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
Технология представляет собой совокупность приемов получения новых знаний о процессах обработки (переработки) различных сред. Общность подхода к предмету исследования в технологии, предопределило и расширение видов обрабатываемых (перерабатываемых) сред, к которым стали относить не только материальные ресурсы (металл, химические вещества, растительную продукцию, в том числе дерево, пластмассы, стекло, минеральное сырье, продукты переработки сельскохозяйственного производства), но и нематериальные ресурсы (информацию, проектные и научные разработки, зрелища, искусство, законотворчество, управление, финансовые и страховые услуги и т. п.).
Задачей технологии, является выявление физических, химических, механических, коммерческих, социальных, экологических и прочих закономерностей о природе превращения обрабатываемых сред из одного вида в другой с целью определения и использования в широкой практике наиболее эффективных производственных процессов. Отражение их временных тенденций позволяет осуществлять прогнозирование направлений и темпов развития технологий и производства.
Технологией также называют сами операции добычи, переработки, транспортирования, складирования, сбережения, передачи прав владения, продажи и т. п., которые являются частью производственного процесса.
Понятие ТЕХНОЛОГИЯ обычно рассматривается в связи с конкретной отраслью производства. Различают:
В результате осуществления ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, состоящего из совокупности, технологических операций, происходит качественное изменение обрабатываемых сред, их формы, строения, материальных (технических) и потребительских свойств.
Технологии непрерывно обновляются по мере развития науки и техники. Основные тенденции развития современных производственных технологий составляют три основные направления:
Результатом применения технологий в производственном процессе является продукт (работа, услуга), как конечный результат производственной деятельности человека (общества), обусловленный спросом на него.
Сущность системного подхода раскрывается в методике его организации, т.е. выделении объекта системного анализа (вещества, явления, процесса, структуры), границы раздела внешней и внутренней среды объекта, целевой функции и структуры объекта, описания и критериев оценки состояния объекта, классификации элементов и способов их агрегирования.
Под системным подходом в анализе производственных технологий, равно как и других объектов, понимают всестороннее, систематизированное, то есть построенное на основе определенного набора правил, изучение сложного объекта в целом, вместе со всей совокупностью его внешних и внутренних связей, проводимое для выяснения возможностей улучшения функционирования объекта.
ПРОГРЕССИВНЫЕ технологии в результате сравнения с аналогами по совокупности их характеристик имеют передовые (наилучшие) экономические показатели и отвечают (соответствуют) критерию полезности наилучшим образом.
Современные производственные технологии
В последнюю четверть XX века в технологии появилось ряд новшеств, оказавших существенное влияние на работу компаний во многих отраслях промышленности во всем мире. Эти нововведения делятся на большие категории – системы технического обеспечения и системы программного обеспечения.
Основным результатом появления новых технологий в техническом обеспечении стал более высокий уровень автоматизации трудоемких процессов. Яркими представителями новых технологий в техническом обеспечении являются станки с числовым программным управлением, обрабатывающие центры, промышленные роботы, автоматизированные системы подачи материалов, производственные ячейки и гибкие производственные системы.
Станки с ЧПУ состоят из обычного станка и компьютера, управляющего последовательностью операций, которые выполняются этим станком. Системы автоматического управления с обратной связью, которые имеются на станках с ЧПУ, постоянно сравнивают фактические положения инструмента и деталей с запрограммированными положениями и при необходимости вносят соответствующие корректировки.
Обрабатывающий центр обеспечивает более высокий уровень автоматизации в сравнении со станком с ЧПУ. Он позволяет осуществлять автоматический выбор и установку инструмента, а также автоматически загружать необработанные детали и выгружать готовые.
Промышленные роботы используются для замены человека при выполнении монотонных, многократно повторяющихся операций, а также при опасной и вредной работе. Робот оснащается рабочим органом, например, захватным устройством для поднятия деталей либо инструментов, а также устройством, обеспечивающим визуальную координацию. Современные роботы обладают способностью обучаться определенным движениям необходимым для выполнения новой операции благодаря мощной компьютерной памяти.
Автоматизированные системы подачи материалов позволяют эффективно осуществлять транспортировку, хранение и пополнение материальных запасов. Это, как правило, компьютеризированные системы и радиоуправляемые транспортные средства автоматически определяющие, какой груз следует поднять и куда переместить.
Производственная ячейка позволяет комбинировать некоторые перечисленные выше элементы автоматизации. Ее, например, можно создать из одного робота и одного станка с ЧПУ. Робот программируется таким образом, чтобы он мог вставлять в станок необработанную деталь, а затем удалять готовую деталь.
Гибкая производственная система – это полностью автоматизированная производственная система, включающая в себя в разных комбинациях все перечисленные выше элементы автоматизации. Такая система может производить с высочайшим качеством и в огромных объемах сотни различных комплектующих.
Системы программного обеспечения широко используются при проектировании продукции, а также для анализа и планирования производственной деятельности. Наиболее известны из них системы автоматизированного проектирования и автоматизированные системы планирования и управления производством.
Система автоматизированного проектирования может применяться при разработке практически любой продукции. Основными методами, которые используются в системе автоматизированного проектирования, являются компьютерная графика, автоматизированное моделирование и автоматизированная подготовка производства. Компьютерная графика наиболее применима при исследовании визуальных характеристик продукции, автоматизированное моделирование – для оценки ее инженерных характеристик, автоматизированная подготовка производства используется для разработки компьютерных программ управления станками и обрабатывающими центрами.
Автоматизированные системы планирования и управления производством – это компьютерные информационные системы, которые планируют производственный процесс и следят за ходом производственных операций.
Объединив все описанные выше методы автоматизации можно создать интегрированную автоматизированную производственную систему или так называемый «завод будущего». Такой «завод будущего» может осуществлять проектирование продукции и технологического процесса, планирование и управление и, собственно, эффективно реализовывать производственный процесс автоматизированными методами.
Физико-химические основы производства изделий из минеральных расплавов.
Общим для всех используемых в промышленности строительных материалов минеральных расплавов является то, что они имеют силикатную природу, т. е. состоят в основном из силикатов. Именно для силикатных расплавов характерна способность переходить при быстром охлаждении в стеклообразное состояние. Признаками стеклообразного состояния в отличие от кристаллического являются прежде всего изотропность, т. е. отсутствие векториальных свойств, гомогенность, отсутствие определенной температуры плавления. Постепенно размягчаясь при нагревании, стеклообразные вещества переходят в жидкое состояние.
Вещество в стеклообразном состоянии обладает повышенной внутренней энергией – скрытой энергией кристаллизации, т. е. оно термодинамически неустойчиво (метастабильно). Однако стекло, как расплавленное, так и отвердевшее, нельзя рассматривать как хаотическое скопление молекул или ионов. Хотя изотропность стекла свидетельствует об отсутствии упорядоченности частиц на больших расстояниях (дальний порядок), в стекле существуют фиксированные микроучастки упорядоченной структуры малой протяженности (ближний порядок). Управление процессами структуро-образования в стекле позволяет эффективно влиять на свойства изделий.
Процесс получения изделий из минеральных расплавов включает следующие технологические операции: расплавление исходного сырья или шихты, литье в специальные формы или формование другими способами, термическая обработка изделий с целью получения требуемой конечной микроструктуры и физико-химических свойств, а также снятие внутренних напряжений. При производстве литых изделий из расплавленных шлаков процесс упрощается тем, что первая операция плавления отсутствует вследствие использования жидких металлургических шлаков – относительно легкоплавких силикатных масс, Которые образуются как побочный продукт при выплавке различных металлов. Производство строительных материалов из шлаковых расплавов весьма экономично, поскольку не требуется дополнительных затрат топлива на расплавление сырьевой шихты.
Сырьем для получения каменного литья служат горные породы магматического происхождения, преимущественно основные базальты и диабазы, обладающие пониженной вязкостью в расплавах. По своему химическому составу базальты более постоянны, а каменное литье из них обладает высокой химической стойкостью прочностью при истирании. Иногда сырьем служат кислые и средине горные породы, но их тугоплавкость повышает вязкость расплава и затрудняет получение изделий высокого качества.
В расплавленной шихте для получения каменного литья при 1650 – 1800 К происходит химическое взаимодействие компонентов, образование силикатов и алюмосиликатов кальция, магния, железа. Низкая вязкость расплава при высоких температурах благоприятствует дегазации – удалению С02 и других газообразных продуктов.
Сложные процессы происходят при охлаждении каменного литья в формах, когда при температурах ниже 1570 К начинается первичная кристаллизация. Для получения заданной структуры необходимо строго регулировать время кристаллизации, необходимое для перехода массы из жидкого состояния в кристаллическое. За процессом кристаллизации следует стадия медленного охлаждения – отжиг, в процессе которого снимаются температурные напряжения.
Особенно сложны физико-химические превращения в стекольных расплавах. Для удовлетворения потребностей разнообразных отраслей техники, народного хозяйства, строительства разработаны сотни видов стекол различных составов. Как правило, современные промышленные стекла содержат не менее пяти компонентов, а специальные технические — более десяти.
Изменение химического состава стекольного расплава позволяет активно воздействовать в нужном направлении на прочностные, теплофизические, диэлектрические, химические и другие свойства стекла. Так, повышение химической устойчивости и механической прочности достигается за счет увеличения в составе стекла Si02, А12Оз и СаО; замена части Si02 на РЬО придает стеклу повышенный блеск, введение в расплав фторидов позволяет получить глушеное стекло и т. д.
Свойства материалов и изделий из стекольных расплавов.
Стекло — материал, обладающий комплексом разнообразных, не присущих другим видам строительных материалов свойств. Прозрачность, высокая химическая стойкость и высокая при сжатии механическая прочность позволяют применять стекло там, где использование других строительных материалов затруднено или даже исключено.
Свойства стекла зависят от многих факторов: состава, режима теплообработки, состояния поверхности, размеров образца и др. Прочность стекла при сжатии достигает 700—1000 МПа, прочность при растяжении значительно ниже – 30 …80 МПа. Учитывая, что в строительных конструкциях стекло подвергают изгибу, растяжению и удару, важным прочностным показателем стекла является прочность при растяжении. В значительной мере она зависит от сечения испытуемого образца. У стеклянного волокна диаметром 10~4 см прочность при растяжении повышается до 200—500 МПа. Однако и эта величина значительно меньше теоретической расчетной прочности стекла, которая составляет 12 000 МПа. Это объясняется тем, что как в массе стекла, так и на его поверхности имеются ослабленные участки (трещины, микронеоднородности), по которым и начинается разрушение. На прочность стекла оказывают влияние внутренние дефекты, инородные включения {непровар, частицы огнеупора от футеровки печи и т. п.) и свиль (химически неоднородные участки). Как и для других материалов, для стекла характерно явление усталости. При долговременной нагрузке прочность его меньше, чем при кратковременной.
Основной недостаток стекла — хрупкость, определяемая рядом факторов. Основной из них — отношение модуля упругости материала к прочности при растяжении E/Rp; чем больше это отношение, тем при меньшей деформации напряжение в материале достигает предела прочности. Модуль упругости стекла составляет 4,5-104—9,8-104, МПа а показатель хрупкости E/RP — 1300—1500, в то время как для стали этот показатель равен 400—450, для резины—0,4—0,6.
Высокий модуль упругости определяет также опасные напряжения, развивающиеся в стекле при термических нагрузках, хотя коэффициент линейного термического напряжения для стекла сравнительно невысок—(8,5—9) • 10~6 1/К. С этим коэффициентом тесно связана и термостойкость. Чем меньше коэффициент термического расширения, тем выше способность стекла выдерживать резкие перепады температур. Необходимо, однако, учитывать, что термостойкость существенно зависит от толщины и формы изделия. Например, листовое стекло толщиной 2 мм выдерживает перепад температур в 100 К, а толщиной 5 мм —только 60 К.
Характерными и особыми свойствами стекла лак строительного материала являются свойства оптические. К ним относятся све-топропускание (прозрачность), светопреломление, отражение, рассеивание и т. д. Обычное силикатное стекло хорошо пропускает всю видимую часть спектра и практически не пропускает ультрафиолетовые (длина волны менее 300 мкм) и инфракрасные (длина волцы более 3000 мкм) лучи. Изменяя химический состав стекла и его окраску, можно регулировать светопропускание стекла и в этих областях.
Показатель преломления строительного стекла (1,50—1,52) определяет силу отраженного света и светопропускание стекла при разных углах падения света. Так, при изменении угла падения света с 0 (перпендикулярно плоскости стекла) до 75° светопропускание стекла уменьшается с 92 до 50%. Светопреломление оконного стекла принимают равным 1,5, а светопропускание стекла в зависимости от длины волны видимого спектра достигает 97%- По оптическим свойствам различают прозрачное, окрашенное, бесцветное и рассеивающее свет стекло.
Силикатное стекло обладает высокой стойкостью к большинству химических реагентов, за исключением плавиковой и фосфорной кислот: Химическая стойкость стекла объясняется особенностями его состава и строения. При действии воды и кислот в раствор с поверхности стекла переходят щелочные компоненты и остающийся гель кремнекислоты образует на поверхности нерастворимую защитную пленку.
Строительное стекло.
К архитектурно-строительному стеклу относятся листовое стекло, конструктивно-строительные изделия (стеклоблоки, стекло-пакеты, стеклопрофилит), облицовочные изделия (коврово-мозаич-ные плитки, стеклянные эмалированные плитки, стемалит) и художественное стекло. Основной вид- стекла, используемый в строительстве, — стекло листовое. Оно вырабатывается механизированным способом в виде плоской ленты небольшой толщины и подразделяется по способу производства на тянутое, получаемое вертикальным вытягиванием изделий из стекломассы; прокатное, вырабатываемое прокатом стекломассы в ленту прокатными валиками; полированное листовое стекло, изготовляемое методом термической полировки.
Наиболее широкое распространение получило производство листового стекла способом вытягивания (рис. 9.2). Исходным сырьем для получения строительного листового стекла служат кварцевые пески, сульфат натрия или кальцинированная сода, известняк, доломит и некоторые другие вещества. Подготовка составляющих материалов заключается в сушке и очистке песка от посторонних примесей, дроблении и сушке мела, доломита.
Наиболее сложной обработке подвергается песок, составляющий основную массу шихты, качество которого определяет качество стекла и изделий из него. Для удаления из песка железистых примесей применяют промывку, обработку химическими реагентами, оттирку пленки гидрооксидов железа, флотацию и магнитную сепарацию.
Перемешивание компонентов шихты производят главным образом в тарельчатых смесителях. Получению однородной шихты способствует определенное содержание влаги. При недостатке влаги перемешивание затрудняется, а готовая шихта может расслаиваться. Обычно влажность шихты должна составлять 4—6%.
Подготовленная шихта расплавляется в специальных печах непрерывного (ванные печи) или периодического (горшковые печи) действия. Варку шихты производят при температуре 1350—1500 К. В этот период происходит и обесцвечивание стекла путем введения специальных добавок, а также удаление пузырьков воздуха и газа.
Горшковые печи применяют для варки различных по составу стекол в небольших количествах, а также для варки свинцового хрусталя, глушеных, цветных и -ряда специальных сортов стекол.
Наиболее совершенные и распространенные промышленные стекловаренные печи — ванные печи непрерывного действия. Их конструкция и размеры разнообразны и определяются типом вырабатываемых стекол, способом формования изделий, масштабом производства. По способу подвода тепла к стекломассе ванные печи делят на пламенные, электрические и пламенно-электрические.
Образующаяся в печи стекломасса служит полуфабрикатом, из которого формуют листовое стекло, в основном вертикальным вытягиванием ленты. Известны два способа вытягивания — лодочный и безлодочный. В Советском Союзе широко распространен первый из них с использованием машин вертикального вытягивания стекла — машин ВВС (рис. 9.3). Лента стекла формуется из стекломассы с помощью лодочки — длинного прямоугольного шамотного бруса со сквозным продольным вырезом, переходящим в верхней его части в узкую щель. Изготовляют лодочку обычно из шамота. Лодочка погружается в расплавленную стекломассу так, что формующая кромка щели находится ниже уровня стекломассы, а верхняя кромка — выше уровня стекломассы. Стекломасса гидростатическим напором выдавливается в щель лодочки, захватывается стальной рамой (приманкой) и протягивается в виде непрерывной сплошной; ленты стекла с помощью вращающихся валков машины ВВС. Ширина ленты стекла может достигать 4,5 м, скорость вытягивания — 120—130 м/ч. В шахте машины ВВС одновременно происходит отжиг ленты стекла.
Проходя между холодильниками от лодочки до первой пары валков, стекломасса охлаждается настолько, что становится твердой, и валки не оставляют на ней отпечатков (I зона). На этом участке допустима высокая скорость охлаждения — 250—300 К/мин Далее стекло поступает в шахту высотой около 5 м, которую проходит за 4 мин. В нижней части шахты (II зона) в интервале температур 800—670 К происходит отжиг изделий. В верхней части шахты (III зона) скорость охлаждения снова повышается и стекло выходит из шахты машины с температурой не более 410 К. Охлажденное стекло нарезают на требуемые размеры и упаковывают.
При безлодочной выработке вытягивание ленты стекла производится со свободной поверхности стекломассы. В этом случае стекло не имеет полосноети — характерного порока, свойственного стеклу, получаемому лодочным способом, и может вытягиваться с большей скоростью. Благодаря этому безлодочный способ вытягивания стекла является более экономичным и прогрессивным.
Схема подмашинной камеры для безлодочного вытягивания стекла представлена на рис. 9.4. По оси подмашинной камеры в стекломассу погружают огнеупорный поплавок, который способствует созданию направленного потока стекломассы, ее охлаждению до определенной вязкости и стабилизирует процесс формования ленты. Меняя глубину погружения поплавка, можно регулировать температуру и вязкость стекломассы. Этому же способствует установка в подмашинной камере L-образных ширм. Поскольку скорость выработки при безлодочном вытягивании выше, то высота машины БВВС достигает 12 м. Хорошие результаты при вытягивании ленты безлодочным способом могут быть достигнуты только при точном соблюдении технологического режима, незначительные нарушения которого ведут к резкому ухудшению показателей.
Методом проката изготовляют крупноразмерные стеклянные листы, а также узорчатое стекло с орнаментом на поверхности и армированное стекло с закатанной внутрь ленты проволочной сеткой. Прокатное стекло вырабатывают периодическим или непрерывным способом. Периодическим прокатом получают листы толщиной до 40—50 мм, шириной до 5 м и длиной до 8 м главным образом из цветного или из глушеного стекла. Стекломасса из горшка выливается на наклонную плиту, проходит между двумя парами валков, прокатывающими ленту необходимой толщины, и по второй наклонной плите поступает на движущийся приемный стол, который подает ленту в отжигательную печь. Для периодического проката характерна низкая производительность при высокой себестоимости продукции.
В настоящее время для производства прокатного стекла в основном применяют непрерывный способ. Стекломасса из ванной печи по сливному лотку поступает в прокатные валки, которые формуют ее в ленту. Лента поступает на отжиг в отжигательную печь. Таким способом может быть получено также узорчатое, армированное и волнистое стекло. Непрерывный прокат — самый высокопроизводительный способ производства стекла. Одна прокатная машина вырабатывает до 250 т стекла в сутки, что способствует примерно девяти машинам ВВС. Недостатком непрерывного проката является невозможность получения стекла тоньше 3 мм и необходимость дальнейшей шлифовки и полировки.
Способ термической полировки.
Несмотря на успехи в области совершенствования шлифовки и полировки листового стекла, недостатки конвейеров — большие размеры и масса, высокий расход электроэнергии и стоимость продукции — заставили искать более эффективные способы производства полированного стекла. Был разработан новый высокопроизводительный и экономичный способ производства полированного стекла — способ термической полировки. При производстве полированного стекла этим способом (рис. 9.5) стекломасса из ванной печи направляется по каналу в лоток, с которого стекает на расплавленное олово и растекается по его поверхности, образуя ленту толщиной около 6,3 мм. Получаемая лента не соприкасается при формовании с твердыми деталями, обе ее поверхности высокого качества не уступают стеклу, получаемому механической шлифовкой и полировкой. Во время движения по поверхности расплавленного олова (длина ванны с расплавленным оловом — 45 м) лента охлаждается от 1200—1300 до 850—950 К.
Пластическими массами или пластмассами называются получаемые на основе высокомолекулярных органических соединений материалы, которые способны принимать в определенных условиях (повышенная температура, давление) любую заданную форму и после остывания сохранять ее в дальнейшем.
Состав пластмасс очень сложен, но чаще всего это композиции различных веществ, взятых в определенном соотношении. Основу пластмассы составляет высокомолекулярное связующее вещество (полимер). От него зависят тип пластмассы, ее свойства и способ переработки в изделия. Для некоторых пластмасс (полиэтилен, полипропилен) количество связующего вещества достигает более 95%.
Для придания пластмассам новых свойств в связующие вещества вводят другие компоненты:
пластификаторы предназначены для снижения жесткости и хрупкости, облегчения формования изделий, повышения эластичных и пластических свойств пластмасс. Пластификаторами служат высококипящие органические жидкости: дибутилфталат, глицерин, олеиновая кислота;
красители придают определенный цвет изделиям. Они должны быть устойчивы к воздействию света и температуры. В качестве красителей используют сажу, двуокись титана, охру, мумию;
стабилизаторы - органические вещества (амины, стеараты, нафтолы), способствующие сохранению свойств пластмасс в процессе эксплуатации и замедляющие их старение, которое происходит под воздействием света, тепла, кислорода и озона воздуха, деформаций.
Пластмассы обладают разнообразными свойствами. Одни из них жесткие, прочные и твердые, как металлы, другие - мягкие, гибкие, эластичные, но все пластмассы характеризуются небольшой плотностью. Последнее свойство обусловливает применение пластмасс в тех изделиях, массу которых нужно облегчить.
Пластмассы отличаются высокими электроизоляционными свойствами, устойчивостью к коррозии и гниению, химической стойкостью (кислото-, щелоче-, маслостойкие), низкой теплопроводностью, некоторые пластмассы имеют высокие оптические свойства, пропускают до 70-80% ультрафиолетовых лучей.
Однако пластмассы также имеют ряд недостатков: ограниченную термостойкость (от 70 до 400 градусов С); способность накапливать статическое электричество, что приводит к быстрому загрязнению поверхности; неспособность выдерживать длительное механическое воздействие; быстрое старение (изменение цвета, увеличение жесткости и хрупкости, снижение прочности); низкие экологические свойства (ряд пластмасс не поддается переработке).
Таким образом, все полимеры по химической природе, можно подразделить на три основных класса:
К первому классу относится обширная группа карбоцепных полимеров, макромолекулы которых имеют скелет, построенный из атомов углерода. Типичными представителями полимеров этого класса можно назвать полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт и множество других.
Ко второму классу относится не менее обширная группа гетероцепных полимеров, макромолекулы которых в основной цепи помимо атомов углерода содержат гетероатомы (например, кислород, азот, серу и др.). К полимерам этого класса относятся многочисленные простые и сложные полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, природные белки и т.д., а также большая группа элементоорганических полимеров: полиэтиленоксид (простой полиэфир); полиэтилентерефталат (сложный полиэфир) полиамид; полидиметилсилоксан.
Третий класс полимеров - высокомолекулярные соединения с сопряженной системой связей. К ним относятся различные полиацетилены, полифенилены, полиоксадиазолы и многие другие соединения. Примерами таких полимеров могут служить: полиацетилен; полифенилен; полиоксадиазол.
К этому же классу относится группа хелатных полимеров, в состав которых входят различные элементы, способные к образованию координационных связей (они обычно обозначаются стрелками). Элементарное звено таких полимеров часто имеет сложное строение.
Среди многочисленных полимерных материалов наибольшее практическое применение пока находят материалы на основе представителей первого класса полимеров - карбоцепных высокомолекулярных соединений. Из карбоцепных полимеров можно получить ценнейшие материалы - синтетические каучуки, пластмассы, волокна, пленки и т.д., Многие из карбоцепных полимеров стали впоследствии классическими объектами для исследования и создания теории механического поведения полимерных тел (например, полиизобутилен, полиметилметакрилат, полипропилен, фенолоформальдегидная смола и т.д.).
По способности к вторичной переработке полимеры подразделяются на термопласты и реактопласты. Рассмотрим первые подробнее. К термопластичным материалам или термопластам (thermoplast, thermoplastic) относятся полимеры, которые при нагревании в процессе переработки переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее (литьевые термопласты переходят в вязкотекучее состояние). При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов (thermoset), которые отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
Физические состояния термопластов
В зависимости от принимаемых фазовых состояний термопластичные материалы делятся на аморфные и кристаллические (точнее кристаллизующиеся). В кристаллизующихся литьевых термопластах всегда сохраняется какая-то доля незакристаллизованного (аморфного) материала, поэтому эти материалы иногда называют частично-кристаллическими. Некоторые материалы (PC), в принципе способные к кристаллизации, не кристаллизуются при литье под давлением, оставаясь аморфными. Есть материалы , которые могут быть аморфными или кристаллизоваться в зависимости от условий литья. Другие - очень сильно меняют степень кристалличности и свойства при изменении технологического режима. Способность к кристаллизации - очень важное свойство материалов, определяющее их поведение при переработке, и которое обязательно должно учитываться при конструировании изделий и пресс-форм и выборе технологического режима литья. Кристаллизующиеся материалы имеют высокий уровень усадки и анизотропии усадки (разница продольной и поперечной усадки). Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (зародышеобразователи кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов.
В зависимости от температуры аморфные термопласты имеют 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.
Для стеклообразного состояния характерны небольшие упругие деформации. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования Tc (glass transition temperature, Tg). В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться. При повышении температуры стекловании повышается температура эксплуатации аморфного материала.
Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %. При повышении температуры литьевой термопластичный материал переходит из высокоэластического состояния в вязкотекучее. Температура такого перехода называется температурой текучести Тт. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения. При нагревании аморфного материала обычно визуально наблюдается нефазовый переход, напоминающий процесс плавления для кристаллизующихся термопластов. Температуру такого перехода условно называют температурой плавления (melting temperature, Tm ) аморфного материала.
В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления Тпл (melting temperature, Tm). Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы и от того, в каком физическом состоянии (стеклообразном или высокоэластическом) находится при температуре эксплуатации аморфная фаза.
Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам
Литьевые термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации.
Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации):
Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения (general purpose TPE) и инженерно-технического назначения (engineering TPE).
Классификация термопластов по химической структуре
По химическому строению многочисленные литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester).
Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы (cellulosic plastics), фторполимеров или фторопластов (fluoro plastics).
Переработка и использование термопластов. Методы обработки термопластов для получения изделий из них часто отличаются от методов обработки термореактивных материалов. Ниже описаны наиболее важные процессы обработки термопластов разного химического состава – полиолефинов, полистиролов, поливинилов, полиэфиров, полиамидов и др.
Экструзия (выталкивание) используется для производства волокон, пленок, листов, труб, стержней и т.п. Она сравнима с экструзией таких легких металлов, как алюминий. Пластмасса, загружаемая в экструдер в виде порошка или гранул, поступает в камеру, нагреваемую электричеством или паром. Вращающийся винт (шнек) выдавливает размягченную пластмассу из обогреваемой камеры через отверстие желаемой формы. В потоке воздуха около отверстия или в охлаждающей емкости материал застывает по мере того, как он выходит из экструдера. По валкам формованная пластмасса попадает на ленточный конвейер, где товар скатывают в рулоны или разрезают на отрезки подходящей длины. Обрабатывать таким способом можно как твердые, так и мягкие, каучукоподобные материалы, например полиэтилен, поливинилхлорид и его сополимеры, эфиры целлюлозы, синтетические и природные каучуки. Электрические провода и кабели обычно покрывают изоляцией посредством экструзии.
Выдувное формование используют для изготовления бутылок и других емкостей или пленок. Отмеренное количество материала формуют в виде трубы посредством литьевого формования (литья под давлением) или экструзии. Один конец трубы заплавляют и помещают ее в разборную форму. Подавая воздух в горячую пластмассовую трубу, ее раздувают так, что она заполняет полость формы и превращается в готовое изделие.
Метод заливки. Жидкий материал (пластизоль) заливают в полую форму, затем путем вращения его распределяют по стенкам с последующим удалением избытка пластизоля. На внутренней поверхности формы остается слой материала, который при нагревании превращается в эластомер. После охлаждения готовое изделие извлекают из формы. Точность изготовления, возможность получения деталей сложной конфигурации и низкие производственные затраты – главные преимущества этого процесса.
Литьевое формование может быть использовано для любых термопластов от полипропилена до тефлона. Это наиболее практичный и быстрый метод изготовления предметов со сложным профилем. Материал (обычно в виде небольших гранул) нагревают в камере в отсутствие воздуха. Когда пластмасса разжижается, плунжер (поршень) выдавливает ее через отверстие в холодную форму. Материал быстро охлаждается и после затвердевания автоматически выбрасывается при открывании формы.
Вакуум-формование. Лист термопласта толщиной до 6,5 мм и шириной до 1–2 м осторожно нагревают до размягчения. Затем его помещают поверх формы так, что вакуум засасывает пластик в полости и выемки формы. После этого лист охлаждают, и он затвердевает. Этот метод позволяет делать большие секции стен, которые было бы невозможно отформовать стандартным литьевым формованием. Дополнительным преимуществом является использование недорогих штампов и оборудования.
Формование в матрицу. В этом методе используются формы с мелкими углублениями и полостями. Лист термопласта зажимают над формой и нагревают. После достижения температуры формования между формой и листом создают вакуум. Атмосферное давление вдавливает размягченный лист во все углубления формы. После остывания листа зажимы отпускают и готовое изделие снимают. Процесс используется для получения детального неглубокого рельефа на поверхности изделия.
«Драпировочное» формование (из листов вытяжкой на пуансоне). В этом методе используются выпуклые формы. Лист термопластика поддерживается зажимами формы над ее самой высокой точкой. По мере нагревания и размягчения лист постепенно оседает и как бы драпирует наиболее выпуклые части формы. Когда лист нагреется до температуры формования, края листа плотно прижимают к наружному краю формы и создают между листом и поверхностью формы вакуум для завершения процесса. Этот метод дает возможность создать более глубокий рельеф, поскольку до подачи вакуума лист естественным путем растягивается.
Для приготовления пенопластов требуется либо использование газовыделяющего агента, равномерно распределенного в массе, либо растворение газа в мягкой пластической массе под давлением с последующим вспениванием массы, когда давление снимается. Варианты метода зависят от используемого пластика.Ацетат целлюлозы, поливинилы, полиэтилен, фенольные смолы, полистирол и полиэпоксиды можно легко вспенить. Пенопласты используют как флотационные материалы, теплоизоляторы и ударопрочную арматуру. В авиапромышленности они используются как легкие армирующие элементы для крыльев, причем материал обычно вспенивают на месте – в крыле.
Переработка и использование реактопластов. Термореактивные материалы всякого рода, например фенолоформальдегидные и мочевиноформальдегидные смолы, эпоксидные смолы и бисмалеинимиды, обрабатывают следующими методами.
Прямое прессование. Этот способ используется в производстве твердых, термостойких, устойчивых к деформации предметов – гребней, оправ для очков, ручек кастрюль, телефонных трубок, пепельниц, корпусов и панелей радиоприемников и телевизоров, холодильников, стиральных машин и кондиционеров.
Порошкообразную пластмассу предварительно спрессовывают в заготовки, имеющие чуть больший объем и вес, чем готовое изделие. Часто, особенно в случае больших размеров детали и вязких материалов, заготовку предварительно нагревают, поместив ее между электродами высокочастотной печи. Время и температуру предварительного нагревания следует контролировать, не допуская преждевременной вулканизации. После введения заготовки в нагреваемую полость пресс-форма закрывается и подается давление; пластмасса переходит в полужидкое состояние и заполняет пресс-форму. Материал выдерживают в форме, пока он не заполимеризуется и станет неплавким. Время вулканизации зависит от толщины формуемого изделия. С помощью многогнездных пресс-форм за один цикл формовки можно получить несколько изделий, при этом число гнезд ограничено размерами и мощностью пресса. Пресс-формы бывают поршневые и полупоршневые, а также с отжимным рантом (последние – наиболее употребительные). После окончания вулканизации давление снимают, форму открывают, и изделия выталкиваются. Все части формы делают из закаленной стали и частично хромируют, чтобы они выдерживали высокое давление.
Литьевое прессование применяется тогда, когда изделие имеет металлические включения и его профиль сложен, а в остальном похоже на прямое формование. Прессуемое соединение загружают в отдельную камеру, и, когда форма закрывается, тесно прилегающий плунжер выдавливает вещество из камеры в полость формы.
Получение слоистых материалов (ламинирование). Слоистые материалы (ламинаты) получают из бумаги или ткани, пропитанной термореактивной смолой. В качестве наполнителей применяются текстиль, бумага и глина, обычно в форме листов; так формуют простые предметы – листы, стержни или трубы. Под воздействием температуры и давления слои спекаются. Толщина слоистого материала определяется числом листов, помещаемых между пластинами пресса.
Декоративные ламинаты, имитирующие различные породы дерева, мрамор и цветные плиты, широко применяются для изготовления столешниц и облицовки стен. В производстве слоистых материалов промышленного назначения в качестве пропитки используются формальдегидные смолы, а в производстве декоративных материалов – меламиновые, полиэфирные и эпоксидные смолы.
Разработаны смолы, которые можно формовать при атмосферном давлении. Армированные пластики включают полиэфиры, усиленные стекловолокном. Многие полиэфирные слоистые материалы можно изготовить контактным прессованием, формуя насыщенный волокном материал в открытых формах и вулканизируя его нагреванием, облучением светом или каталитически. Применяется также вакуумное формование. Для достижения требуемой точности обработки и гладкости поверхности используют чистовые металлические штампы.
Литье. Термореактивные материалы (мочевиноформальдегидные и фенолоформальдегидные смолы) так же, как и термопласты (полистирол и полиакрилаты), часто формуют литьем. Применение давления необязательно, формы используются недорогие. Поскольку материалы для литья не содержат наполнителей, они обладают прекрасными оптическими свойствами. Фенолоформальдегидные материалы заливаются в свинцовые формы в виде сиропообразной густой смолы. Вулканизация нагреванием требует нескольких суток. С катализаторами время вулканизации можно сократить до нескольких часов. Акрилатные смолы для получения листов вулканизируют в формах из зеркальною стекла и в простых стальных формах. Метод литья можно использовать для инкапсуляции мелкого электрического или магнитного оборудования: генераторов, моторов, сопротивлений, конденсаторов.
Реакционное литьевое формование – формование с отвердителем, ускоряющим реакцию образования сшивок. Метод, в котором физический процесс формования соединен с химическим процессом сшивки в термореактивных системах: два компонента смолы, например эпокси-олигомер и ангидрид (как вулканизирующий агент), быстро и тщательно смешивают и вводят в форму, где материал затвердевает. При помощи этого процесса изготавливают довольно крупные пластмассовые изделия, обладающие значительной твердостью, жесткостью и деформационной стойкостью, например капоты, крылья, двери и крыши автомобилей.
ТЕХНОЛОГИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Высокая прочность и упругость древесины сочетаются с малой объемной массой, а следовательно, и с низкой теплопро водностью. Древесина морозостойка, не растворяется в воде и органических растворителях, способных растворить синтетические полимеры. Хорошо известны легкость обработки древесины, удобство скрепления деревянных элементов с помощью клея, врубок, гвоздей и пр. Однако древесине присущ ряд особенностей, которые должны учитываться при обработке, хра нении и эксплуатации лесоматериалов.
Качество древесины зависит от породы дерева, условий его роста и наличия тех или иных пороков (трещин, сучков и пр.). Поэтому прочность и другие характеристики древесины колеблются в очень широких пределах. К тому же прочность сильно меняется при изменении влажности, причем увлажнение сопровождается разбуханием, а высушивание – значительной усушкой древесины. Неравномерность усушки вызывает коробление и растрескивание досок и других лесных материалов. Волокнистое анизотропное строение древесины предопределяет и неодинаковые ее механические, теплотехнические и другие свойства в разных направлениях, что учитывается при проектировании деревянных конструкций.
Недостатками древесины являются легкая возгораемость при пожаре и гниение, происходящее под влиянием грибковых поражений.
Изготовление деревянных конструкций путем склеивания тонких элементов водостойкими полимерными клеями умень шает усушку, предотвращает коробление древесины. Для борь бы с гниением применяют пропитку дерева антисептиками; огнестойкость повышают, применяя антипирены.
Свойства древесины.
Физические свойства древесины
Объемная масса (плотность). Объемная масса древесины одной и той же породы не является величиной постоянной и увеличивается с повышением влажности. Поэтому принято характеризовать древесину по объемной массе при стандарт ной 15%-ной влажности. Обычно объемную массу, определенную при некоторой фактической влажности, приводят к стандарт ной по формуле
Pie = Pw(1.060-0.04W), или р15= pw(1 .
где р.5 — объемная масса образца при 15%-ной влажности, т/сыт, | кг/м3; pw — объемная масса образца при фактической влаж ности в момент определения, г/см8, кг/м3; первая формула W ресчета принимается для древесины березы, бука, граба и Ли ственницы; вторая — для древесины прочих пород; w — влаж ность древесины в момент определения объемной массы, %. От величины объемной массы зависит ряд строительно-техничес- '• ких свойств древесины.
Объемная масса древесины в воздушно-сухом состояний (при влажности 15%) колеблется в значительных пределах ^ от 380 кг/м3 для очень легких пород дерева (пихта сибирская) до 1050 кг/м8 для наиболее тяжелых (фисташка).
Плотность древесного вещества для всех пород примерно одинакова и равна в среднем 1,64 г/см3.
Теплопроводность древесины невелика и зависит от объем ной массы, характера пор и влажности. С увеличением объем ной массы и влажности уменьшается количество воздушных полостей, вследствие чего теплопроводность увеличивается.
Теплопроводность древесины неодинакова: в направлении вдоль волокон коэффициент теплопроводности примерно в два раза больше, чем поперек. Так, например, коэффициент тепло проводности вдоль волокон для сосны в воздушно-сухом со стоянии равен 0,35 Вт/(м°С) (0,3 ккал/м • ч • град), а в попереч ном направлении — 0,17 Вт/(м°С) (0,15 ккал/м - ч • град).
Звукопроводность. Древесина является хорошим проводником звука, который распространяется в ней в 2-17 раз быстрее, чем в воздухе. Звук распространяется быстрее вдоль волокон и медленнее поперек волокон (особенно в тангенциальном направлении). Древесина сосны, например, проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030 м/с, а в тангенциальном направлении – 850 м/с. <
Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 81%, лиственных – от 32 до 80%.
Влажность W выражают обычно в % по отношению к массе сухой древесины. В древесине различают гигроскопическую влагу, связанную в стенках, и капиллярную влагу, которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство.
Усушка, разбухание и коробление.
Колебания влажности волокон древесины влекут изменение размеров и формы досок, брусьев и других изделий из древесины. При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий.
Усушка древесины происходит за счет удаления связанной клаги из стенок клеток, т. е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках.
Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково. Вдоль оси ствола (вдоль волокон) максимальная линейная усушка сравнительно невелика – около 0,1% (или 1 мм на 1м), в радиальном направлении она составляет 3-6% (3 см на 1м), а в тангенциальном – 6-12% (6 – 12 см на 1м).
Усушка и разбухание древесины – свойства отрицательные, они вызывают коробление и растрескивание лесных материалов.
Коробление деревянных изделий является следствием: 1) разницы в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и 2) неравномерности высыхания. Неравномерность усушки и коробления вызывает появление внутренних напряжений в древесине и растрескивание пиломатериалов и бревен. Широкие доски коробятся больше, чем узкие, поэтому для настилки пола и столярных изделий применяют доски шириной 10 – 12 см.
Для предотвращения коробления, и растрескивания деревянных изделий используют древесину с той равновесной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации
Текстура – это рисунок древесины, зависящий от сочетания ее видимых элементов: годовых слоев, сердцевидных лучей сосудов и др. Заболонная древесина характеризуется более высокой газопроницаемостью по сравнению с ядровой. Газы глубже проникают в сухую древесину, чем во влажную. Это свойство древесины используют для дезинфекции без разрушения изделий из древесины, зараженных насекомыми и грибами.
Резонирующая способность – способность древесины усиливать звук без искажения тона. Показателем резонирующей способности древесины является константа излучения, или акустическая константа
Газопроницаемость древесины при повышенном давле нии или вакууме значительно выше, чем при атмосферном, давлении.
Константа излучения имеет значение при выборе древесины для изготовления дек музыкальных инструментов. Она зависит от объемной массы древесины, влажности, ширины годовых слоев, а также дефектов строения. Лучшей является древесина влажностью не более 7% и объемной массой 0,40 – 0,45 г/см3.
Внешний вид древесины обусловливается ее цветом и блеском, которые зависят от породы, района произрастания, возраста и других особенностей древесины. Цвет, блеск и текстура определяют декоративную ценность древесины.
По цвету можно определить состояние и доброкачественность древесины. Прежде всего, он зависит от содержания в древесине красящих, дубильных и смолистых веществ и продуктов их окисления, имеющихся в полостях и стенках клеток. На цвет влияют возраст и район произрастания дерева, также состояние древесины (например, влажность). Породы умеренного климатического пояса имеют бледноокрашенную древесину, и появление синей, красной, зеленоватой полосатой окрасок у этих пород указывает на поражение древесины микроорганизмами (гнилями) Многие древесные породы Прикарпатской Украины, Закавка зья, некоторых областей Дальнего Востока имеют красивую текстуру и разнообразную окраску. Текстура дуба, чинары, бука, груши и некоторых других пород высоко ценится. в отделочных и краснодеревных работах. Древесные породы тропического пояса могут иметь своеобразную окраску, например, древесина эбенового дерева – черного цвета, бакаута – темно-оливкового.
Блеск, так же как и цвет, является признаком декоративности древесины. Для производства мебели наиболее ценится древесина с высоким блеском. Блеск древесины зависит от плотности и степени обработки. Блеск придается древесине путем полирования и покрытия лаками. Древесина теряет блеск при загнивании.
Запах древесины зависит от содержания в ней смолистых, эфирных и дубильных веществ. Например, древесина лиственницы и сосны пахнет скипидаром.
Отношение древесины к электричеству, свету, газе и радиации. Отношение древесины к электричеству определяется электропроводностью, электрической прочностью и д.р. В технике древесина в сухом состоянии известна как электроизоляционный материал.
Электропроводность древесины характеризуется удельным электрическим сопротивлением (Ом/м) и зависит от роды, направления волокон, влажности и температуры. волокон она меньше, чем поперек.
С повышением влажности древесины удельное сопротивление ее снижается, особенно в пределах точки насыщения. Так, удельное сопротивление комнатносухой древесины вдоль волокон в 5 – 20 раз меньше, чем поперек, а воздушно-сухой в 2 раза. На этой особенности древесины основано применение электровлагомеров.
Электропроводность древесины заметно возрастает с уличением температуры. Поэтому лакокрасочные покрытие наносят на древесину в электрическом поле высокого напряжения.
Электрическая прочность характеризуется пробивным напряжением в вольтах на 1 см толщины. Электрически прочность древесины невысока, зависит от породы, направления волокон, влажности и температуры.
Проницаемость древесины лучами света и рентгена зе сит от ее влажности и содержания смол. Лучи света проникают на толщину до 3 мм, а рентгеновские – до 50 см.
Различные части дерева неодинаково поглощают лучи peнтгена, поэтому их используют для обнаружения внутренних дефектов, например, пустот, которые поглощают рентгеновские лучей меньше, чем плотные участки. С помощью этих лучей можно изучать на тонких срезах субмикроскопическое строение оболочки клеток, так как кристаллы вызывают рассеивание, или интерференцию лучей.
Механические свойства древесины
Древесина вследствие волокнистого строения отличается высокой прочностью при растяжении и сжатии вдоль волокон и значительно меньшей – поперек волокон. У хвойных пород предел прочности при сжатии вдоль волокон в 10-12 раз меньше, чем поперек, а у лиственных – в 5…8 раз. Механическая прочность древесины в значительной степени зависит и от объемной массы; с увеличением объемной массы древесины повышается прочность.
Сопротивление сжатию, растяжению, изгибу и скалыванию древесины определяют на чистых образцах, не имеющих пороков, которые в деревянных конструкциях значительно снижают механические свойства древесины.
Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом 5,64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 см2). Твердость древесины по торцу на 15-50% выше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35-59 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) 50-100 МПа, очень твердые (кизил, самшит) – более 100 МПа. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износостойкостью и лучше удерживают шурупы.
Твердость древесины понижается при увлажнении.
Модуль упругости при статическом изгибе Ew древесины с влажностью w определяют, нагружая образец, покоящийся на двух опорах, двумя сосредоточенными силами.
Технологические свойства древесины имеют большое зна чение при изготовлении из нее изделий. К ним относятся обрабатываемость резанием, сопротивление истиранию, способность к загибу, склеиванию и окрашиванию, а также способность удерживать гвозди и другие металлические крепления. Многие из них зависят от объемной массы, влажности и элементов анатомического строения древесины.
Обрабатываемость резанием – пилением, строганием, долблением и сверлением – зависит от твердости древесины и определяется усилием на обработку и степе нью чистоты поверхности. Твердая и плотная древесина обра батывается легче и чище, чем мягкая. Чем выше влажность древесины, тем труднее ее обрабатывать; практически невоз можно чисто обработать поверхность влажной древесины. На мягкой древесине (ива, тополь, осина, липа) часто остаются царапины и вмятины. Больше усилий затрачивается на обработку древесины с повышенной объемной массой.
Сопротивление истиранию зависит от направления волокон, объемной массы, твердости и влажности древесины. Сопротивление истиранию с торца значительно дольше, чем с боковой поверхности. С повышением объемной массы и твердости сопротивление истиранию возрастает, а при увеличении влажности – уменьшается. Истирание древесины происходит в результате постепенного разрушения поверхности под воздействием мелких твердых частиц и трения, при )том мелкие частицы удаляются неровностями трущихся деталей.
Способность древесины к загибу учитывают при изготовлении гнутой мебели, колец, полуколец и других криволинейных деталей, а также бочек, ободов, дуг, т. е. в тех случаях, когда необходимо придать форму шабло на без разрушения волокон древесины и снижения механичес кой прочности. Способность к загибу, как правило выше у кольцесосудистых пород (дуба, ясеня и др.) и некоторых рассеяннососудистых пород с повышенной пластичностью, напри мер бука. Уплотнение древесины происходит за счет крупных сосудов, без разрушения волокон. Способность древесины к загибу Повышается по мере увеличения ее влажности до точ ки насыщения, а также температуры. При вбивании гвоздей в твердую древесину приходится затрачивать больше усилий.! В этом случае в древесине высверливают отверстия диаметр ром на 0,2-0,3 мм меньше толщины гвоздя.
Способность древесины удерживать гвозди, шурупы и другие крепления имеет большое значение как в строительстве, так и при сборке мебели. Гвоздь, вбитый в древесину, испытывает давление ее отдельных частей, которое и удерживает его за счет трения. Показателем способности древесины удер живать крепления является усилие, необходимое для выдергивания гвоздя (в Н на 1-м2 поверхности соприкосновение гвоздя с древесиной). Это усилие зависит от породы, направления волокон, объемной массы и влажности древесины. Поперек волокон оно на 25% выше, чем вдоль. С увеличением объёмной массы удельное усилие возрастает. При высыхании древесины способность удерживать крепление снижаете вследствие уменьшения упругости волокон. Удерживающая способность древесины твердых пород в несколько раз выше, чем мягких. Удельное усилие для выдергивания шурупов при прочих равных условиях в 2 раза выше, чем для выдергивания гвоздей.
Факторы, влияющие на механические свойства древесины
Общая тенденция состоит в том, что чем плотнее древеси на, тем большую прочность она имеет. Плотность и прочность древесины пород возрастают, если лес растет на возвышенных местах и песчаных почвах.
Повышение влажности до предела гигроскопичности (до 30%) понижает механические свойства древесины. Высушивание же древесины на 1% (в пределах изменения влажности от 20 до 8%) повышает ее сопротивление сжатию и изгибу на 4%, растяжению – на1%.
Пороки древесины понижают ее прочность.
Пороками называют недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможности использования.
Дефектами называют пороки механического происхождения, возникающие в древесине в процессе заготовки, транспортировки, сортировки, штабелевки и обработки. Ввиду наличия пороков прочность бруса или доски не может быть оценена по результатам испытания малых образцов. Поэтому в отличие от других материалов свойства лесоматериалов устанавливают не по прочности образов, а на основании оценки характера, размеров и количествa пороков.
Химические свойства древесины
Основным из них является стойкость к действию кислот, щелочей, других реагентов;
Древесина под действием кислот и щелочей постепенно разрушается. Химическая стойкость ее различна в зависимо сти от среды, концентрации реагентов и породы. Древесина обладает большей стойкостью по отношению к щелочам и меньшей – к кислотам. С увеличением концентрации щелочей и кислот химическая стойкость древесины снижается. Более стойкой является древесина хвойных пород, и прежде всего ее ядровая часть, менее стойкой – заболонная. Древе сина лиственных пород отличается от хвойной меньшей стой костью к кислотам, в первую очередь к минеральным. Сниже ние химической стойкости древесины сопровождается изме нением ее цвета – побурением, иногда происходит полное обугливание. Древесина постепенно разрушается и при дли тельном воздействии на нее газов – SO2, SO3, NO, NO2 и др. Пониженная химическая стойкость древесины лиственных пород объясняется меньшим содержанием целлюлозы и большим количеством пентозамов.
Биологические свойства древесины
Биологические свойства древесины определяются стойко стью против грибов, плесени и насекомых, которая зависит от содержания смолистых, дубильных и других веществ.
По биостойкости древесину подразделяют на три группы:
Для защиты древесины от преждевременного разрушения грибами и насекомыми применяют ряд мер для создания и поддержания условий, в которых не могут развиваться грибы. Развитие грибов исключается, полностью или замедляется при пониженных влажности и температуре, поэтому древесину высушивают и защищают от чрезмерного увлажнения.
Гнилостойкость древесины повышают путем обработки ее специальными химическими веществами — антисептиками. К ним относятся органические и минеральные вещества, которые имеют высокую токсичность к грибам и насекомым и сохраняют ее в течение длительного времени, безвредны для древесины, человека и животных, легко проникают, в толщу древесины.
PAGE 24