автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Обоснование процесса пропитки при получении прессованной древесины с улучшенными антифрикционными и физико-механическими свойствами

005554743

На правах рукописи

Губанова Наталья Владиславовна

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ С УЛУЧШЕННЫМИ АНТИФРИКЦИОННЫМИ И ФИЗИКО - МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

Воронеж - 2014

005554743

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шамаев Владимир Александрович

Официальные оппоненты: Ермолин Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный технологический университет», заведующий кафедрой технологии композиционных материалов и древесины

Горбачева Галина Александровна, кандидат технических наук, доцент. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса», доцент кафедры древесиноведения

Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет»

Защита диссертации состоится 12 декабря 2014 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 146.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Воронежской государственной лесотехнической академии (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА») (Н11р:/Ду\у\УЛ'211а.\-гп.Г11'гая5т01геп1е-с1153Сг1асУ-\--50Уе(е-с1-212-034-02)

Автореферат разослан 20 октября 2014 г.

у

Ученый секретарь

диссертационного совета Алексей Дмитриевич Платонов

> /■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В технологии улучшения свойств древесины важное место занимает ее пропитка. При получении прессованной древесины используется только сквозная пропитка с равномерным распределением модификатора по всему объему. Наиболее эффективный метод пропитки - пропитка с торца под давлением, позволяющая осуществлять введение жидкости в сырую древесину. Все существующие теории пропитки разработаны для автоклавной пропитки сухой древесины, поэтому моделирование и создание теории пропитки с торца под давлением является актуальной проблемой, решение которой позволит исключить длительную операцию сушки перед пропиткой.

Не менее актуальной темой является применение наноматериалов в деревообработке, в частности, нанокристаллической целлюлозы (НКЦ). При разработке новых материалов для узлов трения на основе прессованной древесины, введение в древесину НКЦ должно способствовать увеличению прочности, износостойкости и снижению коэффициента трения.

Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 гг. по теме: «Разработка технологий получения композиционных материалов с заданными свойствами на основе модифицированной древесины» (№ гос. регистрации 012 0105 9301), а также в соответствии с госбюджетной темой ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» «Исследование свойств древесины с учетом различных факторов воздействия и ресурсосберегающих процессов деревообработки» и темой «Создание нового поколения облагороженной древесины на базе нано-технологий» (№ гос. регистрации 012 0116 8731).

Цель и задачи работы. Целью данной работы является обоснование процесса пропитки при получении прессованной древесины с улучшенными антифрикционными и физико-механическими свойствами.

Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи исследования:

- разработать физическую модель структуры древесины лиственных (на примере березы) и хвойных пород (на примере сосны);

- установить закономерность влияния температуры и давления на эффективность процесса пропитки;

- разработать математическую модель пропитки древесины с торца под давлением и получить уравнения движения жидкости в древесине;

- разработать рекомендации по определению оптимальных параметров наполнения древесины смазочными материалами с добавками нанокомпозитов;

- исследовать триботехнические и физико-механические характеристики прессованной древесины;

- определить экономический эффект от внедрения в производство подшипников скольжения из прессованной древесины.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является технология пропитки натуральной и прессованной древесины смазочными составами, содержащими нанокристаллическую целлюлозу.

Предметом исследования является структура и физико-механические свойства древесины, пропитанной антифрикционными материалами.

Научная новизна результатов работы.

1. Расчет сил, действующих на элементы жидкости при движении по направлению оси ствола по сосудам, порам и полостям трахеид, отличающийся учетом переменных давления и температуры.

2. Установлена зависимость перемещения жидкостей в малых сосудах. С увеличением диаметра сосуда скорость движения жидкости возрастает пропорционально скорости движения жидкости в самом малом сосуде и диаметру сосуда.

3. Разработаны уравнения регрессии, связывающие переменные параметры пропитки с показателями свойств, и позволяющие учитывать результаты многокритериальной оптимизации.

4. Разработан пропиточный состав на основе смазки Biol и гидрогеля на-нокристаллической целлюлозы, позволяющий вдвое увеличить износостойкость прессованной древесины при сохранении низкого коэффициента трения.

Теоретическая значимость работы. Теоретическая значимость работы состоит в создании физико-математической модели сквозной пропитки древесины лиственных и хвойных пород на микро - и мезоуровне и создании на основе этой модели новой технологии пропитки древесины с торца под давлением. Теоретические разработки подтверждены экспериментально полученными режимами пропитки натуральной и прессованной древесины.

Практическая значимость работы. Практическое значение имеют новые пропиточные составы на основе смазки Biol и НКЦ, конструкция и технология изготовления самосмазывающегося подшипника скольжения из прессованной древесины, результаты исследования физико - механических и эксплуатационных свойств прессованной древесины. Практические рекомендации по совершенствованию технологии получения антифрикционных материалов использованы в ООО «Модификация» при ВГЛТА, ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности», в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке бакалавров и магистров лесотехнического профиля.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки, пункту 2 - Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты, обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретические исследования проводились на основе имитационного моделирования и разработанной физико-математической модели технологического процесса пропитки древесины, с использованием метода конечных элементов и классической динамики упругого тела. Решение систем дифференциальных уравнений производилось с помощью численного интегрирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования и проверка основных результатов проводились на опытных образцах в лабораторных и производственных условиях.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Физическую модель структуры древесины лиственных (на примере березы) и хвойных пород (на примере сосны).

2. Физическая и математическая модели процесса пропитки древесины лиственных и хвойных пород с торца под давлением с учетом переменных давления и температуры.

3. Уравнения, описывающие процесс пропитки древесины на микроуровне и мезоуровне на основе сигмоидальной функции Больцмана.

4. Результаты оптимизации параметров технологического процесса пропитки натуральной и прессованной древесины с торца, обеспечивающие качество и повышение эффективности пропитки.

5. Аналитические и экспериментальные исследования триботехнических и механических характеристик прессованной древесины, пропитанной новым пропиточным составом с улучшенными свойствами, включающим смазку Biol и активированную нанокристаллнческую целлюлозу.

6. Разработаны рекомендации по получению подшипников скольжения из прессованной древесины с повышенной износостойкостью и низким коэффициентом трения; рассчитан экономический эффект от внедрения в производство подшипников скольжения из прессованной древесины.

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: заседаниях кафедры древесиноведения, научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2011-2013 гг.); международной конференции «Нанотехнологии и на-номатериалы в лесном комплексе» (Москва, 2011 г.), XIII международной конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2012 г.), международной конференции «Возобновляемые лесные ресурсы: инновационное развитие в лесном хозяйстве» (Санкт-Петербург, 2012 г.), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы лесопромышленного комплекса» (Кострома. 2012 г.), XIV международной конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2013 г.), международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология» (Гомель, 2013 г.).

Публикации. Основные научные разработки опубликованы в 13 работах, включая 4 статьи в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Федерального агентства по образованию РФ, получен 1 патент на изобретение.

Личный вклад автора. Постановка целей и задач исследования, подготовка полученных результатов для публикации научных статей, тезисов докладов осуществлялась совместно с научным руководителем. Автором проведены: критический анализ литературных данных, касающихся проблематики решаемого вопроса, теоретические и экспериментальные исследования в рамках данной работы, обобщение результатов исследований и формулировка основных выводов и рекомендаций.

Структура диссертации. Общий объем работы составляет 158 страниц машинописного текста, включающего 153 страницы основного текста, 47 иллюстраций, 24 таблицы, 111 наименований использованных источников, в том числе 8 иностранных, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цели работы, научные положения, выносимые на защиту, представлена новизна научных исследований, их практическая значимость и результаты внедрения.

В первой главе проведен общий анализ способов улучшения свойств древесины с использованием операций пропитки, сушки и прессования. Дана классификация способов пропитки и пропиточных составов, в том числе нано-материалами. Разработке и исследованиям технических средств и технологий пропитки посвящены работы известных ученых Ф. Кольмана, П.С. Серговско-го, В.А. Шамаева, В.Н. Ермолина, Е.В. Харук, Г.А. Горбачевой, Д.Н. Лекторского, С.Н. Горшина и др.

Анализ данных работ показывает, что подавляющее число исследований направлено на введение в древесину жидкостей и газов методом капиллярной пропитки поперек волокон под избыточным давлением. Практически не исследован механизм пропитки древесины с торца под давлением, который в настоящее время является наиболее распространенным при получении прессованной древесины. Этим способом можно пропитывать сырую древесину, не прибегая к длительной диффузионной пропитке. На основе анализа смазочных составов для улучшения антифрикционных свойств древесины предложена смазка Biol, а в качестве упрочнителя - нанокристаллическая целлюлоза. Проведенный анализ научно-исследовательских работ и патентный поиск показали, что в настоящее время остаются нерешенными вопросы сквозной пропитки древесины современным классом модифицирующих агентов, в том числе нано-материалов; решение которых возможно при детальном изучении механизма движения жидкости вдоль волокон, с использованием физического и математического моделирования системы «жидкость - древесина».

Во второй главе проведено теоретическое обоснование процесса пропитки в направлении вдоль волокон. Поскольку древесина является сложным анизотропным материалом с переменным составом элементов строения на микроуровне (микрокапилляры, макрофибриллы, поры, сосуды, трахеиды, волокна либриформа) и на мезоуровне (крупные сосуды и трахеиды, сердцевинные лучи и годичные слои), для уяснения механизма пропитки были разработаны физические и математические модели пропитки древесины лиственных (на примере березы) и хвойных (на примере сосны) пород. Для этого все молекулы жидкости и элементы строения древесины представляются в виде одинаковых шаров (трехмерное представление) или кругов (двухмерное представление) диаметром 1-10 мкм.

Результаты теоретического исследования процесса пропитки на микроуровне для лиственной и хвойной древесины представлены на рисунке 1. При этом приняты ограничения по влажности 20-30 %, давлению 8-10 атм. и по температуре 15-25 °С. Для пропитки древесины жидкостью на мезоуровне составлена и реализована компьютерная программа, результаты реализации представлены на рисунке 2.

Рисунок 1 - Заполнение жидкостью фрагмента структуры березы (а) и сосны (б) через 1 и 8 с пропитки с горца под давлением

Для аналитического описания процесса пропитки используется сигмоидальная функция Больцмана, которая применительно к условиям пропитки имеет вид:

со(х,т)= сок --

с»н - ык_

, (1) 1 + ехр

где х - координата вдоль направления пропитки; т - время пропитки, час;

шн и шк - начальная концентрация жидкости в древесине и концентрация, соответствующая полной пропитке, %;

vol — начальная скорость движения фронта пропитки, м/с; к\ - коэффициент снижения скорости движения фронта пропитки; а и Ъ — коэффициенты, определяющие расширение фронта пропитки с течением времени.

При этом решается следующая задача оптимизации:

N /=1

где а 1, «2,... - константы (параметры), входящие в аппроксимирующее выражение;

N- количество точек компьютерного эксперимента, шт; Х[, у, - набор точек компьютерного эксперимента, шт;

г - номер компьютерного эксперимента; Дя,, а2,..., х) - аппроксимирующая функция.

В результате аппроксимации по методу наименьших квадратов получено

уравнение пропитки:

, \ п 100 <О\Х,т)=0 +-7-^ -0_2г Л 4 (3)

1 +ехр

х - г•40•

2 + 0,5г

где со измеряется в процентах от полном пропитки; .г - глубина пропитки, мм; т - время пропитки, час.

Рисунок 2 - Кинетика пропитки древесины березы (а) и распределение давления (б) в структуре в различные моменты времени

Результаты аналитических расчетов по уравнению 3 представлены на рисунке 3. Здесь же проведено распределение концентраций за 1 час пропитки (давление 8 атм., температура 20 °С, пропитывающая смазка Biol 92 % гидрогель нанокристаллической целлюлозы 8 %). Как видно из рисунка 3, отклонения расчетных данных от экспериментальных не превышают, в среднем, 10 %. По результатам компьютерного моделирования установлено следующее. При физическом моделировании процесса пропитки древесины хвойных пород (сосны) жидкость распространяется по трахеидам. При моделировании процесса

пропитки древесины лиственных пород (березы) жидкость распространяется в основном по крупным сосудам ранней зоны, перетекая из сосуда в сосуд через поры и лестничную перфорацию. С увеличением диаметра сосуда с1с скорость движения жидкости уж возрастает приблизительно по следующему закону:

уж = vо + где у0 - скорость движения жидкости в самом малом сосуде;

р - коэффициент пропорциональности.

Рисунок 3 - Концентрационные профили м<х) в различные моменты времени т и экспериментальные кривые (—• — •—), полученные за 1 час и 5 часов пропитки натуральной древесины (а - березы, б - сосны)

При пропитке сосны около 85 % жидкости движется вдоль трахеид, а оставшиеся 15 % переходят в соседние незаполненные трахеиды. Массовая концентрация жидкости в заполненной жидкостью древесине уменьшается в направлении пропитки (по слабому линейному закону).

При движении жидкости, вблизи фронта жидкости, существуют несколько характерных давлений. Первое характерное давление Р\ (самое малое) заставляет жидкость двигаться свободно вдоль сосуда. Второе характерное давление Рг заставляет жидкость протекать через поры.

С увеличением температуры увеличивается пропускание жидкости через поры и лестничную перфорацию, однако скорость движения вдоль сосудов практически не изменяется. В целом же, за счет улучшения пропускания через малые отверстия, увеличение температуры увеличивает скорость пропитки древесины. При одном и том же потоке подаваемой жидкости давление в зоне подачи существенно снижается с увеличением температуры.

В третьей главе приведена методика выполнения экспериментальных исследований. Для пропитки натуральной древесины березы и сосны использовалась установка пропитки с торца под давлением, разработанная в ВГЛТА. За счет применения гидропульсации, высоких давлений 35 - 50 атм. и использования ультразвука, пропитка с торца под давлением позволяет осуществлять сквозную пропитку древесины как лиственных, так и хвойных пород.

Для пропитки прессованной древесины использовался автоклав. В качестве пропиточной жидкости использовалось масло Biol, содержащее наночастицы

графита и дисульфида молибдена, а также гидрогель нанокристаллической целлюлозы размерами 100-300 нм концентрацией 2 %. Нанокристаллическую целлюлозу активировали обработкой ультразвуком (частота интенсивности колебаний 21 кГц, напряженность 13 Вт/м2, время 30 с), и древесину, после введения в нее НКЦ дополнительно активировали импульсным магнитным полем (амплитуда 0,3 Тл, длительность импульсов 10 мкс, частота колебаний 50 Гц, напряженность поля 18-104 АУм, время 60 с).

Испытания на трение и износ проводились на модернизированной машине трения МИ-1М с одновременной установкой 6 образцов. Износ определялся методом вырезанных лунок. Все остальные испытания проводились по соответствующим ГОСТ.

В четвертой главе приводятся результаты эксперимента по исследованию процесса пропитки, получению антифрикционной прессованной древесины и исследованию ее свойств.

При пропитке натуральной и прессованной древесины применялась методика математического планирования и многокритериальной оптимизации результатов с учетом разработанных в главе 2 моделей и аналитических зависимостей. Были определены влияющие факторы и интервалы варьирования, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 - Граничные значения факторов технологического воздействия

Для натуральной древесины

Код Фактор Уровни и значения

- 0 +

X, Давление создаваемое при пропитке, атм. 4 5,5 7

х2 Концентрация наноцеллюлозы в растворе, % 1 2,5 5

X., Содержание смазки Biol, % 10 15 20

Для прессованной древесины

Код Фактор Уровни факторов Интервал варьирования

- 1 0 + 1

X, Величина избыточного давления, МПа 1.0 2,5 4,0 1,5

Х2 Время выдержки под давлением,с 20 40 60 20

Х3 Влажность, % 0 3 60 3

х4 Температура расплава смазки Biol, °С 120 140 160 20

Х5 Температура древесины, °С 60 90 120 30

По результатам многокритериальной оптимизации методом крутого восхождения были получены значения технологических параметров, при которых выходные параметры имеют оптимум (таблица 2).

Таблица 2 - Оптимальные значения входных и выходных факторов

Для натуральной древесины

№ п/п Наименование технологических параметров Единицы измерения Оптимальное значение

1 Концентрация смазки Biol % 10

2 Содержание наноцеллюлозы % 5

3 Давление пропитки атм. 7

Наименование показателей

1 Предел прочности при сжатии МПа ! 19,5

2 Водопоглощение % 54

3 Твердость МПа 90

Для прессованной древесины

№ п/п Параметры Единицы измерения Плотность, кг/м3

1100 1200

1 Избыточное давление МПа 4,9 6.1

2 Время выдержки под давлением с 58 64

3 Влажность % 0 0

4 Температура расплава смазки Biol °С 158 155

5 Температура древесины °С 114 115

Выходные показатели

6 Степень наполнения % 13,6 8,8

7 Предел прочности при сжатии МПа 133 151

8 Водопоглощение % 32 28

На прочность прессованной древесины наибольшее влияние оказывает содержание НКЦ. Так, без НКЦ предел прочности при сжатии вдоль волокон составляет 120 МПа, при содержании НКЦ в древесине 1 % - 150 МПа, при содержании НКЦ 3 % - 180 МПа (при плотности прессованной древесины 1100 кг/м3). Содержание гидрогеля НКЦ 5-6 % оказалось оптимальным при добавлении его в смолу КФК при склеивании подшипников скольжения из прессованной древесины. При этом предел прочности при скалывании по клеевому слою увеличивался с 5 до 10 МПа. Из полученной антифрикционной прессованной древесины были изготовлены образцы и проведены испытания триботехнических характеристик. Испытания на трение в диапазоне нагрузок 34 МПа и скорости скольжения 1-2 м/с, показали, что коэффициент трения ниже, чем для древесины, пропитанной известными смазками (технический жир, церезин и др.). Замеры температуры в зоне трения показали, что присутствие в

древесине смазки Biol и нанокристаллической целлюлозы на всех режимах испытаний дает величину 85-90 "С, тогда как у других марок прессованной древесины температура в зоне трения колеблется от 100 до 127 °С. Наиболее значительно совместное влияние смазки Biol и нанокристаллической целлюлозы проявляется при износе (рисунок 4).

Давление Р, 3 МПа и 6 МПа

1 - без наполнителя; 2-е содержанием смазки Biol; 3-е содержанием смазки Biol и НКЦ; 4-е содержанием смазки Biol, НКЦ и КФК

Рисунок 4 - Сравнительная износостойкость образцов с добавками

нанодисперсных наполнителей при скорости скольжения v=0,4 м/с

Более высокой износостойкостью обладают образцы № 3 и № 4, имеющие в своем составе смазку Biol с нанодисперсными наполнителями - нанокристаллической целлюлозой (НКЦ) и форконденсатом карбамидоформальдегид-ной смолы (КФК) показали самую высокую износостойкость. Полученная прессованная древесина обладает высокими прочностными свойствами и ограниченным формоизменением в среде с переменной влажностью.

В пятой главе приводятся результаты исследований по созданию рациональной конструкции подшипника скольжения из антифрикционной прессованной древесины, испытаниям подшипников и расчетах экономической эффективности. На рисунке 5 приведена схема получения подшипника с радиальным расположением волокон (на торец по отношению к валу).

Стендовые и производственные испытания таких подшипников проведены на опытном заводе Всероссийского научно-исследовательского института комбикормовой промышленности (г. Воронеж). По результатам испытаний установлено следующее.

В 2011 и 2012 г.г. были изготовлены и ОАО «ВНИИ комбикормовой промышленности» установлены в шнеках и питателях длиной более 6 м в качестве промежуточных опор подшипники скольжения из модифицированной древесины марки ДМ-ОТ(М), содержащие наноцеллюлозу и смазку Biol. В 2011 г. и 2012 г. было поставлено 100 штук подшипников взамен шарикоподшипников № 208. Подшипники работают в запыленной среде, в присутствии комбикорма и минерального сырья. За период применения в ОАО «ВНИИКП» вышеупомя-

нутых подшипников отказов не было. Подшипники надежны в эксплуатации, просты, не требуют смазки. Рекомендуются к дальнейшему использованию.

Г.......

; ////-',/¿//Л

г: -: -X

ш§

тя

Щф

а - сектор из прессованной древесины; б - склеенные сектора в металлической обойме (1 - подшипник скольжения, 2 - металлическая обойма); в - прессование секторов через конус (1- вспомогательная обойма, 2 - конус, 3 - приемник, 4 - сегменты, 5 - пуансон); г - готовый подшипник из прессованной древесины

Рисунок 5 - Схема получения и конструкция подшипника из древесины прессованной, содержащей смазку Biol и НКЦ

Таблица 3 - Экономическая эффективность производства и

применения деталей трения из прессованной древесины.

Наименование показателя Единицы измерения Значение

Объем производства прессованной древесины на изготовление подшипников (5000 шт.) т. 10

Объем реализации тыс. руб. 20 000

Прибыль тыс. руб. 6 000

Годовой экономический эффект от замены 1 условного подшипника: шарикоподшипник полиамид бронза прессованная древесина тыс. руб. тыс. руб. тыс. руб. тыс. руб. 25 64 19,3

В таблице 3 приведены данные годовой экономической эффективности ООО «Лигнум» (г. Воронеж) от производства 5000 штук подшипников скольжения из прессованной древесины вместо шарикоподшипников, подшипников из бронзы и полиамида. Экономический эффект (прибыль) от производства составляет 6 млн. руб., экономический эффект от внедрения 1 подшипника в шнеках и питателях агрегатов по приготовлению комбикормов составляет 5,03 тыс. руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Путем проведения компьютерного эксперимента решена система дифференциальных уравнений, позволяющая создать математическую модель пропитки древесины хвойных (сосна) и лиственных (береза) пород на микроуровне.

2. Разработана и экспериментально подтверждена модель пропитки древесины на мезоуровне с учетом переменных температуры и давления, отличающаяся учетом полостей, годичных слоев и сердцевинных лучей. На основе математической модели получены аналитические выражения для описания процесса пропитки древесины.

3. Установлено, что с увеличением диаметра сосуда dc скорость движения жидкости Уж возрастает.

4. С применением разработанной технологии получена конструкция пропиточной установки, позволяющая осуществить сквозную пропитку древесины смазочными составами (Biol) и гидрогелем нанокристаллической целлюлозы.

5. На базе математического планирования эксперимента разработаны технологические режимы пропитки древесины смазкой Biol и наноцеллюлозой в виде уравнений регрессии для натуральной и прессованной древесины. Методом многокритериальной оптимизации с компьютерной поддержкой получены значения пяти технологических параметров пропитки прессованной древесины, и трех влияющих факторов натуральной древесины, при которых содержание смазки Biol и нанокристаллической целлюлозы находится в границах оптимума.

6. Результаты испытаний древесины, пропитанной смазкой Biol и нанокристаллической целлюлозой, показали, что коэффициент трения находится в пределах 0,05 - 0,07, а износостойкость такой древесины в 1,5-2 раза выше, чем у других марок прессованной древесины. Температура в зоне трения на 1020 °С ниже, чем у аналогов. Присутствие НКЦ в количестве 5-8% от массы в прессованной древесине существенно улучшает ее прочностные свойства. Прочность и твердость увеличиваются на 25-30 %, при этом формоизменение остается на прежнем уровне.

7. Разработана универсальная конструкция самосмазывающегося подшипника скольжения из прессованной древесины и способ его изготовления.

8. На основании результатов производственных испытаний установлена возможность получения годового экономического эффекта в объеме 6 млн. руб. от внедрения предлагаемых подшипников скольжения.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК Мииобрнауки России

1. Шамаев, В. А. Теоретические исследования процесса пропитки древесины жидкостью [Текст] / В. А. Шамаев, Н. В. Губанова // Вестник Московско-

го государственного университета леса - Лесной вестник. - 2013. - № 2 (94). - С. 88-96. - Библиогр.: с. 96 (14 назв.).

2. Губанова, Н. В. Моделирование процесса пропитки древесины жидкостью [Текст] / Н. В. Губанова // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2013. - № 3 (95). - С. 134-138. - Библиогр.: с. 138 (9 назв.).

3. Губанова, Н.В. Антифрикционные свойства нанокомпозитов на основе модифицированной древесины // Лесотехнический журнал. - Воронеж: Изд-во ВГЛТА, 2013. - № 3 (11). - С. 13-20.

4. Губанова, Н. В. Нанокомпозиты для узлов трения [Текст] / Н. В. Губанова // Полимерные композиты и трибология (ПОЛИКОМТРИБ-2013): тезисы докладов международной научно-технической конференции, Гомель, Беларусь, 24-27 июня 2013 г. / редкол.: В. Н. Адериха [и др.]. - Гомель, 2013. - С. 224. - Библиогр.: с. 224 (3 назв.).

Патенты РФ

5. Пат. 2476311 РФ, МПК В27КЗ/50, В27КЗ/02, B27K3/34, B82Y99/00. Способ получения модифицированной древесины [Текст] / В. А. Шамаев, Н. С. Никулина, И. Н. Медведев, Н. В. Губанова, И. В. Воскобойников, С. А. Константинова; патентообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - № 2011138351/13; за-явл. 19.09.2011; опубл. 27.02.2013.

В других изданиях

6. Губанова, Н. В. Теоретические аспекты пропитки древесины под давлением [Текст] / Н. В. Губанова // Казанская наука: сборник научных статей. -Казань, 2010. -№ 9, вып. 1.-С. 115-117. - Библиогр.: с. 117(3 назв.).

7. Губанова, Н. В. Математическое моделирование процессов модифицирования древесины [Текст] / Н. В. Губанова // Лесотехнический журнал. -2012. - № 2 (6). - С. 123-129. - Библиогр.: с. 129 (5 назв.).

8. Губанова, Н. В. Исследование технологических режимов получения модифицированной древесины [Текст] / Н. В. Губанова // Молодой ученый. -2010. - Т. 1, № 12 (23). - С. 17-19. - Библиогр.: с. 19 (2 назв.).

9. Губанова, Н. В. Решение проблемы математического моделирования процессов модифицирования древесины [Текст] / Н. В. Губанова // Актуальные проблемы лесного комплекса : сборник научных трудов / под общ. ред. Е. А. Памфилова; Брянск, гос. инженерно-технолог. академия. - Брянск, 2012. -Вып. 32. - С. 70-74. - Библиогр.: с. 74 (5 назв.).

10. Губанова, Н. В. Исследование механизма пропитки древесины жидкостью [Электронный ресурс] / Н. В. Губанова // Актуальные проблемы и перспективы лесопромышленного комплекса: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО КГТУ / отв. ред. С. А. Угрюмов, Т. Н. Вахнина, А. А. Титунин. - Кострома: КГТУ, 2012. - С. 109-111. - Режим доступа: http://www.kstu.edu.ru/misc/conference/20materials.pdf. - Библиогр.: с. 111 (5 назв.).

11. Губанова, Н. В. Исследование антифрикционных свойств и износостойкости нанокомпозитов на основе модифицированной древесины [Текст]/Н. В. Губанова // Актуальные проблемы лесного комплекса : сборник научных трудов / под общ. ред. Е. А. Памфилова; Брянск, гос. инженерно-технолог. академия. - Брянск, 2013. - Вып. 36. - С. 62-65. - Библиогр.: с. 65 (2 назв.).

12. Губанова, Н. В. Исследование механизма проникновения пропитывающей жидкости в древесину [Текст] / Н. В. Губанова // Возобновляемые лесные ресурсы: инновационное развитие в лесном хозяйстве: материалы международной конференции, 6-8 июня 2012, Санкт-Петербург, Россия. - СПб., 2012.-С. 94-96.

13. Склеивание модифицированной древесины с использованием нанок-ристаллической целлюлозы [Текст] / В. А. Шамаев, Н. С. Никулина, И. Н. Медведев, Н. В. Губанова // Нанотехнологии и наноматериалы в лесном комплексе: материалы международной конференции (15-17 ноября 2011 года) / отв. за вып. М. В. Лопатников, пер. с англ. М. О. Жердева; Московский государственный университет леса. - М.: Изд-во Москов. гос. ун-та леса, 2011. - С. 162-165.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.034.02 или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю, факс 8(473)253-67-02.

Губанова Наталья Владиславовна

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ С УЛУЧШЕННЫМИ АНТИФРИКЦИОННЫМИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 03.10.2014 г. Формат 60x90 1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 534. Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10