Разработка технологических режимов повышения прочности древесины трехсторонним сжатием

• Автор: Скориданов, Роман Виталиевич
• Шифр специальности: 05.21.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Состояние вопроса по теории и практике повышения прочности древесных конструкционных материалов

1.2 Способы повышения прочности древесины

1.3 Цель и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА

2.1 Анализ закономерности формирования прочкостных свойств древесины

2.2 Физическая и математическая модели прочности древесины.

2.3 Теоретическое обоснование получения высокопрочного древесного конструкционного материала.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1 Методика пропитки и уплотнения древесины.

3.2 Методика обработки древесины ультразвуком и импульсным магнитным полем
3.3 Методика исследования физикомеханических и эксплуатационных свойств уплотненной древесины
3.4 Методика определения содержания пластификатора.
3.5 Методика планирования эксперимента и оптимизации режимов
трехстороннего сжатия
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТЬ
4.1 Результаты поисковых экспериментов.
4.2 Формирование плотности древесины при трехстороннем сжатии
4.3 Математические модели процесса трехстороннего сжатия и формирования прочности уплотненной древесины.
4.4 Оптимизация процесса получения древесины повышенной прочности
трехсторонним сжатием
4.5 Физикомеханические и эксплуатационные свойства трехсторонней уплотненной древесины
4.6 Влияние ультразвукового и импульсного магнитного воздействия на свойства уплотненной древесины.
4.7 Получение древесины с плотностью древесинного вещества
5 ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ
ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
5.1 Организация производства высокопрочной древесины трехстороннего сжатия.
5.2 Экономическая эффективность производства высокопрочной
уплотненной древесины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Огромные пространства нашей планеты покрывают леса, они занимают около одной трети суши. Половина лесов находится в умеренном поясе Северного полушария, другая половина в тропическом поясе.
С древних времен человек познал и оценил достоинства древесины, которая удовлетворяла разнообразные его нужды служила строительным, поделочным материалом и топливом. В наше время благодаря успехам науки и техники разработано и широко используется множество искусственных конструкционных и технологических материалов. Однако древесина не утратила своего значения.
В последнее десятилетие в нашей стране, главным образом изза снижения запасов деловой древесины, и, соответственно, снижения объемов ее заготовок, особенно актуальным стал вопрос использования различных пород древесины, особенно мягколиственных, которые мало используются в промышленности, в качестве неметаллических конструкционных материалов, способных заменить черные и цветные металлы, текстолит и некоторые виды пластмасс.
Первым основным преимуществом древесины, по сравнению с другими конструкционными материалами, является постоянное возобновление ее запасов. Это характерно для России, значительная часть которой покрыта лесами. При создании других конструкционных материалов стали, баббита, пластмасс и др. расходуется большое количество исходного сырья, запасы которого не возобновляются, а постоянно иссякают. Кроме того, при создании большинства конструкционных материалов требуются большие затраты энергии, дефицит которой, особенно последние годы, ощущается особо остро.
Вторым преимуществом древесины является малая плотность и относительно высокие удельные прочность и жесткость.
Третьим преимуществом древесины, по сравнению с другими конструкционными материалами, является более легкая обрабатываемость.
Решающую роль при выборе древесины для изготовления многих изделий, конструкций играют также ее малая теплопроводность и электропроводность, высокая звукоизоляцнонность, биологическая совместимость, химическая стойкость и др.
С целью повышения физикомеханических свойств древесину подвергают различным технологическим воздействиям, стремятся придать ей ряд новых свойств или же улучшить существующие. Это прочность, стабилизация форм и размеров, износостойкость, твердость, плотность, стойкость к возгоранию и гниению.
Для достижения этих целей широко используются различные способы технологического воздействия прессование, пропитка, гнутье,
ацитилирование, сушка, облучение и их комбинации.
Актуальность


Прочность привлекает к себе особое внимание, так как с этим свойством древесины связаны продолжительность службы ее в сооружениях и узлах машин, правильный выбор такой или иной породы для нужд промышленности и сельского хозяйства, ее раскрой на заготовки, а также многочисленные виды механической обработки резанием, давлением и гнутьем. Прочность древесины теснейшим образом связана с жизнью дерева. Ствол поддерживает ветви с листьями, проводит питательные вещества в виде растворов снизу вверх и сверху вниз, сопротивляется давлению ветра и температурным воздействиям 5. Изучение строения стебля растения и, в частности, ствола дерева дало возможность обратить внимание на то, что строение стебля растения представляет собой своеобразную инженерную конструкцию. Специальные исследования строения ствола растении как инженерной конструкции были проведены в году крупным ботаником С. Швенденером. Согласно учению Швенденера, органы растений, включая и стебель, представляют собою балки, построенные так, что при наименьшей затрате материала достигается наибольшая жесткость на изгиб. П.Н. Хухрянский. Он отчетливо понимал важность теории прочности для решения таких вопросов, как снижение удельного расхода древесины в различных отраслях промышленности, разработка рациональных технологических процессов, конструкций и так далее ,2,5. Прочность древесины ствола изменяется по диаметру и высоте. Степень снижения прочности зависит от величины сбега ствола. С увеличением сбега, разница в прочности между комлевой и вершинной частями ствола увеличивается. Древесина, как основной материал ствола дерева, все время находится в напряженном состоянии, причем величина и характер напряжений непрерывно изменяется. Напряжения на сжатие и растяжение вдоль волокон являются решающими. Под воздействием этих напряжений ствол дерева, в результате многовекового приспособления к окружающей среде, принял наиболее рациональную форму с рациональным изменением механических свойств по высоте и диаметру . В конструктивном плане древесина бывает или трубчатой лиственные рассеяннососудистые породы, или слоистотрубочные хвойные и лиственные кольцесосудистые породы . Плотность древесинного вещества, из которого состоят стенки клеток кгм3 величина постоянная для всех пород. Ла, кгм3, 1. Уда объем древесинного вещества, см3. Л Вр, 1. А,В постоянные величины р плотность древесины. Разница в плотности отдельных элементов обуславливает разную прочность поздней и ранней древесины годичных слоев. Прочность поздней древесины из толстостенных элементов значительно выше ранней, состоящей из клеток с тонкими оболочками. На прочность древесины при сжатии большое влияние оказывает связанная влага. На прочность древесины большое влияние оказывает температура. С повышением температуры прочность древесины уменьшается. Т Ь, 1. Т температура древесины. И все же, натуральная древесина не обладает большим запасом прочности для того, чтобы изделия из нес могли быть использованы в качестве заменителей некоторых металлов, текстолита и пластмасс, применяемых в машинах и механизмах ,,,1. С целью повышения физикомеханических свойств натуральной древесины, в частности, прочности ,,7, производят ее уплотнение, то есть стремятся придать древесине ряд новых свойств или значительно улучшить существующие ,9,6,3. Прессование древесины представляет собой часть химической и механической технологии. Оно основано, на способности древесины обрабатываться механическими способами, пропитываться различными веществами даже металлом, изменять форму, изменять химический состав отдельных компонентов при взаимодействии высокой температуры и химических веществ и так далее. Изменение анатомической макроструктуры древесины под действием физических факторов прессование, термообработка ,3. Изменение тонкой структуры клеточных стенок под действием физических и химических факторов гидротермическая обработка, пластификация аммиаком ,. Изменение природы функциональных групп высокомолекулярных компонентов древесины этсрификацией, окислением.