Прессованное дерево что это такое

Прессованная древесина » Строительство домов, коттеджей своими руками. Объекты строительства

Прессованная древесина (лигностон) представляет собой материал, получаемый путем горя чего прессования брусков цельной древесины, подвергаемых в отдельных случаях предварительной пропитке некоторыми химическими веществами. Впервые лигностон был получен в 1915 г. из древесины бука путем всестороннего уплотнения бруска в автоклаве в расплавленном асфальте. Интересно отметить, что получение из древесины бука материала типа лигностон было известно уже более 200 лет назад (древесина для изготовления ручек складных ножей подвергалась прессованию в нагретом состоянии между двумя пластинами). Древесина бука и в настоящее время является сырьем для производства лигностона за границей.

В СССР В. Г. Матвеевым (ЦНИЛХИ) разработан оригинальный метод получения лигностона из древесины березы.

Лигностон изготовляют в виде брусков квадратного или прямоугольного сечения (до 8-10 см), длиной до 1 м; для ткацких челноков бруски имеют размеры 4 см X 5 см X 40 см. В процессе получения лигностона достигаются две цели: 1) пс вышение физико-механических свойств древесины и 2) стабилизация этих свойств в смысле устойчивости против атмосферных влияний (главным образом влажности); первое осуществляется путем механического уплотнения древесины, а второе, до некоторой степени, при помощи термической обработки.

Технологический процесс изготовления цельнопрессованной древесины состоит из следующих операций: I) разделки кряжей на бруски с допуском на усушку и обработку; 2) сушки брусков до влажности 10-12%; 3) пьезотермической обработки; 4) охлаждения и окончательной отделки брусков лигностона.

Пьезотермическая обработка в основном слагается из следующих стадий:

уплотнение брусков в холодном состоянии;
предварительный прогрев слегка уплотненных брусков;
прессование;
термическая обработка спрессованных брусков;
охлаждение.

Все эти операции производятся или на одном и том же мощном гидравлическом прессе, снабженном стационарными прессформами, обогреваемыми паром и охлаждаемыми водой, или же разделяются, и на прессе производится только уплотнение древесины, а предварительная и последующая термическая обработка осуществляется в особых нагревательных печах. Бруски при этом закладываются в индивидуальные металлические прессформы, которые по окончании термообработки в зажатом состоянии поступают в охладитель, где охлаждаются струей холодного воздуха.

В нашей промышленности принят последний метод, как не требующий мощного пресса. Производство лигностона по этому (раздельному) методу состоит из следующих операций. Высушенный и остроганный брусок закладывается возможно плотнее в прессформу, представляющую собой массивную металлическую коробку с пуансоном. Во избежание появления в древесине трещин при ее нагреве древесина предварительно уплотнятся (на 10-12% высоты бруска) путем прессования под небольшим давлением; в 25-30 кг/см2. В целях повышения пластичности древесины при ее окончательном прессовании бруски в прессформах прогреваются в течение примерно 1 часа в печах при t = 160-180° (для древесины березы оптимальная температура внутри бруска при 10 -12% влажности равна 80°). После этого производится прессований заданной степени уплотнения; для древесины березы при 10-12% влажности коэфициент максимального уплотнения равен 0, 55. Прессованный требует давления 200-300 кг/см2, в зависимости от степени уплотнения, и продолжается 2-3 мин. Спрессованные бруски в зажатых прессформах при достигнутом конечном давлении вторично прогреваются при t = 160-180° в течение 1 часа 30 мин. (для древесины березы внутри бруска при этом должна быть достигнута оптимальная t = 125-130°). Вторичный прогрев имеет целью придать большую устойчивость прессованной древесине против действия влаги. После окончания прогрева зажатые в прессформах бруски охлаждаются в охладителях струей холодного воздуха до t = 30° внутри бруска в течение 30 мин. при t воздуха 1-3° и вынимаются из прессформ.

П. Н. Хухрянским разработан второй, более простой способ прессования с предварительным распариванием. Вырезанные из кряжей бруски с влажностью древесины 30-40% пропаривают до тех пор, пока древесина не прогреется по всему сечению бруска до температуры 90-95°, после чего бруски прессуют до заданной степени уплотнения и подсушивают в прессформах в течение одного дня при температуре 70-80°. Спрессованные бруски охлаждают при температуре рабочего помещения в 10-20°, вынимают из прессформ и досушивают без скреп в сушильной камере до влажности древесины 10- 12%. Высушенные бруски выдерживаются в рабочем помещении в течение 5-б дней.

Объемный вес и прочность лигностона значительно выше, чем натуральной (исходной) древесины, и зависят от степени уплотнения. За границей лигностон разделяется на три класса:

легкий, с объемным весом 1, 05-1, 15;
средний-1, 18- 1, 25;
нормальный-1, 3-1, 46 г/см3.

Существенным недостатком лигностона, особенно полученного по второму способу, является его невысокая стойкость против воздействия влаги, под влиянием которой древесина в большей или меньшей мере возвращается в первоначальное состояние, теряя при этом свои повышенные свойства. В целях придания большей стабильности древесину предварительно нро^ питывают веществами, понижающими ее способность поглощать влагу (глюкозой, искусственными смолами, солями тяжелых металлов).

Физико-механические испытания лигностона производятся по методике, установленной для испытаний натуральной древесины (ОСТ НКЛ 250); объемный вес определяется при помощи волюменометра на образцах в -форме куба со стороной 2 см; влажность, усушка, разбухание и влагопоглощение - по ОСТ НКЛ 250; испытание на сжатие вдоль волокон производится на образцах в форме куба со стороной 2 см при скорости нагнетания 7000 кг ± 15% в минуту на весь образец; для испытаний на статический и ударный изгиб применяется такой же образец, что и для натуральной древесины, при той же схеме испытания (ОСТ НКЛ 250), но скорость нагружения при статическом изгибе повышается до 1300 кг ± 20% в минуту на весь образец; испытание на скалывание вдоль волокон - по ОСТ НКЛ 250; для испытаний на растяжение вдоль волокон, в случае необходимости, может быть применен метод, рекомендованный для испытаний дельта-древесины см. ниже).

Обычный метод для определения твердости лигностона непригоден, так как при вдавливании пуансона на довольно значительную глубину образец дает трспшну; вследствие этого применяют другой метод, при котором твердость определяется путем надавливания на испытуемую поверхность стальным шариком диаметром 10 мм (груз 150 кг), с выдержкой под грузом в течение 15 сек.

Характеристикой твердости в этом случае является величина, вычисляемая но формуле

где: Р - груз в кг; F -площадь отпечатка в мм2, т. е. проекция лунки на плоскость образца, равная пD^2/4, где а - диаметр отпечатка, полученный как среднее арифметическое из двух измерении (вдоль и поперек волокон в случае определения твердости боковой поверхности), произведенных с точностью 0, 01 мм.

Физико-механические свойства лигностона зависят от способа его получения и прежде всего от степени уплотнения древесины, характеризуемой объемным весом, что может быть иллюстрировано данными ЦИИЛХИ, приведенными в табл. 83.

Таблица 83

Физико-механические свойства лигностона

Материал	Объемный вес в г/см3	Влажность в %	Предел прочности в кг/см2 при	Сопротивление ударному изгибу в кгм/см3	Торцевая твердость в кг/мм3
сжатии вдоль волокон	статическом изгибе	скалыванни вдоль волокон
Натуральная древесина березы	0, 65	15	475	925	200	0, 4	1, 0-6, 5
Лигностон из древесины березы	1, 25	7-9	1100-1250	1700-2500	180-230	0, 6-0. 8	15-20
То же	1, 35	7-9	1200-1500	2300-2800	200-270	0, 7-0, 9	18-30
	1, 45	7-9	1300-1700	2500-3500	230-330	0, 85-1, 0	20-35

Коэфициенты качества лигностона при статическом действии сил в лучшем случае остаются без изменения по сравнению с натуральной древесиной, но при ударном изгибе снижаются в 1, 5-2 раза. Это объясняется, повидимому, некоторым изменением химического состава клеточной оболочки под действием повышенной температуры при термической обработке древесины в процессе получения лигностона, а также тем, что при сильном уплотнении во вторичных слоях оболочек древесных волокон могут появляться разрывы и трещины.

Лигностон хорошо поддается механической обработке - пилению, сверлению, фрезерованию и пр. . но требует инструментов из высокосортной стали, допускает склеивание казеиновым клеем, но соединить его гвоздями почти невозможно. Покрытие его лаком для придания блеска излишне, так как обработанные поверхности лигностона получаются гладкими, что имеет особо важное значение в ткацких челноках.

В СССР лигностон применяется главным образом для изготовлении ткацких челноков, где он заменил импортные породы - корнель и персимон; наряду с этим он употребляется для вкладышей подшипников горячепрокатных станов, где он заменяет бронзу и текстолит, для поползушек лесопильных рам (замена бакаута) и пр.

delostroika.ru

Варка в щелочи и прессование сделали дерево на порядок прочнее

Структура древесины после обработки

Jianwei Song et al. / Nature, 2018

Исследователи научились повышать прочность древесины с помощью варки деревянных брусков в щелочном растворе и прессования. После этой процедуры бруски становятся в пять раз тоньше и в 11,5 раз прочнее, сообщается в журнале Nature.

Далеко не все ученые-материаловеды разрабатывают новые материалы с нуля, синтезируя их искусственно. Некоторые предпочитают брать за основу уже существующие природные материалы и улучшать их характеристики различными способами. Нередко в качестве основы используется древесина — один из самых распространенных природных материалов. К примеру, в прошлом году ученые создали композитный аналог паутины, на 90 процентов состоящий из нановолокон целлюлозы, добытых из дерева.

Исследователи под руководством Лянбин Ху (Liangbing Hu) из Мэрилендского университета также взяли за основу древесину и разработали метод, повышающий ее прочность на порядок. Он состоит из двух основных этапов. Сначала деревянные бруски помещаются в кипящий раствор гидроксида и сульфита натрия и варятся семь часов. После этого их несколько раз промывают кипящей деионизированной водой и удаляют остатки раствора. Такая обработка оставляет в древесине почти все целлюлозные волокна, но удаляет большую часть окружающих их лигнина и гемицеллюлозы. За счет этого древесина становится более пористой и менее жесткой.

После этого древесные бруски прессуются при температуре 100 градусов Цельсия. Тесты исследователей на дубовых и липовых брусках показали, что при этом их толщина уменьшается в пять раз, а плотность увеличивается в три раза, тогда как без удаления лигнина и гемицеллюлоз плотность меняется гораздо слабее.

Фотографии и микроструктуры древесины до и после обработки

Jianwei Song et al. / Nature, 2018

Помимо этого ученые протестировали механические свойства обработанного дерева. Выяснилось, что после обработки прочность липы возрастает в 11,5 раз с 52 до 587 мегапаскалей. Исследователи смогли упрочнить до похожих значений (608 мегапаскалей) дубовые бруски, но их прочность была изначально в два раза выше. Такая прочность сравнима со многими марками нержавеющей стали. Помимо этого, удельная прочность такой древесины оказалась заметно выше, чем у многих сплавов, к примеру, в 1,7 раз выше, чем у титанового сплава Ti-6Al-4V.

Ученые проанализировали структуру на сканирующем микроскопе и выяснили, что в отличие от спрессованной древесины, из которой не удалялись лигнин и гемицеллюлозы в обработанной древесине целлюлозные структуры при прессовании становятся гораздо ближе и переплетаются.

В 2016 году эта группа исследователей создала похожим образом другой материал на основе древесины. Вместо того, чтобы прессовать дерево после варки они залили ее эпоксидной смолой, которая удалила из полостей внутри древесины воздух и сделала ее прозрачной.

Григорий Копиев

nplus1.ru

Механохимически модифицированная древесина: технология и свойства

Древесина – это природный полимерный композиционный материал, который при механическом и химическом воздействии меняет свои свойства. Зная закономерности изменения материала можно создавать их целенаправленно, придавая качества, необходимые потребителю. Это и называется процессом модификации древесины. Он необходим при производстве ДСП, МДФ, ОСБ, ДПК и других древесных материалов, где измельченная древесина, смешанная с полимерным связующим, прессуется с целью получения однородного материала стандартных размеров.

Предлагаемая технология модификации древесины изменяет свойства древесины в массиве, то есть на всю глубину обрабатываемого материала, не прибегая к его измельчению. Это достигается тем, что молекулы модификатора, т. е. вещества, способствующего изменению свойств древесины, по размеру сравнимы с молекулами древесного вещества и менее размеров межклеточных пространств в нем. Поэтому способом диффузионной или принудительной пропитки под давлением модификатор проникает на всю толщину пропитываемого изделия, а затем под воздействием температуры и давления реагирует с природными химикатами, находящимися в древесном веществе. Таким образом, технология позволяет, не измельчать древесину, не применять дорогостоящие полимерные связующие, и, достигать того же эффекта, которого добивались при производстве МДФ, например, но более дешевым способом. При этом сохраняется массив древесины со всеми его положительными свойствами, ярче выделяется текстура, можно изменить цвет (ламинация не потребуется).

Итак, модификатор должен в растворенном состоянии проникать в клеточные структуры древесины, быть химически активным для компонентов, составляющих древесное вещество, и, реагируя с этими компонентами, целенаправленно изменять физические и эксплуатационные свойства материала. Наиболее подходящим для этого веществом является карбамид, ведь и в упомянутых ранее МДФ или ОСБ самые применимые связующие – карбамидные. Карбамид растворим в воде, в том числе и в той, что содержится в связанном состоянии в древесине, а это означает, что, пропитывая древесину водным раствором карбамида, мы, как это не парадоксально «подсушиваем» ее, «забирая» часть древесной влаги на гидрофильный карбамид. Карбамид или мочевина активно реагируют с такими компонентами древесного вещества, как лигнин, гемицеллюлозы, экстрактивные вещества. А поскольку реакция поликонденсации происходит в макромолекулах древесного вещества, массив древесины приобретает новые задаваемые производителем полезные качества, сохранив положительные старые. Раствор карбамида не вреден, химически нейтрален, более того – мочевина марки А по ГОСТ 6691-77 применяется как кормовая добавка для скота.

Модифицированная карбамидом древесина сертифицирована (ГОСТ 24329-80) и применяется в основном под торговой маркой «Дестам» или «Лигноферум» в производстве подшипниковых вкладышей. В производстве строительных и столярных изделий в настоящее время применяется также термомодифицированная древесина, технология которой подобна предлагаемой за исключением того, что химическая модификация древесного вещества производится в отсутствии карбамида за счет поликонденсации продуктов разложения лигнина, гемицеллюлоз, экстрактивных веществ и ксиланов. Из-за термодеструкции частично снижаются физико-механические свойства термомодифицированной древесины.

Технологический процесс производства механохимически модифицированной древесины заключается в пропитке исходной древесины любой породы и любой влажности раствором модификатора. Пропитка может быть проведена методом «горяче-холодных ванн» - диффузионная или в автоклаве – принудительная. Затем проводится сушка, при необходимости – с уплотнением (прессованием), и термообработка, фиксирующая новые свойства древесины. Следует отметить, что экономичнее применять малоценные породы, так как их эксплуатационные свойства после модифицирования превосходят свойства дорогих пород (см. таблицу).

Свойства (при влажности 12%)	Дуб	Сосна	Осина	МД непрессо-ванной осины	МД прессо-ванной осины
Цвет	светлобурый	жел-тый	белый	От желтого до корич-невого	До черного
Текстура	выра-жена	слабо	не выражена	Ярко выражена	Ярко выраже-на
Плотность	690	505	495	700	1200
Влагопоглощение за 30сут. При влажности воздуха 92% , %	24,5	19,5	19,0	14,6	14,9
Предел прочности при: сжатии вдоль волокон; статическом изгибе, Мпа	57,1103,0	50,482,0	44,777,4	100,0123,0	150,0250,0
Твердость поперек волокон, Мпа	52,0	26,0	18,5	73,0	100,0
Биостойкость: потеря массы от воздействия плесени за 45сут, %	27	27	27	4,0	3,5
Огнестойкость: потеря массы при горении, %	18,3	36,2	19,6	5,0	3,3
Модуль упругости при изгибе, Гпа	10,2	11,8	9,2	20,1	24,7
Ударная вязкость, кДж/кв.м	76,3	41,3	45,0	54,0	110,0

Обработанная таким образом исходная древесина во время сушки химически уплотняется в результате удаления воды и реакции модификатора с древесным веществом: на 5-31% для хвойных пород и на 12-35% для лиственных. При необходимости большего уплотнения применяется горячее прессование высушенной древесины с уплотнением на 50-70%.

Применяя различные добавки к модификатору, из любой породы исходной древесины можно получить модифицированную древесину (МД) с повышенными прочностными свойствами, высокой твердостью и истираемостью, не поддерживающую горения или полностью несгораемую, с повышенной водо- и влагостойкостью, не подверженную воздействию биовредителей. И еще механохимически модифицированная древесина превращается в термопластичный материал, то есть ее можно прессовать, легко гнуть, обрабатывать термопрокаткой, что открывает новые технологические возможности обработки МД. Форма, придаваемая МД, сохраняется термообработкой.

Если требуется получить только бревно, брус или доску из модифицированной древесины, которые впоследствии будут подвержены традиционной деревообработке, то процесс можно последовательно проводить в пропиточных ваннах или автоклаве, сушку – в обычной сушильной камере, термообработку – в камере термообработки с температурой до 200 оС. Для совмещения этих процессов разработана и испытана специальная установка модификации древесины (УМД).

Рис.1 Опытно-промышленный образец установки для модификации древесины с загрузочным объемом 0,2 куб.м

Установка позволяет проводить пропитку раствором модификатора под давлением, ускоренную сушку пропитанной древесины при переменном давлении и температуре и окончательную термическую обработку в течение одного цикла. Установка позволяет также уплотнять МД или выпрессовывать специальный профиль на изделии с помощью термокомпрессионного вкладыша, входящего в комплект УМД.

Так бревно ели диаметром 150мм длинной 2,5м в свежесрубленном состоянии с влажностью 85%, плотностью 450кг/куб.м., со всеми присущими данной породе недостатками (выпадные сучки, малая био-огне-влагостойкость) через 77 часов обработки в УМД имеет следующие свойства:

влажность 8%;
плотность 630кг/куб.м.;
огнестойкость повышена на 50%, а при применении специальных добавок к модифицирующему раствору бревно вообще не поддерживает горение;
влагостойкость повышена на 30% (больше - при применении спецдобавок к модификатору);
МД воздействию биовредителей (плесень, грибки, жучки и т.д.) не подвержена;
выпадные сучки впрессованы и вплавлены;
на бревне в процессе сушки могут быть выпрессованы паз и гребень для сочленения при сборке сруба (опробовано - глубиной 15мм );
текстура древесины ярко выражена, цвет можно изменять от золотистого до темно-коричневого по всей толщине.

Механохимически модифицированная древесина обрабатывается на серийных деревообрабатывающих станках с учетом ее твердости при заточке инструмента. Благодаря повышенной деформативности МД до термообработки, применяются такие виды обработки как прессование в прессах с нагреваемыми плитами, гибка и прокатка.

Рис.2 Образцы древесины, обработанной в УМД: бревна сосны, березы, ели, брус дуба справа бревна с выпрессованными пазами под сборку

Прессование позволяет получать на поверхности щита из МД многоуровневое изображение (резьбу) глубиной до 10мм и выше, а также плоское изображение с эффектом объемности (голографию). Кстати после горячего прессования не требуются операции шлифования, так как качество поверхности изделия задается полировкой пресс-формы. Не нужно также лакирование, так как модифицирующий состав образует на поверхности изделия защитную пленку при прессовании.

Рис.3 Филенки из механохимической модифицированной древесины березы (слева рельефная, справа - плоская)

Размеры прессуемого изделия по площади определяются размерами обогреваемых плит прессового оборудования, причем стоимость самого оборудования также зависит от этих размеров. Чтобы избежать этого при изготовлении изделий большой площади из механохимически модифицированной древесины применяется способ термокомпрессион-ного формования.

Способ осуществляется следующим образом: деревянную заготовку в виде набранного из реек столярно-мебельного щита помещают в нижнюю часть специальной пресс-формы (СПФ), контуры которой соответствуют контурам заготовки. Сверху размещают рельефообразующий штамп, формирующий под действием давления декоративное изображение на поверхности заготовки. Между верхней и нижней частями СПФ находится составной терморасширяющийся эластичный формующий вкладыш, который при нагревании обеспечивает необходимое давление до 30Мпа. Степень деформирования заготовки зависит от толщины вкладыша. Размеры прессуемого изделия определяются лишь размерами СПФ и составного вкладыша, что позволяет изготавливать целиком столешницу или филенчатую дверь любого размера.

Заготовки столярно-мебельного щита изготавливают из отдельных реек МД, которые могут быть разной ширины, но одинаковой толщины. Технический результат достигается тем, что в исходных рейках из модифицированной древесины выполняют калиброванные отверстия с определенным шагом, образуя поперечные каналы, соосные с последующими рейками щита, а на боковых поверхностях выполняют продольные канавки, образуя внутреннюю силовую армирующую решетку, с последующим заполнением свободных каналов смесью карбамидной смолы с пенообразователем и наполнителем в виде опилок. Состав материала заполнителя силовой решетки однотипен модификатору и между ними в процессе прессования создаются дополнительные поперечные полимерные связи в результате реакции поликонденсации. Силовая армирующая решетка обеспечивает монолитность изделия при эксплуатации и исключает коробление щита больших размеров.В предлагаемом способе при подготовке реек из МД снижаются требования к точности изготовления по сравнению с традиционными способами клеевого сращивания, вследствие чего появляется возможность автоматизации процесса, а также нет необходимости в тщательном подборе текстуры и цвета. Их частичное несоответствие компенсируется созданием однородного цветового фона и декоративного узора при горячем прессовании. Кроме того, подобный способ предполагает широкий ассортимент изделий при использовании разнообразных пород древесины, в том числе и не деловой

Технологический процесс гибки заключается в сквозной пропитке исходной древесины модифицирующим раствором, сушке до определенной влажности, разогрева заготовки древесины непосредственно перед гнутьем, собственно гнутье с термической обработкой зафиксированного на шаблоне изогнутого изделия в термокамере. После термической обработки размеры изделия могут измениться лишь при его нагреве свыше 200оС. Наибольшие трудности процесса гнутья возникают при гибке твердолиственных пород, так как для бука и дуба невозможно сохранить исходный цвет древесины при необходимости больших деформаций. В результате дуб становится мореным (черным), а бук темно-коричневым. Лучше всего гнется осина, при этом она приобретает золотистый оттенок.Мелкосерийно, в виде пробной партии, опробовано изготовление рамок для овальных зеркал размером 1410х410мм. Заготовка: буковая рейка длиной 2м, с прямоугольным сечением 12х22мм, причем гнуть необходимо было по наименьшему размеру сечения. Деталь представляла собой U-образную обечайку, с размером сечения на лицевую сторону – 22мм, изгибаемую – 12мм. Гнутье проводилось без шин, так как сделать их для такого малого размера (12мм) проблемно, по шаблону, на котором и термообрабатывали заготовку в зафиксированном состоянии. В результате брак (скалывание) было только тогда, когда на наружную сторону был выход перерезанных волокон (косослой). Результаты – на фото.

Рис.4 Гнутая буковая заготовка для обечайки

Опробована сушка и прессование торцовых заготовок из механохимически модифицированной древесины. Прессование торцовых заготовок из МД имеет свои особенности: МД уплотняется в аксиальном направлении, т. е. вдоль волокон, что подразумевает приложение меньшего удельного давления, но это давление необходимо подобрать таким, чтобы избежать потерю устойчивости деформируемой заготовки и образования в ней трещин, так как тангенциальные и радиальные напряжения, возникающие при торцовом прессовании, имеют противоположные знаки.

Рис.5 Торцовая заготовка из МД сосны

В результате проведенных исследований физико-механических свойств торцовой модифицированной древесины установлено, что в качестве параметра, характеризующего как сам процесс прессования, так и получаемый материал, можно принять степень деформирования древесины. Усилие прессования зависит от исходной плотности применяемой породы древесины и направления прессования. Для достижения одинаковой плотности МД различных пород степени деформирования значительно отличаются и зависят от исходной плотности древесины и ее влажности в процессе прессования. Установлено также, что предельная деформативность торцовых заготовок МД сосны составляет 75%, а МД березы – 70%. Однако при таких больших деформациях происходит потеря устойчивости волокнами модифицированной древесины, что приводит к образованию сколов и трещин на лицевой поверхности образцов. Следовательно, для устранения этих факторов необходимо ограничить радиальную деформацию МД, т. е. небходимо применять прессформы с боковым поджимом МД в процессе проведения торцового прессования.

В настоящее время из торцовой древесины изготавливаются корпуса барометров на ООО«Утес», при использовании для модифицирования исходных заготовок больших размеров предполагается изготавливать табуреты и столики «деревенского дизайна».

Предполагаемыми потребителями продукции из МД будут фирмы, основным направлением деятельности которых является строительство и отделка жилых помещений, так как свойства производимого продукта уникальны. Так несгораемое бревно и брус являются ценнейшим материалом для строительства домов, бань, хозяйственных построек. Разработаны технологии и оборудование для комплектации всего сооружаемого объекта изделиями из МД: бревно и брус для силового каркаса, доска для пола и перекрытий, молдинг и брус для дверных и оконных блоков, щиты для внутренней декоративной отделки здания. При этом цены продукции будут не значительно выше цен изделий, изготавливаемых традиционно из деловой древесины, а свойства уникальны. Дальнейшее освоение рынка определено декоративными свойствами МД и технологическими возможностями её переработки: прессуемость, возможность гибки и прокатки. Это определяет следующий круг потенциальных потребителей: отделочники, мебельщики, дизайнеры, паркетчики.

Имеющийся опыт показывает, что создание производственных участков по изготовлению модифицированной древесины не требует больших затрат и больших площадей. Оборудование может быть изготовлено силами ремонтно-механических служб предприятия. Вышесказанное позволяет говорить о том, что использование модифицированной древесины, вовлечение в производство дешевой малоиспользуемой древесины мягких лиственных пород позволит расширить области применения древесины, снизить затраты на производство и полнее использовать лесные ресурсы страны.

www.equipnet.ru

Прессование древесины

⇐ Предыдущая30313233343536373839Следующая ⇒

В 30 – 40 гг. ХХ в. прессованием древесины занимались чуть ли не все научные учреждения, связанные с деревообработкой и машиностро- ением. Это легко объяснимо: индустриализация требовала новых мате- риалов, а их тогда остро не хватало.

В результате этих работ остался большой научный и практический задел. Однако отечественная мебельная промышленность его практиче- ски не востребовала. Причиной этого были присущие советской про- мышленности простые архитектурные формы изделий массового про- изводства.

Технология объемного формования древесины сравнительно про- ста. На первом этапе фрезеруется заготовка, несколько большая по раз- меру, чем заданная деталь, а на втором она обжимается в металлической горячей пресс-форме и приобретает законченный вид. После остывания и, при необходимости, подсушки (до стандартной влажности 12%) гото- вая деталь покрывается лаком.

Основные моменты технологии прессования древесины:

– вследствие прессования увеличивается плотность (вплоть до

1,3 г/см3) и прочность древесины,

– прессование поперек волокон древесины осуществляется легче, чем вдоль;

– влажность (до 30%) и повышенная температура (до 160 °С) улуч- шают пластичность и способствуют осуществлению процесса прессо- вания;

– разные породы древесины в процессе прессования ведут себя по- разному;

– объемное прессование сопровождается трением древесины о по- верхности пресс-формы.

На прессованную древесину был разработан ГОСТ 9629-75, кото- рым устанавлены следующие марки прессованной древесины, краткие характеристики, назначение и свойства которых приведены ниже:

ДПО-П1, ДПО-П2, ДПО-П3 – бруски длиной от 150 до 1000 мм, толщиной от 5 до 60 мм и шириной от 40 до 160 мм, полученные по- перечным одноосным прессованием пропаренной древесины с после- дующей сушкой. Предназначены для сборных подшипников крупных размеров прокатных станов, шаровых мельниц, подпятников, зубчатых колес, виброгасящих подкладок, направляющих ползунов, погонялок для ткацких станков и других деталей.

ДПО-НВ – бруски (300 – 1500)  (40 – 50)  (20 – 50) мм, получен- ные одноосным поперечным прессованием нагретой древесины березы, осины, ольхи, тополя, бука иди лиственницы с последующей ее тепло- вой обработкой. Предназначены для паркета и изделий повышенной влаго- и износостойкости.

ДПД-П – бруски (400 – 2000)  (30 – 60)  (30 – 50) мм, полученные поперечным двухосным прессованием пропаренной древесины – бере-

зы, бука, осины или лиственницы с последующей сушкой. Для подшип- ников, выколоток, пробок, крепежных штанг.

ДПО-Пкл – бруски (150 – 2500)  (4 – 1000)  (30 – 150) мм, получен- ные поперечным одноосным прессованием клееных древесных плит березы, бука, осины, лиственницы. Предназначены для подшипников, ползунов лесопильных рам, прокладок, выколоток и др.

ДПО-Ч1, ДПО-Ч2, ДПО-Ч3, ДПО-Ч4 – бруски (в качестве мерной заготовки для челноков ткацких станков), полученные одноосным по- перечным прессованием древесины граба, бука или березы с последую- щей тепловой обработкой.

ДПО-JI1, ДПО-Л2, ДПО-Л3, ДПО-ЛШ – бруски (300 – 2000) 

(30 – 130)  (10—130) мм, а марка ДПО-ЛШ – в виде листов шпона (700 – 2200)  (150 – 1600)  (1,1 – 4,5) мм, полученные одноосным попе- речным прессованием обработанной аммиаком древесины березы, оль- хи, осины, тополя, акации, сосны, лиственницы, ели, ясеня, клена или граба (для марки ДПО-ЛШ – березы, ольхи, осины, тополя или бука) с последующей сушкой. Предназначены для паркета, мебели, смычков и дек струнных инструментов, подшипников скольжения и других дета- лей машиностроения, лыж и т. п.

ДПК-П – цилиндры диаметром 20 – 150 мм и длиной 100 – 200 мм, ДПК-ПИ – трубы с наружным диаметром 30 – 150 мм, внутренним от 10 мм, длиной 100 – 250 мм, полученные путем контурного прессования продавливанием через конус (с прессованием изнутри для труб) пропа- ренной древесины березы, бука, осины, ольхи, граба, осокоря, сосны или лиственницы с последующей ее сушкой. Для различных круглых деталей, уплотнительных колец, работающих при давлении до 200 кгс/см2, под- шипников и т. д.

ДПР-Н – цилиндры диаметром 20 – 200 мм и длиной 200 – 750 мм и ДПР-НИ – трубы с наружным диаметром 40 – 260 и внутренним 5 – 200 мм, длиной 200 – 750 мм, полученные путем радиального прессо- вания обжимом (трубы на металлическом стержне) нагретой древесины (тех же пород, что и для марок ДПК-П и ДПК-ПИ) с последующей ее тепловой обработкой. Назначение примерно то же, что и для предше- ствующих двух марок.

ДПГ-П – втулки и вкладыши с наружным диаметром 40 – 200 мм, внутренним 20 – 180 мм и длиной 70 – 200 мм, полученные путем тор- цового гнутья и осевого прессования пропаренной древесины (тех же пород, что и для предшествующих четырех марок) с последующей сушкой. Для подшипников, работающих при спокойных нагрузках и во влажных средах, в том числе в воде.

ДПГ-ППр – втулки и вкладыши с наружным диаметром 60 – 450 мм, внутренним – 50 – 400 мм, длиной 40 – 200 мм, полученные путем про- дольного гнутья и поперечного прессования изнутри пропаренных пла- стин древесины бука, клена, граба, ясеня или сосны с последующей сушкой. Для средних и крупных подшипников, работающих при удар- ных нагрузках.

Прессование основано на силовом воздействии на древесину с ис- пользованием ее пластических свойств.

Прессуют древесину для получения сложных форм или для уплот- нения. Прессование широко используют для получения деталей декора в мебельной промышленности для получения из древесины материалов, заменяющих цветные металлы для машиностроения и изоляционные материалы в электротехнической промышленности.

Спрессованная древесина обладает более высокими физико- механическими показателями, чем натуральная. Прессование харак- теризуется степенью упрессовки, которая определяется по соотноше- нию размеров деталей из древесины до прессования и после прессо- вания.

Если прессование осуществляют пресс-формой, то при расчете уси- лия необходимо учесть дополнительно усилие на преодоление трения древесины по металлу. При контурном прессовании необходимо учиты- вать усилие для прессования и усилие для перемещения спрессованной детали в приемнике. Усилие на перемещение детали в приемник опреде- ляется как сила трения с учетом давления прессования и коэффициента трения.

⇐ Предыдущая30313233343536373839Следующая ⇒

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru

Прессование деталей из измельченной древесины со связующим

Категория: Разные непродовольственные товары

Прессованные детали из измельченной древесины со связующим уже находят применение при изготовлении мебели, футляров, строительных элементов. Плотность получающихся деталей составляет 0,5-1,1 г/см3. Изготовление деталей из измельченной древесины позволяет: использовать отходы древесины и, в частности, в виде стружки от деревообрабатывающих станков; сократить и упростить технологический процесс изготовления деталей и узлов (особенно деталей криволинейной и объемной формы); заменить сборные конструкции цельнопрес-сованными; получать детали и узлы с достаточно высокой точностью размеров и формы, что особенно важно в производстве взаимозаменяемых деталей; придавать деталям, узлам особые свойства — влагостойкость, биостойкость, огнестойкость, повышать плотность и прочность, вводить крепежные и армирующие элементы, автоматизировать процесс производства; снизить себестоимость.

Сырье для изготовления деталей из измельченной древесины. Основное сырье для получения прессованных деталей — измельченная древесина, связующее, добавки.

Измельченная древесина может быть использована в виде стружек от станков, технологической щепы, размельченной до нужной фракции, резаной стружки, опилок. Для формирования деталей наилучшие результаты получаются при использовании

станочных стружек. Может использоваться сырье различных пород древесины.

Оптимальная фракция частиц стружек — 12/2 мм, т.е. частицы, прошедшие через сито с величиной ячейки 12x12 мм и оставшиеся на сите с ячейками 2x2 мм. Для изделий сложной формы стружки должны быть мельче, так как при том улучшается текучесть стружечно-клеевой смеси и сложная пресс-форма лучше заполняется; фракция стружек должна быть 8/2 мм. Для изделий простой формы используется фракция 20/2 мм, для мелких деталей простой формы — фракция 3/1 мм. Для однородности свойств стружечно-клеевой массы и будущей детали необходимо, чтобы стружки были однородными. Влажность стружек должна быть в пределах 4-6%.

Связующим при изготовлении деталей из измельченной древесины служат карбамидоформальдегидные клеи. Однако практика эксплуатации прессованных деталей и изделий показала, что карбамидоформальдегидные клеи стареют и становятся хрупкими. Прочность деталей значительно падает, поэтому в настоящее время применяют композиционные клеи, т.е. смеси из разных клеев. Для устранения того же дефекта вводят в клей пластифицирующие добавки. Количество вводимого в стружки клея составляет 12-15% (по сухому остатку клея) к массе стружки (для изделий сложной формы до 20%). Для изготовления деталей с повышенной водостойкостью используют карбамидомеламиноформальдегидные и фенолоформальдегидные клеи.

Добавки вводят для улучшения свойств стружечно-клеевой смеси и будущих деталей. В качестве гидрофобных добавок, уменьшающих водопоглощение, вводят парафин, петролатум. Антисептические добавки (фтористый натрий) вводят для деталей, которые необходимо защитить от биологического разрушения. Для повышения текучести массы вводят парафин, масла, сульфитно-спиртовую барду, которая, обладая клеевыми свойствами, может частично заменять основное связующее. Чем выше коэффициент текучести массы, тем лучше она заполняет все выемки пресс-формы.

Для улучшения отлипа массы от пресс-формы применяют олеиновую кислоту, соляровое масло, парафин. Эти добавки

могут быть введены в состав массы и применены отдельно для смазывания пресс-формы.

ГНУТЬЕ И ПРЕССОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Криволинейные детали из цельной древесины можно изготовлять двумя принципиально различными способами: выпиливанием криволинейных заготовок и приданием прямолинейному бруску изогнутой формы путем загибания его на шаблоне. Оба способа-применяются на практике и имеют свои преимущества и недостатки.

Выпиливание криволинейных заготовок отличается простотой технологии и не требует специального оборудования. Однако при выпиливании неизбежно перерезают волокна древесины, и это настолько ослабляет ее прочность, что детали большой кривизны и замкнутого контура приходится составлять из нескольких элементов склеиванием.На криволинейных поверхностях получаются полуторцовые и торцовые поверхности срезов и в связи с этим ухудшаются условия обработки на фрезерных станках и отделки. Кроме,, того, при раскрое получается большое количество отходов.

Изготовление криволинейных деталей методом гнутья требует по сравнению с выпиливанием более сложного технологического процесса и оборудования. Однако при гнутье полностью сохраняется и даже в некоторых случаях повышается прочность деталей; на их гранях не создаются торцовые поверхности, а режимы последующей обработки гнутых деталей не отличаются от режимов обработки прямолинейных деталей.

Теоретические основы гнутья. Сущность явлений, происходящих при гнутье древесины, в основном сводится к следующему. Из курса сопротивления материалов известно, что при изгибе любого тела в пределах упругих деформаций возникают нормальные к поперечному сечению напряжения: растягивающие на выпуклой и сжимающие; на вогнутой стороне. Между зонами растяжения и сжатия находится нейтральный слой, нормальные напряжения в котором равны нулю. Поскольку величина нормальных напряжений изменяется по сечению, возникают скалывающие напряжения, стремящиеся

как бы сдвинуть одни слои детали относительно других. Так как этот сдвиг невозможен, изгиб неизбежно сопровождается растяжением на выпуклой и сжатием на вогнутой стороне

детали.

Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит от толщины бруска и радиуса изгиба. Допустим, что брусок прямоугольного сечения изогнут по дуге окружности и что деформации в бруске прямо пропорциональны напряжениям, а нейтральный слой находится в середине бруска.

Обозначим толщину бруска Н, начальную длину его через /о, радиус изгиба по нейтральной линии через К (рис. 93).

Рис. 93. Изгиб бруска:

а — деформации при изгибе; б — гнутье заготовки с шиной по шаблону; / — шаблон; 2 — насечки; 3 — прессующий ролик; 4 — шина

Длина бруска по нейтральной линии при изгибе будет оставаться неизменной. Она равна

ι0 = πR(φ/180), (96)

где ф — угол загиба в градусах.

Наружный растянутый слой получит удлинение А/. Общая длина растянутой части бруска определится из выражения

ι0 + ∆ι = π (R+h/2)φ/180. (97)

Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим абсолютное удлинение:

∆ι = π(h/2) (φ/180), (98)

Относительное удлинение ераст будет равно ∆ι/ιо= h/2R, т. е. относительное удлинение при изгибе ∆ι/ιо зависит от отношения толщины бруска к радиусу изгиба; оно тем больше, чем толще брусок hи чем меньше радиус изгиба R.Подобное отношение для величины относительного сжатия при изгибе можно получить аналогичным путем.

Предположим, что вокруг шаблона R изогнут брусок с начальной длиной ι0 и при этом достигнуты максимальные деформации сжатия и растяжения. Обозначив через εсж величину допустимой деформации сжатия древесины вдоль волокон, а через εраст – величину допустимой деформации растяжения вдоль волокон, можем написать соотношение для растянутой стороны:

l= l0 (l+εраст) = π (R+h) φ/180 (99)

Отсюда

R+h = [l0 (l+εраст)]/π (φ/180). (100)

Для сжатой (вогнутой) стороны будет

l2 =l (l-εсж )]/π (φ/180). (101)

Вычитая из первого выражения второе, получим

h = [l0 (εраст +εсж)]/π (φ/180) (102)

Взяв отношение h/R, характеризующие предел изгибаемости древесины для данного случая, получим

h/R = (εраст +εсж)/(l-εсж) (103)

Подставив в полученные выражения значения допустимых деформаций растяжения и сжатия (εраст и εсж ), можно определить максимально возможные значения h/R для различных пород. Эти предельные возможно достижимые соотношения определены в следующих значениях.

Пород древесины…………………….Бук Дуб Бреза Ель Сосна

h/R……………………………………..1/2,5 ¼ 1/5,7 1/10 1/11

На практике обычно требуется изгибать древесину в отношении 1/3. Хвойные породы и часть мягких лиственных пород даже при полном использовании возможных деформаций сжатия и растяжения непригодны для гнутья при малых радиусах кривизны. При этом брак при гнутье хвойных и мягких лиственных пород обусловлен образованием складок на вогнутой стороне из-за неравнамерного сжатия вдоль волокон и низкого сопротивления их сжатию поперек волокон. Это можно устранить, нормируя деформации сжатия древесины, используя шаблон с насечкой, подпрессовывая древесину в процессе гнутья (рис. 93,б).

Пропарнный брусок с шиной изгибается вокруг шаблона l, снабженного крупной насечкой 2. В месте загиба брусок прижимается к шаблону прессующим роликом 3. Происходит про-

катка бруска. Наружные, примыкающие к шине 4 слои уплотняются. Толщина бруска уменьшается, и одновременно повышается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают напряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и принимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление складок.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия протекают одновременно, но не по всему сечению бруска, уменьшается, и одновременно повышается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают напряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и принимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление складок.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия протекают одновременно, но не по всему сечению бруска, а только на участке непосредственного набегания бруска на шаблон, в зоне линии, соединяющей ось шаблона с осью прессующего ролика. Этот процесс сопровождается сдвигом слоев древесины, как показано линиями, нанесенными на боковую сторону бруска перед гнутьем.

Бездефектный изгиб бруска возможен только до предела, пока величина относительного удлинения растянутых или относительного сжатия сжимаемых слоев не превысит предельных значений для данного материала.

Выведенное выше отно-шение действительно для материалов, у которых со-противления растяжению и сжатию равны. Если сопротивление материала сжатию будет больше, чем растяжению, то нейтральная линия при изгибе будет смещаться к вогнутой стороне. При большем сопротивлении материала растяжению нейтральная линия будет смещаться к выпуклой стороне, что наблюдается у дервесины. При свободном изгибе древесина разрушается от разрыва наружных, растянутых слоев. Объясняется это тем,

Рис. 94. Диаграммы напряжений и деформации древесины при гнутье:

а- влияние проварки; 1 – без проварки;

2 – проварка30 мин; 3 – проварка 90 мин;

4 – проварка 180 мин; б - деформация и напряжения в древесине бука

что допустимая величина деформации растяжения у древесины мала, всего 1— 2 %, в то время как предел деформации сжатия составляет 15—25 %, как видно из диаграммы рис. 94.

Для повышения способности древесины к гнутью применяют гидротермическую обработку; проваривание в горячей воде или пропаривание. Такая обработка делает древесину более пластичной. Проваривание древесины значительно снижает сопротивление сжатию и увеличивает величину усадки (рис. 94, а). Сопротивление древесины растяжению и способность деформации при этом изменяются незначительно.

У пропаренной древесины бука (рис. 94, б) при незначительном сопротивлении сжатию (около 23 МПа) и допустимости деформаций сжатия до 30 % величина возможных деформаций растяжения остается незначительной даже при очень высоких напряжениях (2% при 130 МПа). Это ограничивает возможность гнутья пропаренной древесины и не позволяет полностью использовать ее способность к значительной деформации сжатия.

Произведение величины напряжения на величину вызываемой им деформации дает работу деформации. На диаграмме (рис. 94, б) возможная работа деформаций растяжения равна заштрихованной площади I, а возможная работа деформаций сжатия —заштрихованной в обратном направлении площади II.

При изгибе бруска работа деформаций растяжения должна быть равна работе деформации при сжатии. Из сравнения площадей, заштрихованных на диаграмме, видно, что полностью использовать эту закономерность при изгибе пропаренной древесины без специальных мероприятий нельзя. В то время как работа деформаций растяжений достигает максимального значения (площадь I), равная ей площадь работы деформации сжатия отделена на диаграмме вертикальной пунктирной линией. Она составляет только незначительную часть от возможной работы деформации сжатия. При уменьшении радиуса изгиба напряжения растяжения и вызываемые ими деформации превысят предельные значения и вызовут разрыв наружных волокон и излом бруска, в то время как возможность изгиба по деформации сжатия не будет исчерпана. Возможность изгиба пропаренной древесины ограничивается незначительной величиной допустимых деформаций растяжения, ограничивающих изгиб до соотношения примерно h/R = 1/30.

Возможности гнутья могут быть значительно расширены, если использовать способность пропаренной древесины полностью воспринимать значительные деформации сжатия. Это достигается применением тонкой стальной ленты (шины), накладываемой на наружную сторону бруска до изгиба. Шина снабжена упорами, в которые упираются торцы изгибаемого бруска.

Так как сопротивление стальной шины растяжению значительно, она будет препятствовать растяжению наружных слоев, и изгиб бруска произойдет в основном за счет деформации сжатия на вогнутой стороне. Таким путем искусственно вызывают смещение нейтрального слоя к наружной стороне изгибаемого бруска и увеличивают в бруске деформации сжатия. Для предупреждения откалывания и разрывов волокон на выпуклой стороне бруска в начальной стадии изгиба шине дают натяжение, сжимая брусок ее упорами, расположенными на концах шины.

Величина начального натяжения шины не должна быть большой, так как чрезмерные деформации сжатия могут вызывать брак гнутья в виде складок на вогнутой стороне. Наилучшие результаты гнутья могут быть достигнуты при полном использовании способности древесины принимать деформации сжатия и растяжения. Это обеспечивается применением гну-тарного станка с подвижным упором шины.

Минимальные радиусы бездефектного изгиба древесины могут быть достигнуты в том случае, если при изгибе будет соблюдено условие: максимальная работа деформаций сжатия равна сумме работ деформаций растяжения бруска и шины. Это достигается изменением угла наклона линейки и величиной отхода упора.

Напряжения сдвига достигают значительной величины и могут вызывать скалывание вдоль волокон. Поэтому гнутье не доводят до самого конца бруска во избежание скола у торца. Необходимым условием гнутья хвойных и мягких лиственных пород таким способом является применение шины с подвижным упором. Насечка на шаблоне должна иметь наклон в сторону заднего упора, чтобы предотвращать перемещение внутренних слоев бруска по шаблону и образование складок из-за напряжений сдвига. Такой способ гнутья позволяет изгибать не только бездефектную древесину, но и древесину с крупными сучками, расположенными на наружной стороне бруска.

В технологический процесс гнутья древесины входят гидротермическая обработка, гнутье и сушка изогнутых деталей для стабилизации приданной формы. В общий технологический процесс изготовления изделий не всегда входит процесс гнутья. Чаще всего оно следует за раскроем. Технологический процесс происходит так: раскрой на заготовки, гидротермическая обработка заготовок, гнутье, сушка и механическая обработка гнутых заготовок. В некоторых случаях гнутью подвергают уже частично обработанные детали.

Например, задние ножки гнутого стула изгибают обычно после обработки на круглопалочных копировальных станках, а после гнутья только шлифуют.

Раскрой пиломатериалов на заготовки для гнутья возможен различными способами. В некоторых случаях заготовку для гнутья получают путем раскалывания коротких отрезков кряжей (чураков). Получаемая при этом колотая заготовка, как правило, не имеет перерезанных волокон, поэтому при изгибании дает наименьший процент брака. Недостаток такого способа — низкий выход заготовок из кряжа (приблизительно на 20—25 % ниже, чем при выпиливании) и большая трудоемкость этой операции, которую выполняют вручную. На индустриальных предприятиях в большинстве случаев пользуются обычными методами выкраивания заготовок из досок на круг-лопильных станках.

К качеству древесины заготовок для гнутья предъявляют повышенные требования: рационально раскраивать древесину по предварительной разметке, не допускать в заготовках дефектов, вызывающих брак гнутья. Заготовки необходимо вырезать только из здоровой древесины. Отклонение направления волокон от оси бруска (косослой) не должно превышать 5—10 %. При раскрое следует соблюдать, чтобы продольные резы шли, по возможности, вдоль волокон обреза доски.

При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки, в том числе и здоровые, вполне сросшиеся с древесиной. При гнутье с одновременным прессованием сучки допускаются в довольно больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок. Нормы допускаемых пороков указываются в технических условиях на изделия. Выкраивать заготовку следует с учетом припусков на последующую обработку. Для гнутья с одновременным прессованием, кроме припуска на механическую обработку, должен учитываться припуск на упрессовку поперек волокон.

Величина упрессовки зависит от породы древесины и в среднем составляет от первоначального размера 30—35 % для сосны и ели, 50 % для пихты, 20 % для лиственницы, 25 % для березы. Кроме того, следует давать повышенный припуск по длине заготовки.

Пластичность древесины при производственной влажности (6—10%) и комнатной температуре незначительна. В таком состоянии древесина требует для изгибания больших усилий и не допускает больших деформаций. Деформации получаются в основном упругими, т. е. исчезающими после прекращения действия вызвавших их сил.

Пластичность древесины значительно повышается при нагреве во влажном состоянии. Это объясняется тем, что часть веществ, входящих в состав клеток древесины, при нагревании переходит в состояние коллоидного раствора, в результате чего снижается жесткость клеток, а следовательно, и всей

массы древесины. Если влажную древесину высушить в деформированном состоянии, то находившиеся в растворенном состоянии коллоидные вещества затвердеют и сохранят приданную заготовке форму.

Опыт показывает, что наилучшие результаты получаются при гнутье древесины влажностью 25—30%, т. е. близкой к точке насыщения волокна. Как более низкая, так и более высокая влажность неблагоприятны. При меньшей влажности древесина менее пластична. Влажность сверх 25—30 %, не улучшая условий гнутья, удлиняет сроки сушки изогнутых деталей и экономически невыгодна. Излишняя влажность вредна потому, что при изгибе и сжатии древесных клеток находящаяся в них вода может местами разрывать стенки клеток, делая поверхность ворсистой.

Гидротермическая подготовка перед гнутьем чаще всего заключается в пропаривании или проваривании древесины в горячей воде. Недостаток проварки в горячей воде состоит в том, что она ведет к неравномерному увлажнению древесины и перенасыщению водой наружных волокон. Получить путем проваривания равномерную влажность и температуру нагрева всего бруска очень трудно. Поэтому проварка в горячей воде может быть рекомендована только в некоторых случаях, если пропаривание технически затруднено, например при необходимости обработать не всю деталь, а только ее часть (случай изгиба носков у лыжных заготовок и т. д.), или если требуется значительное повышение начальной влажности сухих заготовок. Проверочные баки и чаны обычно обогревают паром, пропускаемым по змеевику, уложенному у дна. Температуру воды поддерживают в пределе 90—95 °С, не доводя ее до кипения во избежание большого парообразования.

Продолжительность проварки при такой температуре изменяется в зависимости от начальной влажности, размеров и породы древесины. Так, для буковых заготовок толщиной 40 мм при начальной влажности 15—20 % на проварку требуется

около 1,5 ч.

Пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара получило значительно большее применение, чем проварка. Преимущество пропаривания в том, что оно незначительно изменяет влажность древесины, причем древесина с начальной влажностью ниже точки насыщения волокна повышает свою влажность, а древесина влажностью 50—60 % и выше даже

немного подсушивается.

Для пропаривания чаще всего пользуются насыщенным паром невысокого давления, от 0,02 до 0,05 МПа, что соответствует температуре пара 102—105°. Применение пара более высоких давлений сокращает сроки пропаривания, но усложняет оборудование и повышает опасность.

Рис. 95. Зависимость соотношения

прочностных показателей

древесины от ее влажности

_______________________________________

Заготовки пропаривают в специальных

пропарочных котлах, представляющих

собой стальные, горизонтально

установленные барабаны небольшой емкости.

Диаметр барабана равен 0,3—0,4 м и

рассчитан на небольшую закладку брусков, которая может быть переработана за 30 – 40 мин.

Продолжительность пропаривания заготовок зависит от размеров и влажности древесины. При влажности заготовок 7 – 10% значительное влияние оказывает также порода древесины. При влажности, близкой к точке насыщения волокна, необходимые сроки пропаривания почти одинаковы для всех пород.

На рис. 95 показано снижение соотношения модуля упругости и предела прочности древесины в зависимости от ее влажности. Соотношение ЕЯЛ/Е0 характеризует жесткость древесины.

Укладывать бруски в пропарочную камеру рекомендуется с учетом положения бруска при гнутье, т. е. так, чтобы стороны бруска, примыкающие к шине и шаблону, хорошо охватывались паром; боковые поверхности брусков могут примыкать одна к другой.

Заготовки перед гнутьем можно нагревать в течение нескольких минут при помощи электрического тока высокой частоты. Физическая сущность такого нагрева описана. Для повышения пластичности древесину можно пропитывать растворами аммиака, дубильных веществ, фенолов и альдегидами. Растворы алюминиевых и железных квасцов, хлористого магния и др. также повышают ее гигроскопичность. При необходимости гнуть бруски при значительном отношении Н.Щ>1/6 их предварительно пропитывают 40 %-ным раствором мочевины и сушат до влажности 15 %, после чего гнут при температуре 100 °С с последующим охлаждением в изогнутом состоянии до 25 °С для фиксирования формы. Полученные таким образом криволинейные детали притемпературе 60-700 С размягчаются и теряют свою форму. Для устранения этого недостатка пропитывают древесину перед гнутьем в смеси растворов мочевины, формалина, едкого натра и буры. При гнутье пропитанную древесину нагревают также до 1000 С.

При этом компоненты раствора в стенках клеток древесины образуют мочевиноформальдегидную смолу, которая в период нагрева и гнутья отверждается окончательно, фиксируя приданную заготовке форму. Недостатком такой подготовки древесины к гнутью является длительность пропитки (3 ч на 1 мм толщины) и последующая сушка перед гнутьем в мягком режиме, исключающем отверждение образующейся в клетках мочевиноформальдегидной смолы.

Способы и оборудование для гнутья древесных материалов разнообразны. Однако во всех случаях необходим шаблон, вокруг которого изгибается заготовка и профиль которого определяет форму ее изгиба. Только при использовании точного шаблона можно получить гнутые детали заданной формы.

Применяемые для гнутья массивных брусков гнутарные станки можно разделить на два типа: станки для гнутья на неполную окружность и станки для гнутья на полную окружность. В станках на неполную окружность бруски с наложенной на наружную сторону стальной шиной изгибают вокруг неподвижного шаблона приложенными усилиями к обоим концам бруска или к одному из концов при неподвижно закрепленном другом конце. Станки такого типа встречаются со съемными и с неподвижно укрепленными обогреваемыми шаблонами. В первом случае после огибания бруска шиной вокруг шаблона концы шины закрепляют на шаблоне при помощи скобы. Шаблон с закрепленным на нем бруском снимают со станка и отправляют в сушильную камеру. В станках для гнутья на полную окружность брусок также закрепляют на горячем шаблоне при помощи шины и оставляют на нем для подсушивания до закрепления приданной ему формы. В отличие от станков со съемными шаблонами такие станки получили название гнутарно-сушильных. Гнутарно-сушильные станки могут быть двустороннего и одностороннего обогрева.

Недостаток гнутарно-сушильных станков — неравномерность сушки и необходимость выдерживания в них заготовок в течение нескольких часов для высушивания до состояния, при котором фиксируется соответствующая форма заготовок. Это резко снижает производительность станков. Для увеличения производительности гнутарно-сушильных станков целесообразно заготовку перед гнутьем предварительно подсушивать до 20 %, высушивать в станке до 12—15%, а окончательно досушивать освобожденные из станка заготовки в сушильных камерах.

Во всех случаях гнутья, независимо от используемого для этой цели оборудования, необходимо, чтобы на вынутых из пропарочного котла или варочного бака брусках сразу производили гнутье. Задержка гнутья недопустима, так как осты-

вают в первую очередь наружные слои древесины, которые испытывают наибольшие напряжения.

При гнутье желательно, чтобы в брусках твердых лиственных пород (дуба, ясеня, граба, ильма) расположение годичных слоев совпадало с плоскостью изгиба, т. е. тангентальный распил приходился на боковые стороны бруска или отклонялся только на 45—50°.

Расположение годичных слоев перпендикулярно плоскости изгиба может вызвать появление складок на вогнутой стороне. Заготовки из лиственных рассеянно-сосудистых пород (бука, березы), а также из хвойной древесины, изгибаемые с одновременным прессованием, желательно располагать при гнутье так, чтобы годичные слои были перпендикулярны плоскости изгиба. Желательное расположение годичных слоев для условий гнутья не всегда может быть соблюдено по техническим условиям. Например, у лыж скользящая поверхность должна быть поверхностью радиального распила, иначе износ этой поверхности будет неравномерным.

При гнутье с одновременным прессованием положение деталей следует выбирать таким, чтобы пороки древесины располагались, по возможности, в растянутой и нейтральной части деталей. Наоборот, при гнутье без прессования и особенно при гнутье без шины растягиваемая поверхность должна быть наиболее чистой, потому что малейшие дефекты на ней могут стать причиной разрывов и отщепов волокон.

Изогнутые заготовки (вместе с шаблонами и охватывающими их шинами) сушат в сушильных камерах. Конечная влажность гнутых заготовок соответствует производственной влажности, принятой на данном предприятии. Применяемые режимы сушки мало отличаются от режимов сушки пиленых заготовок из тех же пород, а конструкции и системы сушильных камер подобны тем, какие применяют для сушки пиломатериалов.

Высушенные до влажности (обычно ниже 12 %), стабилизирующей форму, заготовки поступают в остывочное отделение, где их охлаждают в течение нескольких часов, затем освобождают от шин и шаблонов и направляют в механическую обработку. Обработка гнутых заготовок, т. е. придание им окончательных размеров и требуемых поверхностей, принципиально не отличается от обработки прямолинейных заготовок.

Организация рабочих мест зависит от вида и размера изгибаемых заготовок и оборудования. Рабочие места должны быть организованы так, чтобы пропаренные заготовки можно было подавать на гнутарный станок сразу после выемки их из пропарочного котла, не перенося на большие расстояния и не разворачивая. Пропарочные котлы должны иметь манометры,

указывающие давление пара. В цехе должны быть стенны< часы, хорошо видные с каждого рабочего места.

Гнутье деталей требует соблюдения следующих мер ш технике1 безопасности: пропарочные котлы должны иметь на дежные герметически закрывающиеся крышки; на манометра? должна быть красная черта, указывающая предельное рабо чее давление, выше которого в котле нельзя поднимать давление пара; перед открыванием крышки пропарочного котла необходимо перекрывать входной паровой вентиль (лучше, если они сблокированы); доставать детали из котла разрешается только крючьями; руки рабочих должны быть защищены рукавицами; для гнутья следует пользоваться только исправными шаблонами, шинами и другими приспособлениями; при гнутье на открытых шаблонах нельзя наклоняться над изгибаемой заготовкой.

На рабочем месте гнутья должны соблюдаться общие правила техники безопасности при работе на деревообрабатывающих станках и устройствах повышенных температур и давлений.

Прессование древесины. Одним из прогрессивных методов механической обработки древесины является прессование. Прессование основано на силовом воздействии на древесину с использованием ее пластических свойств. Прессуют древесину для получения сложных форм или для уплотнения. Прессование широко используют для получения деталей декора в мебельной промышленности для получения из древесины материалов, заменяющих цветные металлы для машиностроения и изоляционные материалы в электротехнической промышленности. Спрессованная древесина обладает более высокими физико-механическими показателями, чем натуральная. Прессование характеризуется степенью упрессовки, которая определяется по соотношению размеров деталей из древесины до прессования и после прессования. Степень упрессовки вычисляется по формулам:

ε = (hнач-hк)/ hнач

ε = (hнач-hк)/ hк (104)

где ε и εо — степени упрессовки, определяемые для начального или конечного размера; hнач— размер детали до прессования hк — после прессования.

Приведенные характеристики- степени упрессовки взаимосвязаны соотношением

ε0 = ε/(1—ε) и ε = ε0 / (1+ε0). (105)

Поскольку при прессовании масса заготовки полученной детали практически не изменяется, то степень упрессовки может

быть определена по соотношению плотности древесины после прессования и до прессования как

ε=(ρкон –ρнач)/ρкон , (106)

где ρ кон и ρнач — конечные и начальные плотности.

Влажная пропаренная древесина

Степень упрессовки иногда выражают в процентах. Практически прессование древесины производят до 40 % упрессовки. Древесина поддается прессованию легче поперек волокон при гидротермической подготовке, повышающей ее пластичность.

Рис. 96. Прессование древесины:

/— 111 — фазы деформации; а — зависимость деформации от напряжений при прессовании древесины,; б — схемы видов прессования

Древесина становится более пластичной при влажности около 30% и повышенной до 160 0 С температуре. Более высокая температура приводит к пиролизу древесного вещества. Стабилизация формы, полученной при прессовании, обеспечивается охлаждением и последующей сушкой до влажности не выше 12%. При прессовании древесины происходит деформирование ее клеток. При этом наблюдаются три фазы деформирования. В начальный момент прессования древесина находится в стадии упругой деформации сжатия клеток е примерно равно до

6%. Во второй фазе прессования тонкие стенки клеток разрушаются и наступает стадия пластической деформации при е от 6 до 30%, в третьей фазе — при е от 30 до 40%— разрушаются более толстые стенки клеток и уплотняются полости клеток, деформированных во второй фазе. На рис. 96, а приведена зависимость деформации от напряжений при прессовании древесины, где показаны фазы прессования. Прессование различают по направлению усилий: плоское — одноосное; контурное и объемное — гидростатическое. На рис. 96, б показаны схемы этих видов прессования древесины. Зависимость деформации при прессовании от напряжения аналитически выражается формуллой

Εст=σ/E(1/ŋ) (σ2/υ), (107)

где εст — деформация упрессовки; σ— напряжение; Е — модуль упругости; ŋ — коэффициент вязкости древесины; υ— скорость нагружения.

Анализируя эту зависимость, можно отметить, что степень упрессовки увеличивается с увеличением напряжений и уменьшается с увеличением модуля упругости, вязкости и скорости нагружения. Чаще всего используют плоское и контурное прессование. Плоское прессование можно осуществлять с пресс-формой, ограничивающей форму прессуемой детали, или без нее. Необходимое усилие для прессования определяется в зависимости от размеров детали и требуемой степени упрессовки. При прессовании без пресс-формы усилие прессования определяется по формуле

P=bισх

где р_ необходимое усилие для прессования; b — ширина детали; ι — длина детали; ах — сопротивление древесины прессованию, зависящее от степени упрессовки и породы древесины. Величина σхопределяется по эмпирической зависимости как

σх=Rexp mε , (109)

где R и т — коэффициенты, зависящие от породы древесины (для сосны — R= 1,6, m=6,7, m для ели соответственно 1,19; 0,07, для осины —0,45—0,09); ε —степень прессования.

Если прессование осуществляют с пресс-формой, то при расчете усилия необходимо учесть дополнительно усилие на преодоление трения древесины по металлу. При контурном прессовании необходимо учитывать усилие для прессования и усилие для перемещения спрессованной детали в приемник. Усилие на перемещение детали в приемник определяется как сила трения с учетом давления прессования и коэффициента трения.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru