Разработка методики прогнозирования долговечности древесных композитов с учетом их старения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мамонтов Семен Александрович

• Мамонтов Семен Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Мамонтов Семен Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТОВ ПРИ СТАРЕНИИ

1.1 Общие понятия о композиционных материалах

1.2 Древесно-полимерные композиционные материалы

1.2.1 Древесноволокнистые плиты

1.2.2 Древесностружечные плиты

1.2.3 Фанера

1.3 Старение полимерсодержащих строительных материалов

1.3.1 Общая характеристика условий старения. Основные факторы старения

1.3.2 Старение в естественных климатических условиях

1.3.3 Старение древесины и материалов на её основе

1.3.4 Прогнозирование изменения свойств полимерсодержащих материалов при старении

1.3.5 Выбор базового метода для разработки методики прогнозирования долговечности древесных композитов

1.4 Выводы

2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Выбор материалов

2.2 Выбор факторов старения

2.3 Оборудование и методика проведения экспериментов

2.3.1 Стенд для определения прочности и долговечности материалов при поперечном изгибе

2.3.2 Установка и методика определения твердости древесных композитов

2.3.3 Прибор для определения коэффициента линейного

термического расширения

2.3.4 Установка для теплового старения

2.3.5 Установка для светового старения (УФ-облучения)

2.3.6 Испытания на водопоглощение и набухание композитов

2.3.7 Оборудование для микроскопического исследования композитов

2.3.8 Оборудование и методика проведения синхронного термического анализа

2.3.9 Оборудование и методика проведения ИК - спектроскопии

2.4 Обработка экспериментальных результатов

2.4.1 Определение коэффициента линейного термического расширения

2.4.2 Расчет физических и эмпирических термофлуктуационных констант

2.4.3 Статистическая обработка экспериментальных данных

2.5 Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТАРЕНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТОВ

3.1 Исследование теплового старения и фотостарения

древесноволокнистых плит

3.1.1 Исследование физико-механических характеристик ДВП при тепловом старении и УФ-облучении

3.1.2 Исследование термического расширения древесноволокнистых плит, подверженных тепловому старению и УФ-облучению

3.1.3 Исследование структуры ДВП, подверженных тепловому старению и фотостарению, методом оптической микроскопии

3.2 Исследование теплового старения и фотостарения

древесностружечных плит

3.2.1 Исследование физико-механических характеристик ДСП при

тепловом старении и УФ-облучении

3.2.2 Исследование термического расширения древесностружечных плит, подверженных тепловому старению и УФ-облучению

3.2.3 Исследование структуры ДСП, подверженных тепловому старению и фотостарению, методом оптической микроскопии

3.3 Исследование теплового старения и фотостарения фанеры

3.3.1 Исследование физико-механических характеристик фанеры

при тепловом старении и УФ-облучении

3.3.2 Исследование термического расширения фанеры, подверженной тепловому старению и УФ-облучению

3.3.3 Исследование структуры фанеры, подверженной тепловому старению и фотостарению, методом оптической микроскопии

3.4 Исследование древесных композитов, подверженных тепловому старению и фотостарению, методом синхронного термического анализа

3.5 Климатическое старение древесных композитов в условиях умеренного климата

3.6 ИК-спектроскопическая оценка структурной деградации древесных плит после старения

3.7 Выводы

4 ВЛИЯНИЕ СТАРЕНИЯ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТОВ

4.1 Исследование прочностной долговечности древесноволокнистых

плит, подверженных тепловому старению и УФ-облучению

4.1.1 Влияние теплового старения на термофлуктуационные закономерности разрушения ДВП

4.1.2 Влияние УФ-облучения на термофлуктуационные закономерности разрушения ДВП

4.2 Исследование прочностной долговечности древесностружечных

плит

4.2.1 Влияние теплового старения на термофлуктуационные

закономерности разрушения ДСП

4.2.2 Влияние УФ-облучения на термофлуктуационные закономерности разрушения ДСП

4.3 Исследование прочностной долговечности фанеры

4.3.1 Влияние теплового старения на термофлуктуационные закономерности разрушения фанеры

4.3.2 Влияние УФ-облучения на термофлуктуационные закономерности разрушения фанеры

4.4 Выводы

5 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ТЕПЛОВОМУ И СВЕТОВОМУ СТАРЕНИЮ

5.1 Прогнозирование долговечности древесных композитов с позиции термофлуктуационной концепции разрушения твердых тел

5.1.1 Расчет поправок к долговечности через построение длительных прямых для состаренного материала

5.1.2 Расчет поправок к долговечности по результатам кратковременных испытаний композитов, подверженных старению

5.1.3 Расчет поправок к долговечности древесных композитов, подверженных старению

5.1.4 Определение долговечности древесных композитов с помощью поправок, рассчитанных разными способами

5.2 Прогнозирование долговечности древесных композитов, подверженных старению, новым графоаналитическим методом

5.3 Методика прогнозирования долговечности материалов, эксплуатируемых в условиях естественного климатического старения

5.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Методика прогнозирования долговечности древесных

композитов с учетом их старения

Приложение Б. Акты внедрения в производство

Приложение В. Акт внедрения в образовательный процесс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики прогнозирования долговечности древесных композитов с учетом их старения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время наблюдается увеличение объемов производства древесных композитов, что связано с низкой стоимостью сырья, малыми затратами трудовых и энергетических ресурсов. Наиболее распространенными в строительстве являются фанера, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, производимые с применением термореактивных полимерных смол. Наличие полимерного связующего делает эти материалы подверженными старению, которое сказывается на их работоспособности.

Старение в результате действия совокупности факторов внешней среды вызывает необратимое изменение структуры и свойств полимерсодержащих материалов. В процессе эксплуатации под влиянием климатических факторов в композитах возникают дефекты, количество которых со временем увеличивается, что впоследствии может привести к отказу строительной конструкции.

Несмотря на широкое изучение свойств древесных композитов, вопросам, затрагивающим влияние факторов старения на их долговечность, не было уделено достаточного внимания. В свою очередь это привело к тому, что при прогнозировании их долговечности с помощью существующих методик не удается учесть совместное длительное действие механической нагрузки и факторов старения, что является актуальной научной проблемой, на решение которой направлено диссертационное исследование.

Тема исследования соответствует основным направлениям «Стратегии развития лесного комплекса РФ до 2030 г» (распоряжение Правительства РФ от 20 сентября 2018 № 1989-р), а также п.2.34 и п.2.52 «Предложений о приоритетных направлениях развития исследований в сфере архитектуры, градостроительства и строительных наук», выдвинутых авторским коллективом РААСН в 2020 г.

Степень разработанности темы исследования. Изучением сырья,

физико-механических свойств, а также разработкой технологий производства и способов модификации древесных материалов занимались А.М. Айзенштадт, В.М. Хрулев, А.О. Сафонов, В.В. Глухих, Е.Д. Мерсов, Г.М. Шварцман, В.Д. Бекетов, В.Г. Хозин, Л.А. Абдрахманова, Р.К. Низамов, А.М. Исламов, Т.Н. Стородубцева, Б.А. Бондарев и др. ученые.

Вопросы старения и прогнозирования долговечности полимерсодержащих композитов подробно рассмотрены в фундаментальных исследованиях Н.Н. Павлова, Б.Д. Гойхмана, Т.П. Смехуновой, О.Н. Карпухина, О.В. Старцева, Е.Н. Каблова, А.М. Сулейманова, В.Г. Хозина, Л.А. Абдрахмановой, Т.А. Низиной, В.П. Селяева, Е.Н. Покровской, Т.Н. Стородубцевой, В.П. Ярцева, С.Б. Ратнера и других ученых.

В их работах выявлены наиболее агрессивные факторы естественного старения и установлены основные физико-химические процессы, протекающие в композитах при старении. В некоторых работах описаны методы прогнозирования, позволяющие определять срок службы материалов по результатам ускоренного старения. Однако в этих методах не рассматривается длительная работа материалов под механической нагрузкой при их эксплуатации.

Учесть механическое воздействие при прогнозировании долговечности древесины и материалов на ее основе позволяет термофлуктуационная концепция разрушения и деформирования твердого тела, что доказано в работах В.П. Ярцева, О.А. Киселевой и др. Поэтому в диссертационном исследовании за основу при разработке методики прогнозирования долговечности древесных композитов с учетом их старения принимается данная концепция.

Цель работы. Разработка научно-обоснованной методики прогнозирования долговечности древесных композитов, учитывающей длительное действие механической нагрузки и факторов старения.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

• проанализировать существующие методы прогнозирования

изменения свойств материалов;

• исследовать влияние ускоренного теплового старения и УФ-облучения, а также естественного старения в условиях умеренного климата на физико-механические свойства древесных композитов;

• выявить структурные изменения древесных композитов после теплового старения и воздействия УФ-облучения;

• с позиции термофлуктуационной концепции разрушения и деформирования твердых тел изучить закономерности разрушения древесных композитов после теплового старения и воздействия УФ-облучения;

• разработать методику прогнозирования долговечности древесных композитов, позволяющую учитывать длительное действие механической нагрузки и факторов старения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработано научно обоснованное решение задачи учёта старения при прогнозировании долговечности древесных композитов с позиции термофлуктуационной теории разрушения твердых тел. Решение заключается в установлении влияния факторов старения на значения термофлуктуационных констант, изменяющиеся в результате деградации структуры композитов.

2. Выявлено влияние теплового старения и УФ-облучения на структуру древесных композитов, состоящее в накоплении дефектов в результате деструкции древесного наполнителя и полимерной смолы, что подтверждается снижением величины энергии активации термоокислительной деструкции, определенной методом термического анализа, а также снижением интенсивности характеристических полос поглощения на ИК-спектрах.

3. Разработан способ определения поправок, заключающийся в расчете величины изменения долговечности древесных композитов после старения посредством коэффициента, учитывающего комплексное изменение значений термофлуктуационных констант в результате деградационных процессов.

4. Предложены аналитические зависимости, устанавливающие связь долговечности древесных композитов с продолжительностью ускоренного

старения. Коэффициенты уравнений находятся графоаналитическим ме-тодом.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основе проведенного исследования дополнены научные представления о возможности учета совместного действия факторов старения и механической нагрузки при прогнозировании долговечности древесных композитов с позиции термофлуктуационной теории разрушения и деформирования твердых тел, что является её развитием. Это позволит своевременно проводить профилактические мероприятия для предотвращения потери работоспособности строительных изделий из древесных композитов.

Разработана методика прогнозирования долговечности древесных композитов, комплексно учитывающая действие механического напряжения и факторов старения. Методика базируется на положениях термофлуктуационной теории разрушения твердых тел и экстраполяционном методе прогнозирования по результатам ускоренного старения, что позволяет сократить затраты времени на получение информации о гарантированных сроках службы древесных композитов.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационного исследования внедрены в производство ООО ЗМК «Промстальконструкция», ООО «СЗ»Спецмонтаж» и используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «ТГТУ» при подготовке магистров по направлению 08.04.01 Строительство.

Методология и методы исследования. Методологической основой диссертационного исследования послужили основные положения теории и практики строительного материаловедения в области прогнозирования долговечности. При проведении исследования применялись стандартные методы физико-механических испытаний древесных композитов, а также прямые физические методы: дилатометрия, оптическая микроскопия, синхронный термический анализ, ИК-спектроскопия.

Апробация результатов. Основные положения диссертационного исследования докладывались на Академических научных чтениях к 20-ти летию РААСН «Проблемы архитектуры, градостроительства и строительства в

социально-экономическом развитии регионов» (г. Тамбов, 2013); на Х международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники-2014» (Польша, 2014); на XLI международной научно-практической конференции «Технические науки — от теории к практике» (г. Новосибирск, 2014); на VI международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные аспекты современной науки» (г. Белгород, 2015); на VIII международной научно-практической конференции «Молодежь и научно-технический прогресс» (г. Старый Оскол, 2015); на VI международной научно-практической конференции «Topical areas of fundamental and applied research» (North Charleston, USA, 2015); на IV и V международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий» (г. Белгород, 2015); национальной молодёжной научно-технической конференции «ПОИСК» (г. Иваново, 2020, 2021 г); 18-й международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы архитектуры и строительства» (г. Саранск, 2019 г); 2-й, 3-й всероссийской научно-практической конференции «Современная наука: теория, методология, практика» (г. Тамбов, 2020, 2021 г).

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 5 статей в российских рецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК РФ, 2 статьи в изданиях, индексируемых международной базой данных Scopus.

Основные положения, выносимые на защиту:

• результаты исследования влияния теплового старения и УФ-облучения на структуру и физико-механические свойства древесных композитов;

• результаты исследования естественного старения древесных композитов в условиях умеренного климата;

• результаты исследования влияния ускоренного старения и его продолжительности на закономерности разрушения и долговечность древесных композитов;

• способ определения поправки, учитывающей изменение долговечности древесных композитов при их старении, а также

графоаналитический метод определения долговечности древесных композитов;

• разработанная методика прогнозирования долговечности древесных композитов, учитывающая действие механической нагрузки и факторов старения.

Степень достоверности научных результатов обеспечивается использованием стандартных методов исследования с применением современного оборудования, прошедшего метрологическую поверку; достаточной воспроизводимостью результатов экспериментов и статистической обработкой полученных данных.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, подготовке программы и проведении экспериментальных работ, анализе, обобщении и оформлении полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 166 наименований и трех приложений, и содержит 204 страницы машинописного текста, в том числе 59 рисунков, 30 таблиц.

Содержание диссертационной работы соответствует формуле специальности и области исследования «Разработка методов прогнозирования и оценки стойкости строительных материалов и изделий в заданных условиях эксплуатации» паспорта научной специальности 05.23.05 — Строительные материалы и изделия.

Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук профессору Ярцеву В.П. за консультативную помощь при работе над диссертацией.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ

КОМПОЗИТОВ ПРИ СТАРЕНИИ

1.1 Общие понятия о композиционных материалах

С развитием научно-технического прогресса во второй половине ХХ века в строительную отрасль стали внедряться новые материалы, называемые композиционными, без которых сегодня не возможно строительство большинства объектов гражданского, промышленного и жилого комплекса.

Композиционные строительные материалы представляют собой многофазные системы, состоящие из двух или более компонентов с различными индивидуальными свойствами. В результате рационального сочетания нескольких исходных компонентов, их физического или физико-химического взаимодействия получаются новые материалы - композиты, обладающие заданными улучшенными свойствами при сохранении индивидуальности входящих компонентов и имеющие границу раздела [1-3].

Создание новых композиционных материалов преследовало цель по снижению себестоимости строительных материалов за счет применения различных отходов, а также придание им специальных технологических и эксплуатационных свойств [1].

Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, является матрицей или связующим. Другой компонент, разделенный в объеме композиции, называется армирующим или упрочняющим наполнителем [1, 3].

Матрица обеспечивает монолитность композита, фиксирует форму и взаимное расположение армирующего наполнителя, перераспределяет напряжения по всему объему материала, обеспечивая равномерную нагрузку на армирующие волокна. В качестве матрицы могут выступать органические и неорганические связующие [1, 4].

Упрочняющими компонентами выступают, как правило, тонкодисперсные частицы или волокнистые материалы различной природы [1]. Введение в матрицу подобных компонентов позволяет повысить прочность композита через изменение механизма разрушения (например, торможение роста трещины), а также снизить расход связующего, определяющего стоимость всего композита.

Связующее и наполнитель должны обладать хорошей совместимостью, определяемой не только адгезией (прочностью сцепления) между отдельными компонентами, но и рядом других свойств.

С развитием химической промышленности появилась возможность создания композиционных материалов на основе полимерных связующих, в качестве которых выступают различные синтетические смолы. Наряду с последними в композит вводятся дополнительные добавки: отвердители, пластификаторы, стабилизаторы и красители.

1.2 Древесно-полимерные композиционные материалы

Древесина, как строительный материал, играет большую роль в развитии народного хозяйства. Однако, на протяжении последних десятилетий натуральная древесина постепенно заменяется искусственными древесными материалами - композитами. Причиной послужила переоценка мировой ресурсной базы и растущие экологические проблемы.

В настоящее время древесные композиты по объемам производства занимают одно из первых мест в мировой экономике. Они включают в себя большую разновидность материалов, отличающихся свойствами и методами производства. Этому способствовали относительно низкая стоимость древесных отходов, малые затраты труда и электроэнергии при производстве древесных композитов, их ценные и уникальные свойства, а также возобновляемость древесных ресурсов [5, 6].

Основным исходным компонентом для производства древесных композитов является древесина и её отходы. Другим важнейшим компонентом является термореактивное, либо термопластичное полимерное связующее. Кроме того вводятся различные химические и функциональные добавки (антипирены, инсектициды, антисептики, стабилизаторы и пр.), повышающие долговечность материала [7].

Связующее выполняет роль матрицы, в которую заключен механический каркас из древесного материала. Такое наполнение придает особые механические свойства композиту: высокую прочность при относительно малой плотности [2, 8].

Представителями древесных композиционных материалов являются модифицированная полимерами древесина и изделия из древесно-клеевых композиций. В первом случае, полимерное связующее заполняет поры и пустоты древесины, придавая ей стабильность формы при сорбции и десорбции влаги. Во втором случае, количество связующего ограничено, поэтому оно выступает в качестве звена, соединяющего отдельные древесные частицы. В подобных композитах трудно выделить границу раздела фаз, поэтому их называют высоконаполненными с «вырожденной» матрицей. К таким материалам относятся древесноволокнистые и древесностружечные плиты, а также фанера [2, 8].

Классификация древесных композитов весьма разнообразна. Их

3 3

разделяют по плотности (легкие с р < 1200 кг/м ; тяжелые с р > 1200 кг/м ); по материалу связующего (полимерное, органическое, минеральное); по виду наполнителя (стружка, волокно и т.п.); по способу производства и формования (плоское прессование или экструзия) и т.д. (таблица 1.1) [2, 9].

Номенклатура плит, изготавливаемых из измельченной древесины на полимерном связующем, включает в себя следующие изделия: древесноволокнистые плиты сухого и мокрого способа производства; MDF; древесностружечные плиты и OSB [2, 10].

Кроме того, разрабатываются новые древесно-композиционные материалы на термопластичных связующих с наполнителями из песка, стекловолокна, а также с наномодификаторами [9, 11-22].

Большую часть в производстве древесных композитов занимают фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, производимые с применением термореактивных смол, преимущественно феноло- и мочевино-формальдегидных. В последние годы растет интерес к получению готовых изделий из них, в т.ч. пространственных строительных конструкций, профилей и формованных элементов [12, 23].

Таблица 1.1 - Классификация древесных композиционных материалов по

виду связующего и наполнителя [2, 23]

Вид наполнителя Композитный материал Вид связующего

Массивная древесина Модифицированная древесина С интетическое

Лущеный шпон - тонкие листы древесины толщиной 0,55-1,2 мм. Древесно-слоистый пластик, фанера С интетическое

Дискретный наполнитель волокно - частицы длинной 0,7-2 мм. и средним диаметром 0,04 мм. Древесноволокнистые плиты С интетическое

Гипсоволокнистые плиты Минеральное

дробленка - пластинчатые или угольчатые частицы размером 2-20 мм. Арболит Минеральное

древесная шерсть -стружки длиной 500 мм., шириной 2-5 мм. и толщиной 0,2-0,7 мм. Фибролит Минеральное

стружка - пластинчатые частицы длиной 2-20 мм., толщиной 0,2-0,5 мм. Древесностружечные плиты С интетическое

Цементно-стружечные плиты Минеральное

опилки - частицы толщиной и шириной 0,54,5 мм. Изделия из древеснопрессовочных масс С интетическое

Опилкобетон, термиз, гипсоопилочные блоки Минеральное

древесная крошка -частицы, полученные дроблением шпона. Длина 50-80 мм., ширина 5-10 мм., толщина до 1,8 мм. Изделия из древесных пресс-масс Синтетическое

Как показывает отечественная и зарубежная практика строительства,

использование древесных композитов значительно снижает массу зданий и сооружений и увеличивает их теплозащиту [2, 24, 25].

1.2.1 Древесноволокнистые плиты

Рисунок 1.1 - Внешний вид ДВП

Листовой материал, изготавливаемый путем горячего прессования или сушки массы из древесного волокна, уложенного в виде ковра, называется древесноволокнистой плитой (рисунок 1.1). Волокно получают истиранием древесной щепы. Толщина отдельных волокон составляет от 1 до 80 мкм, а длина - от 20 до 4500 мкм [10, 26, 27].

По способу производства различают ДВП прессованные, полученные сдавливанием волокнистого ковра в горячем прессе, и непрессованные, когда волокнистый ковер преобразуется в плиту только за счет нагрева без приложения нагрузки [26].

Кроме того различают мокрый способ производства, при котором для транспортировки и формования волокна используют воду, и сухой способ производства, в котором для этих же целей используется воздух [28].

Мокрым способом изготавливают плиты односторонней гладкости, у которых поверхность, соприкасающаяся с плитой пресса, гладкая, а обратная сторона имеет следы сетки, на которой происходит прессование. При использовании сухого способа получаются плиты двусторонней гладкости.

Древесноволокнистые плиты по твердости разделяются на сверхтвердые, твердые, полутвердые и мягкие [26].

В Российской Федерации плиты ДВП мокрого способа изготовления выпускаются по ГОСТ 4598-86, согласно которому плиты делятся на мягкие М (р<400 кг/м3), полутвердые ПТ (400-800 кг/м3), твердые Т (более 800 кг/м3), и сверхтвердые СТ (более 950 кг/м ). Стандарт устанавливает размеры и их предельные отклонения для каждой марки ДВП, а также значения физико-механических свойств (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Значения показателей физико-механических свойств ДВП[29]

Марка плиты Плотность, кг/м3 Прочность при изгибе, МПа Разбухание за 24 часа, % Водопоглощение за 24 часа, %

М-1, М-2, М-3 100-400 0,4-2,0 - -

ПТ 400-800 21,0 30 -

Т, Т-С, Т-П, Т-СП 800-1050 33,0-38,0 20-23 11-13

Т-В, Т-СВ 850-1100 40 10 7

СТ, СТ-С 950-1100 47,0 13 7

Для ДВ] , изготавливаемых мокрым способом производства,

рекомендуется древесина хвойных пород, а сухим - древесина лиственных пород [30].

В производстве твердых ДВП из древесины лиственных пород мокрым способом необходимы упрочняющие добавки. Волокнистую массу из укороченного волокна обрабатывают водным раствором фенолсодержащей смолы типа СФЖ. Для получения сверхтвердых плит используют талловое масло. Для придания плитам гидрофобных свойств в их состав вводят парафин [26, 31].

При изготовлении сверхтвердых ДВП мокрым способом применяют пропитывающие составы (таловое масло, пектол, нефтяной гидрофобизатор), которые способствуют образованию на поверхности плиты защитной пленки, повышающей прочность и водостойкость материала [30].

Древесноволокнистые плиты нашли широкое применение в строительстве при отделке помещений (устройство полов и потолков, обшивка стен и дверей), а также в деревянных строительных конструкциях [32-34].

1.2.2 Древесностружечные плиты

Появились в начале 40-х годов прошлого века в Германии. Представляют собой листовой материал, получаемый горячим прессованием древесной стружки, смешанной с синтетической смолой (рисунок 1.2). Древесную стружку получают резанием отходов лесопиления и деревообработки. При этом

в стружечной массе различают следующие фракции по толщине: древесная пыль (0,2-0,5 мм.); мелкая фракция (1,0-2 мм.); средняя фракция (6-12 мм.) [35].

Обладают следующими преимуществами по сравнению с другими древесными материалами [10]:

- сравнительно невысокая стоимость;

- высокая жесткость и формостабильность;

- небольшие температурно-влажностные деформации;

- однородность свойств в различных

Рисунок 1.2 - Внешний вид ДСП

направлениях по плоскости плиты;

- богатая сырьевая база и возможность полной автоматизации производства.

Тем не менее у ДСП имеются и недостатки по сравнению с обычной древесиной:

- прочность при изгибе в 5 раз ниже;

- плотность в 1,5 раза выше;

- слабая деформируемость (повышенная твердость и хрупкость);

- хуже водостойкость и долговечность;

- токсичность, обусловленная присутствием свободного формальдегида. По структуре ДСП могут быть одно-, трех-, пяти- и многослойными.

Отличие слоев состоит в размере и плотности упаковки древесных частиц. Кроме того, меняется расположение слоев по толщине плиты. Как правило, наружные слои изготавливаются из мелкой стружки с большим содержанием связующего, а внутренние из более крупной, но с меньшим содержанием смолы [35, 36].

По способу изготовления различают древесностружечные плиты плоского прессования и экструзионные. В первом случае частицы древесного наполнителя ориентируются в процессе прессования параллельно пласти изготавливаемого материала. При экструзии усилие прессования направлено

перпендикулярно плоскости плиты, поэтому основная масса стружки располагается поперечно к пласти плиты, что снижает прочность при изгибе [31, 36, 37].

В России наибольшее распространение получил способ плоского прессования.

Технические требования к отечественным производителям ДСП описаны в ГОСТ 10632-2014 [38].

Согласно этому стандарту древесностружечные плиты классифицируются следующим образом:

- по физико-механическим показателям на марки П-А и П-Б;

- по качеству поверхности на 1 или 2 сорт, который определяется по результатам визуальной оценки плиты с двух сторон;

- по виду обработки: с обычной поверхностью или с мелкоструктурной (М) поверхностью;

- по степени обработки: шлифованные (Ш) или нешлифованные;

- по гидрофобным свойствам: обычной водостойкости или повышенной водостойкости (В);

- по содержанию свободного формальдегида в 100 г. веса плиты: классы Е-1(не более 10 мг.) и Е-2 (10-30 мг.).

ГОСТ также устанавливает пределы для размеров выпускаемых плит, допуски по разнотолщинности плит, допуски по длине и ширине, требования к прямолинейности плит.

-5

Плотность выпускаемых ДСП изменяется от 550 до 820 кг/м . В расчетах

-5

принимается 750 кг/м . Значения показателей физико-механических свойств древесностружечных плит представлены в таблице 1.3.

Самые подходящие породы для производства ДСП - сосна и ель, поскольку при их использовании получаются плиты наивысшей прочности, а стружка получается ровной и гладкой и хорошо деформируется.

На российских предприятиях в качестве органического связующего при производстве ДСП главным образом используется карбамидная смола марки

КФ-НФП с содержанием свободного формальдегида не более 0,15 % и сравнительно низкой вязкости. Отвердителем выступает сульфат или нитрат аммония в концентрации 0,5-1,0 % к массе смолы. Следует отметить, что при высокой влажности плиты на карбамидных клеях могут полностью потерять свою прочность [10, 31, 35].

Таблица 1.3 - Значения показателей физико-механических свойств древесностружечных плит [38]

Показатель Норма для марки

П-А П-Б

Разбухание %, не более

за 24 часа 22 33

за 2 часа 12 15

Прочность при изгибе для плит толщиной: МПа, не менее

8-12 мм. 18 16

13-19 мм. 16 14

20-30 мм. 14 12

Прочность при растяжении перпендикулярно пласти, для плит толщиной: МПа

8-12 мм. 0,35 0,30

13-19 мм. 0,30

20-30 мм. 0,25

Сопротивление выдергиванию шурупов: Н/мм , не менее

из пласти 55 50

из кромки 50 45

Плиты на фенольных связующих (СФЖ-3014) выпускаются в гораздо меньших объемах и идут в основном на устройство полов в малоэтажном строительстве. Важно отметить, что в фенольных смолах содержится щелочь, которая повышает гигроскопичность плит. В качестве отвердителя рекомендуется применять резорцин или резорциновую смолу. Однако из-за высокой стоимости они практически не применяются [31, 36].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мамонтов Семен Александрович, 2021 год

- 160 с.

29. ГОСТ 4598-86 Плиты древесноволокнистые. Технические условия. -М.: ИПК Издательство стандартов, 1986. - 12 с.

30. Мерсов, Е. Д. Производство древесноволокнистых плит / Е. Д. Мерсов. - М.: Высш. шк., 1989. - 232 с.

31. Тришин, С.П. Технология древесных плит: учебное пособие. -3-е изд.-М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 188 с.

32. Григорьева, Л.И. Современные комбинированные балки с использованием древесных материалов / Л.И. Григорьева // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: сборник статей II Междунар. научно-технической конференции / под ред. Т.Н. Барановой. - Пенза, 2003. - С. 166-169.

33. Корчаго, И.Г. Применение древесноплитных материалов в строительстве / И.Г. Корчаго. - М.: Стройиздат, 1984. - 96 с.

34. Скворцов, А.А. Панели покрытия с применением древесноволокнистых плит в условиях эксплуатационного режима производственных сельскохозяйственных зданий / А.А. Скворцов, Ю.А. Муравьев, Ф.В. Расс // Известия вузов. Строительство. - 1976. - № 5. - С.100-103.

35. Отлев, И.А. Справочник по древесностружечным плитам / И.А. Отлев, Ц.Б. Штейнберг- М.: Лесная промышленность, 1983. - 240 с.

36. Шварцман, Г. М. Производство древесно-стружечных плит / Г. М. Шварцман. - 3 изд., - Москва, 1977. - 213 с.

37. Фёдоров, Е. А. Технология получения древесно-полимерных композитов методом экструзии /Е.А. Федоров, Р.Ф. Сагитов // Инноватика-2010: сб. матер. VI Всеросс. науч.-технич. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с элементами научной школы (12-16 апреля 2010 г.). Томск: ТМЛ-Пресс. - 2010. - Т. 1. - С. 188-189.

38. ГОСТ 10632-2014 Древесно-стружечные плиты. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2014. - 16 с.

39. Хрулев, В. М. Строительные материалы, изделия и конструкции из полимеров и древесины / В.М. Хрулев , К. Я. Мартынов, А. А. Магдалин // -1996.

40. Васечкин, Ю.В. Технология и оборудование для производства фанеры. Учебник для лесотехнических техникумов. М. Лесная промышленность - 1983 г. - 312 с.

41. ГОСТ 3916.1-96 Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1998. - 17 с.

42. Хрулев, В.М. Производство конструкций из дерева и пластмасс / Хрулев В.М.-М, 1989.-200 с.

43. Слицкоухов, Ю.В. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебник для вузов / Ю. В. Слицкоухов, В.Д. Буданов, М.М. Гапоев и др. - 5-е изд., перераб. и доп. - М: Стройиздат, 1986. - 543с.

44. Зубарев, Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. Учеб. пособие для вузов / Г.Н. Зубарев, Ф.А. Бойтемиров, В.М. Головина и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. -304с.

45. Павлов, Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях [Текст] /Н.Н. Павлов// М.: Химия, 1982, -220 с.

46. Манин, В. Н. Физико-химическая стойкость полимерных материалов в условиях эксплуатации / В. Н. Манин, А. Н. Громов. - М.: Химия, 1980.- 248 с.

47. Горенкова, А.И. Климатическая стойкость эпоксидных полимеров с повышенной стойкостью к уф-излучению / А.И. Горенкова, Д.Р. Низин, А.Н. Чернов // Огарёв-Online, - 2019.- № 5 (126).- С. 10.

48. Низина, Т.А. Анализ климатической стойкости модифицированных эпоксидных полимеров в условиях умеренно-континентального климата / Т.А. Низина, Д.Р. Низин, Д.А. Артамонов, Н.С. Канаева, Ю.А. Ланкина // Эксперт: теория и практика. - 2020.- № 1 (4). - С. 33-42.

49. Низина, Т.А. Климатическая стойкость эпоксидных полимеров в умеренно континентальном климате / Т.А. Низина, В.П. Селяев, Д.Р. Низин // Монография, Саранск,- 2020. - 188 с.

50. Низина, Т.А. Влияние влагосодержания и климатического старения на кинетику накопления повреждений в структуре полимерных композитов под действием растягивающих нагрузок / Т.А. Низина, В.П. Селяев, Д.Р. Низин, Н.С. Канаева, А.Н. Чернов // В сборнике: Климат-2021: современные подходы к оценке воздействия внешних факторов на материалы и сложные технические системы. Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции. -Москва, 2021. - С. 53-67.

51. Старцев, О.В. Климатические испытания строительных материалов: Монография / Под общ. ред. О.В. Старцева, В.Т. Ерофеева, В.П. Селяева. - М.: Издательство АСВ, 2017. - 558 с

52. Кирилов, В.Н. Влияние последовательного воздействия климатических и эксплуатационных факторов на свойства стеклопластиков // В.Н. Кирилов, В.А. Ефимов, Т.Е. Матвеенкова, Т.Г. Коренькова / Журнал «Авиационная промышленность».- №1, 2004 - С.45-48.

53. Accelerated Aging of Materials and Structures. - National Academy Press. - 1996.

54. Старженецкая, Т.А. Воздействие влаги и низких температур на свойства полимерных композиционных материалов/ Т.А. Старженецкая, И.Н. Черский // Механика композиционных материалов. 1986. - №6. - С. 1100-1104.

55. Каблов, Е.Н. Климатическое старение композиционных материалов

авиационного назначения. Часть I. Механизмы старения / Е.Н. Каблов, О.В. Старцев, А.С. Кротов, В.Н. Кириллов // Деформация и разрушение материалов. -№11, 2010 -С. 19-27.

56. Ефимов, В.А. Исследование полимерных конструкционных материалов при воздействии климатических факторов и нагрузок в лабораторных и натурных условиях/ В.А. Ефимов, А.К. Шведкова, Т.Г. Коренькова, В.Н.Кириллов// Труды ВИАМ. - №1 -2013.- С.5

57. Каблов, Е.Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. Часть III. Значимые факторы старения / Е.Н. Каблов, О.В. Старцев, А.С. Кротов, В.Н. Кириллов // Деформация и разрушение материалов.- 2011. №1. - С. 34-40.

58. Вапиров, Ю.М. Интерпретация аномального изменения свойств углепластика КМУ-1у при старении в разных климатических зонах / Ю.М. Вапиров, В.В. Кривонос, О.В. Старцев// Механика композитных материалов. -Т.30 №2 - 1994. - С.266-273.

59. Старцев, О.В. Старение полимерных авиационных материалов в теплом влажном климате. Автореферат дисс. доктора техн. наук.,- М., 1990 г., -80 с.

60. Панин, С.В. Диагностика начальной стадии климатического старения ПКМ по изменению коэффициента диффузии влаги // С.В. Панин, О.В. Старцев, А.С. Кротов / Труды ВИАМ, №7, - 2014. - С.7.

61. Каблов, Е.Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. Часть II. Релаксация исходной структурной неравновесности и градиент свойств по толщине / Е.Н. Каблов, О.В. Старцев, А.С. Кротов, В.Н. Кириллов // Деформация и разрушение материалов.- 2012. -№6. -С. 17-19.

62. Покровская, Е.Н. Влияние старения на структуру и свойства полимерного композита древесины. Сборник материалов международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса»// Е.Н. Покровская/ Издательство

КГТУ, Кострома, - 2012. - С. 29-31.

63. Storodubtseva T.N., Aksomitny А. А., Ukrainskaya E.V. On the study of the endurance of wood-polymer composite material. В сборнике: All-Russian internet-symposium with International Participation. Chemically modified minerals and biopolymers in XXI century chemopolys dedicated to 100th anniversary of Polymer Science and 90th anniversary of Voronezh State University of Forestry and Technologies, 2020. - C. 279-284.

64. Стародубцева, Т.Н. Решение задачи прогнозирования физико-механических свойств древесины с учетом ее анизотропии/ Т.Н. Стородубцева, Е.В. Вострикова, В.В. Петров // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика.- 2018. - Т. 6. № 6 (42).- С. 353-355.

65. Стородубцева, Т.Н. Программное обеспечение процесса. Прогнозирование свойств древесного полимерного композиционного материала /Т.Н. Стородубцева, Д.С. Григорьев, А.А. Аксомитный// В сборнике: Фундаментальные исследования, методы проектирования, программно -техническая платформа корпоративных информационных систем. Материалы 15-ой Национальной молодежной научно-практической конференции, -2017. -С. 131-136.

66. Аксомитный, А.А. Прогнозирование свойств древесного полимерного композиционного материала/А.А. Аксомитный, Т.Н. Стородубцева, Д.С. Григорьев// В сборнике: Моделирование. Фундаментальные исследования, теория, методы и средства. Материалы 17-ой Международной молодежной научно-практической конференции, - 2017. - С. 40-45.

67. Асеева, Р.М. Влияние естественного старения на физико-химические и пожароопасные свойства древесины. // Р.М. Асеева, Б.Б. Серков, А.Б. Сивенков/ Известия ЮФУ. Технические науки. № 9 (158). - 2014. - С. 206217.

68. Сашин, М.А. Прогнозирование и повышение долговечности и длительной прочности древесины в строительных изделиях и конструкциях//Дисс... канд. техн. наук. - Воронеж, 2006. - 180 с.

69. Киселева, О.А. Физические основы работоспособности строительных материалов из древесины // О.А. Киселева, В.П. Ярцев/ Монография. Изд-во Першина Р.В. Тамбов,- 2007.- 240 с.

70. Киселёва, О. А. Влияние температуры и влаги на старение древесных плит и фанеры / О. А. Киселёва, В. П. Ярцев, А. В. Сузюмов и др. // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сб. научных трудов Международной научно-техн. конф. - Пенза. - 2004. -С. 126 - 128.

71. Киселева, О. А. Влияние климатических воздействий на прочностную и деформационную работоспособность древесных пластиков / О. А. Киселева, В. П. Ярцев, А. В. Сузюмов // Пластические массы. - 2006. - № 2. С. 35 - 37.

72. Киселева, О. А. Прогнозирование работоспособности древесностружечных и древесноволокнистых композитов в строительных изделиях: дисс. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / Киселева Олеся Анатольевна. -Воронеж, 2003. - 208 с.

73. Мартынов, К.Я. Исследование ускоренного старения древеснотружечных плит методом математического планирования эксперимента / К.Я. Мартынов, В.М. Хрулев // ИВУЗ: Строительство. Новосибирск - 1984. - №12.- С.78-81.

74. Хрулев, В. М. Оценка старения модифицированной древесины измерением давления набухания / Хрулев В.М., Машкин Н.А.// Изв. вузов. Лесной журнал. 1983 - № 4. - С. 91-96.

75. Киселева, О.А. Влияние жидких агрессивных сред на несущую способность древесных композитов / Киселева О.А., Ярцев В.П., Сашин М.А., Сузюмов А.В. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. М., 2006. № 6. С. 84-86.

76. Yartsev, V.P. Influence of temperature and ultraviolet irradiation on deformation capacity of glued wood/ V.P. Yartsev, D.V. Antipov, O.A. Kiselyova //Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture.- 2010. -№ 4 (8). - С. 14-22.

77. Yartsev, V.P. Influence of temperature, humidity and ultraviolet irradiation on durability and durability of modified wood/ Yartsev V.P., O.A. Kiselyova, E.E. Plotnikova // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. -2011. -№ 1 (9). -С. 4-10.

78. Кольцов, П.М. Прогнозирование прочности и долговечности в реальных условиях эксплуатации / П.М. Кольцов, О.А. Киселева, В.П. Ярцев // Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре. Сборник статей Международной научно-практической конференции - Липецк, 2007. - С.240-244.

79. Киселева, О.А. Влияние термо- и фотостарения на срок службы древесных плит и фанеры в конструкциях одноэтажных жилых зданий / О.А. Киселева, В.П. Ярцев // Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века: Труды XIII Международного семинара Азиатско-Тихоокеанской академии материалов. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), - 2006. - Т.2. - С. 185-187.

80. Лазутин, Д.В. Определение работоспособности древесноволокнистых плит / Д.В. Лазутин, В.П. Ярцев // V научная конференция ТГТУ: краткие тезисы докладов. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2000. -С. 220.

81. Выдрина, Т.С. Тепловое старение изделий на основе древесных композиционных материалов // Т.С. Выдрина, А.В. Артёмов, В.Г. Дедюхин, В.Г. Бурындин / Химия растительного сырья. №2.- 2007. - С.101-106.

82. ГОСТ 9.707-81 Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение. Издательство стандартов, 1990 - 80 с.

83. Гойхман, Б. Д. Прогнозирование изменений свойств полимерных материалов при длительном хранении и эксплуатации// Б.Д. Гойхман, Т. П. Смехунова / Успехи химии. Том 49, Номер 8, 1980.- С. 1554-1573.

84. Гойхман, Б. Д. К вопросу об оценке сроков хранения полимерных материалов по тепловому старению // Б. Д. Гойхман, А. Д. Мошенский, Л. В. Селезнева / Каучук и резина. - 1968. - №. 4. - С. 49.

85. Карпухин, О.Н. Определение срока службы полимерного материала как физико-химическая проблема // О.Н. Карпухин / Успехи химии, Том 49, Номер 8. - 1980. - С. 1523-1553.

86. Померанцев, А.Л. Кинетический подход к прогнозированию надежности материалов в изделии // А.Л. Померанцев, О.Н. Карпухин, Э.Ф. Брин / Кинетика и катализ. №24. - 1983. - С. 1233-1238.

87. Сулейманов, А.М. Прогнозирование долговечности материалов проекционными математическими методами // А.М. Сулейманов, А.Л. Померанцев, О.Е. Родионова / Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. № 2 (12). - С. 274-278.

88. Bystritskaya, E.V. Prediction of the aging of polymer materials// E.V. Bystritskaya, A.L. Pomerantsev, O.Ye. Rodionova / Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 1999. Т. 47. № 2.- С. 175-178.

89. Сулейманов, А.М. Принципы разработки методов ускоренных испытаний на долговечность полимерных строительных материалов//А.М. Сулейманов / Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 602-603.

90. Сулейманов, А.М. Актуальные задачи в прогнозировании долговечности полимерных строительных материалов // А.М. Сулейманов / Строительные материалы, № 5. - 2015. - С.10-13.

91. Виноградов, Е. Л. Прогнозирование свойств полимеров и работоспособность полимерных материалов в изделиях // Е.Л. Виноградов, Л. И. Годунова, А. М. Лобанов / Пластические массы. № 4. - 1976. - С. 44-46.

92. Сулейманов, А.М. Прогнозирование долговечности материалов проекционными математическими методами // А.М. Сулейманов, А.Л. Померанцев, О.Е. Родионова / Известия КазГАСУ, № 2(12). - 2009. - С.274-278.

93. Ратнер, С.Б. Физическая механика пластмасс. Как прогнозируют работоспособность?/С.Б. Ратнер, В.П. Ярцев - М.: Химия, 1992.-320с.

94. Ярцев, В.П. Физико-технические основы работоспособности органических материалов в деталях и конструкциях: Дис... д-ра техн. наук. -Воронеж, 1998.-350с.

95. Журков, С. Н. Кинетическая концепция прочности твёрдых тел / С. Н. Журков // Вестник АН СССР. - 1957. - № 11. - С. 78-84.

96. Журков, С. Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел (термофлуктуационный механизм разрушения) / С. Н. Журков // Известия АН СССР. - Серия: Неорганические материалы. - 1967. - Т.3. - С. 1767-1775.

97. Ярцев, В.П., Киселева О.А. Физико-механические испытания строительных композитных материалов: Методические указания к лабораторным работам / В.П. Ярцев, О.А. Киселева. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2003. - 24 с.

98. Ярцев, В.П. Прогнозирование работоспособности полимерных материалов в деталях и конструкциях зданий и сооружений: Учеб. пособие / В.П. Ярцев. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2001. - 149 с

99. ГОСТ 15173-70. Пластмассы. Метод определения среднего коэффициента линейного термического расширения. - Введен 01.07.70. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 6 с.

100. Справочная книга по светотехнике/ Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. персраб. и доп.- М.: Знак, 2006 — 972 с: ил.

101. Б. Рэнби, Я. Рабек Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров. Перевод с англ. Под ред. академика Н.М. Эмануэля,- Издательство "Мир", 1978 - 675 с.

102. Handbook of wood chemistry and wood composites / edited by Roger M. Rowell. - Taylor & Francis, 2005. - 473 p.

103. Колин, Н. Эберхардт. Микроскопические методы исследования материалов / Н. Эберхардт Колин, Р. Кларк Эшли - Издательство: Техносфера, - 2007. -376 С.

104. Аппельт, Г. Введение в методы микроскопического исследования / Г. Аппельт - пер. с 3-го нем. изд. 1955 - М.: Медгиз, 1959. - 426 с.

105. Шестак, Я. Теория термического анализа. / Я. Шестак // М.: Мир,1987. 455 с.

106. Вайтулевич, Е.А. Термический анализ органических полимерных материалов и композитов./Е.А. Вайтулевич, О.В. Бабкина, В.А. Светличный// Учебное пособие - Томск: Томский государственный университет, 2011. - 56 с.

107. Ярцев, В.П. Закономерности термофлуктуационного разрушения высоко-наполненных резиновых смесей и резин / В.П. Ярцев // Каучук и резина. - М., 1989. - № 3. - С. 17-20.

108. Ратнер, С.Б. Термофлуктуационные закономерности истирания полимеров / С.Б. Ратнер, В.П. Ярцев // Теория трения, износа и проблемы стандартизации: Сборник - Брянск : Приокское кн. изд-во, 1978. - С. 150-162.

109. Регель, В. Р. Кинетическая природа прочности твердых тел / В.Р. Регель, А. И. Слуцкер, Э.Е. Томашевский. - М.: Наука, 1979. - 560 с.

110. Губин, В. И. Статистические методы обработки экспериментальных данных / В.И. Губин, В. Н. Осташков // Учеб. пособие для студентов технических вузов.— Тюмень: Изд-во «ТюмГНГУ», 2007.— 202 с.

111. Дружинина, В.Н. Термическое и световое старение древесноволокнистых плит / В.Н. Дружинина, С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Журнал Academia «Архитектура и строительство». - № 1, 2014. - С. 94-97.

112. Мамонтов, С.А. Анализ термического старения древесноволокнистых плит / С.А. Мамонтов // Состояние современной строительной науки. Сб. науч. трудов X - ой Международ. науч.-практ. Интернет - конф. -Украина, Полтава: Полтавский ЦНИИ. - 2012.- С. 53-57.

113. Мамонтов, С.А. Искусственное и естественное старение древесноволокнистого композита / Мамонтов С.А., Ярцев В.П., Монастырев П.В. // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2017. - № 1 (367). - С. 95-101.

114. Мамонтов, С.А. Оценка стойкости древесноволокнистых плит к старению / С.А. Мамонтов, А.А. Мамонтов // Молодые ученые - развитию Национальной технологической инициативы (П0ИСК)-2020.- № 1. - С. 416-419.

115. Мамонтов, С.А. Тепло- и фотостарение древесноволокнистых плит / С.А. Мамонтов // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии. Сб. материалов 12 - ой Международ. науч.-техн. конф.- Тула, 2011.-С.43.

116. Мамонтов, С.А. Влияние термостарения и УФ-облучения на работоспособность древесноволокнистых плит / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Вестник Центрального РО РААСН: Выпуск 11 (к 20-летию РААСН). - ТГТУ.-Тамбов-Воронеж: Изд-во Першина Р.В.- 2012.- С.215-220.

117. Мамонтов, С.А. Дилатометрический анализ структурных изменений состаренных древесноволокнистых плит / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Теоретические и прикладные аспекты современной науки. Сб. научн. трудов по материалам VI Международной научно-практической конф. - Белгород, 2015 -Часть 3.,- С.72-75.

118. Азаров, В.И. Химия древесины и синтетических полимеров [Текст]/

B.И. Азаров, А.В. Буров, А.В. Оболенская// Учебник для вузов. СПб.: СПбЛТА, 1999.- 628 с.

119. Мамонтов, С.А. Исследование теплового и светового старения древесностружечных плит / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.- №3. - 2015. - С.40-43.

120. Мамонтов, С.А. Тепло- и фотостарение древесностружечных плит /

C.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии: Сб. материалов 14 - ой Международ. науч.-техн. конф.- Тула, 2013.-С. 74-75.

121. Новикова, С. И. Тепловое расширение твердых тел [Текст]: Монография / С.И. Новикова. - М.: Наука, 1974. — 294 с.

122. Мамонтов, С.А. Термическое расширение ДСП, подверженных тепловому и световому старению / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Перспективные разработки науки и техники-2014. Строительство и Архитектура.: Сб. материалов Х-ой Международной науч.-практ. конф. -Выпуск 17. - Польша, 2014г.- С. 68-70.

123. Мамонтов, С.А. Тепловое и световое старение фанеры строительного назначения / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Журнал «Вестник гражданских инженеров».- №5(46), 2014. - С. 85-89

124. Никитин, В.М., Химия древесины и целлюлозы / В.М. Никитин, А.В. Оболенская, В.П. Щеголев // М.: Лесная промышленность, 1978.- 368 с.

125. Мамонтов, С.А. Дилатометрия фанеры, подверженной тепловому старению и УФ-облучению / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Технические науки — от теории к практике. Сб. ст. по материалам XLI междунар. науч.-практ. конф. - № 12 (37). - г. Новосибирск: Изд. «СибАК», 2014. - С. 102-106.

126. Пилоян, Г.О. Введение в теорию термического анализа / Г.О. Пилоян // Издательство «Наука».- Москва. - 1964. - 222 с.

127. Мадорский, С. Термическое разложение органических полимеров / С. Мадорский. - М.: Изд-во Мир, 1967. - 328 с.

128. Мамонтов, С.А. Комплексный анализ старения ДВП / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Молодежь и научно-технический прогресс. Сб. докладов VIII международной науч.-практ. конф. в БГТУ им. Шухова. - Том 3. - Старый Оскол: ООО «Ассистент плюс», 2015. - С. 54-57.

129. Федосеев, С.Д. Основы теории термической деструкции углеродистых материалов./ С.Д. Федосеев// Учебное пособие. - М. : МХТИ, 1982. - 49 с.

130. Федосеев, С.Д. Физико-химические основы термодеструкции углеродистых материалов / С.Д. Федосеев, Т.В. Комарова // М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1984. - 44 с.

131. Рожкова, О.В. Термический анализ целлюлозы и её производных / О.В. Рожкова и др. // Химия древесины. - 1988. - №1.- С.29-35.

132. Тагер, А.А. Физико-химия полимеров / А.А. Тагер. - М.: Химия, 1968. - 540 с.

133. Бернштейн, В.А. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физико-химии полимеров / В.А. Бернштейн, В.М. Егоров // Л.: Химия, 1990. 256 с.

134. Мамонтов, С.А. Естественное старение древесных композитов в условиях умеренного климата. / С.А. Мамонтов // Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований. Сб. материалов VI международной научн.-практич. конф. - North Charleston, USA, 2015.- Том 1. -С.96-98.

135. СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. - М.: Минрегион России, 2012. -109 с.

136. Bulgakov A.G., Mamontov S., Mamontov A., Rapatsky Yu.L. Characteristics of aging of wood-fiberboard from the position of IR spectroscopy. Journal of Applied Engineering Science.- 2020. - Т. 18. № 4. - С. 624-630.

137. Мамонтов, С.А. ИК - спектроскопическая оценка структурной деградации древесноволокнистых плит после старения / С.А. Мамонтов, А.А. Мамонтов, О.А. Киселева // БСТ: Бюллетень строительной техники. - 2021, - № 5 (1041). - С. 27-29.

138. Мамонтов, С.А. Оценка термостарения древесноволокнистых плит методом ИК-спектроскопии / С.А. Мамонтов, А.А. Мамонтов// В сборнике: Современная наука: теория, методология, практика. Материалы III-ей Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Тамбов, 2021. - С. 155-158.

139. Шипина, О. Т. ИК-спектроскопческие исследования целлюлозы из травянистых растений/О. Т. Шипина, М. Р. Гараева, А. А. Александров// Вестник Казанского технологического университета. - № 6.- 2009.- pp. 148-152.

140. Хвиюзов, С.С. Оценка содержания лигнина в древесине методом ИК Фурье-спектроскопии / С.С. Хвиюзов, К.Г. Боголицын, М.А. Гусакова, И.Н. Зубов // Фундаментальные исследования - №9 - 2015 - с.87-90

141. Жбанков, Р.Г., Козлов П.В. Физика целлюлозы и ее производных. - Минск: Наука и техника, 1983. - 296 с.

142. Хабаров, Ю.Г., Песьякова Л.А. Аналитическая химия лигнина. -Архангельск: АГТУ, 2008. 172 с.

143. Lin S.Y., Dence C.W. Methods in Lignin Chemistry. - Berlin: SpringerVerlag, 1992. - 578 p.

144. Клёсов, А. Древесно-полимерные композиты. — СПб.: Научные основы и технологии, 2010. — 736 с.

145. Панов, В.П. Технология производства древесноволокнистых плит средней плотности на фенолоформальдегидных связующих. Дисс... на соискание ученой степени к.т.н., - Москва, -1983, - 191 с.

146. Nicole M. Stark, Laurent M. Matuana. Characterization of weathered woodeplastic composite surfaces using FTIR spectroscopy, contact angle, and XPS*. Polymer Degradation and Stability 92 (2007) 1883-1890 (doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2007.06.017)

147. Li, Dong & Li, Li & Zhou, Jin. (2010). Applications of Infrared Spectroscopy in the Study of Wood Plastic Composites. Advanced Materials Research. 113-116. 2003-2006. 10.4028/www.scientific.net/AMR.113-116.2003.

148. Chen, Wenbo & He, Hui & Zhu, Hongxiang & Cheng, Meixiao & Li, Yunhua & Wang, Shuangfei. (2018). Thermo-Responsive Cellulose-Based Material with Switchable Wettability for Controllable Oil/Water Separation. Polymers. D0I:10. 592. 10.3390/polym10060592.

149. Zhang, Hui & Xu, Yaoguang & Li, Yuqi & Lu, Zexiang & Cao, Shilin & Fan, Mizi & Huang, Liulian & Chen, Lihui. (2017). Facile Cellulose Dissolution and Characterization in the Newly Synthesized 1,3-Diallyl-2-ethylimidazolium Acetate Ionic Liquid. Polymers. 9. 526. 10.3390/polym9100526.

150. Voronych, Oleksandra & Kurta, Sergiy & Starchevskyy, Volodymyr & Fedorchenko, Sofiya. (2016). Technology of Recycling, Properties and Use of Polyvinylchloride-Coated Paper Waste. Chemistry and Chemical Technology. 10. 10.23939/chcht10.02.219.

151. Ghavidel, Amir & Scheglov, Anna & Karius, Volker & Mai, Carsten & Tarmian, Asghar & Viol, Wolfgang & Vasilache, Viorica & Sandu, Ion. (2020). In-depth studies on the modifying effects of natural ageing on the chemical structure of European spruce (Picea abies) and silver fir (Abies alba) woods. Journal of Wood

Science. 66.

152. Gu, Y.; Bian, H.; Wei, L.; Wang, R. Enhancement of Hydrotropic Fractionation of Poplar Wood Using Autohydrolysis and Disk Refining Pretreatment: Morphology and Overall Chemical Characterization. Polymers 2019, 11, 685.

153. Котлярова, И.А. ИК-спектроскопия древесины сосны, березы и дуба, модифицированной моноэтаноламин (n^b) тригидроксиборатом. Химия растительного сырья - 2019 - №2, - с. 43-49.

154. Чухчин, Д.Г. Применение ИК-спектроскопии для изучения напряженного состояния целлюлозных материалов/Д.Г. Чухчин, Л.В. Майер, Я.В. Казаков, А.В. Ладесов// Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. памяти профессора В.И. Комарова (Архангельск, 14-16 сентября 2017 г.) /Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. - Архангельск - с.86-91

155. Базарнова, Н.Г. Методы исследования древесины и её производных / Н.Г. Базарнова, Е.В. Карпова, И.Б. Катраков и др.// Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2002.- 160 с.

156. Жбанков, Р.Г. Инфракрасные спектры и структура углеводов. Минск: Наука и техника, 1972. - 456 с.

157. Инфракрасная спектроскопия полимеров / Под ред. И. Деханта. М.,1976. - 472 с.

158. Мамонтов, С.А. Тепловое и световое старение древесностружечных плит в контексте термофлуктуационного подхода к прогнозированию долговечности / С.А. Мамонтов, А.А. Мамонтов, О.А. Киселева // БСТ: Бюллетень строительной техники.- 2021.- №1 (1037).-С. 62-64.

159. Мамонтов, С.А. Тепловое старение и долговечность ДСП / С.А. Мамонтов // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии: Сб. материалов 15 - ой Международ. науч.-техн. конф.- Тула, 2015.-С. 68-69.

160. Мамонтов, С.А. Долговечность древесностружечного композита, эксплуатируемого в условиях светового старения/С.А. Мамонтов, О.А. Киселева//Современные тенденции развития науки и технологий: Сб.

материалов 5 - ой Международ. науч.-практ. конф.- Белгород, 2015.- С. 158161.

161. Хрулев, В. М. Исследование долговечности и прочности строительной фанеры: дисс. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / Хрулев Валентин Михайлович. - Москва, 1959. - 360 с.

162. Сузюмов, А. В. Прогнозирование долговечности фанеры в ограждающих и несущих строительных конструкциях / А. В. Сузюмов, О. А. Киселева, В. П. Ярцев // Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения: Материалы десятых академических чтений РААСН. - Казань. - 2006. - С. 222 - 224.

163. Мамонтов, С.А. Методика прогнозирования долговечности материалов, эксплуатируемых в условиях естественного климатического старения / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Современные тенденции развития науки и технологий: Сб. материалов 4 - ой Международ. науч.-практ. конф.-Белгород, 2015.- Часть IV- С. 124-128.

164. Мамонтов, С.А. Учёт факторов старения и длительного механического воздействия при прогнозировании долговечности древесных композитов / С.А. Мамонтов, А.А. Мамонтов, О.А. Киселева // БСТ: Бюллетень строительной техники,- 2021, - № 9 (1045) - С. 38-41.

165. Мамонтов, С.А. Новый графоаналитический метод прогнозирования долговечности состаренных древесных композитов / С.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Современные тенденции развития науки и технологий: Сб. материалов 4 - ой Международ. науч.-практ. конф.- Белгород, 2015.- Часть IV- С. 128-132.

166. Мамонтов, С.А. Прогнозирование долговечности древесных композитов графоаналитической обработкой результатов ускоренного старения / С.А. Мамонтов, А.А. Мамонтов // В сборнике: Современная наука: теория, методология, практика. Материалы 2-ой Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Тамбов, 2020. - С. 143-146.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Методика прогнозирования долговечности древесных композитов с учетом их старения

1 Область применения

Настоящая методика распространяется на древесные композиты, в частности древесноволокнистые плиты, древесностружечные плиты и фанеру, и устанавливает способы прогнозирования долговечности с учетом их старения.

Методика включает в себя следующие методы испытаний:

- метод проведения ускоренного старения;

- метод определения предела прочности при статическом изгибе;

- метод прогнозирования долговечности при статическом изгибе.

Методика использует результаты ускоренного лабораторного старения и

осуществляет прогнозирование долговечности по уравнениям термофлуктуационной теории разрушения и деформирования твердых тел.

Факторами ускоренного старения являются: температура, создаваемая в камере теплового старения, и УФ-облучение, создаваемое в камере светового старения.

Представленная методика используется для исследовательских испытаний, результаты которых по согласованию с заказчиком могут включаться в стандарты и технические условия на материал, а также использоваться для прогнозирования срока службы материалов, эксплуатируемых в условиях старения.

2 Метод проведения ускоренного старения

2.1 Отбор образцов

2.1.1 Отбор и подготовку образцов к испытаниям проводят по стандартам на данный вид древесного композита.

2.1.2 Образцы древесных композитов изготавливаются в форме прямоугольной призмы размерами, соответствующими требованиям ГОСТ на методы испытаний:

ГОСТ 19592-80 Плиты древесноволокнистые. Методы испытаний.

ГОСТ 10635-88 (СТ СЭВ 6013-87) Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости при изгибе (с Изменениями N 1, 2).

ГОСТ 9625-2013 Древесина слоистая клееная. Методы определения предела прочности и модуля упругости при статическом изгибе.

Образцы не должны иметь видимых, ухудшающих прочность дефектов.

2.2 Испытательное оборудование и инструменты

2.2.1 Камера теплового старения, обеспечивающая поддержание заданной температуры.

2.2.2 Камера УФ-облучения с ртутной лампой ДРТ1000.

2.3 Проведение испытания

2.3.1 Ускоренное тепловое старение проводится в течение заданной продолжительности при заданной величине повышенной температуры. Величина температуры должна быть выше на 10 К (10 °С) обычной температуры эксплуатации материала и ниже на 10 К (10 °С) максимальной (критической) температуры, вызывающей нехарактерные для эксплуатационного периода изменения в материале.

2.3.2 УФ-облучение образцов древесных композитов проводится в течение заданной продолжительности.

2.3.3 Испытания проводят непрерывно в течение всей продолжительности старения. В продолжительность старения не входит продолжительность вынужденных перерывов, которая не должна превышать 10 сут.

2.3.4 Расстояние между образцами и стенками испытательных камер должно быть не менее 50 мм. Расстояние между образцами должно быть не менее 10 мм.

2.3.5 В процессе старения периодически, не менее 5 раз, делают съемы образцов для построения кинетической кривой изменения прочности при статическом изгибе.

3 Метод определения предела прочности при статическом изгибе

3.1 Отбор образцов - по 2.1

3.2 Испытательное оборудование и инструменты

- Универсальная испытательная машина по ГОСТ 28840-90, обеспечивающая погрешность измерения нагрузки не более 1% и скорость нагружения, равную 30 мм/мин.

- Штангенциркуль по ГОСТ 166-80.

- Металлическая линейка по ГОСТ 427-75.

Допускается применять другое оборудование и инструменты, обеспечивающие требуемую погрешность измерения.

3.3 Подготовка к испытанию

3.3.1 Поперечное сечение образца измеряют в середине его длины.

3.3.2 Расстояние между центрами опор принимается 100 мм.

3.4 Проведение испытаний

3.4.1 Испытание образцов до и после ускоренного старения проводят в соответствии с рисунком А. 1.

|Р

€

Ь/2

^ Ь=100 мм

1

+...........>г

Рисунок А.1 - Расчетная схема для кратковременных и длительных испытаний на поперечный изгиб

3.4.2 Образцы нагружают равномерно с постоянной скоростью. Скорость должна быть такой, чтобы максимальное усилие было достигнуто через (60±30) с.

3.5 Обработка результатов

3.5.1 Предел прочности при статическом изгибе а рассчитывают для каждого образца по формуле (1). Результаты определяют с точностью до 0,5 МПа.

3Р1

а=ш (1)

где Р - максимальная нагрузка, Н; I - расстояние между опорами, мм; Ь -ширина образца, мм; к - толщина образца, мм.

3.5.2 За результат испытания для каждой серии образцов, отличающейся продолжительностью ускоренного старения, принимают среднее арифметическое 8 образцов с учетом статистической обработки.

4 Метод прогнозирования долговечности при статическом изгибе

4.1 Отбор образцов - по 2.1

4.2 Испытательное оборудование и инструменты

- Штангенциркуль по ГОСТ 166-80.

- Металлическая линейка по ГОСТ 427-75.

- Секундомер

- Стенд для определения долговечности материалов (рисунок А. 2)

4 2 2

1- рама с прикрепленными секундомерами; 2- нагревательные элементы; 3- лабораторный автотрансформатор; 4- термокамера; 5- рычажные устройства; 6- грузы с подвесами;

7-демпферная секция

На основной раме (1) расположены все секции испытательной установки. Тепловые электронагревательные элементы (ТЭНы) (2) создают и поддерживают с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) (3), постоянную заданную температуру в термокамере (4). Температура измеряется с точностью ±1 °С термометром, шарик которого расположен вблизи зоны разрушения образца. Напряженное состояние в образцах материала создается рычажными устройствами (5), которые обеспечивают точность приложения нагрузки в виде грузов на подвесах (6). Демпферное устройство (7)

предотвращает динамическое воздействие при разрушении испытываемых образцов. Время до разрушения фиксируется с помощью секундомера.

4.3 Подготовка к испытанию - по 3.3

4.4 Проведение испытаний

4.4.1 Испытание образцов до и после ускоренного старения проводят в соответствии с рисунком 1.

4.4.2 Выдержка образцов под нагрузкой до разрушения проводится при температурах 20, 40 и 60 °С. Образцы перед нагружением прогреваются при заданной температуре в течение 30 мин.

4.4.3 Задаваясь несколькими напряжениями (минимум 6) в пределах (0,7-0,9)аразр (аразр определяется по п.3), к образцам прикладывается постоянная нагрузка такой величины, чтобы время разрушения было не менее нескольких секунд.

4.4.4 С помощью секундомера фиксируется время от момента начала нагружения до момента разрушения образца (долговечность).

4.4.5 При каждой температуре испытания необходимо получить 6 точек по 8 образцам с учетом статистической обработки данных.

4.4.6 Результаты испытаний заносятся в таблицу А. 1.

Таблица А. 1

Время до Среднее

№ точки № образца Температура испытания, Т, К Напряжение (0,7-0,9)Оразр, МПа Нагрузка, кН разрушения 1-ого образца ^т;, с значение времени до разрушения, ^т, с

1

1 С1 Р1

8 Т1

1 С2

6 Р2

8

1

1 С1 Р1

8 Т2

1 С2

6 Р2

8

1

О

-1

л

Ыс ]

4.5 Обработка результатов

4.5.1 В программном комплексе «Excel» по полученным точкам по методу наименьших квадратов строятся аппроксимирующие прямые для каждой температуры испытания в координатах lgx - а (рисунок А.3).

4.5.2 Связь времени до

Рисунок А.3 - Зависимость долговечности

разрушения (lgz) с напряжением (о) и lgT от напряжения а при поперечном изгибе температурой (Т) описывается следующим уравнением:

♦ 29 8К ■ 313К

\

V А ЗЗЗК

<*

vV

ч

14

16

18

20 о. МП а

lg Т = lg Tm +

и0 -у-а

i-—

T

(2)

m J

2.3Я ■ Т

где тт - период колебания кинетических единиц, с; и0 - эффективная энергия активации, кДж/моль; у - структурно - механическая константа, кДж/(МПахмоль); Тт - предельная температура существования материала, К; а - напряжение в материале, МПа; Т - температура эксплуатации, К; Я = 8,31-универсальная газовая постоянная, кДж/(мольхК); т - время до разрушения, с.

4.5.3 Значения термофлуктуационных констант, входящих в уравнение для «прямого пучка» (2), находятся графоаналитическим способом обработки зависимостей ^т - а (рисунок А.4).

-5

4.5.3.1 Зависимости (1§т- а) перестраиваются в координаты (1§т- 107Т), в которых определяются константы тт и Тт как координаты полюса (точка пересечения прямых) (рисунок А.4б)

4.5.3.2 По тангенсу угла наклона прямых, представленных на рисунке

А.4б по формуле

и0 = 4,2 ■ 4

2. 4 6 ■ А1§Т рассчитываются значения U при

Л103/Т

выбранных напряжениях и строится зависимость в координатах (и - а) (рисунок А.4в). При экстраполяции на а =0 определяется величина эффективной энергии активации и0. Тангенс угла наклона прямой показывает значение структурно-механической константы у.

Рисунок А.4 - Определение констант графоаналитическим способом 4.5.4 Полученные значения термофлуктуационных констант для материалов до и после ускоренного старения заносятся в таблицу А. 2.

Таблица А.2

Продолжительность ускоренного тm, Тт, ио, У,

старения с К кДж/моль кДж/(моль-МПа)

0

г

4.5.5 Для некоторых древесных композитов зависимости ^т - а, построенные для разных температур, могут принимать вид параллельных прямых, а могут сходиться в полюс при малых напряжениях (рисунок А. 5).

а) „ 1вт,[с ]

♦ 293К ■313К А333К

А

а\ ♦

195 б)

1гт.[с ]

♦ 293К ■ 313К АЗЗЗК

АЧ

ч. ♦

А ♦

21 23 25 27 29 31 33 о, МПа

8?

95

105 115 125 о. МП а

Рисунок А.5 - Зависимость долговечности ^т от напряжения о при поперечном изгибе Представленные зависимости описываются следующими уравнениями:

- для параллельных прямых

1ёт = +.

и

/За

(3)

2.3ЯТ

*

где т - эмпирическая константа; в - структурно-силовой фактор, 1/МПа; и -эффективная энергия активации, кДж/моль; а - напряжение в материале, МПа; Т - температура эксплуатации, К; Я = 8,31 - универсальная газовая постоянная, кДж/(мольхК); т - время до разрушения (долговечность), с. - для прямых, образующих «обратный пучок»

\%т = \%т'т +

и0— у' а (Т!

2.3К-Т

_т — 1

Т

(4)

где т7т, И70, у7, Т7т - эмпирические константы; а - напряжение в материале, МПа; Т - температура эксплуатации, К; Я = 8,31 - универсальная газовая постоянная, кДж/(мольхК); т - время до разрушения (долговечность), с.

4.5.6 Значения термофлуктуационных констант, входящих в уравнения (3) и (4), находятся графоаналитическим методом.

4.6 Прогнозирование долговечности древесных композитов Задаваясь напряжением о(МПа) и температурой эксплуатации Т(К) и подставляя значения термофлуктуационных констант в уравнения (2)-(4), рассчитывается долговечность материала, не учитывающая действие факторов старения в процессе эксплуатации.

5. Методика прогнозирования долговечности древесных композитов с учетом их старения

5.1 Для материала, не подверженного старению, строятся термоактивационные закономерности разрушения и определяются значения термофлуктуационных констант - по п.4.

5.2 Исходя из вида полученной зависимости \%т - а, по уравнениям (2)-(4), задаваясь напряжением и температурой эксплуатации, определяется долговечность - по п.4.6.

5.3 Устанавливается продолжительность ускоренного старения по уравнению (5), заменив тэкспл на долговечность из п.5.2

т =т ехр

уск экспл т

Е

г 1 И

о т Т

у уск экв J

(5)

где туск, ч - продолжительность ускоренного старения при температуре Туск , К; тэкспл , ч - продолжительность эксплуатации при эквивалентной температуре Тэкв , К; Е, Дж/моль - кажущаяся энергия активации процесса старения, соответствующая Тэкв; Я =8,31 Дж/моль К - универсальная газовая постоянная.

5.3.1 Температура ускоренных испытаний Туск определяется по п.2.3.1.

5.3.2 Значения величины кажущейся энергии активации Е и Тэкв определяются по ГОСТ 9.707-81 с помощью номограмм.

Величина энергии активации Е может быть рассчитана по кинетическим кривым изменения предела прочности материала, полученных для разных температур ускоренного старения по п.2.3.5 и п.3. Методика расчета подробно описана в ГОСТ 9.707-81.

ГОСТ 9.707-81 в качестве Е допускает использовать эффективную энергию активации термоокислительной деструкции, полученную по результатам термогравиметрического анализа.

5.4 Проводится ускоренное старение по заданному режиму - по п.2.

5.5 В процессе ускоренного старения делаются съемы образцов и определяется их предел прочности при статическом изгибе (по п. 3) через

равные промежутки времени старения, число которых должно быть не менее 5. Таким образом, строится кинетическая кривая изменения прочности.

5.6. Строится зависимость - а при температуре 293 К (20 °С) для композита до и после ускоренного старения - по п. 4.4.

Для возможности использования методов интерполяции и экстраполяции при определении величины поправки А рекомендуется построение двух прямых для разных продолжительностей ускоренного старения, не превышающих рассчитанную в п.5.3.

5.7 Определяется значение поправки А, учитывающей изменение величины термофлуктуационных констант под действием факторов старения, по формуле:

А = К- А^ (6)

где К - коэффициент; А^ - поправка, учитывающая изменение кратковременной прочности при старении.

/

к У - Т

Аг =~

1 -■

Т

V Тт у

(<0 ) (7)

2.3ЯТ

где у и Тт - термофлуктуационные константы композита, не подверженного старению; Т - температура эксплуатации, К; а0, а - предел прочности исходного и подверженного старению композита, МПа.

5.8 Коэффициент К определяется для любой продолжительности ускоренного старения по заранее составленным таблицам. Полученные по результатам ускоренного старения значения коэффициента К для фанеры, древесноволокнистых и древесностружечных плит представлены в таблице А.3.

5.9 Определяется долговечность композита, учитывающая длительное действие механической нагрузки и факторов старения, по формулам:

и 0 -у<

\%т= +-

2.3ЯТ

г т\

1--

Т

V Тт у

-А

(8)

где тт - период колебания кинетических единиц, с; и0 - эффективная энергия активации разрушения, кДж/моль; у - структурно-механическая константа,

кДж/(МПахмоль); Тт - предельная температура существования твердого тела, К; а- напряжение, МПа; Т - температура, К; А - поправка, с.

Значения термофлуктуационных констант тт, и0, у и Тт принимаются для композита, не подверженного старению.

Таблица А.3

Значения коэффициента К для древесных композитов, подверженных __тепловому старению и УФ-облучению_

К при построенной прямой

Материал Вид Продолжительность долговечности после старения в

воздействия старения, ч течение

200(150*) 500(300*)

ТС 100 0,094 g-2,98 -0,141 g+4,52

ДВП 300 0,064 g-2,03 -0,096 g+3,08

УФ 100 -0,01 g+0,28 -0,04 g+0,36

300 -0,006 g+0,19 -0,03 g+0,251

ТС 150 -0,127 g+0,713 -0,286 g+4,61

ДСП 300 -0,09 g+0,50 -0,2 g+3,24

УФ 150 0,75 g-14,75 0,362 g-11,79

300 0,24 g-4,72 0,12 g-3,77

ТС 150 0,024 g-3,42 -0,064 g+6,47

Фанера 300 0,015 g-2,18 -0,041 g+4,13

УФ 150 0,001 g+0,57 -0,071 g+9,26

300 0,0002 g+0,16 -0,02 g+2,57

*- продолжительность старения, при которой построены прямые долговечности для ДСП и фанеры

5.10 В случае, если зависимости \%т- а для материала, не подверженного старению, имеют характер, представленный на рисунке А.5, прогнозирование долговечности с учетом действия факторов старения следует проводить по следующим уравнениям:

- для параллельных прямых

\ёт = +—и--ра -А (9)

2.3Я ■ Т v у

* _

где т - эмпирическая константа; в - структурно-силовой фактор, 1/МПа; и -эффективная энергия активации, кДж/моль; а - напряжение в материале, МПа; Т - температура эксплуатации, К; Я = 8,31 - универсальная газовая постоянная, кДж/(мольхК); т - время до разрушения, с; А - поправка, с.

- для прямых, образующих «обратный пучок»

/-v'.n- ÍT /

U -y а

= Ът'я + U-YY—. Тя-1 -A (10)

2.3R ■ T

T

где T7m, U70, y7, T7m - эмпирические константы; а - напряжение в материале, МПа; Т - температура эксплуатации, К; R = 8,31 - универсальная газовая постоянная, кДж/(мольхК); т - время до разрушения (долговечность), с; A-поправка, с.

* ¡III

Значения термофлуктуационных констант т , в, U, т m, U 0, у, Т m принимаются для композита, не подверженного старению.

6. Графоаналитический метод прогнозирования долговечности с учетом старения