автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение стойкости полиэфирных покрытий на древесине к растрескиванию

г,

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ЛЮСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 667.013

ЖИТНИКОВ Олег Викторович

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПОЛИЭФИРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДРЕВЕСИНЕ К РАСТРЕСКИВАНИЮ

Специальность 05.21.05 — „Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва —

1991

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

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор А. Н. Кириллов.

Научный консультант — кандидат технических наук,

доцент В. Г. Санаев.

Официальные оппоненты — доктор технических наук.

профессор Ю. С. Соболев.

кандидат технических наук, доцент Е. А. Шибрик.

Ведущее предприятие — Украинское научно-производственное деревообрабатывающее объединение (УкрНПДО).

Автореферат разослан « А^'» . • .... 1991 г.

Защита диссертации состоится ..//.. 1990г.

в ...... часов на заседании специализированного совета

Д 053.31.01 в Московском лесотехническом институте по

адресу; 141001 Мытищи-1, Московской обл., МЛТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Просим Ваши отзывы по автореферату ОБЯЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Московской области, Московский лесотехнический институт. Ученому секретарю.

Ученый секретарь- специализированного совета, доктор технических наук, профессор 10. П. СЕМЕНОВ.

26.09 1991 г.

Тираж. 100 Заказ 572

Объем 1 п. л.

Типография Московского лесотехнического института

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

тени. Лакокрасочные покрытия широко примсня -ются для защиты й декоративной отделки древесины, металла, бетона и других материалов в различных отраслях народного хоэяй -ства.

В качестве пленкообразующих для отделки изделий из древе -сипы широкое применение нашли ненасыщенные полиэфирные смолы. Лаки, эмали, грунтовки, шпаклевки на- основе этих смол имеят ряд следующих технологических и эксплуатационных достоинств:

1. Высокое содержание нелетучих, которое у некоторых полиэфирных лаков достигает 90-95%, что обеспечивает сохранение' о процессе длительной эксплуатации ровной и гладкой поверхности покрытия, т.е.' высоких декоративных свойств.

2. Возможность получений толстослойных закрытопорис-ых покрытий 'за одно-два'нанесения, что в сочетании о высокой скоро -■стьп отверждения (при ультрафиолетовом облученин, облучении пучком ускоренных электронов) позволяет формировать эти покры -тил на высокоэффективных автоматических линиях..

3. Высокие'физико-механические свойства полиэфирных покрытия. . . '

Покрытия из полиэфирных смол обладают высокой твердостью, термостойки, устойчивы к действию води, спирта, масел, рязбав -ленных кислот, щелочей и других реагентов. -'..'' *

Однако, многолетний опыт отделки мебельных изделий пока -зал, что в покрытиях на основе нензекщешшх полиэфирных смол '* из-за больших внутренних напряжений, возникающих во'время их формирования, при эксплуатации, транспортирования и хранении появляются трещины, резко снижающие товарный вид-изделий.

Оценка устойчивости полиэфирных покрытий к растрескиванию под действием внутренних напряжений в настоящее время вызывает затруднения. Существующий стандартный ускоренный метод оценки морозостойкости полиэфирных'покрытий отличают значительная длительность испытаний и низкая воспроизводимость результатов. При этом этот метод чаще всего не соответствует натурным' данным по морозостойкости полиэфирных покрытий..

Цель работы. Нахоядение методов расчетно-экспсриментальноЯ оценки долговечности полиэфирных покрытий, разработка, нового

исссу Г2ЦИЙ

экспресс-метода оценки морозостойкости полиэфирных покрытий, позволяющих целенаправленно управлять технологическим процес -сом отделки полиэфирными лаками, а также решение задачи уве -личения долговечности полиэфирных покрытий на древесине. Научная новизна работы заключается в следующем: I. Изучена теинературно-вреценная записимость прочности, полиэфирных пленок. •• -

' 2'. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по изучении закономерностей длительной прочности твердых полиэфирных пленок в условиях ползучести и релаксации.

3. Проведено изучение влияния ыикронеровностей поверхности древесины на долговечность полиэфирных покрытий по данным тео -. ретических и экспериментальных исследований.

Практическое значение работы состоит в том, что: , , I. Предложен расчетно-эксперяментальный метод .оценки дол -- говечности полиэфирных покрытий. .. .,

,2. Предловен новый экспресс-метод оценки морозостойкости полиэфирных покрытий.. .

3. Показано, что предварительное "покрытие поверхности древесины специальным эластичным грунтом ^ча . основе полиэфирной и алнидной смол - эффективный способ увеличения долговечности по- ' лиэфкрных покрытий на древесине. ' . '

4. Получена-инженерная формула,- устанавливающая"связь нейду микрогеометрией поверхности древесины, чувствительностью пленки грунта к местным напрянениям и значением толяины эластичного грунта.

Реализация работы. Разработана.первая редакция ГОСТ "Дота. ли н изделия из древесины и древесных материалов. Метод опредё-.' . леши морозостойкости полиэфирных покрытий" взамен ГОСТ 19720-74 "Детали и изделия-из древесины и древесных материалов. Метод определения стойкости лакокрасочных покрытий к воздействию пере -мекных температур". •

Результаты работы внедрены на заводе радио и телезизкон -; ;шх футляров МПО "Горизонт" в производстве лакированных разверсток, футляра' телевизора Ц-2С1, что позволило снизить процент . брака, связанного -с растрескиванием полиэфирного покрытия на оп-зрациях'зауссвки, монтана и при транспортировании деталей.Годовой экономический эффект-составил 320550 рублей.

Апробация работы. Основные результаты проведенных, теорэ -тических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены.на научно-технических конференциях профессорско-пре-пода ательского состава и аспирантов МЛТИ по итогам научно-ис-следо.чтсльских работ за 1988-1090 гг., республиканской науч -но-техь 1ческой конференции "Ресурсосбережение в деревообработке и производстве мебели" (Минск, 10 октября- 1989 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (101 наименование, в тон числе 7 на иностранных языках) и 2 приложений. Общий объем работы 189 страниц, в тон числе 45 рисунков и 8 таблиц.

! С0ДЕРШ1НИЕ РАБОТЫ

Во введении дано -обоснование актуальности темы диссерта -ции, опоеделена цель исследований и сформулированы основные положения, выносимые-на защиту.' ' '

В первой, главе на основе анализа литературных данных изложены современные представления о природе прочности полиме -ров, описаны феноменологические методы оценки сопротивления твердых тел длительному разрушению в условиях сложного напряженного срстолния; • . . -

Анализ литературных данных по природе прочности полимеров позволил сделать вывод о существовании трех основных механизмов разрушения: атеряичес;сого,теомофлуктуационного и релаксацион -ного. Доминирующая роль каждого из указанных механизмов определяется в основном молекулярным,' надмолекулярным строением полимера, его физическим состоянием, а такве величиной и условием действия внешней нагрузки (время, тёмпература и др.).

В этой .ае главе на основе литературных данных приведены ■ сведения о разрушении полиэфирных покрытий на древесине. Показано, что внутренние напряжения; возникающие з покрытиях ' ' в процессе формирования вследствие тормопения релаксационных процессов на мекфазно.й границе плонка-подлозка, составляют отличительную особенность покрытий по сравнения со свободными пленками и являются критерием, определяющим долговечность покрУтай. Обращено внимание на склонность полиэфирных покрытий на древе -сине к растрескивания при эксплуатации,' транспортировании ■ и

хранении. Проведена классификация и указаны недостатки существующих методов оценки морозостойкости покрытий.

Проведенный анализ литературных данных позволил сформулировать основные задачи работы:

I. Изучить температурно-вреыенную зависимость прочности полиэфирных пленок в широком диапазоне температур.

¡2. Проверить различные типы кинетических уравнений пов -регдений на твердых полиэфирных пленках, а также исследовать возыоаность обобщения выбранного уравнения для случая неста -ционарних температурных режимов.

: 3. Построить адекватную модель релаксационного разрушения твердых полиэфирных пленок.

4. Исследовать влияние древесной подлокки на долговеч -иость полиэфирных покрытий.

'-•. 5. Разработать.расчетно-экспериментальный метод оценки долговечности полиэфирных покрытий-

| 6. Разработать научно обоснованную ускоренную методику оценки морозостойкости полиэфирных покрытий.

7. Решить задачу увеличения долговечности полиэфирных покрытий на дреоссине. '■.'..• .

Во второй глав о намечены основные задачи экспериу.онталь -пых исследований, приведены характеристики используемого в ис-т следованиях оборудования, приборов и материалов. Изложены методические положения проведения ¡экспериментов.

Объектами исследований были выбраны свободные пленки лака ПЭ-2136 :: покрытия ;:з лаков ПЭ-246, ЛЭ-265, ПЭ-2136 па древесных подложках. ■ _ •

Б качестве древесных подложек применялись образцы дроаес-ностругечных плят, облицованных Строгании тоном из древесины ясеня и красного дерева. Древесноструяечные плиты облицозыва -лйсь в.производственных условиях мебельного комбината ПМ0"Рос-СУ.11".

Свободные пленки лака ПО-2136 получали на подлокке из фторопласта.. Отверждение лакозйх пленок проводилось на лабораторной установке с ¿'¿'-излучателями на базе руутно-кварцевых ' ламп типа ДРТ-ЮОО. •. ■

Пленки лака испытывалач на кратковременную прочность, длительную .прочность в условиях постоянных истинных напряке

ний, подвергали реологическим испытаниям. .

Нанесение лаков ПЭ-246, ПЭ-265, ПО-2136 и отверждение по-крыти. проводились на предприятиях: Московском заводе худояо -ственк! < часов, Московской экспериментальной мебельной фабри -ко. Минс.юм завода радио и телевизионных футляров.

Покрытия испытывали на адгезионную прочность, а также на морозостойкость по ускоренной методике, разработанной в ходе исследования закономерностей длительной прочности свободных пленок лака. " . ' .

Третья глава посвящена изучению физической природы проч -ности полиэфирных пленок. Показано, что разрушение полиэфирных пленок под действием механических сил есть кинетический, вре -менной процесс", управляемый напряжением и температурой. Сделано определенное суждение о механизме разрыва полиэфирных пле -но ¡с и роли в нем химических и межмолзкулярных связей.

Исследования температурно-временной зависимости прочности полиэфирных пленок в широком диапазоне температур показали,что между физическим состоянием полимера' и характером зависимости долговечности от напряяения существует определенная связь. В области хрупкого разрушения полимера записиаости долговечности от напряжения ( фЬ - В ), полученные при различных темпера -турах,'образуют п.учок прямых, пересекающихся в области малых, врёкен. В области зьшукденно-эластНческого рззрушения полимера зависимости долговечности от напряжения .( - 6> ) при раз -личных температурах образуют пучок прямых» пересекающихся с области болыаих значений времен. И, наконец, в области высоко -эластического состояния полимера прямые ( £^6 ) парал -лельны. • . * '

Меняется и характер зависимости энергии активации разру - '. шения от. напряяения при переводе полимера из одной температурной области в.другую,, В.области хрупкого разрупения полимера энергия активации уменьшается с ростом напряяения. В области вынузденно-эластичосяого разрупения полимера энергия активации увеличивается с ростом напряяения. В области высокоэластического состояния полимера энергия активации не зависит от напряяения. '

Понять природу процессов разрупения полиэфирных пленок, и Физический смысл наблюдаемых закономерностей моияо ка пути вы-

яснения вопроса о том, какие связи (химические или межмолеку -лярные) ответственны за прочность полимера я том или ином температурном диапазоне. ,

Чтобы ответить на поставленный вопрос о роли химических и мевмолекулярных связей при разрушении полиэфирных пленок были поставлены специальные опыты.по,влиянию пластификации и наполнения на временную зависимость прочности, полимера в широком... интервале темпоратур. Здесь учитывалось то обстоятельство, что при пластификации и наполнении явно меняются менмолекулярные физические связи, а внутримолекулярные химические связи оста -югся неизменными..

В результате проведенных исследований установлено,что изменение характера зависимости долговечности и энергии актива -ции разрушения полиэфирных пленок от напряяения обусловлено изменением.механизма разрушения при переходе полимера из одной температурной области в другую. Мовуо считать, что механизм ' разрушения полимера определяется соотношением между эффективным временем релаксации ¿. * и временем разрушения ¿р. Так, при хрупком разрушении полимера, когда t /¿/> » I, кинетика развития трещи::ы определяется разрывом химических связей, а в вы-.сокозластическои состоянии полимера, когда £ /¿р « I,- разрывом шжыолекулярных связей. При вынужденно-эластическом разрушения, когда ■, разрушение полимора определя -ется.разрывом как меаыолекулярных, так и химических связей, а также тс ¡/и и другими одновременно. При.этом, чем выше температура и меньве напряжение, тем больший вклад мевмолекулярных связей.в развитие трецины-разрушения.

Что касается аналитического выражения зависимости долго -вечности от напряжения'и температуры для полиэфирных.пленок,то установлено, что в случае малых разрывных удлинений как дляг стеклообразного, так и высокоэластического состояний полимера . выполняется уравнение долговечности Еуркова С.Н. для твердых тел

4 ^ & ехр ( ) > (1>

где для полиэфирных пленок средние значения констант равны:

Гд = Ю-13'5 с; 126 кДй/моль; ^ = 0,78 кД?/(!.юль<МПаЬ

В случае больших разрывных удлинений • зависимость долговечно "-ти от напряиения и температуры для полиэфирных пленок пы-ранас!'я уравнением долговечности Сартенсва Г.Н. для эластомо -роз

С6~§ехр(~!~гу , (2)

где для полиэфирных пленок средние значения констант равны: О = 5,8; 10"5,0(МПа .с ); 87 кДя/моль.

Итак, установлено, что долговечность полиэфирных пленок, определяемая первой медленной стадией, на которой механизм разрушения полимера зависит от соотношения эффективного времени релаксации и времени разрушения, качественно монет быть выражена обобщенным уравнением ' •

где А и о - постоянные; /2х и /2^ - относительная доля химических и кежмолекулярних связей, определяющих рост трецины раз -руаения; 1/х ((5) '-..аффективная энергия активации разрушения ул'у.'лческих связей; - энергия активации разрушения ме.«мо-

лекулярных связей. ' ••••'. '•

Таким образом, о результате исследований, проведенных п этой главе, установлено, что к полиэфирным пленкам применима общая закономерность температурно-временной прочности полные -

Ров. . •

Г*, четвертой гласе проведен феноменологический анализ эа -кономернсстей длительной прочности твердых полиэфирных пленок. С использованием методов механики сплошной среды ронсиа задача лрогиезированйя долговечнссги тзердых полиэфирных плене:« в • слояннх условиях силового к гсмясратуркого 'воздействия. Теоре- . тическсз решение такой задачи имеет непосредственно практическую значимость.

Анализ литературных данных по феноменологической теории длительней прочности твердых тел показал, что в настоящее тремя' рядом исследователей предложен весьма аирояий набор различных типов кинетических уравнений для списания процесса, накопления '

_ ю _

повреждений в условиях линейного напряженного состояния. Эти уравнения могут бить записаны следующим образом:

по Ильюшину A.A. * "

• 'У

по Москвитину В.В. по Бзйли

' < sti

тчт

л ьр

. (6)

(V).

(8)

¿ 'Шй '

•го Работнову Ю.Н.

; . (Г-СО) :

'по Качалову Л.М. •'.■•;' ■

по Хульту я.

■¿«)_г(6 ¿в .„(О (0)

7Г °Ь-(01 Ж+с (9)

■ Основным опытом, по'данным которого подбираются параметры кинетического уравнения,Почти'во всех случаях является опыт на. построёние кривой длительной прочности. Однако, знание этой кривой ецс вовсе не преяоонреяеляег .'■ тип выбранного кинетического уравнения. Весьма вакно установить, наблюдается ли для данного материала обратимость накопленной повреадзнности при " отдыхе" поело разгрузки, а такно зависимость текущей меры повреждения от истории нагруяения и от мгновенного значения напряжения.

Для исследования закономерностей накопления'повреждений в твердых полиофирных пленках были проведены опыты при изотермическом ренине как на двухступенчатое нагруиение с разгрузкой между ступенями, так и опиты на нагружение с многократными разгрузками (циклическое нагруяенио), а такне опыты без разгрузки

на д vxcтyпeнчaтoe возрастание и убывание нагрузки с различными временами выработки на первой ступени нагружения. Продолжительность разгрузки ("отдыха") в одних опытах была соизмерима с продоль;ительностью нагружения, а в других - существенно превышала время нагружения.

Установлено, что уравнения (4) и (5) дают плохое прибли -кенке. При этом уравнения данного типа предполагают залечива -те накопившейся поврояденкости в результате "отдыха" при промежуточной разгрузке и поэтому принципиально не могут быть применены для твердых полиэфирных пленок при прерывистых режимах нагружения.

. Анализ результатов испытаний' твердых полиэфирных пленок по различным программам длительного кагружения с промежуточной разгрузкой показал, что периоды "отдыха" не продлевают суммар- ' ную долговечность материала. Более того, в случае ггягруиеиия повторными нагрузками с интервалами "отдыха", существенно превышающими длительность действия нагрузки, суммарная долговечность оказалась не больше, а меньше, чем в условиях непрерыв -ного действия нагрузки. Показано, что основанием для возможного снижения долговечности при повторных нагрузках могут слу . -жить физические представления о развитии релаксационных .процессов в полимере при воздействии внесшего силового поля и после прекращения такого воздействия. '•".-"'

Сравнение экспериментальных значений времен" разрупения с расчетными по уравнению (9) показало удовлетворительное соот ветствие по всем режимам нагружения. При этом установлено, что кинетические уравнения (7) и (8), приводящие к формуле линейного суммирования (6), в случае возрастающей нагрузки могут приводить к большим расхождениям с экспериментальными результатами

Предельная мера повроидения по уравнению (9) определяется не только историей нзгрукеишт,'-на и теми условиями, которые существуют в момент разрушения. К таким условиям относится прежде всего мгновенное значение напряжения. В качестве моры повреждения здесь может, применяться как безразмерная, так и размерная величина, например, постепенно снижающаяся.в процессе длительной выдержки под нагрузкой.величина сопротивления материала мгновенному (достаточно быстрому) нагружению. Для иллюстрации

на рис Л показаны графики <5 (¿) (кривая-нагруаения) и бр (кривая снижения мгновенного сопротивления). Разрушение происходит в момент ¿р , когда: ($р становится равным 6 .

Имеющиеся литературные данные указывают скорее на слабую, чем на сильную зависимость бр ({) полимерных материалов. С другой стороны, сравнение экспериментальных значений времен разрушения с расчетными по уравнению (9¡показало удовлетворительное соответствие. Это косвенно свидетельствует о том, что для твердых полиэфирных пленок такая зависимость,. вообще говоря,

сопротивления <3р . от времени

Для экспериментального исследования зависимости бр (¿) твердых полиэфирных пленок были поставлены специальные опыта на догрузку (хрупкий дорыв) согласно схеме, представленной на' рисЛ. Образцы выдерживались под постоянной нагрузкой в течение различного времени. По отношению к долговечности образца при заданной постоянной нагрузке, Бремена вид орали составлял:-, единицы и десятки процентов. В некоторый момент времени < Ьр производилась' быстрая догрузка со скоростью ао !,!Па/с вплоть до разрушения.

В результате проведанных исследований установлено, что в процессе длительной выдержки под нагрузкой сопротивление твер-

дых полиэфирных пленок при достаточно быстрой догрузке действительно снижается. При этом сравнение теоретических значений разрушающих напряжений бр по уравнению (9) с эксперимен -

тальными Gp1 (tс) показало хорошее совпадение.

Учитывая установленный факт наличия корреляции мекду дли -тельной и остаточной прочностью твердых полиэфирных пленок,рассматривалась такве возможность применения к исследуемому мате -риалу более простого линейного варианта уравнения повреждений

ded „ äff ,

*C,M-+cf6. (10)

си а си

Установлено, что уравнение (10) не выдерживает экспериментальной проверки, так как теоретические значения Ср по этому уравнений значительно отличаются от экспериментальных

Итак, в результате этой части работы было установлено, что для твердых полиэфирных пленок сравнение экспериментальной с соответствующей расчетной характеристикой (время разрушения, разрушающее напрякенис) показывает удовлетворительное согласие лишь по уравненилмтипа О). Тем самым было высказано предположение, что уравнение (9) в достаточной мере отражает закономерности длительной прочности твердых полиэфирных пленок. Это предположение эквивалентно допущению справедливости гипотезы адекватности уравнения' (9) и процесса разруиения твердых полиэфирных пленок.

■ Анализ результатов испытаний твердых полиэфирных пленок при нестационарном о.?мпературно-силсвом реииме нагружения показал, что уравнение.(9) обеспечивает высокую надежность прогноза времен разрушения не только при изотермическом рениме, но и в ус -лозиях одновременного изменения напряяения и температуры. Показано, что учет влияния температуры в процессе длительного разрушения сводится к учету влияния этого фактора на кривую длительной прочности.

В этой г,о главе на оснозе уравнения (9) с привлечением феноменологической теории линейной злзкоупругости была рассмотрена возможность прогнозирования релаксационного разрушения твердых полиэфирных пленок при наличии информации о хрупкой прочности полимера в условиях ползучести и о его вязкоупругих свойствах. Принималось, что механизм релаксационного разрушения в прин-

ципе не отличается от процесса разрушения в условиях ползучести

Показано, что для инженерных расчетов при прогнозировании релаксационного разрушения твердых полиэфирных пленок вместо уравнения (9), требующего проведения контрольного опыта на сту-пенчатоо возрастание нагрузки до разрушения, можно пользоваться уравнениями типа (6). Эти уравнения в случае монотонно убыыа -ющих режимовнагружения приводят к небольшим расхождениям с экспериментом. '

Глава пятая посвящена исследованию влияния древесной под -ложки на долговечность полиэфирных покрытий. Показано, что одним из основных факторов, которые необходимо учитывать при прогнозировании долговечности полиэфирных покрытий на древесине, является концентрация напряжений в пленке лака, обусловленная наличием микронеровностей поверхности древесины.'

Анализ литературных'данных по разрушению полиэфирных по -крытий на древесине показал, что прочность адгезионного взаимодействия, определяемая особенностями химического состава и стру^ туры древесины, оказывает значительное влияние на величину внутренних напряжений и долговечность покрытий.

В этой главе ставилась более узкая задача - изучить влияние микронеровностей (шероховатости) поверхности древесины на долговечность полиэфирных покрытий. Моано ожидать, что микронеровности поверхности древесины, гызванные ее анатомическим стро-еним и механической обработкой, являются причиной значительной концентрации напряжений в пленке лака. Зтот вопрос не рассмат -ривзлея предшествующими исследователями, что на наш взгляд является существенным, упущением. . . '

Для изучения влияния микронеровностей поверхности древесины на долговечность полиэфирных покрытий были проведены экспе -риуенты по измерению долговечности твердых полиэфирных пленок в условиях концентрации напряжений. - .

В результате проведенных исследований установлено, что твердые полиэфирные.пленки весьма чувствительны ко всякого рода ксн-цетраторам напряжений (искусственным дефектам). В частности, как показали опыты, шероховатая поверхность твердых полиэфирных пленок является очень важным фактором, вызывающим значительную концентрацию напряжен;!?..

Показано, что в случае образцов с концентраторами напряже -

нии такие, как и в случае гладких образцов справедливы основные положения кинетической концепции прочности. Одновременно уста -новлено, что наибольшее влияние на долговечность образцов с концентраторами оказывают большие напряжения, а в области малых напряжений влияние тех же концентраторов ослабевает.

В результате проведенных исследований установлено, что уравнение долговечности для твердых тел (I) справедливо также в случае образцов с концентраторами напряжений. При этом показано, что процесс разрушения в условиях геометрической концентрации напряжений есть процесс полулокалисованный, по с активационным объемом порядка атомного, и в итоге коэффициент перенапряжения

у ■

Р= может быть представлен как произведение коэффициен-

та концентрации напряжений , определяемого геометрией кон -центратора, на коэффициент структурного перенапряиения ^ .определяемого структурной неоднородностью материала.

Установлено, что в твердых полиэфирных пленках максималь -пае перенапряжения наиболее нагруженных химических связей достигают порядка десяти (среднее значение Т ~ 9,3). Такие связи сильно деформированы, энергия диссоциации их понижена на значительную величину и под действием теплового движения они разры -ваются в первую очередь.

В этой же главе проведена теоретическая оценка напряженного состояния в лаксвых покрытиях на древесине вблизи границы раздела пленка-подложка. При решении поставленной задачи наряду с методами теории упругости использовался аппарат теории канонических представлений случайных функций. Эта теория позволила списать, весь процесс вычислений в наиболее компактном виде.

Установлено, что теоретический (максимальный) коэффициент, концентрациивнутренних напряжений на границе раздела пленка-' -подложка, обусловленный наличием бороздок в подложках типа древесины, в покрытиях, сформированных на древесностружечных ■плитах, облицованных натуральным шпоном, наиболее широко применяемых в промышленности, когда в условиях невозмущенного напряженного состояния реализуется двухосное равномерное растяжение пленки лака, от направления волокон облицовочного материала не заистт и в первом приближении может быть найден по Формуле

а теоретическая (максимальная) глубина ^зоны распространения пот вишенных внутренних напряжений, обусловленных наличием бороз 4 док в подложках типа древесины, в этих покрытиях! в первом при-, ближении определяется формулой

• <к>

В формулах (II) и (12) постоянные суть: /?/ - среднее число пересечений профилем границы нулевого уровня на единице длины;

6 - среднеквадратическое значение микронеровностей;- ко-' эффициент Пуассона. Модно считать, что значение постоянной /г, определяется как чистотой механической обработки поверхности древесины, так и ее анатомическим строением, в отличие от по . -стоянкой А , значение которой определяется исключительно чистотой механической обработки поверхности древесины.

Анализ формул (II) и (12) показал, что внутренние напряжения на границе раздела пленка-подложка в промышленных полиэфирных покрытиях, сформированных...: на древесине различных пород (дуб, ясень, красное дерево, орех), подготовленной к лакирова -нию ( Яю/тих = 8-16 мкм), в направлении поперек волокон обли -цовочного материала могут быть приблизительно вдвое больше на -пряжений вдоль волокон. При этом зона местного повышения внут -ренних напряжений в этих покрытиях монет распространяться на глубину порядка 200. мкм, т.е. составляет значительную частр все: го объема нагруженного тела пленки лака1(толщина покрытий 350-500 мкм).

В дсстой главе рассмотрена задача оценки долговечности полиэфирных покрытий. Решена задача увеличения-долговечности полиэфирных покрытий на древесине. Решение этих задач стало воз -мокным благодаря результатам систематических исследований, из -лохенкых э предшествующи:: главах диссертационной работы.

Практическая реализация исследований, описанных в главах 3; и 4, дала возможность разработки расчетно-экспзримснтального метода оценки долговечности полиэфирных покрытий. Долговечность ; полиэфирных покрытий по предлагаемому методу можно прогнозироват. при наличии информации о прочности пленки лака в условиях моно- / тонного нагружения и о ходе кривой релаксации. В качестве нагружающего параметра в аппроксимирующей функции долговечности при-

нимаются максимальные внутренние напряжения в покрытии. Величина общего запаса долговечности определяется с учетом достовер -ь'ости определения величины внутренних напряжений, степени однородности механических свойств полиэфирных пленок, влияния кон -Центрации напряаений, абсолютных размеров и т.д. и колеблется в пределах 5-10.

На основании выявленной в главе 4 специфики позсдения сопротивления твердых полиэфирных пленок достаточно быстрому(мгновенному) нагрукеним в процессе длительной выдержки материала под нагрузкой разработан новый эффективный экспррсс-метод оценки морозостойкости полиэфирных покрытий.

Сущность метода заключается в оценке способности покрытия, ослабленного терыоусталостью, деформироваться в условиях силь -ного охлаждения на заданную величину без разрушения.

Испытаниям подвергаются образцы с концентратором напряжений (сквозное круглое отверстие).

Испытания проводят по циклам. Каждый цикл состоит из двух этапов. На первом этапе испытуемые образцы помещают в термока -меру нагрева при температуре 60°С и выдерживают в течение I ч, на втором этапе образцы перекладывают из термокамеры нагрева в холодильнуя термокамеру и выдерживают при температуре -30°С в течение 1ч.

По окончании этапа.охлаждения образцы изгибают по схеме чистого' изгиба с зоной растяжения по испытуемому покрытию на за -данную величину, после чего нагрузку плавно снимают. На этом цикл испытания г .оканчивается. 3 случае целостности покрытия цикл повторяют.

За критерий морозостойкости покрытий принимают наибольшее число циклов испытания // , при котором разрушается не более' половины испытуемых образцов. В случае разрушения после первого цикла более половины испытуемых образцов, число циклов по

предлагаемой ускоренной методике условно принимают равным нули.

Для установления однозначности результатов, получаемых по ускоренной методике, покрытия из лакоз ПЭ-246, ПЭ-265, ПЭ-2136 на древесине ясеня и красного дерева были испытаны как по ускоренной методике, так и в услобиях постоянно действующей темпе -ратуры -30° С (табл.1).

Из рассмотрения табл.1 видно, что результаты испытаний в

Таблица I

Результаты испытаний полиэфирных покрытий по ускоренной методике и в условиях постоянно действующей отрицательной температуры

Покрытие из лака " Число циклов испытания Морозостой-

ка древесине по ускоренной методике кость при

■ температуре

-30°С, ч

ясень 2 130

ПЭ-246 красное дерево I 70

ПЭ-265 ясень . 5 390

красное дерево 3 190

ясень . 2 100

ПЭ-2136 красное дерево I 55 •

условиях постоянно действующей отрицательной температуры под -тверждают данные предлагаемой ускоренной методики. При1 этом,

как следует из табл.1, морозостойкость покрытий, сформированных на поверхности красного дерева низе морозостойкости покрытий' на ясене, а по устойчивости к растрескиванию исследуемые лаки можно расположить в следующий ранговый ряд: ПЭ-2б5>ПЭ-24бМ]Э-2136.

Исследования, проведенные в глазе 5, даот основание пола -гать, что предварительное покрытие поверхности древесины спе -циалышм эластичным грунтом, играющим.-роль как бы буфера для. пленки лака, обладающей достаточно высокой твердостью (прочно -стью), доляно являться весьма эффективным способом увеличения ■ долговечности полиэфирных покрытий на древесине. ,

Возможность увеличения долговечности полиэфирных покрытий на древесине путем введения эластичного подслоя была прослежена на примере лака ПЭ-2136.

Для проведения испытаний на долговечность покрытий из лака ПЭ-2136 с эластичным подслоем на древесине взамен зысоковязкого грунта ПЭ-0211 и низковязкого ПЭ-0243, применяемых при формировании промыщленннх покрытий из лака ПЭ-2136 ка древесине, по на' сему заказу в лаборатории ГИПИ ЛКП было приготовлено несколько вариантов высоковязкой и низковязкой грунтовок повышенной эластичности У£-отвервдения. Грунтовки приготавливались на основе

полиэфирной и алкидной смол, смешиваемых в различных пропорциях.

Для выбора рабочего варианта грунтовок определяли значения коэффициентов чувствительности пленок грунтов к. местным напряие-ниям ^ из формулы (12), обобщив ее в виде

где - значение толщины грунтовочного слоя, при котором воз -мущения в напряжениях, обусловленные наличием микронеровностей поверхности древесина, при мгновенном охлаждении покрытия полностью затухают. Величина определяется требованиями и качеству отделки.

Результаты сравнения, испытаний на морозостойкость и адге -зионнуа прочность покрытий из лака ПЗ-2136' с эластичным подслоем и без подслоя на ясене приведены в табл.2. Морозостойкость определялась, по предлагаемой ускоренной методике.

Таблица 2

Результаты испытаний покрытий из лака ПЭ-2136 с подслоем и без подслоя на ясене

Тип покрытия ■ Морозостойкость,циклы Адгезионная проч-

ность, МПа

С подслоем 6 2,51

Без подслоя- 2 2,7?

Из табл.2 видно, что при введении специального эластичного грунта па оснопо полиэфирной и алкидной смол, значительное повы-сеиис морозостойкости полиэфирных покрытий наблюдается при'со -хранении высокой адгезионной прочности, соизмеримой с прочностью взаимодействия промысленных полиэфирных покрытий с древесиной. Таким образом показано, что грунтовочные составы, применяемые для улучшения качества отделки древесина полиэфирными лаками,оказывают влияние не только на декоративные свойства покрытий и расход лака, но и значительно изменяв?, долговечность покрытий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Получены зависимости долговечности полиэфирных пленок от напряиения в вироксм интерзале температур, охватывающем раэлич -иио физические состояния полимера. - *

2. Показано, что механизм разрыва полиэфирных пленок и роль в нем химических и межмолекулярных связей может существенно меняться в зависимости от температуры й времени разрушения.

3. Изучены закономерности накопления повреадений в твердых полиэфирных пленках при длительном нагружении.

4. Усталовлен основной тип адекватных соотношений для описания процесса разруиения твердых полиэфирных пленок при нестационарных температурно-силозых реаимах длительного нагружения.

5. Изучено:влияние концентраторов иапрявений на долговеч -ность твердых полиэфирных пленок.

6. Показано, что ванную роль в процессе разрушения промышленных полиэфирных покрытий на древесине играют микронероБНОсти поверхности древесины, которые являются причиной значительной концентрации"напряжений в пленке'лака.

7. Проведена теоретическая оценка напряженного состояния

в лаковых покрытиях ка древесине вблизи границы раздела пленка--подлоика, позволяющая',определять в первом приближении для пленки лака через статистические характеристики шероховатой поверхности древесины значения максим-льного коэффициента концентрации внутренних напряжений на этой границе и максимальной глубина зоны распространения возмущенного напрянонного состояния.

8. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки долговечности полиэфирных покрытий и проведена его апробация на про: иззодстве.

3. Разработан новый экспррсс-метод оценки морозостойкости полиэфирных покрытий 'и'проведена его апробация на производстве.

10. Показано, что значительное увеличение долговечности по- . лиэфирнкх покрытий на древесине при сохранении высокой адгезионг ной прочности наблюдается при введении специального эластичного грунта на основе полиэфирной и алкидной смол.

11. Проведенная теоретическая оценка напряженного состояния в лаковых покрытиях позволила получить формулу

для расчета значения толщины эластичного грунта, при котором пле! ка лака, обладавшая достаточно высокой твердостью, всегда оказывается вне зоны повышенных внутренних напряжений, обусловленных

наличием микронеровностей поверхности древесины. Формула учитывает микрогеомзтрию поверхности древесины, а такие чувствительность пленки грунта к' местным напряжениям.

Основнь-е материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

Г. Санаеп В.Г., Тарами З.Р., Разумовский Г.В., Шиткиков О.В. Современные методы исследования структуры покрытий древесины. Научные труды ИДТИ, еып.201, 1988, - С.66-69. Санаев В.Г., ¡Китииков O.E. Расчет долговечности защитно-декоративных покрытий на древесине в условиях сильного охлаждения. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции "Ресурсосбережение в деревообработке и производстве мебели". Минск, 1939, - С.79-80.

3. Санаэз.В.Г., Китников О.В. Долговечность защитно-декоративных ' покрытий на древесине. Научные труды МЛТИ, вып.214, 1989,

- С.89-92.

4. Санаев В.Г., йитнпков О.В. Долговечность защитно-декоративных покрытий на древесных подложках в условиях сильного охлажде -ния. Научные труди НЛТИ, вып.229, 1990, - С.92-96.