ПРОГНОЗУВАННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ З\'ЄДНАНЬ ДЕРЕВИНИ КЛЕЯМИ НА ТЕРМОПЛАСТИЧНІЙ ОСНОВІ

Короткий зміст

§     ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і визначено завдання дослідження, охарактеризовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, показано апробацію результатів дисертації, подано структуру та обсяг роботи.

У першому розділі відображено сутність проблеми, обґрунтовано і визначено основний напрямок дослідження та його практичне значення.

Проаналізовано, що на сьогодні питання довговічності клейових з'єднань деревини та деревинних матеріалів вивчено частково. В основному, довговічність вивчали для клейових з'єднань деревини та деревинних матеріалів, які склеєні клеями на термореактивній основі (карбамідо-формальдегідні, феноло-формальдегідні тощо). Більшість таких клейових з'єднань деревини є токсичними, але мають підвищену вологостійкість та теплостійкість клейового шва. Використовують такі з'єднання у виготовлені дерев'яних конструкцій, споруд та виробів, що експлуатуються як в природних умовах за прямої дії вологості та температури навколишнього середовища (мости, арки, ферми, балки, будівельні вироби), так і всередині приміщень (столярні та меблеві вироби, паркетна дошка).

Довговічність для клейових з'єднань деревини досліджують за тривалим або пришвидшеним методами. На основі досліджень вивчено процеси старіння, деструкції, механізм руйнування термореактивних клейових з'єднань та фактори, які на них впливають. Розроблено методи прогнозування їх міцності та довговічності. Важливі результати під час дослідження довговічності клейових з'єднань деревини отримали В.М. Хрульов, А.Б. Губенко, М.Н. Плунгянська, Н.Т. Романов, Ю.М. Нікіфоров, А.Л. Панфілова, А.А. Соловйов, Р.А. Найт, Ф.Ф. Уонгард, Р.Ф. Бломкіст, В.З. Олсон, Д. Нарайянамурті, М.А. Ільюшин, А.М. Михайлов, Д. Брауз, А.С. Фрейдін.

Доведено, що довговічність клейових з'єднань деревини на термо­реактивній основі залежить від когезійної і адгезійної міцності, надмолекулярної будови, режимних параметрів склеювання, деформаційних та релаксаційних процесів, умов експлуатації та статичних і динамічних навантажень. Крім того, клейові з'єднання з деревини належать до гетерогенних систем. Тому, під час дослідження довговічності їх розглядають як конструкцію, яка складається з деревини та клею, що характеризуються різними фізико-механічними властивостями. Фізичну сутність кінетичних процесів у клейових з'єднаннях під час експлуатації описано деформаційними моделями деревини, термопружними процесами у клейових швах або тепломасообмінними процесами у гігроскопічних анізотропних матеріалах.

Деформаційні процеси у деревині, залежно від навантажень, можна описати законом Гука, законом Ньютона, за допомогою моделі тіла Максвелла, моделі Кельвіна, моделі тіла Бюргерса, моделі Ю.М. Работнова, моделі гігро-механічної деформації. Вагомий внесок у дослідження та вивчення дефор­маційних процесів деревини зробили Б.Н. Уголєв, Б.С. Чудінов, Я.Н. Станко, О.О. Пінчевська, В.П. Галкіна, Т.В. Огаркова, Е.К. Ашкеназі, Ю.Г. Лапшін, Ю.М. Іванов, Ф.П. Белянкін, Е.Б. Щедріна, В.М. Волинський, Е.М. Тюлєнєва, Я.І. Соколовський.

Термопружні процеси характеризуються деструкцією та структу­руванням клейового шва, що зумовлюють старіння полімеру і залежать від механізму формування клейкого з'єднання та його руйнування під час експлуатації. Частково термопружні процеси у клейових з'єднаннях можна описати рівнянням Арреніуса, рівнянням Ю.М. Іванова, залежністю яку запропонував В.М. Хрульов, експоненціальними рівняннями. Клеї, їх деструкцію, структурування і старіння вивчали та досліджували Г.М. Бартенєв, В.Е. Басін, А.Б. Губенко, В.Е. Гуль, Д.А. Кардашов, Ч. Кейгл, Л. М. Ковальчук, Б.В. Дерягін, Р.З. Тьомкіна, В.М. Хрульов, А.С. Фрейдін, М.І. Москвітін, М. Седлячік.

 Тепломасообмінні процеси у гігроскопічних анізотропних матеріалах можна описати тепломасоперенесенням у деревині та критеріями короткочасної міцності деревини із сталим рівномірно-розподіленим полем вологи і температури. Вагомий внесок у вивчення та дослідження зазначених процесів зробили П.В. Білей, О.О. Пінчевська, Б.П. Поберейко, А.Я. Найчук.

Довговічність для клейових з'єднань деревини та деревинних матеріалів на термопластичній основі практично не вивчали. Це пов'язано з тим, що такі з'єднання мають низьку волого- і теплостійкість клейового шва, що і обмежує сферу їх використання.

Разом з тим, на сьогодні для виготовлення столярно-будівельних і меблевих виробів, паркетної дошки, клеєного бруса, меблевого щита широко використовують сучасні структуровані термопластичні полівінілацетатні клеї. Такі клеї забезпечують високу адгезійну і когезійну міцність та довговічність клейовим з'єднанням, формують еластичний клейовий шов з підвищеною вологостійкістю, є екологічно безпечними. Тобто, відповідають сучасним вимогам, які ставляться до виробів, що склеєні та експлуатуються в повсякденному побуті людини.

Оскільки термопластичні клейові з'єднання з деревини мало досліджували та вивчали, тому прогнозуванню їх довговічності приділяли незначну увагу. Прогнозувати довговічність для термопластичних клейових з'єднань деревини за методами, розробленими для термореактивних клейових з'єднань деревини, не завжди можливо і доцільно. Термореактивні клейові з'єднання деревини відрізняються від термопластичних фізико-хімічними та фізико-механічними процесами як при формуванні клейових з'єднань, так і під час їх експлуатації.

Разом з тим, прогнозування довговічності клейових з'єднань деревини має важливе теоретичне та практичне значення. За результатами прогнозування довговічності можна визначати і рекомендувати умови та термін експлуатації виробів, впливати на фізико-механічні властивості під час виготовлення та модифікування клеїв, економити деревину внаслідок зменшення кількості браку. Крім того, екологічна безпечність та еластичність термопластичного клейового шва дозволить розширити їх використання та спростити утилізацію відходів.

Тому, актуальними є проблеми дослідження, вивчення та прогнозування довговічності з'єднань деревини, склеєних термопластичними клеями.

У другому розділі обґрунтовано необхідність проведення тривалих та пришвидшених експериментальних досліджень під час прогнозування довговічності термопластичних клейових з'єднань деревини. Вибрано породи деревини та клеї для їх склеювання. Наведено результати досліджень та побудовано математичні залежності визначення міцності.

Довговічність термопластичних клейових з'єднань деревини досліджено за тривалими та пришвидшеними методиками відповідно до існуючих стандартів. Тривалі експериментальні дослідження довговічності проводили у природних умовах відповідно до стандарту ГОСТ 19100-73. Під час досліджень використовували деревину листяних порід - дуб та хвойних - сосну. Для досліджень, згідно зі стандартом ГОСТ 15613.1-84, з деревини виготовляли зразки відповідних розмірів та склеювали їх між собою на гладку фугу за допомогою структурованих і неструктурованих полівінілацетатних клеїв фірми "Jowat" та неструктурованих - ПВА - клеї вітчизняного виробництва. Після випробувань визначали міцність з'єднань, шляхом руйнування зразків на сколювання вздовж волокон згідно зі стандартом ДСТУ Б В.2.6-171:2011.

Дослідження тривали до повного руйнування склеєних зразків, що в часі зайняло три роки в період з 1 листопада 2002 року до 31 жовтня 2005 року. Основними факторами впливу на клейові з'єднання під час досліджень були вологість і температура. Мінімальну, максимальну та середньозважену добову вологість і температуру навколишнього середовища фіксували в Розтоцько-ландшафтному геофізичному стаціонарі (смт Брюховичі, Львівської області). Відповідно до метрологічних даних температура навколишнього середовища протягом трьох років змінювалась від – -25,4 ^оС у зимовий період і до +33,3 ^оС у літній період, а відносна вологість повітря - від 23 % до 100 %. Здійснено аналіз отриманих результатів досліджень, їх статистичну та математичну обробки.

Аналіз результатів досліджень показав, що міцність з'єднання деревини дуба та сосни, склеєних структурованими і неструктурованими термо­плас­тич­ними ПВА клеями як вітчизняного, так і імпортного виробництва, змінюються за експоненціальною залежністю (рис. 1). Однак з'єднання на основі структурованих клеїв для деревини дуба і сосни в два рази довше витримують навантаження циклічної зміни вологості і температури навколишнього середовища порівняно з неструктурованими клеями.