автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение прочности клеевых соединений древесины путем модификации клея электрическим полем

На правах рукописи

Шендриков Максим Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ ПУТЕМ МОДИФИКАЦИИ КЛЕЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ПОЛЕМ

Специальность 05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование

деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 ЛЕК 2011

Воронеж-2011

005006234

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Попов В. М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Памфилов Е.А.

доктор технических наук, профессор Мозговой Н. В.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»

Защита диссертации состоится 30.12.2011 г. в 10м часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседаний - ауд. 240).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежская государственная лесотехническая академия (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»),

Автореферат размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru/

Автореферат разослан 30.11.2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Скрыпников А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Изделия из клееной древесины составляют значительный вес готовой продукции, выпускаемой современными де-ревоперерабатывающими предприятиями. Операция склеивания применяется для получения фанеры, щитового паркета, в производстве мебели, несущих и ограждающих конструкций, в сборном домостроении.

Одним из основных требований, предъявляемых к изделиям из клееной древесины, является повышение прочности клеевого соединения. Для повышения прочности клееной древесины постоянно совершенствуется технология склеивания, разрабатываются новые марки клеев. Однако, эти мероприятия во многих случаях себя практически исчерпали. На этом фоне особый интерес представляют технологические решения по повышению прочности клееной древесины путем воздействия физическими и, в частности, электрическим полем на клей.

Степень разработанности проблемы. Вопросам создания прочных клеевых соединений древесины посвятили свои работы такие ученые, как В. М. Хрулев, А. С. Фрейдин, А. Н. Чубинский, Л. М. Ковальчук. На сегодняшний день разработаны технологии склеивания древесины, в которых учитывается влияние таких факторов, как шероховатость поверхности древесины, влажность древесины, вязкость клея, температура и давление склеивания, порода древесины и др. Дальнейшее повышение прочности клееной древесины требует внедрения более наукоемких технологий. Перспективными представляются методы создания клеевых соединений древесины повышенной прочности путем модификации клеев при воздействии на них электрическим полем. Настоящая работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Воронежской государственной лесотехнической академии в рамках темы «Исследование и разработка полимерных, древесных и других материалов со специальными свойствами и методов их контроля, применяемых на предприятиях лесного комплекса и других отраслях промышленности» (гос. регистр. 01.2.00609257).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и обоснование метода получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности путем модификации электрическим полем полимерного компонента клея.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Изучение состояния проблемы получения клееной древесины повышенной прочности.

2. Разработка способа повышения прочности клеевых соединений древесины путем модификации клея в электрическом поле.

3. Исследование процесса формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии на клей электрическим полем.

4. Изучение механизма структурообразования обработанного электрическим полем клея, а также процессов изменения вязкости клея, смачивания поверхности древесины под воздействием электрического поля.

5. Разработка методики получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности при воздействии на клей

электрическим полем.

Предмет и объект исследования. Предметом исследования является механизм процесса повышения прочности клеевых соединений массивной древесины при воздействии электрическим полем на полимерный компонент клея. Объектом исследования являются полимерные клеи марки КФ-Ж, ПВА, 8ирга1егт 436, КФ-МТ-15, а также образцы из пород древесины дуба, сосны, березы и ясеня для испытаний предела прочности клеевых соединений древесины на скалывание вдоль волокон и внутренних напряжений клеевых прослоек.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса формирования структуры полимера под воздействием электрического поля. Для поставленной цели в работе использованы метод математического моделирования и метод молекулярной динамики. Теоретической базой исследований являлись теоретические работы ученых по вопросам физических и физико-химических свойств полимеров, основ адгезии полимеров, влияния условий формирования клеевых соединений на клеящие свойства полимеров, влияния электрического поля на структуру полимеров.

Эмпирическую основу исследования составляли исследования прочности соединений древесины на клеях, подвергнутых электрической обработке, внутренних напряжений в электрообработанных клеевых прослойках, влияния электрического поля на вязкость клея, смачиваемость поверхности древесины клеем.

Научные результаты, выносимые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты.

1. Установлено, что упорядочивание структуры полимерной основы клея под воздействием электрического поля позволяет получать клеевые соединения древесины повышенной прочности.

2. Установлено, что снижение вязкости клея и улучшение смачивания и растекания клея по поверхности древесины при воздействии электрического поля, позволяют снизить расход клея при склеивании древесины твердых пород.

3. Выявлен механизм снижения внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии электрического поля на клей, позволяющий повысить прочностные характеристики клеевых соединений.

4. Разработаны методические основы получения клеевых соединений повышенной прочности при склеивании массивной древесины клеем, обработанным в электрическом поле, позволяющие оптимизировать процесс склеивания.

Научная новизна результатов работы. Научная новизна результатов исследований заключается в разработке методики создания клееной древеси-

ны повышенной прочности путем обработки клея в электрическом поле. К существенным результатам работы, обладающим научной новизной относятся:

1. Установлено повышение прочности клеевых соединений древесины на основе клеев, подвергнутых обработке электрическим полем, отличающееся образованием упорядоченной структуры клея.

2. Выявлено снижение внутренних напряжений клеевых соединений древесины на основе электрообработанных клеев, отличающееся созданием клеевых соединений с более высокой прочностью.

3. Установлено, что клеи, обработанные в электрическом поле отличаются от исходных более упорядоченной структурой и лучшей смачиваемостью поверхности древесины клеем.

4. Разработаны методики получения клеевых соединений древесины повышенной прочности и снижения внутренних напряжений в клеевых прослойках при воздействии на клей электрическим полем, отличающиеся от известных оптимальным процессом создания клееной массивной древесины повышенной прочности, в которых учитываются: тип клея, порода древесины, давление и температура при склеивании, время выдержки в электрическом поле и напряженность электрического поля.

Теоретическая и практическая значимость работы. Представленная в работе математическая модель, в основу которой положены опытные данные, позволяет прогнозировать прочность клееной массивной древесины и формирование внутренних напряжений, задаваясь напряженностью электрического поля, временем обработки, температурой, давлением отверждения клея и породой древесины и, наоборот, задаваясь значением требуемой прочности клеевых соединений, находить технологические параметры процесса склеивания древесины.

Практическая значимость полученных научных результатов заключается в возможности создания в условиях производства изделий из клееной древесины более высокого качества.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» в области исследований и разработки связующих, клеев и лаков для технологии различных деревообрабатывающих производств.

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно -технических конференциях профессорско - преподавательского состава ВГЛТА (2007,2008, 2009гг.); Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология» (Киров, 2008г); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления науки и технологий» (Тула, 2008г); Школе-конференции «Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России.»

(Воронеж, 2008);Всероссийской научно-технической конференции «XXVIII Российская школа» (Миасс, 2009);Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления науки и технологий» (Тула, 2009г);Х Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех - 2009» (Ухта, 2009г). Разработанная в работе технология склеивания применена в производственной практике предприятий ООО «НИСА+», ЗАО ДОК «Веду-га», ИП «Тимохин Д. И.». Материалы диссертации применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплинам «Древесиноведение, лесное товароведение» для студентов третьего курса и «Технология изделий из древесины» для студентов четвертого курса специальности 25.04.03 «Технология деревообработки».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, получены 4 патента РФ на изобретение и патент на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежит:[1, 2, 8, 13, 19] — создание экспериментальной установки, получение и обработка экспериментальных данных; [9, 11, 15, 18] - разработка модели процесса склеивания при воздействии электрическим полем на клей.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 109 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 169 страницах машинописного текста, из них 157 страниц основного текста, содержат 9 таблиц и 50 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Приведенный в диссертации анализ состояния проблемы создания клееной древесины повышенной прочности показывает, что на прочность клеевых соединений древесины оказывает влияние большое число факторов, к которым относятся: порода древесины, вязкость клея, качество обработки поверхности древесины, температура и давление отверждения клея. Ранее предлагаемые технологические решения, как правило, охватывают ограниченное число факторов. Более перспективным представляется подход, когда прочность клеевого соединения повышается за счет направленного воздействия на микроструктуру полимерной основы клея. Из работ Ю. М. Воронеж-цева, Л. Г. Гиндина, Б. И. Сажина, В. Е. Гуля, Ю. М. Евдокимова, посвященных изучению воздействия физических полей на структуру полимеров, видно, что при обработке расплавов полимеров, в частности, электрическим полем последние в отвержденном состоянии имеют более высокую микротвердость и прочность на разрыв. Этот эффект объясняется протеканием процессов ориентации сегментов и полярных групп макромолекул, сопровождаемых упорядочиванием структуры и плотности системы. Исходя из выше изложенного, можно ожидать повышения прочности клеевых соединений древесины при воздействии электрическим полем на полимерный компонент клея или клеевую прослойку. Для экспериментального подтверждения вы-

двинутого выше положения и изучения особенностей этого процесса были разработаны программы опытных исследований, определены объекты и методики исследований, созданы установки для обработки образцов электрическим полем и определения внутренних напряжений клеевых соединений. Для воздействия электрическим полем на образцы использовалась запатентованная установка. Основными элементами установки являются две обкладки конденсатора и повышающий трансформатор. На первичную обмотку повышающего трансформатора подается ток от автотрансформатора, позволяющего изменять напряжение на первичной обмотке повышающего трансформатора от 0 до 220 В. Таким образом можно получать напряженность электрического поля в рабочей ячейке между обкладками конденсатора от 0 до 2000 В/см.

В качестве образцов, помещаемых в рабочую ячейку, использовались заготовки из древесины дуба, ясеня, сосны и березы с клеевыми прослойками из клеев марок КФ-Ж, ПВА, Supraterm 436 и КФ-МТ-15. Для обработки непосредственно клея или полимерного компонента применялась фторопластовая кювета. Испытания образцов с отвержденной клеевой прослойкой на предел прочности клеевого соединения при скалывание вдоль волокон ав осуществлялись согласно ГОСТа 15613.1-84 на испытательной машине ИР-50-3.

Исследования влияния электрического поля на процесс формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины проводились на установке, в основу функционирования которой положен консольный способ определения внутренних напряжений. Установка состоит из рабочей ячейки, в которой консольно закрепляется образец, состоящий из деревянных пластин с соотношением толщин 1:3 и клеевой прослойки между ними. Образец соединен с цифровым измерителем RLCE7-22, преобразующим аналоговый сигнал в цифровой. Прибор подключен к ПК, где производится обработка поступающего сигнала и строится график изменения внутренних напряжений. В процессе отверждения клеевой прослойки происходит деформация свободного конца склеенной пары, что вызывает изменение емкости плоского конденсатора. Изменение емкости фиксируется цифровым прибором и передается на ПК. С помощью специальной программы «Virtualmeter», а затем «Microsoft Excel 2007» по ранее выведенной формуле ведется расчет формирования внутренних напряжений во времени. После введения тарировочных данных ПК обрабатывает данные опытов и выдает результаты на печать.

Исследуемый процесс склеивания древесины в электрическом поле является сложным и многофакторным. В процессе проведения экспериментов можно изменять такие основные факторы процесса, как напряженность электрического поля Е, время обработки электрическим полем t, давление при склеивании Р, температуру отверждения клея Т, марку клея К (ПВА, Supraterm 436, КФ-Ж, КФ-МТ-15), тип древесины D (дуб, ясень, сосна, береза).

Для экспериментального получения зависимости использовался унифор-ротатабельный план центрального композиционного планирования второго порядка (1).

к к

У = К +Y,bixl + YJbux-+ Z V.*/

i=l Ы i=l,2,....*-l; , ( 1)

/=1,2.....к v '

где У- выходной параметр (предел прочности или внутренние напряжения); ho, bi, bu,bjj - коэффициенты регрессии, xt, х,- - независимые переменные. В табл. 1 представлены варьируемые факторы и пределы варьирования для получения зависимости ав = fiE, t, р, Т) для различных пород древесины и марок клеев.

Таблица 1 - Уровни варьирования факторов и их кодирование

Обозначение Уровни варьирования

Варьируемые факторы (параметры оптимизации) Ед. изм. Кодированное -2 -1 0 +1 +2

Напряженность электрического поля В/см Е X, 0 371 742 1113 1484

Время обработки мин. t Х2 0 5 10 15 20

Давление МПа Р X, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Температура °С Т х4 10 15 20 25 30

На рис. 1 приведены опытные данные по влиянию напряженности электрического поля на предел прочности при скалывании клеевого соединения из образцов дуба и клея или смолы двухкомпонентного клея, предварительно обработанных электрическим полем. Из опытных данных видно, что с увели- 1 чением напряженности электрического поля растет прочность клеевого соединения. Согласно полученным данным видно, что путем воздействия электрическим полем на клеевую прослойку можно повысить ав для клея КФ-Ж более чем на 62%, ПВА на 22%,8иРКАТЕЯМ 436 почти на 66% и КФ-МТ-15 на 196%.

Рисунок 1 — Зависимость предела прочности клеевого соединения на скалывание от напряженности электрического поля: 1 - клей ПВА; 2 -клей КФ-Ж; 3 - клей КФ-МТ-15; 4 - клей Клейберит «БЦ-

о 300 600 900 1200 Е, В/см Р^ТЕЯМ 436».

О механизме повышения когезионной прочности клеевого шва на основе обработанного электрическим полем клея свидетельствуют данные микроструктурного анализа, приведенные на рис. 2 и 3. С помощью предметного и покровного стекол на микроскопе «Биолан» (рис. 2) и электронном растровом микроскопе 1еоНо 6380 - 1Дрис. 3)получены снимки микроструктуры клеев ПВА, КФ-Ж до и после обработки электрическим полем.

Из приведенных фотографий микроструктуры клеев видна более упорядоченная и однородная структура электробработанных клеев, которая способствует повышению когезионной прочности клеевой прослойки. В подтверждение предположения о перестройке и упорядочении структуры обработанной смолы клея КФ-Ж были проведены ИК- спектроскопия и рентгено-структурный анализ. Рентгеноструктурный анализ (рис. 4) исследуемых образцов клея КФ-Ж проводился на дифрактометрс ЛК2Х'ТКА при напряже-

а б

Из ИК-спектра клея КФ-Ж следует, что, электрическое поле, будучи приложенным к отверждаемой композиции, существенным образом влияет на молекулярную подвижность имеющихся релаксаторов. Интенсивность поглощения света образцами неодинакова несмотря на то, что полосы погло-

Рисунок 2 - Микрофотографии структуры клеев ПВА (1) и КФ-Ж (2) при 400 - кратном увеличении: а - исходный клей; б - обработанный в электрическом поле при напряженности Е= 1484В/см.

нии 30 кВ, силе тока 30 мА, с медным катодом. Анализ показал, что большая часть вещества образцов представлена рентгеноаморфной фазой, на что указывают широкие рефлексы на фоне гало в области 10-70 градусов. При обработке электрическим полем кристалличность, хотя и незначительно улучшается. Особенно это заметно по рефлексам в области 17°; 29,2-31,5°; 38,542,8°. В этих диапазонах они приобретают более ярко выраженные максимумы. На рис. 4 ось X - угол поворота гониометра, а У - интенсивность вторичного рентгеновского г^етда-«? г «шаЕаяииияяя

«ВИННИ««

Рисунок 3 -Микрофотографии структуры клеев ПВА (1) и КФ-Ж (2) при 30000 - кратном увеличении: а - исходный клей; б - обработанный в электрическом поле при напряженности Е= 1484 В/см.

щения располагаются на одних и тех же частотах. Следовательно, оба полимера имеют идентичную молекулярную структуру, но разное расположение молекулярных звеньев. Из этого можно сделать вывод, что под действием электрического поля происходит перестройка микроструктуры отвержденно-го клея.

Помимо когезионной прочности растет и адгезионная прочность клеевого соединения при воздействии на клеевую прослойку электрическим полем. Об этом свидетельствуют данные специально проведённых опытов по смачиваемости поверхности древесины. Для определения краевого угла 0 использовалось специально разработанное устройство с цифровой фотокамерой. Исследовался клей марки КФ - МТ - 15, обработанный полем при напряженности Е= 1484В/см. Данные опытов в виде фотоснимков свидетельствуют о снижении краевого угла для клея, обработанного в электрическом поле, что приводит к улучшению смачивания и растекания клея по поверхности древесины и соответственно повышает адгезионную прочность клеевого соединения.

1(29), имп. 1600

Рисунок 4 - Рент-геноструктурный анализ для клея КФ-Ж: 1- исходный клей; 2 -клей, обработанный в электрическом поле.

60 70 26, град.

Решался также вопрос, какое влияние на вязкость клея оказывает воздействие электрического поля. На вискозиметре ВЗ - 4 замерялась вязкость клеев КФ-Ж и КФ - МТ - 15 в исходном состоянии и после обработки электрическим полем. Полученные данные опытов представлены на рис. 5. 1, сек 120 ч

VI.

Рисунок 5 - Зависимость вязкости клея от напряженности электрического поля: 1 - КФ-Ж; 2 - КФ-МТ-15.

1200 Е, Б/см

Из графика рис. 5 видно, что обработка клея в электрическом поле сопровождается снижением его вязкости. Так для клея КФ-Ж,начиная с напряженности поля Е= 650 ... 700 В/см, а для клея КФ-МТ-15 с Е =900 ... 1000 В/см, происходит резкое снижение вязкости, которое стабилизируется для клея КФ-Ж при Е =1000 ... 1150 В/см и для клея КФ-МТ-15 при Е =1150 ... 1300 В/см. В условиях производства особый интерес представляют данные по влиянию времени хранения клея, обработанного в электрическом поле, на его вязкость. Данные опытов из рис. 6 свидетельствуют о том, что вязкость клея, обработанного электрическим полем, достаточно продолжительно восстанавливается до состояния необработанного клея.

Поскольку внутренние напряжения в клеевых соединениях определяют их прочность, в работе проводился отдельный цикл испытаний по формированию внутренних напряжений клеевых соединений древесины на основе клея, обработанного в электрическом поле и исходного клея марки КФ-Ж. На рис. 7 приведены результаты опытов

1, сек 100 т

Рисунок 6 - Изменение вязкости клея КФ - МТ - 15 от времени хранения: 1 - необработанный клей; 2 -клей, обработанный в электрическом поле.

5 6 7 Выдержка, сутки

в виде кривых зависимости г = /((), из которых следует, что внутренние напряжения соединений на основе клея КФ-Ж, обработанного в электрическом поле, значительно ниже, чем для необработанного. Таким образом, воздействие электрическим полем на клей позволяет создавать клеевые соединения древесины с меньшими внутренними напряжениями и соответственно более высокой прочностью.

г, МПа 8

6

4

2

1

|

г

1 0 15 20 2 5 30 35 40

I, мин

Рисунок 7 - Кинетика формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины на основе клея КФ-Ж: 1 -необработанный клей, 2 - клей, подвергнутый воздействию электрического поля.

Для установления оптимального значения времени воздействия на клей электрическим полем проводились опыты на полимерных компонентах клеев при напряженности поля Е = 1484В/см. Полученные результаты представле-

ны на графиках рис. 8. Из рис. 8 видно, что прочность соединения остается постоянной после 12 ... 15 минут воздействия электрическим полем.

ас, МПа 14,5

Рисунок 8 - Зависимость предела прочности от времени воздействия электрическим полем напряженностью Е= 1484 В/см на различные клеи: 1 -ПВА; 2 - клей КФ-Ж; 3 - Би-РЯАТЕЯМ 436.

18 20 мин

На процесс склеивания древесины определенное влияние оказывает порода древесины. Исследовались клеевые соединения на основе электрообра-ботанного клея КФ-Ж для дуба, ясеня, сосны и березы. Результаты испытаний на прочность, приведенные на рис. 9, свидетельствуют о том, что наблюдается увеличение прочности клеевых соединений с повышением напряженности поля. Однако образцы, изготовленные из мягколиственных пород, в меньшей степени реагируют на воздействие электрического поля на клей, чем для более твердых пород древесины. <т0, МПа 16

Рисунок 9 - Зави-

14 ......................—- -...................-..............-.............. ..........—+.....~ симость предела

прочности от напряженности электрического поля для различных пород древесины: I - береза, 2

- сосна, 3 - дуб, 4

- ясень.

1200 Е, В/см

Отдельно проведен анализ данных, полученных по ранее поставленным экспериментам, и построена математическая модель процесса создания клееной массивной древесины повышенной прочности при обработке полимерного компонента клея в электрическом поле. Полученные ранее данные свидетельствуют о том, что зависимость ов=/(Е)представляет функцию вида «размытая ступенька», то есть функцию перехода с одного уровня на другой. Такие функции обычно аппроксимируются сигмоидальной функцией Больцма-на. Поскольку такую функцию нельзя заменить многочленом второго порядка, то было принято решение сузить интервал изменения напряженности поля Е. Если в предыдущих исследованиях интервал составлял от 0 до 1500 В/см, то в экспериментах, необходимых для построения аналитического вы-

ражения, был выбран интервал от 900 до 1500 В/см. Данный интервал включает в себя две тенденции: рост прочности с увеличением напряженности электрического поля и выход предела прочности на насыщение при дальнейшем увеличении напряженности электрического поля. Поэтому на данном интервале функция включает только «половину ступеньки» и вторая производная функции всюду имеет постоянный знак (отрицательный), поэтому на данном интервале уже можно корректно производить аппроксимацию полиномом второго порядка.

Аппроксимация экспериментальных данных производилась на основе метода наименьших квадратов, в результате чего были получены следующие выражения.

Для дуба, склеенного клеем КФ-Ж:

о, = 9.7G3-10-V4 7.1SS - lJ-'Af 1 3,177jrf 1,612 - 10_,.\i 1.372 -. la~5X,X, | 0.629 - Ю-'Х.Х,

-1.02 « 10~!Х.ХЛ + o.oa 1X:X, - 3.726 » 10-•'луг, + 0.061^,-4 + 0,02BXl + 0.252Л-- (2) + B.07Xt + 0,141'i, - 17,783

Для дуба, склеенного клеем ПВА:

а, = -2.572 - КГ6Ж - 1,432 » lD"sAi - 5,805Jif - 2,031 . 10"%Yf •(■ 1,237 » 10-3Х.Г, - 9.029 « W^XyX,

+ 9.509 - Ю-'лу^ + 0,07?Х:Х3 + 0.104 - - 0.007Л'3^ + 0,464 . lCrJA"t (3)

+ 0.152Х. + 1б.547ЛГ, + 0.144Х4 - 0.539

Решение задачи оптимизации в случае сложного аппроксимирующего выражения производилось итерационным методом. В рамках настоящей работы поиск аппроксимирующих выражений выполнен с использованием программы "Microcal 0rigin5.0". Результаты экспериментов позволяют построить двойные зависимости aB=J[E,t), которые дают возможность оценить относительный вклад каждого из параметров Eut. На рис. 10 представлены поверхности, аппроксимирующие экспериментальные данные для клеев КФ-Ж и ПВА на древесине дуба. Из рис. 10 следует, что параметры Е и t вызывают эквивалентное действие на прочность. Отсюда видно, что результаты склеивания будут приблизительно одинаковыми при использовании слабого поля в течение длительного времени и при использовании сильного поля, но в течение короткого интервала времени. Стоит также отметить, что по обоим переменным Е и t функция ег, =j{E, t) выходит на насыщение при увеличении переменной. Это означает, что увеличивать напряженность поля более 1500 В/см и увеличивать время выдержки более 20 минут нецелесообразно, поскольку это не приводит к росту прочности клеевых соединений.

Оптимизация функции четырех переменных является сложной задачей. Применялся способ, основанный на обычном алгоритме поиска экстремума функции нескольких переменных, имеющей аналитическое выражение. Аналитическая зависимость предела прочности от технологических параметров была получена выше в виде полинома второго порядка. Для поиска экстремума необходимо найти частные производные по каждой переменной и приравнять полученные выражения к нулю. Полученные системы из четырех линейных алгебраических уравнений первого порядка были решены с использованием математического пакета MathCAD. По полученному алгоритму

• ' тип щи щ"7! Рисунок 10 - Поверх-

°'М"Д ^ШШщЯШЩ ' ности <т„=/(Е,£), ап-

12-1 .^ЭШдЩщрГ I проксимированные по-

101 | I линомом второго 110-

(.1 рядка: а - склеивание

/,„15 дуба клеем КФ-Ж; б -

900 /

1050 5 склеивание дуба клеем

--------------в/ем „„ .

ПВА.

а) б)

находим следующие оптимальные точки (Е, I, р, (). Для случая склеивания дуба клеем КФ-Ж (1440, 17, 0,6, 25); для дуба и клея ПВА (1500, 17, 0,6, 25).

Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого метода на предприятии ООО «НИСА+» составил 49160 руб.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные в работе исследования позволили получить научно-обоснованные выводы и рекомендации, направленные на разработку технологии создания клееной массивной древесины повышенной прочности.

1. Исходя из представлений о влиянии электрического поля на структуру полимеров, обоснована возможность повышения прочности клеевых соединений древесины путем воздействия электрическим полем на клеевую прослойку или полимерный компонент клея.

2. Экспериментально установлено, что при воздействии на полимерный компонент или однокомпонентный клей постоянным электрическим полем напряженностью до 1484 В/см предел прочности на скалывание вдоль волокон повышается для клея КФ-Ж более чем на 62%, ПВА на 22%, 8ирга1егт 436 на 66% и КФ-МТ-15 почти вдвое по сравнению с клеевыми соединениями, полученными обычным способом.

3. Опытным путем установлено, что обработка электрическим полем клеевой прослойки или полимерного компонента приводит к снижению внутренних напряжений клеевого соединения.

4. Воздействие электрическим полем на клей приводит к снижению его вязкости и улучшению смачиваемости поверхности древесины, что повышает адгезионную прочность клеевых соединений древесины.

5. Проведенный сравнительный микроструктурный и рентгенострук-турный анализ обработанных и необработанных клеев в электрическом поле показал, что электрообработанный клей имеет более упорядоченную и плотную структуру, приводящую к повышению когезионной прочности соединений на клеях.

6. На основе результатов математического моделирования получены регрессионные уравнения, описывающие зависимость предела прочности клеевых соединений от различных технологических факторов. Установлены оптимальные параметры предлагаемой технологии склеивания массивной древесины: напряженность электрического поля порядка - 1300 В/см, температура обработки - 20°С, время обработки - 15 мин, температура отверждения

клеевой прослойки или клея - 20°С, давление отверждения - 0,4 МПа, порода древесины дуб, ясень.

7. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого метода на предприятии ООО «НИСА+» составил 49160 руб.

СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ:

В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1. Попов, В.М. Способ получения клееной древесины повышенной прочности [Текст] /В.М. Попов, А.Д. Платонов, A.B. Иванов, М.А. Шендри-ков// Вестник МГУЛ, - Лесной вестник. - 2007. - №6. - С. 123- 125.

2. Попов, В.М. Влияние магнитного поля на прочность клееной древесины [Текст] /В. М. Попов, А. В. Иванов, М. А. Шендриков// Вестник МГУЛ, - Лесной вестник. - 2008. - №6. - С. 90- 92.

3. Попов, В. М. Влияние магнитного и электрического полей на прочность клееной древесины [Текст]/ В.М. Попов, А. В. Шендриков, A.B. Иванов, М.А. Жабин//Вестник МГУЛ. - Лесной вестник. - 2009. - №4. - С.122 - 126.

В патентах

4. Пат. 2339503 МПК B27G 11/00, B05D 1/26, В05С 9/06, В05С 5/00, C09J 5/04, C09J 5/00, C09J 7/00. Способ склеивания древесных материалов [Текст]/ В.М. Попов, A.B. Иванов, А.П. Новиков,М. А. Шендриков, А. В. Латынин, И. И. Дрындин; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. -2007124130/04;заявка 26.06.2007; опубл. 27.11.2008, Бюл. № 33. -4 с.

5. Пат. 2373248 МПК C09J/00. Способ склеивания древесных материалов [Текст]/ В.М. Попов, A.B. Иванов, А.П. Новиков, B.C. Мурзин, А.Д. Платонов, A.B. Латынин, М.А. Шендриков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2008122792/04; заявл. 05.06.2008; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32. -4с.

6. Пат. 2382806 ПМК C09J 5/00. Способ склеивания древесных материалов [Текст] / В.М. Попов, A.B. Иванов, А.П. Новиков, B.C. Мурзин, А. Д. Платонов, A.B. Латынин, М. А. Шендриков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2008126804/04; заявл. 01.07.2008; опубл. 27.02.2010, Бюл. №6. -4 с.

7. Пат.на п.м. 89758 МПК H01F 13/00. Устройство для поляризации [Текст]/ В.М. Попов, A.B. Иванов, М.А. Шендриков, Н. В. Мозговой, Д.В. Попов, С.И. Мышьяков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. -№ 2008149665/22; заявл. 16.12.2008; опубл. 16.12.2009, Бюл. № 34. -4с.

8. Пат. 2403611 ПМК G05D24/02. Способ снижения вязкости клея [Текст]/ В. М. Попов, А. В. Иванов, А. П. Новиков, М. А. Шендриков, А. Д. Платонов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2009122199/28; заявл. 09.06.2009; опубл. 10.11.2010, Бюл. № 34. -4с.

В статьях и материалах конференций

9. Попов, В. М. Интенсивная технология получения клееной древесины повышенной прочности [Текст]/ В. М. Попов, А. В. Иванов, М. А. Шендриков, А. В. Латынин// Сб. матер. Всерос. Ежегодной науч. -техн. конф. «Наука - производство - технологии - экология» - Киров. -2008.-Т.4.-С.152- 153.

Ю.Попов, В. М. Прогнозирование прочности клеевых соединений древесины [Текст] / В. М. Попов, A.B. Иванов, М. А. Шендриков, А. В. Латынин // Межвуз. сб. науч. труд. «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления» - Воронеж: ВГЛТА, 2008. - Вып. 13. С. 103 - 106.

11. Шендриков, М. А. Влияние постоянного электрического поля на прочность клееной древесины [Текст] / М. А. Шендриков // Сб. науч.-исслед. работ по материалам шк.-конф. «Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России». - Воронеж: ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2008. - С. 212 - 214.

12. Попов, В.М. Влияние постоянного электрического поля на прочность клееной древесины [Текст] / В. М. Попов, М.А. Шендриков, // Межвуз. сб. науч. труд. «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления» -Воронеж: ВГЛТА, 2008. - Вып. 13. С. 106 - 109.

13.Шендриков, М. А. Интенсивная технология склеивания древесных ма-териалов[Текст] / М. А. Шендриков, // Межвуз. сб. науч. труд. «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления» - Воронеж: ВГЛТА, 2008.-Вып. 13. С. 133- 136.

14. Попов, В.М. Новая технология получения клееной древесины повышенной прочности [Текст] / В.М. Попов, М.А. Шендриков // Сб. матер. Всерос. науч. - техн. конф. «Приоритетные направления развития науки и технологий». - Тула, 2009. - С. 110 - 111.

15.Шендриков, М. А. Интенсивная технология получения клееной древесины повышенной прочности [Текст] / М. А. Шендриков // Сб. матер. Всерос. науч. - техн. конф. «Краткие сообщения XXVIII Российской школы» Наука и технологии. - Екатеринбург: УрО РАН, 2008. - С. 98 -99.

16.Попов, В.М. Влияние физических полей на вязкость клея [Текст] / В.М. Попов, A.B. Иванов, М.А. Шендриков, A.B. Латынин // Сб. матер. Всерос. науч. - техн. конф. «Приоритетные направления развития науки и технологий». - Тула, 2009. - С. 103 - 105.

17. Шендриков, М. А. Влияние электрического поля на прочность клеевых соединений древесины [Текст] / М.А. Шендриков // Сб. матер. X Международная молодежная науч. конф. «Севергеоэкотех-2009». - Ухта: УГТУ, 2009. - С. 271 -273.

18.Шендриков, М. А. Влияние электрического поля на прочность клеевых соединений из массивной древесины [Текст] / М.А. Шендриков // Сб.

матер.по итогам НИР молодых ученых ВГЛТА за 2008-2009 годы. В 2. Т. 1. - Воронеж: ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2009. - С. 94 - 96.

19. Попов, В.М. Влияние электрического поля на структуру отвержденных карбамидоформальдегидных клеев. [Текст] /В. М. Попов, М. А. Шендриков, А. В. Жабин. // Сб. матер.по итогам НИР молодых ученых ВГЛТА за 2008-2009 годы. В 2. Т. 1. - Воронеж: ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2009.-С. 157- 159.

Ю.Попов, В. М. Влияние физических полей на прочность клееной древесины [Текст] / В.М. Попов, М.А. Шендриков, A.B. Иванов // Научный вестник Воронежской государственной лесотехнической академии. Вып. 2 (7). - Воронеж: ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2009. - С. 66 -

21.йкшов, А. В. Повышение прочности клеевых соединений древесины при воздействии магнитным или электрическим полем на клей [Текст] /А. В. Иванов, М. А. Шендриков, Э. А. Черников, В. М. Попов, А. В. Жабин. // Межвуз. сб. науч. труд. «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления» - Воронеж: ВГЛТА, 2010. - Вып. 15. С. 50 - 52.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю диссертационного совета

телефон: 8-(473)-253-72-40, факс 8-(473)-253-74-18

Шендриков Максим Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ ПУТЕМ МОДИФИКАЦИИ КЛЕЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ПОЛЕМ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 29.11.11. Формат 60x90 1/16. Объём 1,25 п.л. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 475 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИИ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ ПУТЕМ МОДИФИКАЦИИ КЛЕЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ПОЛЕМ

Специальность 05.21.05-Древесиноведение, технология и оборудование

на соискание ученой степени кандидата технических наук

61 12 5/1582

На правах рукописи

Шендриков Максим Александрова

деревопереработки

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель доктор технических наук, профессор В.М. Попов

Воронеж - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................!............................. 4

Глава 1 Обзор современного состояния проблемы создания клееной древесины повышенной прочности. Цели и задачи исследований........... 10

1.1 Прочность клеевых соединений древесины и способы ее повышения 10

1.2 Влияние электрического поля на структуру и физико-механические свойства полимеров................................................................... 16

1.3 Выводы, цели и задачи исследований........................................ 21

Глава 2 Постановка, программа и методики экспериментальных исследований.............................................................'..................... 23

2.1 Программа экспериментальных исследований.............................. 23

2.2 Объекты исследований........................................................... 24

2.3 Планирование эксперимента................................................... 24

2.4 Методика и установка для исследования влияния напряженности электрического поля на прочность клеевых соединений древесины....... 30

2.5 Методика и установка для исследования влияния электрического поля на формирование внутренних напряжений клеевых соединений древесины............................................................................... 42

2.6 Методика и установка для исследования влияния электрического

поля на вязкостьклея................................................................. 52

2.7 Методика и установка для изучения влияния электрического поля на смачивание и растекание клея...................................................... 54

2.8 Рентгеноструктурный анализ................................................... 56

2.9 Выводы............................................................................. 59

Глава 3 Результаты экспериментальных исследований и их анализ........ 61

3.1 Влияние электрического поля на предел прочности клеевых соединений древесины....................................................................... 61

3.2 Влияние электрического поля на когезионную и адгезионную прочность клеевых соединений древесины............................................ 76

3.2.1 Влияние электрического поля на когезионную прочность клеевых соединений древесины............................................................... 76

3.2.2 Влияние электрического поля на адгезионую прочность клеевых соединений древесины.....:......................................................... 94

3.3 Влияние электрического поля на процесс формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины............................................... 104

3.4 Статистическая оценка результатов............................................ 106

3.5 Выводы.............................................................................. 109

Глава 4 Математическое моделирование, анализ результатов и оптимизация...................................................................................... 111

4.1 Математическое моделирование............................................... 111

4.2 Анализ результатов проведенных экспериментов по влиянию электрического поля на предел прочности клеевого соединения и получение регрессионных уравнений........................................................... 114

4.3 Оптимизация параметров процесса склеивания............................ 115

4.4 Моделирование процесса формирования внутренних напряжений в клеевых прослойках древесины при обработке в электрическом поле..........118

4.5 Теоретическое исследование процесса склеивания древесины клеем, обработанным в электрическом поле..........................................................................................125

4.5.1 Методика моделирования.......................:..........................................................125

4.5.1.1 Расчет сил межмолекулярного взаимодействия................................................126

4.5.1.2 Метод молекулярной динамики......................................................................................129

4.5.1.3 Моделирование затвердевания клея............................................................................131

4.5.1.4 Расчет предела прочности при скалывании..........................................................131

4.5.2 Программная реализация метода........................................................................................132

4.5.3 Влияние напряженности электрического поля на прочность склеивания............................................................................................................................................................................135

4.5.4 Влияние времени выдержки клея в электрическом поле на прочность склеивания..............................................................................................................................................135

4.5.5 Влияние температуры клея на прочность склеивания....................................139

4.6 Экономическая эффективность технологии получения клееной древесины повышенной прочности...............................................................................139

4.7 Выводы...........................................................................................................143

Основные выводы и рекомендации................................................................................................145

Список использованной литературы............................................................................................147

Приложение А....................................................................................................................................................158

Приложение Б..................................................................................................................159

Приложение В....................................................................................................................................................160

Приложение Г....................................................................................................................................................162

Приложение Д....................................................................................................................................................163

Приложение Е....................................................................................................................................................164

Приложение Ж....................................................................................................................................................165

Приложение 3......................................................................................................................................................166

Приложением....................................................................................................................................................167

Приложение И....................................................................................................................................................168

Приложение К....................................................................................................................................................169

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Изделия из клееной древесины составляют значительный вес готовой продукции, выпускаемой современными дере-воперерабатывающими предприятиями. Операция склеивания применяется для получения фанеры, щитового паркета, в производстве мебели, несущих и ограждающих конструкциях, в сборном домостроении.

Одним из основных требований, предъявляемых к изделиям из клееной древесины, является повышение прочности клеевого соединения [3]. Для повышения прочности клееной древесины постоянно совершенствуется технология склеивания, разрабатываются новые марки клеев. Однако, эти мероприятия во многих случаях себя практически исчерпали. На этом фоне особый интерес представляют технологические решения по повышению прочности клееной древесины путем воздействия физическими и, в частности, электрическим полем на клей.

Степень разработанности проблемы. Вопросам создания прочных клеевых соединений древесины посвятили свои работы такие ученые, как В. М. Хрулев, А. С. Фрейдин, А. Н. Чубинский, Л. М. Ковальчук. На сегодняшний день разработаны технологии склеивания древесины, в которых учитывается влияние таких факторов, как шероховатость поверхности древесины, влажность древесины, вязкость клея, температура и давление склеивания, порода древесины и др. Дальнейшее повышение прочности клееной древесины требует внедрения более наукоемких технологий. Перспективными представляются методы создания клеевых соединений древесины повышенной прочности путем модификации клеев при воздействии на них электрическим полем [8].

Настоящая работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Воронежской государственной лесотехнической академии в рамках темы «Исследование и разработка полимерных, древесных и других материалов со специальными свойствами и методов их контро-

ля, применяемых на предприятиях лесного комплекса и других отраслях промышленности» (гос. регистр. 01.2.00609257).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и обоснование метода получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности путем модификации электрическим полем полимерного компонента клея.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Изучение состояния проблемы получения клееной древесины повышенной прочности.

2. Разработка способа повышения прочности клеевых соединений древесины путем модификации клея в электрическом поле.

3. Исследование процесса формирования внутренних напряжений клеевых соединений древесины при воздействии на клей электрическим полем.

4. Изучение механизма структурообразования обработанного электрическим полем клея, а также процессов изменения вязкости клея, смачивания поверхности древесины под воздействием электрического поля.

5. Разработка методики получения клеевых соединений массивной древесины повышенной прочности при воздействии на клей электрическим полем.

Предмет и объект исследования. Предметом исследования является механизм процесса повышения прочности клеевых соединений массивной древесины при воздействии электрическим полем на полимерный компонент клея. Объектом исследования являются полимерные клеи марки КФ-Ж, ПВА, 8ирга1егт 436, КФ-МТ-15, а также образцы из пород древесины дуба, сосны, березы и ясеня для испытаний предела прочности клеевых соединений древесины на скалывание вдоль волокон и внутренних ■ напряжений клеевых прослоек.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса формирования структуры полимера под воздействием электрического поля. Для поставленной цели в работе использованы метод математического моделирования и метод молекулярной динамики. Теоретической базой исследований являлись теоретические работы ученых по вопросам физических и физико-химических свойств полимеров, основ адгезии полимеров, влияния условий формирования клеевых соединений на клеящие свойства полимеров, влияния электрического поля на структуру полимеров.

Эмпирическую основу исследования составляли исследования прочности соединений древесины на клеях, подвергнутых электрической обработке, внутренних напряжений в электрообработанных клеевых прослойках, влияния электрического поля на вязкость клея, смачиваемость поверхности древесины клеем.

Научные результаты, выносимые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты.

1. Установлено, что упорядочивание структуры полимерной основы клея под воздействием электрического поля позволяет получать клеевые соединения древесины повышенной прочности.

2. Установлено, что снижение вязкости клея и улучшение смачивания и растекания клея по поверхности древесины при воздействии электрического поля, позволяют снизить расход клея при склеивании древесины твердых пород.

3. Выявлен механизм снижения внутренних напряжений клеевых соединений'древесины при воздействии электрического поля на клей, позволяющий повысить прочностные характеристики клеевых соединений.

4. Разработаны методические основы получения клеевых соединений повышенной прочности при склеивании массивной древесины клеем, обработанным в электрическом поле, позволяющие оптимизировать процесс склеивания.

Научная новизна результатов работы. Научная новизна результатов исследований заключается в разработке методики создания клееной древесины повышенной прочности путем обработки клея в электрическом поле. К существенным результатам работы, обладающим научной новизной относятся:

1. Установлено повышение прочности клеевых соединений древесины на основе клеев, подвергнутых обработке электрическим полем, отличающееся образованием упорядоченной структуры клея.

2. Выявлено снижение внутренних напряжений клеевых соединений древесины на основе электрообработанных клеев, отличающееся созданием клеевых соединений с более высокой прочностью.

3. Установлено, что клеи, обработанные в электрическом поле отличаются от исходных более упорядоченной структурой и лучшей смачиваемостью поверхности древесины клеем.

4. Разработаны методики получения клеевых соединений древесины повышенной прочности и снижения внутренних напряжений в клеевых прослойках при воздействии на клей электрическим полем, отличающиеся от известных оптимальным процессом создания клееной массивной древесины повышенной прочности, в которых учитываются: тип клея, порода древесины, давление и температура при склеивании, время выдержки в электрическом поле и напряженность электрического поля.

Теоретическая и практическая значимость работы. Представленная в работе математическая модель, в основу которой положены опытные данные, позволяет прогнозировать прочность клееной массивной древесины

и формирование внутренних напряжений, задаваясь напряженностью электрического поля, временем обработки, температурой, давлением отверждения клея и породой древесины и, наоборот, задаваясь значением требуемой прочности клеевых соединений, находить технологические параметры процесса склеивания древесины.

Практическая значимость полученных научных результатов заключается в возможности создания в условиях производства изделий из клееной древесины более высокого качества.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» в области исследований и разработки связующих, клеев и лаков для технологии различных деревообрабатывающих производств.

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно -технических конференциях профессорско - преподавательского состава ВГЛТА (2007,2008, 2009гг.); Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология» (Киров, 2008г); Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления науки и технологий» (Тула, 2008г); Школе-конференции «Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России.» (Воронеж, 2008);Всероссийской научно-технической конференции «XXVIII Российская школа» (Миасс, 2009);Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления науки и технологий» (Тула, 2009г);Х Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех - 2009» (Ухта, 2009г). Разработанная в работе технология склеивания применена в производственной практике предприятий ООО «НИСА+», ЗАО ДОК «Веду-га», ИП «Тимохин Д. И.». Материалы диссертации применяются в учебном

процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплинам «Древесиноведение, лесное товароведение» для студентов третьего курса и «Технология изделий из древесины» для студентов четвертого курса специальности 25.04.03 «Технология деревообработки».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, получены 4 патента РФ на изобретение и патент на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежит:[1, 2, 8, 13, 19] - создание экспериментальной установки, получение и обработка экспериментальных данных; [9, 11, 15, 18] - разработка модели процесса склеивания при воздействии электрическим полем на клей.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 109 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 169 страницах машинописного текста, из них 157 страниц основного текста, содержат 9 таблиц и 50 рисунков.

ГЛАВА 1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Прочность клеевых соединений древесины и способы ее повышения

Клеевые соединения образуются при отверждении прослойки клея в жидком состоянии, находящегося между двумя твердыми поверхностями [1]. Прочность клеевых соединений зависит от адгезионных сил, действующих между клеем и склеиваемой поверхностью, и когезионной прочности непосредственно клеевой прослойки.

Существует множество теорий возникновения адгезии. На наш взгляд наиболее полно раскрывает сущность процесса возникновения адгезии моле-кулярно-адсорбционная теория, предложенная Дебройном и получившая свое развитие в работах Мак-Лорена и Ставермана. Данная теория, расс�