Исследование прочностных показателей шпона ценных пород, пропитанного в растворе антипирена

Авторы: Балакин Михаил Ильич, Матвеева Анна Сергеевна

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 25-28

Объём: 0,26

Опубликовано в: «Наука без границ» № 3 (20), март 2018

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Балакин М. И., Матвеева А. С. Исследование прочностных показателей шпона ценных пород, пропитанного в растворе антипирена // Наука без границ. 2018. № 3 (20). С. 25-28.

Аннотация: В статье рассматривается исследование прочностных показателей шпона, пропитанного в растворе антипирена при растяжении вдоль и поперек волокон. Результаты эксперимента показали, что предел прочности при растяжении шпона вдоль волокон после пропитки шпона ясеня и махагони снижается на 25…35 %, а предел прочности при растяжении поперек волокон снижается на 45…68 % .

При изготовлении огнезащищённой фанеры, облицованной шпоном ценных пород, важно, чтобы облицовочный материал обладал высокими физико-механическими и противопожарными показателями. В процессе пропитки шпона в растворе антипирена, с целью придания ему огнезащитных свойств, происходит тепловое воздействие раствора на шпон [1, 3, 4]. Сам антипирен, проникая внутрь древесины, оказывает также влияние на свойства шпона [1, 3, 4]. В ходе экспериментальных работ было проведено исследование влияния различных факторов на прочность шпона.

В эксперименте применяли шпон берёзы (лущёный), махагони (строганый) и ясеня (строганый). Берёзовый шпон исследовался для сравнения в качестве контрольных образцов, так как он не представляет большого интереса при создании на поверхности фанеры красивой текстуры древесины. Основная цель этих исследований заключалась в выяснении, в какой степени на прочность шпона при его растяжении вдоль и поперёк волокон влияют различные факторы пропитки шпона в растворе антипирена[1] [2].

Для испытаний были подготовлены образцы шпона после пяти видов обработки:

  1. лущение (строгание) и сушка шпона;
  2. лущение (строгание), гидротермическая обработка в воде при температуре 80 °С в течении 10 минут и сушка;
  3. лущение (строгание), гидротермическая обработка в воде при температуре 80 °С в течении 60 минут и сушка;
  4. лущение (строгание), пропитка в растворе антипирена (Т = 80 °С, С= 25 %) в течение 10 минут и сушка;
  5. лущение (строгание), пропитка в растворе антипирена (Т = 80 °С, С= 25 %) в течение 60 минут и сушка.

Результаты эксперимента по определению предела прочности при растяжении шпона вдоль волокон представлены в табл. 1.

Таблица 1

Значение предела прочности шпона при растяжении вдоль волокон при различных вариантах его обработки

№ варианта обработки

Вид обработки шпона перед испытаниями

Предел прочности при растяжении вдоль волокон (МПа) шпона

берёзы

ясеня

махагони (красное дерево)

1

Лущение (строгание), сушка

97,5

53,5

34,7

2

Лущение (строгание), гидротермическая обработка в воде при температуре 80 °С в течении 10 минут и сушка

83,0

53,7

31,0

3

Лущение (строгание), гидротермическая обработка в воде при температуре 80 °С в течении 60 минут и сушка

82,7

45,6

27,3

4

Лущение (строгание), пропитка в растворе антипирена (Т = 80 °С, С= 25 %) в течение 10 минут и сушка

75,4

43,8

25,1

5

Лущение (строгание), пропитка в растворе антипирена (Т = 80 °С, С= 25 %) в течение 60 минут и сушка

74,9

37,2

21,9

Испытания на определение предела прочности при растяжении его вдоль волокон показали, что дополнительная обработка шпона в воде в течение 10 минут приводит к уменьшению предела прочности шпона берёзы на 15 %, не снижает прочности шпона ясеня и снижает прочность шпона махагони на 11 %. Гидротермическая обработка в течение 60 минут при сравнении её с обработкой в течение 10 минут приводит к ещё большему снижению предела прочности шпона ясеня ещё на 15 %, шпона махагони – на 12 %, а прочность берёзового шпона почти не снизилась.

Пропитка шпона в растворе антипирена ещё больше влияет на прочность шпона, чем гидротермическая обработка. Так, при сравнении предела прочности шпона, не прошедшего обработку в горячей воде и в растворе антипирена, со шпоном, пропитанным в растворе антипирена в течение 10 минут, снижение прочности шпона берёзы составляет 23 %, ясеня – 18 %, махагони – 28 %. Если пропитывать шпон в течение 60 минут, то снижение прочности составляло соответственно 23, 30 и 37 %.

Если сопоставить влияние гидротермической обработки и пропитки на снижение прочности при одинаковых временных интервалах, то можно определить долю влияния самого антипирена на прочность шпона. У берёзового шпона из-за введения антипирена предел прочности снижается на 9 %, у шпона ясеня – на 18 %, у шпона махагони – на 19 %. В целом, эти значения не настолько высоки, чтобы прийти к выводу о невозможности использования моноаммонийфосфата в качестве антипирена для пропитки шпона таких пород, как ясень и махагони.

Результаты эксперимента по определению предела прочности при растяжении шпона поперёк волокон представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значение предела прочности шпона при растяжении поперёк волокон, при различных вариантах его обработки

№ варианта обработки

Вид обработки шпона перед испытаниями

Предел прочности при растяжении вдоль волокон (МПа) шпона

берёзы

ясеня

махагони (красного дерева)

1

Лущение (строгание), сушка

1,36

0,89

1,12

2

Лущение (строгание), гидротермическая обработка в воде при температуре 80 °С в течении 10 минут и сушка

1,18

0,37

0,26

3

Лущение (строгание), гидротермическая обработка в воде при температуре 80 °С в течении 60 минут и сушка

1,10

0,19

0,26

4

Лущение (строгание), пропитка в растворе антипирена (Т = 80 °С, С= 25 %) в течение 10 минут и сушка

1,26

0,51

0,29

5

Лущение (строгание), пропитка в растворе антипирена (Т = 80 °С, С= 25 %) в течение 60 минут и сушка

1,08

0,62

0,40

Предел прочности при растяжении шпона поперёк волокон в силу наличия у шпона лущильных трещин на несколько порядков ниже предела прочности шпона при растяжении вдоль волокон. Но закономерности изменения прочности при различных воздействиях на шпон здесь отличны. Так, тепловое воздействие воды за 10 минут снижает прочность берёзового шпона на 13 %, шпона ясеня – на 58 %, шпона махагони – на 77 %. После теплового воздействия воды в течение 60 минут прочность шпона снижается соответственно на 19, 79 и 77 %.

После пропитки шпона его прочность снизилась, но не так сильно, как при гидротермической обработке при той же температуре воды, что и раствора антипирена, и при том же времени воздействия. В течение 10 минут пропитки прочность берёзового шпона снизилась на 7 %, ясеневого – на 42 %, шпона красного дерева – на 74 %. При пропитке в течение 60 минут снижение прочности для этих же пород составляло соответственно 32, 30 и 64 %. Только у берёзового шпона при увеличении времени пропитки снижалась прочность. Важно отметить, что наличие антипирена в шпоне несколько упрочняло шпон. К этому выводу можно прийти, если сравнить результаты после гидротермической обработки с аналогичным после пропитки в растворе антипирена. Так, предел прочности берёзового шпона возрастал на 0…6 %, ясеневого – на 27…69 %, шпона красного дерева – на 10…35 %. По-видимому, антипирен оказывает на волокна шпона сцепляющее, цементирующее воздействие, укрепляя связь между ними. Если в целом оценить влияние пропитки на предел прочности при растяжении поперёк волокон, то можно сделать вывод, что на шпон берёзы пропитка мало влияет, прочность ясеневого шпона снижается на 25…35 %, прочность шпона красного дерева снижается значительно – на 60…70 %.

Список литературы

  1. Бирюков В. Г., Щербаков Д. Е. Исследование адгезионной прочности при облицовывании строганным шпоном огнезащищённой фанеры // Технология и оборудование для переработки древесины. Вып. 324. М. : МГУЛ, 2004. C. 170-174.
  2. Волков А. В. и др. Справочник фанерщика. СПб. : М. : Издательство Политехнического университета. 2010. 486 с.
  3. Щербаков Д. Е. Технология огнезащищённой фанеры, облицованной строганным шпоном ценных пород древесины : дис. … канд. техн. наук : 05.21.05 / Щербаков Дмитрий Евгеньевич. М, 2005. 231 с.
  4. Щербаков Д. Е. Исследование режимных параметров пропитки шпона различных пород древесины // Технология и оборудование для пеработки древесины. Вып. 319. М. : МГУЛ. 2003. C. 36-40.
  5. Щербаков Д. Е., Галкина Т. В. Определение оптимальных параметров приклеивания строганого шпона к поверхности огнезащищённой фанеры // Комплексное использование древесины при производстве композиционных материалов. Вып. 321. М. : МГУЛ. 2003. C. 40-45.

 

Материал поступил в редакцию 01.03.2018
© Балакин М. И., Матвеева А. С., 2018


[1] Патент 2218274 Россия МПК 7 В 27 К3/02, D 5/00, L  5/00,С 09 К 21/00. Способ пропитки шпона / Баклакин М.И., Бирюков В.Г., Щербаков Д.Е. и др. Опубл. 10.12.2003. Бюл. № 34.
Патент № 2203177 Российской Федерации. , 7 В 27D 1/04 RU 2203177 C1. Способ изготовления огнезащищённой фанеры / Бирюков В.Г., Мишков С.Н., Балакин М.И., Соболев А.В.  № 2001120836/13 Заявл. 26.07.01, опубл. 27.04.03. Бюл. № 12. – 6с.