РОЗДІЛ 2. ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ УЩІЛЬНЕННЯ ШПОНУ НА ПРОЦЕС СКЛЕЮВАННЯ
ФАНЕРИ
2.1. Вплив ущільнення шпону на адгезійну міцність
У підвищенні якості фанери значна роль належить операції нанесення клею, тобто
формування клейового шару. Ущільнення лущеного шпону методом прокату перед
операцією нанесення клею на шпон може вплинути на адгезійну міцність системи
клей-шпон.
Для перевірки цього припущення розглянемо параметри поверхневого шару шпону з
позицій адгезійної міцності. В.Є.Гулем [55] запропоновано вираз:
, (2.1)
де WА – робота адгезії;
W1 – середня енергія одиночного зв’язку;
N1 – кількість зв’язків в перерахунку на одиницю площі контакту клею і шпону;
Sф – фактична площа контакту клею і шпону.
Згідно даного виразу, для досягнення доброї адгезії клею до шпону необхідний
найбільший контакт між клеєм і поверхнею шпону (найбільше заповнення
нерівностей і пор поверхні шпону клеєм). Площа контакту рідкого клею з
деревиною буде залежати, в свою чергу, від макро- і мікрошорсткості
поверхневого шару деревини, тобто від нерівностей, утворених на поверхні
деревини під час її лущення і від нерівностей, спричинених її анатомічною
будовою.
Вираз (2.1) перепишемо у вигляді
, (2.2)
де Р – міцність адгезійного з’єднання;
Р1 – міцність одиночного зв’язку.
Аналізуючи вираз (2.2) можна побачити, що адгезійна міцність залежить від
параметрів, що характеризують міцність одиничних зв’язків, їх кількості на
свіжоутвореній поверхні, фактичної площі контакту.
Треба зауважити, що міцність одиничного зв’язку Р1 залежить від фізико-хімічних
властивостей клею і шпону і умовно може бути прийнята постійною для визначеної
пари контактуючих тіл. Внутрішні напруження (sВ) в подальших розрахунках не
враховуємо, вважаючи їх постійними і пов’язаними в першу чергу з умовами
формування покриттів та їх затвердіння. Тому, в подальшому, в роботі, параметри
формування і затвердіння були прийняті постійними.
Для оцінки впливу ущільнення шпону методом прокату на величину адгезії зробимо
наступні допущення:
1. Не ущільнені судини, що мають в перетині форму круга, і ущільнені судини
перерізані навпіл площиною, утвореною поверхнею контакту адгезива з деревиною.
2. Глибина перерізуваного під час лущення шару деревини на ущільненому і не
ущільненому шпоні однакова.
3. Профіль ділянок лущеного шпону, не зайнятих судинами, має форму гребінки з
регулярно повторюваних рівнобедрених трикутників.
4. Середню міцність одиночних зв’язків на не ущільненому і ущільненому шпоні
приймаємо незмінною.
Як зазначалося вище, більшість дослідників зводять вплив механічної обробки
підкладки на адгезію до них покриттів до впливу цієї обробки на фактичну площу
контакту.
Дійсний вплив шорсткості на фактичну площу контакту шпону з клеєм можна
оцінити, побудувавши геометричну модель шорсткої поверхні шпону. Будемо
порівнювати дві моделі шорсткої поверхні – до і після прокату.
Поверхня шпону після лущення являє собою сукупність ділянок із відкритими і
захованими порами, що чергуються. При цьому ділянки з відкритими порами
змодельовані напівциліндричними поверхнями. Ділянки із захованими порами
змодельовані рівнобедреними трикутними призмами висотою h і шириною b з основою
с, витягнутими вздовж напрямку волокон (рис.2.1).
Розглядаючи поверхню шпону, що складається з перерізаних судин і ділянок,
вільних від них, порівняємо міцність адгезійного з’єднання при використанні
ущільненого і не ущільненого шпону. Міцність адгезійного з’єднання, виражена
формулою (2.2) для не ущільненого шпону Рн, можна записати у вигляді
, (2.3)
де Sс1 – сумарна площа поверхні перерізаних судин;
Sв1 – сумарна площа поверхні ділянок, вільних від судин.
; (2.4)
, (2.5)
де А – частина об’єму деревини, зайнята судинами;
– шорсткість поверхні шпону;
– крок нерівностей на поверхні шпону.
Після прокату на прокатаній поверхні не помітно перерізаних судин. Вони зам’яті
в процесі механічної дії гладких валів. Окрім того, треба зазначити, що за
попередніми даними, шорсткість поверхні після прокату зменшується не менше ніж
в 3 рази порівняно з початковою.
Розглядаючи модель шорсткої поверхні після прокату (рис.2.2) перерізані судини
не враховуємо. Приймаємо модель шорсткої поверхні у вигляді трикутних призм,
висотою h, шириною b, довжиною l і розташованих на відстані Sz (кроку) одна від
одної.
Для ущільненого шпону міцність адгезійного з’єднання Ру визначиться з виразу
, (2.6)
де N2с, N2в – кількість зв’язків на одиницю площі контакту адгезива, відповідно
з поверхнею судин і ділянок, вільних від них;
Sс2, Sв2 – сумарна площа поверхні, відповідно судин і ділянок, вільних від них.
Для ущільненого шпону кількість судин в перерізуваному об’ємі деревини
перебуває у залежності від ступеня ущільнення шпону, але площа поверхні кожного
з них залишається незмінною. Отже, частина поверхні шпону, зайнята судинами,
зменшиться, тобто
, (2.7)
де Дш – ступінь ущільнення шпону.
Кількість зв’язків на одиницю площі поверхні судин залишиться незмінною
.
Площа, зайнята ділянками, вільними від судин, запишеться виразом
. (2.8)
Під час ущільнення одиниці об’єму деревини, вільної від судин, кількість її
складових елементів у напрямку прикладання тиску, збільшиться; у
перпендикулярній площині їхня кількість незмінна; на бокових гранях трикутних
призм, що утворюють поверхню ділянок, вільних від судин, кількість елементів
буде залежати як від величини Дшв так і від кута розкриття нерівностей б.
Кількість зв’язків на одиницю площі виразиться так
.
Розкриємо формули (2.3) і (2.6)
; (2.9)
. (2.10)
Зміна міцності адгезійного з’єднання виразиться співвідношенням
. (2.11)
Аналогічним виразо
- Київ+380960830922