Формирование защитно-декоративных покрытий древесины методом налива тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, доктор технических наук Черных, Александр Григорьевич

• Черных, Александр Григорьевич
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Черных, Александр Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТДЕЛКИ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ НАЛИВА И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ.

1.1. Анализ общих закономерностей формирования покрытий

1.2. Анализ научных работ по формированию покрытий столярно-строительных изделий.

1.3. Анализ научных работ по формированию текстурированных защитно-декоративных покрытий.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ НАЛИВА.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Исследование процесса контактирования лакокрасочного материала с поверхностью подложки.

2.3. Нанесение покрытий на горизонтально движущуюся подложку.

2.4. Теоретическое исследование процесса формирования покрытий на вертикальных поверхностях движущейся подложки.

2.5. Исследование процесса нанесения при негоризонтальном движении подложки.

2.6. Исследование процесса формирования текстурированных покрытий.

2.7. Выводы.

3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

3.1. Исходные материалы и их характеристика.

3.1.1. Подложка.

3.1.2. Лакокрасочные материалы.

3.1.3. Узорообразующие добавки.

3.2. Методика измерений и средства контроля.

3.3. Методика измерения толщины прозрачных покрытий.

3.4. Методика определения удельного расхода и толщины непрозрачных покрытий.

3.5. Оборудование для проведения лабораторных исследований.

3.5.1. Экспериментальная установка для исследования процесса контактирования лакокрасочного материала с подложкой.

3.5.2. Экспериментальная установка для фотографирования зоны контакта струи лакокрасочного материала с движущейся подложкой.

3.5.3. Лабораторная установка для формирования покрытий методом налива.

3.6. Методика планирования экспериментов и обработки полученных результатов.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ДВИЖУЩУЮСЯ ПОДЛОЖКУ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Исследование влияния параметров нанесения на условия формирования жидкого адгезионного слоя.

4.3. Исследование влияния параметров нанесения лакокрасочных материалов на свойства формируемых покрытий.

4.3.1. Переменные факторы и показатели эффективности.

4.3.2. Анализ результатов эксперимента.

4.4. Выбор значений параметров технологического режима нанесения лака МЛ-2111.

4.5. Выводы.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ

ВОДНО ДИСПЕРСИОННЫХ ПОКРЫТИЙ.

5.1. Постановка задачи

5.2. Исследование реологических свойств краски ВД-ВА-27А. 20'

5.3. Исследование влияния высоты сливного устройства на величину отклонения струи от боковой поверхности подложки.

5.4. Исследование влияния температуры на вязкость воднодисперсионной краски ВД-ВА-27А.

5.5. Выбор и обоснование параметров управления.

5.6. Анализ результатов многофакторного эксперимента. 22'

5.7. Исследование процесса отверждения во дно дисперсионных покрытий.

5.8. Выбор рациональных параметров окраски дверных полотен воднодисперсионной краской методом налива.

5.9. Выводы.

6 .ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ

ТЕКСТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ.

6.1. Постановка задачи.

6.2. Влияние количества вводимого пигмента на реологические свойства воднодисперсионной краски ВД-ВА-27А.

6.3. Исследование влияние количества узорообразующей пигмента на содержание плёнкообразующих веществ в краске ВД-ВА-27А.

6.4. Исследование влияния количества узорообразующего компонента на поверхностное натяжение лакокрасочной композиции.

6.5. Исследование поверхностного натяжения подложек.

6.6. Исследование зависимости краевого угла смачивания краски ВД-ВА-27А от количества вводимого узорообразующего компонента.

6.7. Исследование и разработка технологических режимов формирования текстурированных покрытий.

6.8. Результаты многофакторного эксперимента.

6.9. Методика выбора технологических режимов и рецептуры лакокрасочной композиции.

6.10. Выводы.

7. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

7.1. Исследование процесса формирования матовых покрытий.

7.2. Исследование в производственных условиях окраски дверных блоков воднодисперсионными красками.

7.3. Рекомендации по совершенствованию процесса окраски столярных изделий методом налива.

7.4. Технико-экономическое обоснование внедрения линии окраски дверных полотен.

7.4.1. Расчёт производительности окраски дверных полотен воднодисперсионными красками.

7.4.2. Расчёт экономической эффективности результатов внедрения.

7.5. Расчёт экономической эффективности результатов внедрения технологии текстурированных покрытий древесины и древесных материалов . 316.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование защитно-декоративных покрытий древесины методом налива»

Решение многих социальных и экономических проблем страны в значительной степени зависит от результатов работы деревообрабатывающей промышленности. Повышение эффективности отрасли связано, в первую очередь с развитием комплекса машин, обеспечивающих реализацию всех этапов технологического процесса производства изделий из древесины и древесных материалов. Особое место при этом принадлежит совершенствованию процессов отделки, которые по трудоёмкости составляют 30 - 40% всех затрат на изготовление изделий и во многом определяют их потребительскую ценность.

Характерной особенностью современного этапа развития техники и технологии в условиях рыночной экономики, является усиление требований экологической безопасности технологических процессов и снижение вредных выбросов в атмосферу. В связи с этим, для отделки древесины всё чаще применяются лакокрасочные материалы не содержащие органических растворителей - порошковые и водоразбавляемые, которые по своим физико-химическим и технологическим свойствам отличаются от органорастворимых.

Сложившиеся теоретические представления, разработанные и используемые на практике технологические процессы по формированию покрытий органорастворимыми лакокрасочными материалами не могут быть механически перенесены для формирования покрытий на водной основе.

В технологических процессах отделки древесины широкое применение находят жидкие лакокрасочные материалы ( 80% всех отделываемых поверхностей), нанесение которых осуществляется преимущественно контактными методами ( до 90%). Среди этих методов налив занимает лидирующее положение благодаря тому, что при малых потерях лакокрасочных материалов позволяет получить высокую производительность и лаконаливные машины удобно встраиваются в поточные автоматизированные линии.

Структурная перестройка в области лакокрасочных материалов и использование для отделки тонкослойных, воднодисперсионных и текстурированных покрытий, остались без внимания при изучении технологических возможностей метода. Практические рекомендации в большинстве случаев носили эмпирический характер, нанесение покрытий рассматривалось как распределение заданной массы лакокрасочного материала на поверхности движущейся подложки, в связи с этим технологические возможности налива остаются не полностью реализованными.

Это обстоятельство явилось основанием для проведения научно-исследовательских работ по углублённому изучению процессов формирования лакокрасочных покрытий методом налива.

Цель работы. Повышение качества защитно-декоративных покрытий древесины, экономия лакокрасочных материалов при снижении вредных выбросов в атмосферу.

Научные положения выносимые на защиту

- Смачивание подложки и растекание лакокрасочного материала происходит в результате действия как межмолекулярных сил, так и за счёт искривления поверхности жидкости в зоне контакта.

- Покрытие на поверхности движущегося твёрдого тела формируется в результате вытягивания лакокрасочного материала подложкой из зоны контакта, а не наложением плёнки.

- Одновременное формирование покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях возможно путём создания условий для непрерывного адгезионного контакта.

- Создание сплошного рельефного покрытия на древесине возможно при введении в лакокрасочный материал модифицирующих добавок.

Научная новизна исследований и научных результатов

Заключается прежде всего в обосновании механизма формирования адгезионного контакта лакокрасочных материалов на движущейся подложке, действие которого происходит за счёт межмолекулярных сил и стремления жидкости к ликвидации искривления поверхности в зоне контакта.

Определены основные факторы , позволяющие управлять сплошностью и формировать тонкослойные покрытия, а также одновременно наносить вод-нодисперсионные лакокрасочные материалы на вертикальные и горизонтальные поверхности и создавать текстурированные рельефные покрытия.

По форме зоны контакта струи с поверхностью подложки установлено влияние скорости движения подложки, вязкости лакокрасочного материала, температуры подложки, высоты сливного устройства и угла наклона конвейера лаконаливных машин на процесс формирования покрытий.

Разработан способ регулирования расхода равномерности толщины покрытий на вертикальных и горизонтальных поверхностях путём дискретного изменения расхода сливного устройства.

Объяснена закономерность образования разрывов и открытия фонового покрытия за счет изменения устойчивости покровного адгезионного слоя, путём введения алюминевого пигмента в состав лакокрасочного материала.

Разработаны и проанализированы целевые функции, связывающие показатели качества с параметрами управления, выявлены факторы наиболее существенно влияющие на процесс отделки, проведена оптимизация технологических режимов.

Практическая значимость работы.

Совокупность разработанных математических моделей технологических процессов формирования защитно-декоративных покрытий на древесине и древесных материалах является научной основой для составления мероприятий по совершенствованию технологических процессов отделки древесины.

Методические положения, разработанные в данной работе, могут быть использованы при изучении новых видов лакокрасочных материалов и оценки возможности применения их для отделки изделий из древесины, проектировании технологических режимов формирования покрытий контактными методами нанесения.

Комплексное решение всей совокупности вопросов, составляющих основу проблем создания покрытий на движущейся подложке, позволяет не только совершенствовать уже известные технологические схемы, но и создавать новые гибкие технологии совмещённой отделки брусковых и щитовых деталей.

Управление сплошностью лакокрасочных покрытий с использованием модифицирующих добавок позволило на практике использовать лаконаливные машины для получения современных, пользующихся спросом декоративных многоцветных покрытий.

Реализация результатов исследований позволяет повысить производительность труда и качество изделий, а так же экологическую безопасность отделочных работ, снизить процент брака и уменьшить удельный расход лакокрасочных материалов.

Место проведения исследований

Теоретические положения диссертации подтверждены результатами лабораторных и производственных исследований, которые проводились при непосредственном участии автора в лаборатории отделки кафедры механической обработки древесины и древесных материалов Санкт-Петербургской лесотехнической академии под руководством научного консультанта Онегина В.П., в лаборатории защитно-декоративных покрытий кафедры технологии деревообработки Братского индустриального института под руководством автора, на предприятиях ЖГУ «Братскгэсстроя», ПО «Лендревпрома», Усть-Илимском ЛПК, ДОКе № 5 г. Москвы, МПО «Вильнюс» и Братском заводе столярных изделий. Объектом исследований являлись процессы по созданию защитно-декоративных и текстурированых покрытий изделий из древесины методом налива при использовании жидких органорастворимых и воднодисперсионных лакокрасочных материалов.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертации, отдельные её разделы были заслушаны и получили одобрение научно-технической общественностью: на ежегодных научно-технических конференциях Братского индустриального института 1983 - 1998 гг., на республиканских научно-технических конференциях 1980, 1986 г. Киев, на научных конференциях ЛТА им Кирова по итогам года 1989 -1990 г, на Всесоюзной научно-технической конференции «Роль молодых учёных в повышении эффективности использования древесины и её отходов в народном хозяйстве» ( Архангельск - 1986 г.), результаты работы неоднократно представлялись на областных выставках научно-технического творчества молодёжи в г. Иркутске, на региональной выставке «Жилище - 94» и дважды на международных выставках «Сиблесопользование» 1995 и 1997 гг. в г.Иркутске, результаты работы неоднократно докладывались на координационных советах Минлеспрома СССР по проблемам разработки технологий и оборудования для окраски столярно-строительных изделий.

Реализация работы

Результаты исследований являются научной базой при выполнении Постановления Совета Министров СССР № 1083 от 24 сентября 1987 года и Приказа Минлеспрома СССР № 925 от 20 ноября 1987 года в части разработки технологии отделки дверных блоков. Совместно с ВНПО

Союзнаучстандартдом" разработана заявка и исходные требования на проектирование и освоение линии отделки дверных блоков методом налива. Результаты работы внедрены на деревообрабатывающем комбинате ЛПУ "Братскгэсстрой", на заводе столярных изделий треста «Илимсклесстрой» территориально-производственного объединения «Усть-Илимский ЛПК» на Братском заводе столярных изделий, МПО "Вильнюс" Миндревпрома Литовской ССР. Методологический подход, изложенный в данной работе использовался при разработке и внедрении на Усть-Илимском ЛПК рототорно-конвейерной линии для многоцветной окраски детских игрушек и установки для окраски деревянных шахматных фигур на фабрике Минместпрома в г. Орлове. Результаты работы нашли применение в учебном процессе Братского индустриального института и других учебных заведений России при изучении дисциплины "Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов". Опубликовано два учебных пособия и методические указания для лабораторных работ.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 35 научных работах, включающих статьи, две монографии, учебные пособия. Они отражены также в методических указаниях и лабораторных практимумах, используемых в учебном процессе.

Структура и объем. Диссертация состоит из семи разделов, введения, заключения, списка литературы - 167 наименования , приложений. Основное содержание изложено на 325 страницах текста, иллюстрировано 76 рисунками и 51 таблицами. В приложении 127 с