибопрокат - это воздействие на древесную подложу валом, врашдюшимся со скоростью,„значительно превышающей скорость подачи обрабатываемого материала ( рис. 1а). Последующее нанесение на подложку защитного слоя грунта служит главны»,! образом для консервации проактивированной поверхности. В зависимости от технологических целей нанесенный слой грунта может отверж-даться. В ходе предварительных проработок выяснилось, что "консервирующий" слой грунт-лака наиболее эффективен, в случае нанесения его непосредственно в процессе механоактивации.

а. „ % 3 „ ■ о"" т —

ЯГ оо л ЙГ °Ь

и и и и Ж:

Рис.1 Технологическая схема исследуемых способов трибопроката : а - трибопрокат; б - трибопрокат с • "консервирующим" слоем грунт-лака; ' в - трибопрокат с отверждением "кон. сервирующего" слоя грунт-лака

Поэтому для основных исследований были предусмотрены три схемы трибопроката ( рис. 1 а,б,в ).

Для получения по-возможности более полной картины физических превращений в поверхностном слое древесины при воздействии на нее трибопрокатом, а так же для изучения закономерностей изменений состояния этого слоя, были применены современные методы оценки физико-химических свойств поверхности древесины.

Рентгеноструктурный анализ позволил судить об изменениях кристалличности поверхностного слоя древесной подложки после обработки ее трибопрокатом. Трибопрокат с "консервирующим" слоем грунт-лака ( рис.1 б ) и без него ( рис.1 а ) на-рентгенограммах отразился в снижении интенсивностей ( по-сравнению с рентгенограммами необработанных трибопрокатом подложек ), характерных для'основного материала - древесины. Согласно расшифровки спектров это может свидетельствовать о следующем. В процессе обработки поверхности трибопрокатом происходит амор-физация основной фазы материала, при которой повышается поверхностная активность.

В ИК ( МНПВО ) спектрах древесины, подвергнутой различным видам трибопроката, качественных изменений не происходит, т. е. не наблюдается никаких смещений имеющихся полос поглощений, нет появления новых полос. Однако, проведенная приближенная количественная оценка изменений показала, что механическое воздействие на древесную подложку трибопрокатом, не изменяя непосредственные структуры целлюлозы' ( все исходные полосы поглощения сохраняются ) приводит к увеличению количества участков в структуре макромолекулы целлюлозы з результате кон-формационных преобразований.

Этот же вывод подтверждают и результаты, полученные методом ЭПР спектроскопии ( Электронного ^Парамагнитного Резонанса). .Спектры всех образцов, подвергнутых трибопрокату сравнивались со спектрами необработанных этим способом образцов на предмет изменения относительного количества парамагнитных центров ( ПМЦ ), возникновение которых обусловлено появлением свободных радикалов. По данным ЗПР спектроскопии можно сделать вывод об увеличении количества ПМЦ при механическом

воздействии на. прдложку трибопрокатом. Такое воздействие ведет к конформационнш перестройкам ( что подтверждается данными ИК спектроскопии ), при которых происходит разрывТ-связей с сохранением (Г-связей. Это приводит к образованию ПМЦ ( на поверхности древесной подложки ), которые могут вступать в реакцию о химически активными группами молекул лака, образуя при этой достаточно прочные цепи макромолекул.

Результаты физико-химических исследований свойств древесины- показывают, что при воздействии на ее поверхность трибопрокатом в ней происходит ряд превращений, которые приводят !< изменению прочности и количества единичных связей, ответственных за величину адгезии.* А это в свою очередь, оказывает существенное влияние ка формирование адгезионного соединения с данным субстратом. Физико-химические исследования показали таг! же,.что инактивация, происходящая за счет взаимодействия активированной поверхности с окружающей средой не имее.т места, в случае "консервации" активированного состояния при трибопрока-те слоем грунт-лака ( рис.1 0,в ).

Для анализа изменений в макроструктуре древесины, происходящих в результате трибопрогата, • древесные подложки исследовались так же на электронном сканирующем микроскопе. Эти исследования позволили установить зоны, возникающие вследствии трибологи-ческого взаимодействия. По данным этих исследований, при механическом воздействии на поверхность древесной подложи гладким валом через слой грунт-лака, наиболее сильное взаимодействие происходит на границе раздела фаз. Большая, упорядоченность и упаковка молекул грунт-лака в этом случае делают его в зоне взаимодействия монолитным, отличающимся по своим свойствам от свойств общего объема грунт-лака. Часть наиболее активных сос-■ тавляющих молекул грунт-лака вступает в химическое взаимодействие с молекулами текстурированного под давлением слоя древесной подложки и, диффундируя внутрь последней, образует при этом достаточно устойчивые соединения. Поверхность древесной подложки,.получающаяся при такой обработке защищена от взаимодействия с окружающей средой "монолитным" слоем грунт-лака.

• Для представления картины возможной динамики адгезионной прочности покрытия на древесных субстратах, в результате меха-

ноактивации трибопрокатом, рассмотрели с теоретической точки зрения комплекс параметров, связанных с данным процессом, а так же их взаимосвязь с величиной адгезионной прочности. С этой целью воспользовались известным выражением для оценки прочности адгезионного соединения :

(эк-Сбв) (1)

где (5д" /¿ц - адгезионная прочность;

Ра - усилие необходимиое для разрушения адгезионного соединения;

5м - номинальная площадь контакта (площадь проекции фактической площади адгезионного соединения на горизонтальную плоскость );

//<■£> Л - концентрация активных центров в момент времени Т ;

И - концентрация центров на свежеобразованной поверхности;

- фактическая площадь контакта адгезива и субстрата;

6в - внутренние напряжения, возникающие в адгезионном соединении Из формулы (1) видно, что адгезионная прочность зависит от параметров, характеризующих прочность единичных связей; их количества на активированной поверхности;- фактической площади контакта адгезива и субстрата. ' "

Для реального представления об изменении концентрации активных групп воспользовались ранее. проведенными исследованиями А. А. Зотова на 1сафедре Технологии изделий из древесины ШЛИ. Согласно данных этих исследований, концентрация активных групп ( центров ) на активированной поверхности пропорциональна величине рН поверхности. С учетом этого, в работе для расчета адгезионной прочности предложено выражение:

бА«сРчо,-дф (2)

где Ср - приведенная энергия взаимодействия

связей адгезива и субстрата, количество которых приняли пропорционально величине рН

Исходя из физического смысла критерия Ср очевидно, что он должен бьггь постоянным для конкретного сочетания адгезива и субстрата ( лака и подложки ). Всвязи с этим в работе контролировалось изменение величины рН поверхностного слоя древесных подложек в процессе их активации. Среднее значение критерия Ср, по данным предварительных опытов для адгезива - полиэфирного лака ПЭ 2136 и субстрата - древесины 'березы, было получено равным 1. 9 х 10 10 дж/моль. мг.

Площадь фактического контакта адгезива и субстрата до и после трибо'проката определена исходя из сопоставления двух моделей шероховатой поверхности ( рис. 2 ).

а.

Рис.2 Модель шероховатой поверхности а - до трибопроката; б - после трибопроката

Согласно модели шероховатой поверхности древесины после шлифования С рис. 2а), предложенной А. А. Зотовым:

~ Sep.е.. + Зср.ш.

или с учетом полноты формирования контакта:

л с п

где ~ фактическая суммарная площадь по-

верхностей, образованных вскрытым!! полостями сосудов;

■S+m.* fj - фактическая суммарная площадь поверхностей, не занятых сосудами;

V „Цмб'-^-еоЗв-Т* . 6z- t> -coje

©i. Jf - « ' K®Z~ 42 Ra- 1-

■ - - коэффициенты, учитывающие полно-

- 13 -

■ ту формирования' контакта адгезива и субстрата;

^- поверхностное натяжение лака

(дин/см);

0- краевой угол смачивания;

- вязкость лака (Па/с); ^ - время контакта адгезива к субстрата до начала отверждения (с);

■52,Иа- параметры шероховатости ( по

ГОСТ 7016-82 )

После трибопроката макроструктура поверхностного слоя древесной подложки видоизменяется. По данным электронной микроскопии зоны трибологического взаимодействия располагаются в пределах 100 мкм непосредственно от поверхности. Кроме этого, из предварительных опытов выяснили, что шероховатость поверхности уменьшается после трибопроката не менее, чем в 3 раза по-срав-нению с исходной.-- Поэтому в модели шероховатой поверхности после трибопроката не учитываем перерезанные сосуды ( рис. 2 б). Соответственно, площадь фактического контакта адгезива и субстрата после трибопроката будет выглядеть :

бф. тр. а (4)

где ¿и - номинальная площадь контакта адге-

зива и субстрата; „ .

^ /$гг относительная площадь контакта; Н& = ' ~ коэффициент, учитывающий полноту

формирования контакта адгезива и субстрата В результате проведенных теоретических исследований и некоторых предварительных экспериментов подтверждена механохимичес-<ая природа изменений адгезионной прочности при механической збработке.

Математическая модель для расчета адгезионной прочности системы после механоактивации ее субстрата трибопрокатом вклю-шла в себя уравнения 1,2,4.

На основании проведенных изысканий и для подтверждения ■еоретических представлений признано целесообразным экспери-¡ентально определить влияние режимных параметров трибопроката усилия прижима, скорости подачи, частоты вращения обрабаты-ающего вача, открытой выдержи и др.) на факторы, от которых

зависит величина адгезионной прочности. Среди этих факторов: шероховатость поверхности, концентрация рН' на поверхности, прочность связей, углы смачивания адгезивом...

В третьей главе конкретизированы задачи проводимых исследований, изложены основные методические положения проведения экспериментов и обработки результатов, дается характеристика используемых материалов, применяемых приборов, оборудования, характеристика специально изготовленной опытной установки.

В качестве субстратов для исследований использованы подложки из древесины березы, бука, ели. Каждая из выбранных пород древесины значительно отличается от другой по своим свойствам.

В качестве адгезива в работе использовали полиэфирный лак ПЭ 2135. Это лак интенсивной ультрафиолетовой сушки, с применением которого на производстве связаны значительные трудности по достижению требуемой адгезионной прочности и долговечности создаваемых на его основе защитно-декоративных покрытий. Шероховатость поверхности оценивали по трем параметрам: (?а, Бг, согласно ГОСТ. 7016 - 82 и ГОСТ 15612. - 85. Оценку адгезионной прочности системы осуществляли методом равномерного отрыва штифтов согласно ГОСТ 27325 - 87. Определение рН поверхностного слоя подложки осуществляли с помощью прибора рН - 340 с применением сурьмяного электрода. Краевой угол смачивания поверхности адгезивом измеряли прямым способом по методике академика П. А. Ребиндера, с помощью горизонтального микроскопа МГ.

Четвертая глава работы посвящена исследованию влияния режимных параметров трибопроката на факторы, от которых зависит величина адгезионной прочности системы, отработке рациональных режиьшых параметров трибопроката, а так же проверке теоретических представлений об изменении величины адгезионной прочности систем^ в результате механоактивацки субстрата.

На величину адгезионной прочности существенное влияние оказывает топография поверхности субстрата, его шероховатость. От нее зависит полнота смачивания субстрата адгезивом. Многофакторные эксперименты по исследованию влияния режимных пара-

метров трибопроката на шероховатость поверхности ( по Яа.^г, 5г ) были проведены по Волану второго порядка. В результате реализации специальной программы на ЭВМ, были получены регрессионные зависимости ( 5,6,7, в условных переменных, для подложек из древесины березы ):

У1 - 1. 89 - О. 5X1 - О. 22X2 + О. 25X3 - О. 4X1* + 0.13X2*+

+ 0. 4X3*- 0.29X1X2 - 0.12X2X3 + 0.08X1X3 (5)

У2 - 6. 4 - О. 74X1 - О. 83X2 - 1. 97X3 + 1. 4Х1г+ О. 03Х2г+

+ 0.39Х32- 1.52X1X2 + 2.49X2X3 - 0.31X1X3 ( 6)

УЗ - О. 5 + О. 04X1 + О. 05X2 + О. 04X3 - О. 05X1 ^ О. 03X2*-

- 0.04ХЗг+ 0.03X1X2 - О. 01X2X3 + 0.03X1X3 (7)

где У1,У2,УЗ - параметры шероховатости, соответственно: Иа, Зг; XI - число оборотов обрабатывающего вала; Х2 - давление на эбразец; .ХЗ - скорость подачи образца Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что на различные параметры шероховатости, изменения режимов трибопроката влияет в разной степени. С ростом скорости вращения обрабатывающего вала, давления на обрабатываемый материал, наблюдается снижение высотных параметров: !?а ( с 3. 49 до 0.53 мкм ); Кг ( с 16.12 до 3.2 мкм ). Наблюдается некоторое увеличение величины шагового параметра й, т. е. наблюдается выглаживание поверхности.

Эксперименты по определению влияния режимных параметров трибопроката на величину адгезионной прочности проводились по З^лану второго порядка Регрессионные зависимости для трех исследуемых схем трибопроката ( по рис.1 а, б, в ) для подложек '.з древесины березы :

У1 - 2. 02 - 0.05X1 + 0.02X2 - 0.08X3 + 0. 32X1*- 0.08Х2г-/

- О. 02X3^+ 0.03X1X2 - 0.09X2X3 + 0.02X1X3 (8) • У2 - 2. 8 + 0.07X1 + 0.07X2 - 0.12X3 + ОНгХГ*- 0.15X2^-

- 0. 4Х32- О. 02X1X2 + 0.01X2X3 - 0.02X1X3 (9) УЗ - 3. 7 + 0.15X1 - 0.07X2 - 0.1X3 - 0.2т'+ 0.19X2

+ О. 22X3* + 0.2X1X2 + 0.17X2X3 + 0.12X1X3 (10)

Зависимость адгезионной прочности от режимных параметров три-5опроката носит экстремальный характер, что обуславливает ра-

циональное и* сочетание. Кроме этого, для каждой исследуемой подложки экстремум приходится на различные уровни режимных параметров трибопроката.

Однако, при анализе полученных результатов можно выделить рациональную область режимных параметров трибопроката, в рамках которой достигаются лучшие результаты адгезионной прочности полиэфирного покрытия на древесных подложках березы, бука, ели. Эта рациональная область режимов трибопроката справедлива для трех рассматриваемых в работе схем трибопроката ( рис. 1 а, б, в ): частота вращения обрабатывающего вала - 900 - 1100 сб/мин; скорость подачи образца - 0.4 - 0. 7 м/мин, давление на образец - 900 - 1100 н/м. В пределах этой рациональной области режимов трибопроката были получены значения адгезионной прочности, указанные в таблице 1.

Таблица 1

Значения адгезионной прочности ГО покрытия ( лак ПЭ 2136) после воздействия на подложку различными способами трибопроката

1 ....... N | Субстрат и/и| (подложка) 1 1 1 Адгезив ( лак ) 1 | Адгезионная прочность, Ша

1 1 1 | контр. | норма-1 |знач. |тив | 1 КМЛГИ) | 1 1 1 после трибопроката 1 1 рис.1а| рис. 161 рис. 1в 1 "1

1 1 | Береза ПЭ 2136 1 1 1 I 1.9 | 2.2 | I 1 ■ 2.4 ! 3.02 | 4.49

2 | Бук | 1.78 | 2.3 | 2.3 - | 2.55 | -4.04

3 | Ель 1 —и- ¡1.3 | 2. 2: ' | ! 1 1 1.85 | 2.14 | 2.84 Г 1

Эксперименты показали, что время выдержки подложки после активации трибопрокатом ( без "консервирующего"' слоя ) до нанесения защитного покрытия оказывает особенно существенное влияние в течении десяти минут после активации. Анализ полученных данных позволил говорить о том, что для повышения адгезионной прочности полиэфирных покрытий наиболее эффективен способ трибопроката с "консервирующим" слоем и отверждением его перед нанесением защитно-декоративного покрытия. В этом случае не происходит инактивация поверхности.

. С изменением режимных параметров трибопроката изменяется смачиваемость поверхности подложи, причем улучшение смачивания происходит при рациональных уровнях режимных • параметров трибопроката. Это можно объяснить тем, что в этом случае происходит оптимальная деформация поверхностного слоя, повышающая поверхностное натяжение. Кроме того, действие значительной температуры, возникающей при трении, ухудшает реакционную способность древесины вследствие образования на поверхности текс-гурированного под давлением слоя уже модифицированной древесина

В экспериментах по выявлению влияния режимных параметров трибопроката на концентрацию рН на поверхности древесины, усыновлено, что изменения адгезионной прочности лака ГО 2136 на древесной подлюке ( для древесины березы ) находятся в прс-юрциональной зависимости от концентрации водородных ионов на активированной поверхности. При режимных параметрах, давших иксимальное приращение адгезионной прочности наблюдаются и ¡аксимальные изменения концентрации водородных ионов на по-¡ерхности.

Дня проверки соответствия экспериментальных значений ад-езионной прочности расчетным, определили адгезионную проч-ость полиэфирного покрытия на подложках из древесины березы осле трибопроката по формуле 2.

I

I

о а

I

I,

1 -4] &

1 V-- 1660 /¡ьии

р* тоо

Скорость паЗачи лра ггуш£о/?рох<те, Ч, п/аии

Рис.3 Сравнительный график экспериментальной и расчетной зависимости адгезионной прочности ПЭ покрытия на подложках из древесины березы от скорости подачи при трибопрокате, 1 - экспериментальные значения; 2 - расчетные значения

Из графика на рис. 3 видно, что расчетные и экспериментальные значения близки. Расхождение не превышает 71 Это позволяет говорить о подтверждении теоретических выкладок, предложенных в работе для расчета адгезионной прочности системы после механической активации субстрата

В пятой главе изложены основные рекомендации по внедрению результатов работы, даются сведения о требованиях к древесным подложкам, предназначенным для трибопроката, даны отправные технические данные, необходимые для проектирования соответствующего оборудования. Здесь же приведены возможные направления внедрения технологии трибопроката в имеющиеся производственные процессы по различным назначениям.

Апробация способа трибопроката на Швовятском лыжном комбинате и на йошкар-олинской мебельной фабрике показала его дееспособность и значительное преимущество перед существующей технологией отделки по целому ряду показателей. Среди этих показателей, помимо увеличения адгезионной прочности покрытий еще к улучшение блеска защитно-декоративного покрытия ( на 15 единиц по ФБ-2 и на 2 строки по Р-4 ), сокращение трудозатрат, снижение материалоемкости. Отмечено, что триболрокат является высокоэффективным способом тонкослойной отделки поверхности.

Все это позволило говорить об экономическом эффекте от внедрения технологии трибопроката, который составит 23 тысячи рублей в год ( только по одному отделочному цеху на указанных предприятиях ).

Кроме этого, на Боровичском станкостроительном заводе по разработанной технологии изготовлен станок для трибопроката короткомерных заготовок. Он успешно прошел приемочные испытания и рекомендован к серийному выпуску. Технические данные и описание станка содержатся в пятой главе настоящей работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основании проведенного анализа работ по вопросам адгезии выявлена наибольшая значимость для адгезионного взаимодействия состояния поверхностного слоя субстрата, его актив-юсть. Отражено влияние топографии поверхности субстрата, пол-юты формирования контакта адгезива и субстрата на адгезионную прочность будущей системы.

2. Согласно анализа известных методов повышения адгезион-юй прочности покрытий, указано на высокую эффективность и ¡редпочтительность механических воздействий на древесные суб-¡траты с целью подготовки их под отделку, активации их поверх-юстного слоя.

3. Разработан способ механоактивации поверхностного слоя ¡убстрата - способ трибороката, заключающийся в воздействии на юверхносхь подложи гладким валом, вращаюшдаея со скоростью, рачительно превышающей скорость подачи. На способ получено '.зторское' свидетельство.

4. Результаты физико-химических исследований свойств дре-'■есинц показали, что при воздействии на ее поверхность трибо-[рокатом, в ней происходит ряд превращений, которые приводят к вменению прочности и количества единичных связей, ответствен-:ых за величину адгезии и это оказывает существенное влияние а формирование адгезионного соединения.

5. В ходе теоретического исследования получена математике кач модель адгезионной прочности, для расчета адгезии пок-ытий к древесным подложкам, учитывающая параметры топографии оверхносги, полноту формирования контакта покрытия и подложи, энергию и количество единичных связей. Указаны факторы, лияющие на величину адгезионной прочности: поверхностная по-, истость, шероховатость поверхности, концентрация рН на по-ерхкости, прочность связей, параметры смачивания адгезивом убстрата.

6. Экспериментально установлено, что у подготовленных рибопрскатом подложек, адгезионная прочность к полиэфирному зкрытию возрастает, вследствие изменения ряда параметров сое-эяния поверхностного слоя:

- изменения топографии ( уменьшение шероховатости более чем в пять раз по-сравнению с контрольной );

- улучшения смачивания;

- изменения поверхностной активности.

7. Экспериментом доказано, что активность поверхности после трибспроката сохраняется в случае "консервации" ее грунт -лаком. При трибопрокате с грунт-лаком получен максимальный прирост адгезионной прочности ( для древесины березы - до 43 % по-сравкению с контрольной ) системы ПЭ лак - подложка, вследствие предотвращения инактивации, за счет закрытия активированной поверхности грунт-лаком.

8. Для каждой конкретной подложки необходим свой рациональный режим трибопроката.

9. В качестве грунта в технологии трибопроката рекомендуется использовать грунтовочные составы, не отверждающкеся под действием температуры и имеющие, предпочтительно, одну "природу" с будущим защитно-декоративным покрытием.

1.0. Получены исходные данные по проектированию оборудования для трибопроката и указаны требования к деталям, подлежащим трибопрокату. Определены области. возможного применения оборудования.и технологий трибопроката.

И. Результаты работы апробированы на двух предприятиях, подтверждена высокая, эффективность способа трибопроката

12. Результаты исследований и разработанная'технология трибопроката позволили спроектировать и изготовить на Боро-вичском станкостроительном заводе опытный образец станка для трибопроката, который успешно прошел/ приемочные испытания' и рекомендован к серийному выпуску.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Вызов П.В., Зотов А.А., Черняева М.Ю. Изучение механизма фото- и механоактивации поверхностного слоя древесных материалов методом КК спектроскопии. - В Сб. научн. тр. МЛТИ : Новое в технологии и материалах деревсобрабатываюш,ей промышленности. Еып. 214. - М.: 1989.

2. Зотов А. А., Вызов П. Е , Серегин Н. Е Модификация дре-

есшш методом трибо'проката // Воесоюз. н-т конф. молодых ченых и специалистов: Тез. докл. - Архангельск, 1889. - с. 133 137.

3. Игнатова Е И., Вызов П В., Зотов А. А., Привато Т. Е. правление прочностью древесных адгезионных систем // Уатериа-ы постоянно-действующего семинара по проблемам древесиноведе-ил. - М. , 1083. - с. 4.2-¿3.

4. Зотов А. А. , Б-.т.:: П. Б. :.:олапоа::т:;га:;;;;: др-г-?-ины ::а адгесиопнуи прсч:-л,о;ь // Уа^ерпали лсстсл.-:;.о-;-г;'.--его семинара по проблемам древ^епкоь^доьид. - }.'., 1&3?. - с. СЗ

ерегин К. Б. глйнко-у-лаллческие свойства поверхност:' лзавсе;;-ы, уплоглеко:; к^одом тр^ооиронала. - Б Сб. лауч;.. тр. УБТ" : Г -ультагы ¿>увдо:.;э:::ал;л:1:л по пр!тзр::тет:;т»•чу::;.-;

аправленпям лс-сксго кс:,:л.а::са страни. Был. 222. - У. : -

'7. ■

6. слотов А. Л. , 1'1.:зов ¡1 3. Влпзык кехаьическсй обрабол;;,: ревзеини на ее адгезионную способность /'/ Респ. н-т конф. ?с~ урсосоерэаенке в деревообработке и производстве мебели: Тес.

ОКЛ. - - С. ох-оо.

7. Вызов II 2. , Зотов А. Д. Поклейке адгезионной способ-ост:: методом трнсолроката // :<1 Ьсеседспл::: с:::.:лоа::у;.: по ке>:ч-охпмик и механоэми.сспи твердых тел: Тез. докл. - Чернигов,

- 17'/ -1 ,'а.

ь. Сотов Д. Л. , Бызсь ИЗ., Бзгар ИД., ТсСасараксгса.-. . 3. , Кирыхкна Н. Н. Методы оценки физико-химических свойств резеелны, предназначенной под отделку жидкими лакокрасочными атериалами // Материалы Симпозиума Координационного Совета по овременным проблемам древесиноведения. Строение, свойства и ачество древесины. - Москва-Мытищи, 1990. - с. 188-200.