Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
, Россия
В последние годы за рубежом активно развивается производство модифицированной древесины. В данной статье рассматривается состав комплексного модификатора для модифицированной древесины, который позволит повысить работоспособность узлов трения с подшипниками из модифицированной древесины за счет снижения межмолекулярных взаимодействий между контактирующими телами, повысить стабильность размеров и твердость модифицированной древесины, а также будет соответствовать экологическим требованиям. Определена плотность жидких компонентов пропитывающих составов. Рассчитано количество компонентов, необходимых для приготовления пропитывающих составов. Технология пропитки заключается в следующем: в жестяную банку наливают пропитывающий состав, нагревают на электроплитке до 120 0С. В горячий пропиточный раствор опускают подготовленные (высушенные, взвешенные, измеренные по трем сторонам и промаркированные) образцы по 15 штук в каждый пропитывающий состав. Жестяные банки с образцами помещают в подогретый заранее автоклав, закрывают его и доводят давление до 40 атм. При таком давлении выдерживают образцы 5 минут. Затем давление доводят до атмосферного, образцы вынимают, осушают фильтровальной бумагой и помещают в эксикатор для охлаждения до температуры 20±2 0С. После охлаждения образцы взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,002 г и измеряют три стороны образца штангенциркулем. Определено качество пропитки образцов. Определено водопоглощение, влагопоглощение, линейное разбухание образцов пропитанной древесины
модифицированная древесины, пропитывающий состав, испытуемый образец, процесс пропитки, водопоглощение образца
Приоритетным направлением комплексного и высокоэффективного использования лесных ресурсов центральной лесостепи и юга России является создание высоких, экологически чистых технологий по модифицированию древесины быстрорастущих лиственных пород с целью привития изделиям из нее высоких качественных показателей, т.е. повышение тех показателей качества, которые имеют потребительский спрос [1-5].
Вопросами технологического регулирования свойств ДМ в фундаментально-теоретическом аспекте занимались многие ученые России, Латвии, Белоруссии, Украины, Польши и других стран ближнего и дальнего зарубежья [6-9].
Дело в том, что древесина, как анизотропно-пористый материал, имея ажурно-слоистое строение, способна уплотнятся, наполнятся, пропитываться, а также обрабатываться различными химическими веществами, и тем самым древесине можно привить необходимые показатели качества в соответствии с требованиями потребителя [10].
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработать состав комплексного модификатора для модифицированной древесины (МД), позволяющий повысить работоспособность узлов трения с подшипниками из МД за счет снижения межмолекулярных взаимодействий между контактирующими телами, повышение стабильности размеров и твердости МД и удовлетворяющий экологическим требованиям.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:
- На основании анализа исследований по работособности подшипников из МД установить факторы, снижающие величину коэффициента трения.
- Провести предварительные исследования по подбору экологически чистых и недефицитных модификаторов, снижающих касательные напряжения при сдвиге поверхностных слоев и молекулярную составляющую коэффициента трения, повышающих прочность и твердость МД и, как следствие, ее износостойкость.
- Выполнить микроструктурные и спектроскопические исследования модифицированной МД с целью установления характера взаимодействия модификаторов с компонентами древесины.
- Определить прочность на сжатие, твердость, водо-, влагопоглощение и линейное разбухание модифицированной древесины.
- Исследовать адсорбционные процессы при пропитке древесины модификаторами, позволяющие обосновать режимы пропитки и формирование граничных слоев на поверхности трения металл - МД.
Для решения поставленных задач необходимо разработать методику экспериментальных исследований и испытаний по подбору композиционных модификаторов.
МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ ПО ПОДБОРУ КОМПОЗИЦИОННЫХ МОДИФИКАТОРОВ
Отбор образцов проводят по ГОСТ 21523.4 - 77
Для испытаний отбирают образцы из уплотненной древесины березы, имеющие плотность 
( ГОСТ 9629-85 ) .
Перед пропиткой образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре 
до постоянной массы.
Размеры образцов 
(последний размер вдоль волокон). Количество образцов для одного опыта принимают 3-5
. Изготовленные образцы хранят до испытаний в сухих закрытых эксикаторах.
Определение влажности МД проводят по ГОСТ 21523.4 - 85
Влажность образца 
в процентах вычисляют с погрешностью не более 1
по формуле
(1)
где mo - масса бюкса до взвешивания, г.;
m1 - масса бюкса с образцом до высушивания, г.;
m2 - массса бюкса с образцом после высушивания и охлаждения, г.
Проводят статистическую обработку данных. За результат испытания принимают среднее арифметическое значение определений влажности всех испытанных образцов.
Подготовка пропитывающих составов.
Определяют плотность жидких компонентов пропитывающих составов:
|
масло индустриальное И – 20А |
|
|
КОЖ ПМС – 20 |
|
|
КОЖ ПЭС - 3М |
|
|
КОЖ ГКЖ - 11 |
|
В пропитывающие составы входит воскообразный церезин, представляющий собой смесь твердых ациклических и циклических высокомолекулярных насыщенных углеводородов; температура каплепадания - 800С.
Рецептуры пропитывающих составов:
1. 95 % масс. масла И - 20 А + 5 % масс. ПМС - 20;
2. 95 % масс. масла И - 20 А + 5 % масс. ПЭС - 3М;
3. 95 % масс. масла И - 20 А + 5 % масс. ГКЖ - 11;
4. 95 % масс. церезина - 80 + 5 % масс. ПМС - 20;
5. 95 % масс. церезина - 80 + 5 % масс. ПЭС - 3М;
6. 95 % масс. церезина - 80 + 5 % масс. ГКЖ - 11.
С учетом плотности исходных материалов рассчитывают количество компонентов, необходимых для приготовления пропитывающих составов массой 120 - 130 г.
Процесс пропитки. Аппаратура и оборудование.
Для проведения процесса пропитки используют: электроплитку, обеспечивающую нагрев до температуры 120±20С; термометр ртутный с ценой деления не более 10С, позволяющий фиксировать заданную температуру; автоклав, позволяющий вести пропитку при 40 атм.
Проведение процесса пропитки.
Режим пропитки: давление 40
; время пропитки - 5
; температура - 
.
В жестяную банку емкостью 250
наливают пропитывающий состав (в случае церезина - последний предварительно расплавляют, а затем добавляют кремнийорганический компонент), нагревают на электроплитке до 
. В горячий пропиточный раствор опускают подготовленные (высушенные, взвешенные, измеренные по трем сторонам и промаркированные) образцы по 15 штук в каждый пропитывающий состав. Жестяные банки с образцами помещают в подогретый заранее автоклав, закрывают его и доводят давление до 40
. При таком давлении выдерживают образцы 5 минут. Затем давление доводят до атмосферного, образцы вынимают, осушают фильтровальной бумагой и помещают в эксикатор для охлаждения до температуры 
. После охлаждения образцы взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,002
и измеряют три стороны образца штангенциркулем. Из каждой серии образцов 5 штук отбирают на определение водопоглощения, 5 - на определения влагопоглощения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Качество пропитки определяют по степени наполнения образцов, которая рассчитывается по формуле
(2)
где k - степень наполнения;
m2 - масса образца после пропитки;
m1 - массса образца до пропитки.
Определение водопоглощения проводят по ГОСТ 21523.5 - 85.
Определение влагопоглощения образцами пропитанной древесины проводят по ГОСТ 21523.6 - 85.
Определение линейного разбухания образцов пропитанной древесины проводят по ГОСТ 21313-85.
У каждого образца микрометром измеряют высоту в плоскости прессования h и ширину в плоскости, перпендикулярной плоскости прессования b. Образцы укладывают на шипы между обхватами так, чтобы они находились в свободном состоянии и обхваты раздвигались с усилием не более 1 Н. Индикаторы закрепляют при смещении стрелок на 10-15 делений шкалы и эти показания принимают за начало отсчетов. Образцы заливают дистиллированной водой с температурой 200С.
Величину линейного разбухания измеряют по показаниям индикаторов через 2 часа, 1 сутки, 2, 3, 6, 9, 13 ,21 и 30 суток.
Обработка результатов. Относительное линейное разбухание в плоскости прессования e1 (в %) вычисляли по формуле
, (3)
где Dh1,Dh2 - увеличение линейных размеров образцов в плоскости прессования в радиальном или тангентальном направлении, замеренное индикаторами, расположенными друг против друга, м;
h - высота образцов в плоскости прессования в радиальном или тангенциальном направлении, м.
Относительное линейное разбухание перпендикулярно плоскости прессования e2 (в %) вычисляли по формуле
, (4)
где Db1,Db2 - увеличение линейных размеров образцов в плоскости прессования в радиальном или тангентальном направлении, замеренное индикаторами, расположенными друг против друга, м
b - высота образцов в плоскости прессования в радиальном или тангентальном направлении, м.
График зависимости e1и e2 от времени выдержки образцов в воде строят в координатах: e, % - t , сут.
По графику определяют максимальную величину относительного линейного разбухания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Определение молекулярной составляющей коэффициента трения.
Молекулярную составляющую коэффициента трения определяют по известной и широко применяемой методике.
Величину молекулярной составляющей вычисляют по формуле:
, (5)
где F - сила, необходимая для прокручивания шарового индектора;
R - радиус оправки, в который закреплен индектор;
ro - текущее значение отпечатка индектора;
N - нормальная нагрузка на индектор.
Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Предел прочности на сжатие определяют на образцах с размерами 15 х 15 х 22,5 мм (последний размер вдоль волокон) по формуле
, (6)
где F - предельная нагрузка, прилагаемая к образцу, Н;
a - ширина образца, м;
b - высота образца, м.
1. Шамаев, В. А. Модификация древесины / В. А. Шамаев. – М.: Экология, 1990.- 128 с.
2. Аксенов, А.А. Способы модифицирования древесины / А.А. Аксенов, С.В. Малюков // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2015. – Т. 3. – № 9-3 (20-3). – С. 14-18.
3. Аксенов, А.А. Расчет температурного поля прессованной древесины при интенсивном нагреве ее изнутри / А.А. Аксенов, С.В. Малюков, В.С. Тюхин // Воронежский научно-технический Вестник. – 2017. – Т. 2. – № 2 (20). – С. 4-15.
4. Шамаев, В. А. Химико механическое модифицирование древесины: монография / В. А Шамаев. - Воронеж, 2003. - 260 с.
5. Малюков, С.В. Анализ процессов тепломассообмена при сушке древесины с термообработкой СВЧ электромагнитной энергией / С.В. Малюков, А.А. Аксенов // В сборнике: Севергеоэкотех-2016 Доклады ХVII Международной молодежной научной конференции. – 2016. – С. 25-30.
6. Brabec, M. Neutral axis in thermally modified timber determined by image-based approach / M. Brabec, J. Milch, P. Cermák, D. Decký, V. Sebera, J. Tippner // Journal of Testing and Evaluation. – 2020. – 48 (4). – DOI: 10.1520/JTE20170515
7. Ditommaso, G., at all. Interaction of technical and technological factors on qualitative and energy/ecological/economic indicators in the production and processing of thermally modified merbau wood. // Journal of Cleaner Production. – 2020. – 252. – № 119793. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.119793
8. Tenorio-Alfonso, A.Synthesis and mechanical properties of bio-sourced polyurethane adhesives obtained from castor oil and MDI-modified cellulose acetate: Influence of cellulose acetate modification / A. Tenorio-Alfonso, M.C. Sánchez, J.M. Franco // International Journal of Adhesion and Adhesives. – 2019. – 95. – № 102404. – DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2019.102404
9. Galmiz, O. Cold atmospheric pressure plasma facilitated nano-structuring of thermally modified wood / O. Galmiz, R. Talviste, R. Panáček, D. Kováčik // Wood Science and Technology. – 2019. – 53 (6). – pp. 1339-1352. – DOI: 10.1007/s00226-019-01128-6
10. Шамаев, В.А. Исследование подшипников скольжения из модифицированной древесины для тяжелонагруженных узлов трения / В.А. Шамаев, Д.А. Паринов, А.Н. Полилов // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2018. – № 2. – С. 54-59.
