Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
№17
Древесные материалы. Свойства древесины. Пиломатериалы. Клееная
фанера. Древопластики. Основные направления использования древесныхматериалов в АТС.
Древесные материалы. Благодаря хорошим свойствам (малый удельный вес,
значительная прочность, низкий коэффициент трения, стойкость против абразивного износа, простота изготовления изделий и др.) древесные материалы широко применяются в промышленности в виде круглого леса пиленых материалов (брус, доска, горбыль), слоистых материалов ДСП, прессованной древесины ДП, стружки, опилок, древесной муки.
Древесина подразделяется на две разновидности: лиственные породы (дуб,
клен, береза,…) и хвойные породы (ель, кедр, сосна,…)
Основные элементы древесины — это живые и отмершие клетки различной
величины и формы. Клетки имеют оболочку, внутри которой находится протопласт, состоящий из бесцветной слизи — плазмы (протоплазмы)
и ядра. В оболочку клетки входит целлюлоза или клетчатка. Плазма включает белковые органические и минеральные вещества, имеющие значительное количество азота. В ядре белковые вещества содержат также фосфор. Клетчатка оболочки со временем подвергается одревеснению с появлением в ней нового вещества — лигнина, обусловливающего упругость и твердость древесины.
Способность древесины увеличивать свои линейные размеры и объем при
поглощении воды, пропитывающей оболочки клеток, называют разбуханием.
Древесина разбухает при поглощении влаги только до точки насыщения волокон.
Разбухание является отрицательным явлением, но в некоторых случаях его
используют для практических целей — при изготовлении деревянных труб, лодок,бочек и т. п.
Теплопроводность древесины зависит от направления волокон, влажности и
породы. Так, при влажности дуба 15% коэффициент теплопроводности
вдоль волокон равен 0,45 Вт/(м • К), поперек волокон 0,22 Вт/ (м • К), для сосны —соответственно 0,44 и 0,18 Вт/ (м • К). Удельная теплоемкость древесины равна в среднем для дуба 2,8 • 103, для сосны и ели 2,7 • 103 Дж/(кг • К). Древесина хорошо проводит звук вдоль волокон, хуже — в радиальном
направлении и плохо — в тангенциальном. Например, сосна проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030 м/с, в радиальном направлении 1450 м/с, в
тангенциальном 850 м/с. Температурный коэффициент расширения древесины невелик.
Кислоты и щелочи разрушают древесину при длительном воздействии.
Слабощелочные растворы разрушают ее незначительно. Кислоты начинают разрушать древесину при рН ≤ 2, т е. она сопротивляется значительно лучше, чем бетон, разрушение которого начинает происходить при рН = 5 Хвойные породы более стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные. Предел прочности при сжатии хвойных пород поперек волокон в 10—12 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Прочность древесины при статическом изгибе высокая, благодаря чему ее
широко применяют для многих деталей, работающих на изгиб (балки, бруски, стропила, фермы эстакад, деревянные детали вагонов— доски пола, обшивки, крыши и др.). У лиственных пород прочность при изгибе в тангенциальном направлении несколько больше, чем в радиальном.
Твердость является физико-механическим и одновременно технологическим
свойством древесины, так как она определяет трудоемкость обработки древесины режущим инструментом и степень ее износа в деталях, работающих на износ.
Статическая твердость зависит от влажности и породы дерева, направления волокна и объемной массы.
Целлюлоза, или клетчатка, — главный строительный элемент клеток. Она
состоит из собственно целлюлозы и гемицеллюлозы. Целлюлоза —
высокомолекулярное соединение (полисахарид), имеющее формулу (С6Н10О5)n. Она является основой для получения бумаги, взрывчатых веществ, химических волокон, пластмасс и т. п. Гемицеллюлозы, или полуклетчатки, — полисахариды гексозаны (С6Н10О5)n и пентозаны (С6Н8О4)n — придают древесине прочность и являются резервным питательным веществом.
Лигнин цементирует отдельные структурные элементы древесины между собой и придает ей жесткость. Минеральные вещества необходимы для питания дерева и усиления его роста.
Древесина состоит из волокон различной величины и назначения, вытянутых
по длине ствола. Волокнисто-слоистое строение древесины обусловливает ее
анизотропию. Макроструктуру древесины изучают на трех разрезах.
Технологические свойства древесины — способность ее подвергаться различным видам обработки (резанию, точению, давлению, тиснению, сгибаемое и т.д.), сопротивление древесины выпаданию гвоздей и шурупов — зависят от породы дерева и его влажности. Наилучшей чистоты поверхности можно достигнуть при обработке древесины, имеющей влажность 8—12%. Пластичность древесины по сравнению с другими материалами весьма мала.
Механические свойства древесины изменяются в очень больших пределах даже для одной и той же породы при неизменной влажности. Предел прочности при растяжении по волокнам колеблется от 101…161 МПа, плотность древесины 0,46…0,76 г/см3. Большое влияние на механические свойства древесины оказывает ее неоднородность и наличие пороков. При некоторых видах пороков древесину нельзя использовать как конструкционный материал. В этом случае она используется в качестве топлива.
По химическому составу древесина разных пород практически одинакова и
содержит: углерода — 50,9 %; кислорода — 43 % водорода - 6,4 %; азота - 0,1 %.
Сосна обладает хорошими физико-механическими свойствами при
относительно небольшой объемной массе, сравнительно малым количеством сучков и содержит много смолистых веществ, оказывающих консервирующее воздействие на деревянные детали. Сосна хорошо поддается обработке режущими инструментами. Из нее изготовляют детали грузовых платформ и кабин автомобилей.
Е л ь по физико-механическим свойствам и стойкости против гниения только
немного уступает сосне, но имеет значительно больше сучков, затрудняющих
механическую обработку еловой древесины. Условия переменной влажности
способствуют загниванию еловой древесины. Еловые пиломатериалы также
используются для изготовления деталей грузовых платформ автомобилей.
Л и с т в е н н и ц а — одна из самых твердых и прочных пород деревьев.
Древесина лиственницы устойчива против воздействия воды и влажного воздуха.
Д у б обладает высокой твердостью и прочностью, стойкостью против
гниения и способностью к загибу. При низких температурах дубовая древесина сравнительно хрупка и склонна к растрескиванию.
Б е р е з а отличается хорошей упругостью, вязкостью и достаточной
твердостью. В условиях переменной влажности березовые материалы, особенно тонкие, склонны к короблению. Береза является основным материалом для производства фанеры.
Древесные искусственные материалы изготовляют в виде фанеры, лигностона, лигнофоля и др.
Древесно-слоистые пластики ДСП (фанера, лигнофоль) изготовляют из листов лущеного шпона, пропитанных раствором термореактивной смолы и подвергнутых прессованию на многоэтажных гидравлических прессах, а также нагреву в процессе пресования до 140—160° С. Листы шпона, пропитанные смолой, собирают в пакет; накладывают их друг на друга так, чтобы волокна древесины располагались звездообразно или перепендикулярно для повышения прочности. Между пакетами
прокладывают стальные отполированные листы и подвергают прессованию.
Многослойная фанера (трехслойная, пятислойная и др.) изготовляется
склеиванием трех, пяти и более слоев лущеного шпона.
Лигнофоль представляет собой пакет прессованного березового шпона,
пропитанного термореактивной смолой; прессование и нагрев пакета производится при температуре до 140—150° С. Лигнофоль изготовляется в виде круглых заготовок и плит.
Древесно-слоистые пластики имеют плотность 1,25—1,4 т/м2, предел
прочности при растяжении около 100 кГ/см2 (100 МПа), обладают хорошими
антифрикционными и электроизоляционными свойствами.
Прессованную древесину ДП — лигностон получают при горячем прессовании в пресс-формах брусков или других заготовок, пропитанных химическим составом (20-процентным раствором глюкозы или фенолформальдегидной смолы на спиртовом
растворе и др.). Прессование производят на прессах под давлением 10—30 МПа при температуре 130—150° С.
Лущеный шпон толщиной 0,55—3 мм получают на специальных станках
лущением предварительно распаренной древесины (кряжа). Для облицовки
высококачественных изделий изготовляется строганый шпон (из дуба, ясеня, бука и др.) на специальных строгальных станках.
Высокой прочностью и устойчивостью против ударных нагрузок обладает
армированная фанера, состоящая из листов шпона и металлических листов или из листов шпона и металлической сетки, вклеенной между листами шпона.
Армированная фанера хорошо гнется, штампуется, обрабатывается, склеивается.
Древеснослоистые пластики используют как конструкционный,
электроизоляционный и антифрикционный материал для изготовления подшипников, зубчатых колес. Стойкость подшипников из ДСП в 4—6 раз больше стойкости бронзовых; износ стальных шеек валов значительно снижается.
Применяют пресс-массу из крошки березового шпона, пропитанного
бакелитовой смолой, подвергнутого прессованию в пресс-форме и нагреву. С целью упрощения производства изделий из древесной крошки ее предварительно прессуют в брикеты под давлением 60 МПа в холодной пресс-форме. В нагретую до 150—160° С пресс-форму загружают брикеты, добавляют древесную крошку и производят прессование. Содержание смолы в пресс-массе 25—30%.
Древесно-волокнистые, стружечные и опилочные плиты применяют как
хорошие теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы. Для их изготовления используют отходы лесопильной и деревообрабатывающей промышленности.
Древесно-волокнистые плиты ДВП толщиной 1 см заменяют по
теплоизоляционным свойствам кирпичи толщиной 15 см; изготовляют их из
древесных или других растительных волокон с применением фенолформальдегидной или мочевиноформальдегидной смол прессованием и нагревом для перевода смолы в твердое необратимое состояние. Стружечные плиты изготовляют горячим прессованием из стружки и термореактивной смолы.
Древесная мука используется в качестве наполнителя при изготовлении
изделий из фенопласта и аминопласта. Для сохранения от загнивания древесину окрашивают, пропитывают антисептиками, смолами. При пропитке древесины раствором бакелитовой смолы значительно повышается устойчивость ее в среде агрессивных газов и растворов; прочность древесины повышается на 30— 50% по сравнению с прочностью непропитанной древесины.
При изготовлении лаков, заливочных масс, изделий для автомобилестроения,
радиотехники, телефонной связи применяют полимеры на основе древесины
(целлулоид, этрол). Для снижения горючести пластмассы вводят минеральные наполнители (гипс, каолин и др.).
Древесные материалы подвергаются обработке — точению,; фрезерованию,
сверлению, долблению, шлифованию на специальных деревообрабатывающих станках с высокой скоростью резания.