Снижение потерь древесины в производстве клееных деревянных конструкций при использовании наполненных фенолорезорциновых клеев тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Чернышев, Олег Николаевич

• Чернышев, Олег Николаевич
• кандидат наук
• 1988

Оглавление диссертации кандидат наук Чернышев, Олег Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

* I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние характеристики поверхности древесины на качество склеивания и потери древесины в производстве клееных деревянных конструкций

1.2. Влияние различных видов наполнителей на свойства клеев и клеевых соединений

1.3. Выводы и задачи исследования

2. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Исходные материалы и их характеристика

2.1.1. Древесина

2.1.2. Клей и его компоненты

2.2. Основное оборудование и приборы

2.3. Подготовка наполнителей, приготовление и нанесе-

+ ние клея, оценка качества склеивания

2.4. Условия проведения экспериментов

2.4.1. Исследование характеристики поверхности пиломатериалов после их фрезерования при последовательном изменении толщины снимаемого слоя

2.4.2. Исследование влияния величины шероховатости поверхности древесины на прочность склеивания

2.4.3. Исследование влияния наполнителя на физико-механические свойства клея и клеевых соединений древесины

2.4.4. Установление рациональных условий и режима склеивания пиломатериалов наполненным клеем

2.4.5. Промышленная проверка результатов исследований

2.5. Математическая обработка экспериментальных данных

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Теоретические исследования влияния величины шероховатости склеиваемой поверхности древесины на несущую способность клеевых соединений дре-

весины

3.1.1. Влияние отклонений от прямолинейности клеевого слоя на разрушающую нагрузку

3.1.2. Влияние непрямолинейности клеевого слоя на коэффициенты интенсивности напряжений в однородно сдвинутом поле

3.1.3. Оценка прочности клеевого соединения в условиях наличия неровностей на поверхности древесины

3.2. Исследование характеристики поверхности пиломатериалов после их фрезерования при последовательном изменении толщины снимаемого слоя

3.3. Экспериментальные исследования влияния величины шероховатости поверхности древесины на прочность склеивания

8.4. Выгоды

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПОЛНИТЕЛЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕН0Л0РЕ30РЦИН0В0Г0 КЛЕЯ И КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ

4.1. Выбор наполнителя для фенолорезорцинового клея

4.2. Исследование структуры наполненного клея

4.3. Исследование реологических свойств наполненного клея

4.4. Влияние наполнителя на усадку клея в процессе

его отверждения

4.5. Исследование прочности наполненного клея и клеевых соединений на его основе

4.6. Исследование напряженно-деформированного состояния клеевых слоев

^ 4.7. Выводы

5. УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМА СКЛЕИВАНИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НАПОЛНЕННЫМ КЛЕЕМ

5.1. Исследование влияния состава отвердителя на свойства наполненного клея

5.2. Влияние вязкости наполненного клея и закрытой выдержки на прочность склеивания

5.3. Исследование влияния факторов режима склеивания

на прочность клеевого соединения древесины

5.4. Исследование зависимости прочности склеивания от шероховатости поверхности древесины и расхода

клея

5.5. Исследование влияния факторов режима склеивания древесины с высокой шероховатостью поверхности

* на прочность клеевого соединения

5.6. Исследование долговременной прочности клеевых соединений при использовании наполненного клея

5.7. Рекомендации по нанесению наполненного клея

5.8. Выводы

6. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

*

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение потерь древесины в производстве клееных деревянных конструкций при использовании наполненных фенолорезорциновых клеев»

ВВЕДЕНИЕ

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" /I/ перед промышленностью нашей страны поставлены следующие задачи: рационально и экономно расходовать все виды ресурсов, повысить качество продукции, опережающими темпами развивать обрабатывающие отрасли промышленности. Это полностью относится и к отрасли, занимающейся переработкой древесины в различные полуфабрикаты и изделия.

В производстве клееных деревянных конструкций (ВДК) примерно 70% затрат приходится на сырье и материалы, нерациональное использование которых является одной из основных причин удорожания конструкций.

Одним из путей снижения потерь древесины в производстве клееных заготовок является уменьшение припусков на механическую обработку пиломатериалов перед склеиванием.

Ранее проведенные исследования (в ЛТА им.С.М.Кирова, ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко и Львовском лесотехническом институте) зависимости прочности склеивания от шероховатости поверхности, показали возможность получения высокой кратковременной прочности склеивания заготовок с величиной неровностей на их поверхностях значительно превышающих нт.тах = 200 мкм. При таких условиях припуски на механическую обработку пиломатериалов могут быть значительно сокращены и их величина может устанавливаться из расчета уменьшения разнотолщинности досок и выравнивания плоскостей склеивания. При этом на поверхностях склеивания возможно допускать непрофрезеро-ванные участки древесины.

Однако, результаты ранее проведенных исследований в данном направлении не могут быть перенесены в производство ВДК, к которым

предъявляются повышенные требования по прочности и надежности клеевых соединений. Кроме того, исследования проводились на клеях без наполнителей, применение которых в условиях получения толстых клеевых слоев, на наш взгляд, недопустимо ввиду значительных внутренних напряжений, возникающих в клеевых слоях в процессе отверждения клея.

Одним из путей снижения влияния внутренних напряжений на прочность клеевого слоя может являться метод наполнения клеев. В настоящее время известны различные виды наполнителей, однако, одни из них дороги и дефицитны, другие - недостаточно эффективны.

В производстве КДК одним из основных клеев, широко применяемых при склеивании пиломатериалов, является фенолорезорциновый клей. Поэтому изыскание новых видов наполнителей фенолорезорциновых клеев является важной задачей на пути решения проблемы экономии древесины в производстве ВДК.

Все вышеизложенное послужило основанием для проведения исследований, направленных на изучение наполненного фенолopeзорциново-го клея при склеивании пиломатериалов и заготовок, имеющих на поверхности непрофрезерованные участки древесины.

Целью данной работы явилось снижение потерь древесины при подготовке пиломатериалов и заготовок к склеиванию за счет уменьшения припусков на механическую обработку и применения наполненного фенолорезорцинового клея.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи!

- исследовать влияние величины шероховатости поверхности древесины на несущую способность клееных деревянных конструкций;

- исследовать характеристику поверхности пиломатериалов после их фрезерования при последовательном изменении толщины снимаемого

слоя;

- изучить влияние величины шероховатости поверхности древесины на прочность склеивания;

- выбрать наполнитель для фенолорезорцинового клея,обеспечивающий требуемую прочность склеивания с минимальными внутренними напряжениями в клеевом слое;

- исследовать структуру и реологические свойства наполненного клея;

- определить усадку наполненного клея и влияние наполнителя на прочность склеивания древесины;

- определить физико-механические показатели наполненного клея;

- исследовать деформации, возникающие в клеевых слоях в процессе отверждения клея;

- исследовать влияние факторов режима склеивания на прочность клеевого соединения древесины и оценить долговременную прочность клеевых соединений при использовании наполненного клея;

- дать практические рекомендации по нанесению наполненного клея;

- провести промышленную проверку результатов исследований и оценить технико-экономическую эффективность разработанных рекомендаций.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Несущая способность клеевых соединений древесины рассмотрена с позиции механики разрушения.

2. Эффективность применения наполнителя для клея определяется совместимостью наполнителя с адгезивом При образовании однородной системы, способностью наполнителя снижать усадку и внутренние напряжения в процессе отверждения клея, увеличивать адгезионную и когезионную прочность клеевого слоя.

3. Обосновано взаимное влияние факторов режима склеивания древесины с высокой шероховатостью поверхности.

Новизна исследований и научных результатов.

1. Теоретически обоснована возможность получения прочных клеевых соединений древесины с высокой шероховатостью поверхности.

2. Экспериментально подтверждено, что наполнитель-порошок, получаемый путем перемола кусковых отходов, образующихся при обрезке древесного слоистого пластика, снижает усадку и внутренние напряжения в процессе отверждения клея.

3. Определены физико-механические показатели и реологические свойства фенолорезорцинового клея с содержанием предложенного наполнителя.

4. Экспериментально подтверждена возможность получения прочных и надежных клеевых соединений древесины с частично непрофрезеро-ванной поверхностью при использовании наполненного фенолорезорцинового клея.

Обоснованность выводов и рекомендаций. Полученные теоретические и экспериментальные зависимости соответствуют основным положениям таких наук, как механика разрушения, реология полимеров, физическая химия и механика полимеров.

Достоверность сформулированных научных положений, выводов и ре комендаций подтверждается использованием современных методов математического моделирования и планирования экспериментов. Адекват ность полученных математических моделей подтверждена соответствую щими критериями с общепринятой в научной практике точностью.

Результаты работы подтверждены экспериментами, проведенными в промышленных условиях.

Значимость результатов исследований для науки и практики:

- разработанные в данной работе методические и теоретические

положения могут быть использованы для прогнозирования и описания процесса склеивания древесины, имеющей высокую шероховатость поверхности;

- на основании проведенных исследований разработаны рекомендации по изменению физико-механических свойств фенолорезорцинового клея, позволяющих снизить влияние усадки и внутренних напряжений, возникающих в процессе отверждения клея на прочность при скалывании и долговременную прочность клеевого соединения;

- предложен и обоснован эффективный метод склеивания пиломатериалов и заготовок, имеющих на поверхности непрофрезерованные участки с высокой шероховатостью;

- комплексное решение вопросов склеивания наполненным клеем древесины с шероховатостью поверхности в пределах Rm.max = 200 ... 600 мкм позволило выявить оптимальные параметры режимов, обеспечивающие требуемую прочность склеивания. При этом появляется возможность уменьшить расход сырья в производстве ИДК и утилизировать отходы, образующиеся в производстве древесных слоистых пластиков.

Место проведения исследований. Работа выполнена в Ленинградской лесотехнической академии имени С.М.Кирова на кафедре механической технологии древесины и древесных материалов.

Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации, отдельные её разделы были рассмотрены на научно-техничес-кой конференции: "Научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ за 1987 год" (ЛТА им.С.М.Кирова, Ленинград, 1988 год). Результаты исследований отражены в отчете о НИР Отраслевой научно-исследовательской лаборатории ВДК ИГА (N. Г.Р. 0I87002588I) за 1987 г.

Реализация результатов работы. Промышленная проверка результа-

тов исследований проведена в условиях Ленинградского ДОЗ № I на действующем оборудовании цеха ВДК при изготовлении прямолинейных балок.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 научных работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений, содержит 86 страниц основного машинописного текта, 36 рисунков, 22 таблицы, список использованных источников насчитывает 99 наименований, в том числе 4 на иностранных языках.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

I.I. Влияние характеристики поверхности древесины на качество склеивания и потери древесины в производстве клееных деревянных конструкций.

Анализ технико-экономических показателей производства БД К по ряду предприятий в городах Нелидово, Коростышев, Волоколамск, Архангельск, Чебоксары, Березники показал /2, 3, 4, 5/, что расход пиломатериалов на изготовление I м3 клееных конструкций составляет для прямолинейных элементов в среднем 2,0 м3 и для гнуто-клееных - 2,5 м3. При этом расход древесины на конструкцию по проекту составляет в среднем для прямолинейных конструкций 1,4 м3 , а для гнутоклееных - 1,6 м3. Таким образом, потери древесины доходят до 40%. Это является одной из главных причин удорожания ВДК. Себестоимость производства несущих ВДК по отчетным данным /5/ в 1,5-2 раза выше проектной и составляет для прямолинейных элементов от 204 до 332 руб/м3, для криволинейных - от 201 до 476 руб/м3.

Большой расход пиломатериалов на ряде предприятий объясняется в основном низким качеством пиломатериалов и низкой культурой производства. К пиломатериалам для изготовления ВДК предъявляются определенные требования к точности размеров и формы, влажности и качеству древесины. Однако, на практике эти требования часто не выполняются.

В настоящее время ГОСТ 20850-84 "Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия" устанавливает толщину склеиваемых слоев для прямолинейных клееных элементов 33-1 мм. Соблюдение таких размеров при существующих условиях по требованиям к качеству склеиваемых поверхностей и припускам на механическую обработку по ГОСТ 7307-75 может быть достигнуто при использовании пи-

ломатериалов толщиной 40 мм. Однако, в результате значительных колебаний толщины пиломатериалов, из-за низкой точности их изготовления, на большинстве предприятий пиломатериалы предварительно калибруют, снимая слой до 8-12 мм. При этом используются пиломатериалы толщиной 44 мм, что приводит к потерям древесины при ме ханической обработке порядка 30%, т.е. каждый миллиметр снимаемого слоя дает 3% потерь древесины.

При фрезеровании пиломатериалов и заготовок, как правило , стремятся получить требуемую точность размеров поперечного сечения с соответствующей величиной шероховатости обработанных поверх ностей. При этом величина снимаемого слоя зависит от точности раз меров обрабатываемого материала по толщине и ширине.

Поперечная покоробленноеть и продольная покоробленноеть по кромке являются наиболее существенными отклонениями формы пиломатериалов и оказывают наибольшее влияние на качество склеивания. Исследованиями /6/ установлено, что выравнивание формы пиломатериалов шириной 100-200 мм достигается при снятии слоя древесины толщиной 2 мм с каждой пласти. При этом на поверхности пиломатериалов образуются непрофрезерованные участки древесины, количество которых зависит от величины отклонений толщины пиломатериалов от номинального размера. Существующие требования к шероховатости поверхности заготовок, подлежащих склеиванию, предусматривают допустимую величину неровностей на поверхности, непревышающую значения Rm.max = 200 ЖМ /7/-

Для получения такой поверхности необходимо после выравнивания формы пиломатериалов дополнительно снять слой древесины толщиной 1-2 мм.Таким образом, общий припуск на фрезерование пиломатериалов по толщине должен составлять 7-8 мм. При таком припуске потери древесины составляют до 24%.

Ранее проведенными исследованиями установлена возможность склеивания пиломатериалов и заготовок с различными неровностями на склеиваемых поверхностях древесины и даже с нефрезерованными поверхностями. Вопросы влияния способов обработки поверхностей древесины на качество клееных соединений рассматривались в работах /8, 9, 10, II, 12, 13, 14/« В результате установлено, что прочность склеивания древесины зависит от структуры клеевого слоя, которая формируется в зависимости от шероховатости склеиваемых поверхностей, пористости древесины и возникающих в клеевом слое внутренних напряжений.

Исследованиями /8/ была доказана возможность склеивания пиленых поверхностей древесины сосны карбамидоформальдегидными и кал-логеновыми клеями, а в работе /II/ подтверждена возможность склеивания фенолоформальдегидным клеем поверхностей древесины сосны, полученных рамными пилами.

Прочность клееных балок из древесины в зависимости от качества обработки склеиваемых поверхностей исследовалась в работе /14/. В результате установлено, что при склеивании конструкций из нефрезерованных пиломатериалов, самым опасным дефектом является разнотолщинность слоев, сопровождаемая некоторой кривизной поверхностей. Это ведет к образованию зазоров, незаполненных клеем, доходящих до 8 мм. Причем длина таких зазоров достигает 3-5 м, ширина 40-55 мм при длине конструкции 6 м и ширине 130 мм. Другим опасным дефектом является покоробленноеть слоев, которая обуславливает образование клеевых слоев различной толщины, достигающих 1,5-1,7 мм. В тех случаях, когда склеиваемые пиломатериалы частично фрезеруются и не имеют отмеченных дефектов, толщина клеевых слоев составляет 0,35-0,45 мм. Балки, изготовленные из пиломатериалов с частично фрезерованными поверхностями, выдерживают

большую нагрузку, чем балки, склеенные из нефрезерованных пиломатериалов.

На прочность склеивания древесины влияет способ её обработки (пиление рамными, ленточными, дисковыми пилами, фрезерование, шлифование), так как получается различная топография поверхности.

Исследования возможности склеивания поверхностей непосредственно после пиления, проведенные в работе /12/ указывают, что при давлении На и расходе клея 300-350 г/м2, может быть достигнута высокая прочность склеивания поверхностей после рамного пиления. Отмечается, что на прочность склеивания влияет не только шероховатость поверхности, выраженная максимальной высотой неровностей, но и вид пиления.

Исследования /8, 15, 16, 11/ показали, что прочность склеивания древесины может увеличиваться с увеличением шероховатости,но до определенного предела, так как снижается фактическая площадь контакта склеиваемых поверхностей и давление дифференцировано распределяется в плоскости клеевого слоя. При этом с увеличением шероховатости появляется развитая поверхность, которая обуславливает создание клеевого слоя различной толщины.

Исследованиями /13, 14, 18, 19, 20, 21/ установлено, что с утолщением клеевых слоев в них увеличиваются внутренние напряжения, являющиеся результатом усадки клея. Эти напряжения снижают прочность клеевого соединения, образуют микротрещины в прослойке, что, естественно, ухудшает общую прочность соединений. При этом в исследованиях /20/ показано, что наличие на поверхности микронеровностей может приводить к снижению внутренних напряжений в клеевом слое. Это объясняется тем, что при склеивании таких поверхностей сплошность клеевого слоя нарушается из-за вкраплений в него большого числа микронеровностей. Последнее, однако, не гарантирует получение более высокой прочности клеевого соединения,

так как локальные напряжения могут быть очень высокими.

Исследования /22/, направленные на изучение стойкости толстых клеевых слоев при воздействии эксплуатационных факторов показали, что во всех случаях образцы с толстыми слоями из ненапол-ненных клеев снижают прочность более интенсивно, чем с тонкими. При склеивании древесины с нефрезерованными поверхностями возможно появление непроклеенных участков /23/, которые являются концен траторами напряжений и их следует рассматривать как "зародышевые" трещины, влияющие на энергию разрушения и прочность клеевых соединений.

Ранее проведенные исследования по склеиванию древесины с раз личными неровностями на поверхности основывались на применении клеев без введения в их состав наполнителей. Известно /24/, что наполнители оказывают существенное влияние на свойства клея и клеевых соединений.

1.2. Влияние различных видов наполнителей на свойства клеев и клеевых соединений.

Наполнителями для полимерных композиционных материалов могут служить практически все существующие в природе и созданные человеком материалы, в том числе и сами полимеры, после придания им определенной формы или размеров - в виде сфер, порошков с нерегулярной формой частиц, чешуек, волокон и т.п., распределенных различным образом и в различных соотношениях с полимерной матрицей /25/.

Наполнители вводят в состав клея для придания ему новых фи-зико-механических и технологических свойств. Для наполнения фено-лоформальдегидных и алкилрезорциновых клеев используются твердые дисперсные материалы, различные по форме, структуре, природе, свойствам поверхности и способу получения.

В работе /26/ указывается, что вопросам выбора наполнителей и влияния их на свойства клеев и клеевых соединений посвящено мно-* го исследований как в нашей стране, так и за рубежом.

Анализ этих исследований показывает, что для наполнения клеев используется широкий ряд твердых дисперсных материалов органического и минерального происхождения: древесная мука, целлюлоза, крахмал, мука из скорлупы орехов и фруктовых косточек, каолин , тальк, мел, асбест, графит и др. При этом регулируется вязкость клея, изменяется величина модуля упругости, усадки клея, глубина его проникновения в древесину, достигается равномерное распределение напряжений в клеевом слое и уменьшается влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность клеевого соединения.

Наибольший интерес, с точки зрения применения клеев для склеивания неровных поверхностей, представляют наполнители, спо-ш собствующие снижению усадки клеевого слоя, а следовательно, и

снижению внутренних напряжений.

Механизм влияния наполнителей на структуру полимеров является сложным и до сих пор недостаточно изучен. В создании наполненных полимеров важным вопросом является выяснение закономерностей формирования структуры полимеров в присутствии наполнителей, так как наполнители могут оказывать значительное влияние на структурообразование полимера и его свойства.

Одним из важных факторов при этом является взаимодействие полимеров с поверхностью наполнителя. В зависимости от химической природы полимера и поверхности наполнителя это взаимодейст-ф вие может осуществляться за счет дисперсионных и Ван-дер-Вааль-

совских сил, путем образования невалентных связей (водородных, ионных, комплексных) /27/, а также за счет образования связей химической природы /28, 29/.

Исследованиями /30, 31/ установлено, что наилучшими условиями для получения наполненного полимера с оптимальными физико-механическими свойствами является взаимодействие поверхности наполнителя с полимерными молекулами с образованием химических связей. В работах /32, 33/ отмечалось, что гидрокеильные группы, содержащиеся на поверхностях минеральных наполнителей, могут вступать в реакции с компонентами фенольных и резорциновых смол.

Большая роль в формировании свойств наполненных полимеров отводится водородным связям, возникающим между поверхностью наполнителя и полимером. Такое взаимодействие приводит к ограничению подвижности отдельных участков полимерной цепи, что эквивалентно образованию дополнительного числа межмолекулярных связей, которые препятствуют деформируемости образца /34/. Образование водородных связей является в ряде случаев более выгодным, так как при этом реализуется важное для усиления полимеров положение о необходимости формирования достаточно прочных, но относительно подвижных связей /35, 36/.

Однако, не всегда следует стремиться к образованию водородных связей, так как такое взаимодействие полимера с поверхностью наполнителя может привести к появлению сильных местных перенапряжений /35/, отрицательно сказывающихся на свойствах материала.

В настоящее время не выработано единого мнения об оптимальных условиях взаимодействия на границе полимер-наполнитель и их влияния на свойства наполненных композиций, что связано, очевидно, с многообразием факторов, влияющих на характер взаимодействия полимерного связующего с поверхностью наполнителя, и относительными трудностями оценки природы образующихся связей.

Авторы /37/ считают, что при введении в адгезив наполнителя, на прочность склеивания могут оказывать влияние следующие факторы:

- адсорбция на поверхности наполнителя низкомолекулярных фракций адгезива;

- вытеснение на границу раздела адгезив-еубстрат низкомоле-кулярных или ограниченно совместимых с полимером фракций;

- уменьшение эффективной толщины клеевого слоя;

- структурирование полимера;

- снижение внутренних напряжений или более равномерное распределение их в клеевых слоях;

- увеличение скорости термоокислительных процессов в полимере в зоне адгезионного контакта;

- способность адгезива смачивать частицы наполнителя, которая зависит от характера взаимодействия полимерной среды с активными центрами поверхности твердой фазы.

Снижение внутренних напряжений при введении в клей наполнителя достигается за счет возникновения местных внутренних напряжений вокруг отдельных частиц наполнителя, направленных в разные стороны. Это приводит к тому, что суммарные напряжения будут ослаблены /38/. Кроме того, обладая большой свободной поверхностью, наполнители вступают в контакт с функциональными группами полимеров. При этом появляются силы адгезии, обеспечивающие прочное соединение зерен наполнителя с полимером /39/.

Исследования /40/ показывают, что молекулы полимеров адсорбируются на поверхности частиц наполнителя, образуя оболочки толщиной до 0,01 мкм с упорядоченной структурой макромолекул. При достаточно близких расстояниях между зернами наполнителя (0,03-0,05 мкм) содержание оболочек в композиции возрастает, что повышает прочность наполненных систем.

Однако, наиболее существенная роль в процессе образования полимеров принадлежит природе и химическому составу поверхности

наполнителя. Так, например, минеральные наполнители с высокой поверхностной энергией могут образовывать прочные адсорбционные ф связи с молекулами смолы, что благоприятно сказывается на проч-

ности наполненной композиции /41, 42/.

Складчатая структура поверхности некоторых органических наполнителей /43/ оказывается труднодоступной для молекул полимера, при этом адсорбция макромолекул поверхностью минеральных наполнителей способствует образованию узлов пространственной сетки и сопровождается ориентацией молекул и их упорядочением /44, 45/.

В результате проведенных исследований /42/ установлено,что с поверхностью наполнителя взаимодействуют непосредственно не только контактирующие с ней цепи, но и цепи, несвязанные с поверхностью, но входящие в одну молекулярную цепь, почему и возникает адсорбционный слой с повышенными физико-механическими показателями.

*

Строение и свойства поверхности наполнителей обуславливают условия диффузии полимера в поверхностные слои и взаимной их диффузии на границе раздела фаз. Это проявляется в формировании переходных слоев адгезива с наполнителем различного строения /45/.

Авторами /35, 46/ высказано предположение, что под воздействием твердых частиц наполнителя может происходить своеобразное самоармирование полимера, когда жесткие элементы надмолекулярных структур пронизывают весь объем полимера, что и обуславливает изменение его физико-механических свойств.

Анализ данных о характере структурообразования в полимерах ^ в присутствии наполнителей различной химической природы и соста-

ва поверхности свидетельствуют о том, что наполнитель может проявлять активность /36, 47/, или быть инертным /48/.

Для оценки характера многостороннего влияния наполнителей

на полимер предложены /49/ новые понятия об их активности:струк-турной, кинетической, термодинамической. Следует отметить, что понятие "активный наполнитель" относительно /45/, так как, улучшая какое-либо одно свойство клея, они могут ухудшать другие его свойства.

Значительную роль в формировании структуры и свойств наполненных полимеров играет количество наполнителя в системе. Малые и большие заполнения имеют различный механизм влияния на структуру и свойства материала.

Главным фактором когезионной прочности полимеров при малой объемной доли наполнителя считается /36/ механическая прочность прослоек полимера между частицами наполнителя. При этом изменение свойств полимеров в результате их наполнения обусловлено свойствами тонких пленок полимера на поверхности частиц наполнителя /45/. Однако, с увеличением степени заполнения становится возможным образование собственных структур из частиц наполнителя в среде полимера, что отражается на характере структурообразования и свойствах наполненных систем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чернышев, Олег Николаевич, 1988 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Материалы ХХУП съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1986. -352 с.

2. Сарычев B.C., Калугин A.B. Резервы повышения эффективности производства клееных деревянных конструкций. Механическая обработка древесины: ОИ / ВНИПИЭИлеспром. - 1982. - Вып.П. - 40 с.

3. Сарычев B.C., Калугин A.B. Вопросы экономики клееных деревянных конструкций // Эффективное использование древесины и дре весных материалов в современном строительстве / Тез. докл. Все-союзн. совещ., - М.: 1980. - С.215-218.

4. Самойлов П.А. Экономическая эффективность применения клееных деревянных конструкций. Механическая обработка древесины : ОИ / ВНИПИЭИлеспром. - 1982. - Вып.5. - 36 с.

5. Сарычев B.C., Самойлов В.А. Резервы повышения эффективное ти производства клееных деревянных конструкций. Механическая обработка древесины: ОИ / ВНИПИЭИлеспром. - 1979. - Вып.7. - 44 с.

6. Шимкевич Ю.Б. Исследование основных технологических факторов строгания и калибрования пиломатериалов: Дис. ... канд. техн. наук. - Л., 1973. - 165 с.

7. Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций / Центр, н.-и. ин-т строит, конструкций им.В.А.Кучеренко Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1982. - 79 с.

8. Гончаров H.A. Исследование влияния различных видов поверх ности древесины на прочность склеивания: Дис. ... канд. техн.наук - Л., 1954. - 209 с.

9. Гончаров H.A. О подготовке поверхности древесины к склеиванию // Лесной журнал. - I960. - № 4. - С.120-122.

10. Усовершенствовать технологию пространственных конструкций и продолжить совершенствование технологии несущих и ограждающих

конструкций на базе использования новых видов материалов и клеев. Раздел 3.5. Исследовать влияние различных способов подготовки поверхности древесины под склеивание : Отчет о НИР / ЛЛТА; руководитель В.А.Куликов. - 3185; № ГР 78013377; Инв. Ш 0I230023II2 - Л., 1979. - 177 с.

11. Янсон Э.Р. Склеивание пиленых поверхностей: Дис. ... канд. техн. наук. - Львов, 1955. - 197 с.

12. Янсон Э.Р. Влияние качества поверхности на процесс склеивания // Деревообрабатывающая промышленность. - 1957. - № 6. - С. 9-И.

13. Marian J.E., Stumbo D.A., Махеу C.W. Surface texture of Wood as Belated to Gluejoixit Strength // Forest Products Journal.

- 1958. - V.IX. - № 12. - P. 441-443.

14. Баранов P.P. Прочность клееных балок из древесины в зависимости от качества обработки склеиваемых поверхностей // Исследование вопросов технологии изготовления деревянных клееных конструкций. Сб. научн. тр. ДНИИСК им.В.А.Кучеренко. - 1977.- С.81-89.

15. Ковачич Л. Склеивание металлов и пластмасс. - М.: Химия, 1985. - 240 с.

16. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики, пластмасс: Пер. с нем. / Под ред. Морозова М.Е. - М.: Машиностроение, 1966. -138 с

17. Баринова Ю.В. Исследование и разработка метода испытаний клеевых соединений древесины с листовыми материалами: Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1971. - 206 с.

18. Санжаровский А.Т. Методы определения механических и адгезионных свойств полимерных покрытий. - М.: Наука, 1974. - 115 с.

19. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.: Химия,1973.

- 413 с.

20. Исследование и разработка технологии изготовления клее-

ных деревянных несущих конструкций. Раздел П. Исследование внутренних напряжений в клеевых швах и разработка режимов склеивания древесных материалов: Отчет о НИР / ЯЛТА; руководитель В.А.Куликов. - I80QI2. - Л., 1970. - 141 с.

21. Ковальчук Л.М. Технология склеивания. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 208 с.

22. Хрулев В.М. Долговечность клееной древесины. - М.: Лесная промышленность, 1971. - 160 с.

23. Фрейдин A.C., Вуба К.Т. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины. - М.: Лесная промышленность, 1980. - 224 с

24. Пашкова Т.А. Влияние наполнителей на внутренние напряжения, возникающие в пленках резорциноформальдегидного клея ФР-12 // Сб. научн. тр. ЦНЙИМОД. - 1972. - Вып.27. - C.I9-25.

25. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие; Пер. с анг. / Под ред. П.Г.Бабаевского. -М.: Химия, 198I. - 736 с.

26. Хрулев В.М., Забурунов В.А. Свойства и применение алкил-резорциновых клеев с наполнителями. Механическая обработка древесины: ОИ / ВНИПИЭИлеспром. - 1979. - Вып.4. - 28 с.

27. Покровский Е.Й., Новичкова Л.М., Ростовский E.H. О взаимодействии минеральных и дисперсных фаз с функциональными группами полимеров. // АН СССР. - 1970. - Т.194. - № 2. - С.370-372.

28. Краус. Дж. Взаимодействие между эластомерами и усиливаю' щими наполнителями // Усиление эластомеров. - М.: Химия, 1968. - С. 483.

29. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. - М. Химия, 1974. - 392 с.

30. Усков И.А., Пелишенко С.С., Соломко В.П., Боровикова С.М. Химическая прививка иодикапроамида к стекловолокну //

Высокомолекулярные соединения. - 1966. - Т.8. - № 2. - С.363.

31. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. - М.: Химия, 1974. - 341 с.

32. Кардашев Д.А. Синтетические клеи. Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Химия, 1976. - 504 с.

33. Киселев A.B., Лыгин В.й. Инфракрасные спектры поверхностных соединений. - М. : Наука, 1972. - 100 о.

34. Соломко В.П., Полетуха В.В., Усков Й.А., Жигоцкий А.Г. Взаимодействие полимеров с волокнистыми наполнителями // Укр. Хи-мич. журн. - 1964. 2Т.30. - С.305 - 312.

35. Усков И.А. Модификация полимеров наполнителями // Полимеры в машиностроении. - 1968. - Jfe 2. - С. 27-33.

36. Усков И.А., Тарасенко Ю.Г., Соломко В.П. Влияние степени дисперсности глинистых наполнителей на свойства аморфных полимеров Ц Высокомолекулярные соединения. - Х964. - Т.6. - № 10. - С.1768-1772.

37. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. - Минск: Наука и техника, 1971. - 94 с.

38. Кардашев Д.А., Петрова А.П. Полимерные клеи (создание и применение). - М. : Химия, 1983, - 256 с.

39. Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики. - М. : Высшая школа, 1970. - 365 о.

40. Шур a.M. Высокомолекулярные соединения. - М.: Высшая школа, 1965. - 273 с.

41. Тростянская Е.Б., Бабаевский П.Г. Влияние порошковых минеральных наполнителей на структурообразование фенолоформальде-гидных олигомеров и механические свойства преесматериадов // Механика полимеров. - 1968. - 116. - C.I033-I042.

42. Тростянская Е.Б., Пойманов A.M., Бабаевский П.Г. К вопро-

су о причинах различной прочности прессизделий с минеральными наполнителями // Механика полимеров. - 1965. - 1 5. - С.58-65.

43. Студенцов В.Н., Артеменко С.Е., Пчелинцева Н.Й. Кинети-

41 Ч _

ка и механизм процессов в системе наполнитель - связующее // Прикладная химия. - 1979. - Т.42. - № 8. - СЛ874-1878.

44. Липатов Ю.С., Мойся Е.Г., Семенович Г.М. Исследование плотности упаковки макромолекул в граничных слоях полимеров // Высокомолекулярные соединения. - 1977. - Т.19 А. - I. -С.125-128.

45. Липатов Ю.С. физическая химия наполненных полимеров. -М.: Химия, 1977. - 304 с.

46. Тарасенки Ю.Г., Усков И .А. Наполненные эпоксидные смолы // Полимеры в машиностроении. - 1963. - № 5. - С.70-78.

47. Соломко В.П., Вовкотруб Н.Ф., Паско С.П., Суровцев В.И. Влияние наполнителей на температурные переходы в аморфных полимерах // Высокомолекулярные соединения. - 1974. - Т.16 А. - Я» 3.

- С.519-525.

48. Усков И.А., Нижник В.В., Соломко В.П. Влияние инертных наполнителей на свойства поликапроамида // Высокомолекулярные соединения. - 1967. - Т.9Б. - № 12. - С.867-870.

49. Соломко В.П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. -Киев : Наукова думка, 1980. - 232 с.

50. Ребиндер П.А. Образование и механические свойства дисперсных структур // ЖВХО им .Д.И. Менделеева. - 1963, - Т.8. - № 2.

- С.162-170.

51. Барг Э.И. Технология синтетических пластических масс. -Л.: Госхимиздат, 1954. - 136 с.

52. Нестеров А.Е., Липатов Ю.С. Термодинамика растворов и смесей полимеров. - Киев: Наукова думка, 1984. - 300 с.

53. Липатов Ю.С. Будущее полимерных композиций. - Кйев :

Наукова думка, 1984. - 134 с.

54. Забурунов В.А. Исследование стойкости клеевых соединений древесины на наполненных резорциновых клеях: Дис. ... канд. техн. наук. - йнв. fe 232727. - Новосибирск, 1978. - 185 с.

55. Козлов Г.В. Влияние адсорбционного взаимодействия компонентов на свойства наполненных клеевых соединений на основе эпоксидной смолы: Дис. ... канд. техн. наук. - M. 1976. - 147 с.

56. Глухова Л.Г. Влияние химических волокон на формирование структуры и свойств композиционных материалов на основе эпок сидной и фенольной смол : Дис. ... канд. техн. наук. - Киев. 1982. - 154 с.

57. Липатова Т.Э. Каталитическая полимеризация олигомеров и формирование полимерных сеток. - Киев : Наукова думка, 1974.

- 208 с.

58. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 248 с.

59. Пашкова Т.А. О свойствах наполнителей, используемых при склеивании древесины // Об. научн. тр. ЦНИИМОД. - 1973. - Вып.30

- С.64-66.

60. Фрейдин A.C., Гриб А.Е. Синтетические клеи для панельного домостроения и клееных деревянных конструкций. Механическая

обработка древесины: ОИ / ВНИПИЭЙлеспром. - 1980. - Вып.6. -40 с

61. Klemm H. Leime im Holzleimbau // Adhäsion . - 1973*

- №4. - S. 122-125.

62. Tick C.B. Gap Filling Phenol - Resorcinol Resin Adhesive s for Construction // Forest Products Journal. - 1973. -7.23. - H°II. - P.33-41.

63. Caster E.W. Gill em M.F., Howe // J.T. A Gap - Filling Phenol - Resorcinol Adhesive for Laminating // Forest Products

Journal. - 1973. - Т. 23 - К* II. - P. 55-59.

64. Разработка технологии, обеспечивающей сбережение ресурсов древесины и других материалов на основе применения склеивания при производстве элементов домов и клееных конструкций. Раздел 1.5. Изыскание путей снижения потерь древесины в производстве клееных деревянных конструкций : Отчет о НИР / ЛЛТА; руководитель В.А.К|уликов. HÉ ГР 01870025881. - Л., 1987. - 58 с.

65. Санжаровский А.Т. физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. - М.: Химия, 1978. - 184 с.

66. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. - М.: Наука, 1979. - 384 с.

67. Онегин В.И. Повышение эффективности формирования лакокрасочных покрытий древесины : Дис. ... докт. техн. наук. - Л., 1983. - 421 с.

68. Новоселов В.Р. Повышение безотказности привода механизма резания вертикальных лесопильных рам: Дис. ... канд. техн.наук.

- Л., 1984. - 214 с.

69. Кучумов Б.Г. Повышение долговечности механизма резания лесопильных рам 1$гтем совершенствования конструктивных элементов: Дис. ... канд. техн. наук. - Л., 1984. - 225 с.

70. Рекомендации по контролю качества клеевых соединений деревянных клееных конструкций / Центр, н.-и. ин-т строит, конструкций им.В.А.Кучеренко Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1981.

- 63 с.

71. Глухих Л.С. Экспериментальные исследования внутренних напряжений в клеевом шве при фанеровании: Дис. ... канд.техн. наук. - Свердловск, 1970. - 195 с.

72. Пен Р.З. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства: Учеб. посо-

бие. - Красноярск: Изд-во КГУ, 1982. - 192 с.

73. Румшинский А.З. Математическая обработка результатов эксперимента - М.: Наука, 1971. - 192 с.

74. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. -М.: Наука, 1971. - 576 с.

75. Чубов А.Б., Егоров В.А. Основы научных исследований. -Я. : Ш, 1985. - 50 с.

76. Пижурин A.A., Розенблит M.G. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 296 с.

77. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1971. - 283 с.

78. Пичужин A.A., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. - М.: Лесн. промышленность. 1984. - 232 с.

79. Ширяев Н.М. Применение механики разрушения к анализу прочности клееной деревянной конструкции // Лесной журнал. -1986.

- й I. - С.55-58.

80. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. - М.: Наука, 1976. - 640 с.

81. Мусхелиовили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. - М.: Наука, 1966. - 707 с.

82. Пальмов В.А. Напряженное состояние вблизи шероховатой поверхности упругих тел // Прикл. математика и механика. - 1963.

- » 5. - С.963-969.

83. Панасюк В.В. и др. Распределение напряжений около трещины в пластинках и оболочках. - йшв : Наукова думка, 1976. -

443 с.

84. Пальмов В.А. Концентрация напряжений около шероховатой границы упругого тела // Механика и машиностроение. - 1963. -

Ш 3. - С.104-108.

85. СНиН 11-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. / Госстрой СССР. - М. : Стройиздат, 1983. - 31 с.

86. Богданов Е.А., Остроумов И.П. Подготовка и эксплуатация рамных: пил. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 160 с.

87. Дергачев П.А. Влияние шероховатости поверхности шпона на прочность склеивания фанеры при различном давлении прессования // Механическая технология древесины. - Шнек. - 1972. - Вып.2.-

С.83-87.

88. Карклинь В.Б., Охерина Е.Э. ИК-спектроскопия древесины и её основных компонентов // Химия древесины. - 1975. - № 4. -

С.49-58*

89. Тарутина Л.И., Позднякова Ф.О. Спектральный анализ полимеров. - Л.: Химия, 1986. - 248 с.

90. Онегин В.И. Формирование лакокрасочных покрытий древесины. - Л.: йзд-во Ленингр. ун-та, 1983. - 148 с.

91. Буглай Б.М. Технология отделки древесины. - М.: Лесная пром-ть, 1973. - 303 с.

92. Менчяр Э.М., Фрумина С.И. Предварительная оценка уровня шума при планировании эксперимента // Материалы второй всесоюзной конференции по планированию эксперимента. - М. : 1968. - 156 с.

93. Пен Р.З., Менчер Э.М. Статистические методы в целлюлозно-бумажном производстве. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 120 с.

94. Богданович Н.И. Расчеты в планировании эксперимента. -Л.: 1978. - 80 с.

95. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1986, - 544 с.

96. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. - М.: Высш. шк., 1985. - 327 с.

97. Пластинин С.Н., Пашкова Т.А., Селякова Н.М. Использова-

ние метода испытания клеевых соединений на расслаивание для контроля технологических режимов склеивания // Эффективное использование древесины и древесных материалов в современном строительстве / Тез. докл. Всесоюзн. совещ., - М.: 1980. - С.345-348.

98. фликов В.А., Каратаев С.Г., Чубов А.Б. и др. Совершенствование оборудования для нанесения клея на пласти заготовок из древесины // Станки и инструменты деревообрабатывающих производств. Межвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА, 1987. - С.74-76.

99. Деревянные клееные конструкции. - Архангельск.: ЦНИИМОД, 1980. - 29 с.