1.2 Литературный и патентный анализ способов обработки поверхности древесных плит с целью калибрования и снижения шероховатости
Первые научные публикации по изучению операции калибрования плит термопрокатом древесины относятся к 60-м годам прошлого столетия. Первые исследования термопроката на древесине были посвящены выявлению факторов, оказывающих на физико- механические характеристики обработанного материала. В это же время создавалось и внедрялось в производство отечественное термопропрокатное оборудование. Термопрокатом древесины занимались С.П. Ребрин, А.М. Цикерман, Э.Л. Воскобойник, А.Д. Святский, А.Г. Ермолович, И.А. Каннуник, В.М. Корнев, В.Т. Кузьмин, Е.Э. Каминский, Р.А. Гуревич, В.А. Синайлов и др. исследователи [10,17,19,20,21,104] и другие исследователи. Перечисленные авторы работ создали научную основу термопроката древесины, что позволило до начала 80-х годов XX века успешно пользоваться их рекомендациями, однако на композиционных плитных материалах многие из них не имели убедительных физических толкований.
Предлагается анализ работ по термопрокатке изделий из древесных материалов с работой их в приложениях (стр.159)
В диссертационной работе А.В.Мелешко “ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ТЕРМОПРОКАТОМ ПОД ЛАКИРОВАНИЕ”, выполненной в Ленинградской лесотехнической академии им. С.М.Кирова в 1985г, указывается на существенное повышение технологических возможностей термопроката натуральной древесины, древесных материалов или плит, облицованных натуральным шпоном за счёт улучшения условий формирования адгезионного слоя. В большинстве случаев существует взаимосвязь между повехностным натяжением подложки и адгезией (сцеплением разнородных тел с поверхностью): при увеличении первого значения наблюдается усиление адгезионного взаимодействия. И по величине поверхностной активности подложки можно прогнозировать будущую адгезионную прочность покрытия. С учётом поверхностной активности подложки определяются оптимальные технологические режимы процесса. Ключевым фактором при формировании покрытий является температура, так как она изменяет термодинамические характеристики древесины, увеличивает количество активных центров структурообразования, ускоряет релаксационные процессы (рис.1.2). При деформации полимерных материалов их поверхностная энергия возрастает за счёт уплотнения слоёв, находящихся вблизи поверхности. Деформация поверхностного слоя при термопрокатке древесины повышает её поверхностное натяжение. Изменение поверхностного слоя натяжения подложки прямо пропорционально её деформации. Анализ процесса термопроката древесины и древесных материалов показал, что максимальное давление каждого рабочего вала термопрокатного станка на образец должно быть в пределах упругих деформаций древесины. Вследствие того, что скорость обработки материала на термопрокатном оборудовании невелика, динамический эффект от влияния скорости можно не учитывать из-за высокой податливости древесины. Температура также не оказывает существенного влияния на физико- механические характеристики подложки, т.к. при непродолжительном контакте валов с обрабатываемым материалом нагревается только поверхностный слой древесины. Автором канд. техн. наук А.В. Мелешко было получено выражение для расчёта максимального усилия термопрокатного вала [92]:
F=πR2αELН/(1-cosα) , (1.4)
где:
R- радиус вала термопрокатного станка;
E- модуль упругости материала;
L- длина контакта вала с деталью;
H- толщина обрабатываемой детали;
α- угол между реакцией плиты и кромкой контакта вальца.
Рисунок 1.2 Принципиальная схема термопроката древесины
В работе было выяснено, что для древесностружечных плит, облицованных шпоном твёрдо- лиственных пород, максимальное контактное давление вала на изделие составляет 0,035 МН/м2. При этом не учитывается разнотолщинность материала в пределах _+ 0,5мм.,т.к. она вызывает колебания давления в зоне контакта до 4%, что соответствует пределам точностии технических расчётов. Канд.техн.наук. А.В. Мелешко установлено изменение поверхностной активности материалов; деформация поверхностного слоя при термопрокате древесины, повышающее поверхностное натяжение, а высокая температура валов термопрокатного станка ухудшает реакционную способность древесины из-за образующейся полимерной плёнки имеющей более низкую поверхностную активность.
Широкому внедрению в производство метода термопроката и термопротяжки древесных плит препятствует их значительная разнотолщинность (мебельных щитов), а также применение кромочного пластика. Величина разнотолщинности плит в зависимости от облицовочного материала колеблется от 0,48 до 1,51 мм, а кромочный пластик, приклеенный к плите клеем- расплавом имеет низкую температуру плавления 110- 130 oС. [61] Это накладывает ограничения на применение термопрокатных станков существующих раннее типов, так как это ведёт к ломке кромочного материала, расплавлению и обмазыванию вальцов, оставляющих след на поверхности плиты.
Был предложен ряд конструкций станков.
Ю.Д. Дьяконов предложил ТЕРМОПРОКАТНЫЙ СТАНОК ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ И ОТДЕЛКИ ДРЕВЕСИНЫ, ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, преимущественно древесно-стружечных плит. Предусмотрена надёжность и упрощение конструктивных особенностей узлов нагрева. Авторское свидетельство СССР №466988, кл. В 27 D 3/04, 1973. Цель изобретения- повышение надёжности и упрощение конструкции узлов нагрева.
В работе В.Н. Демьянченко, С.М.Маленьких и С.З. Сагаль, авторское свидетельство СССР №1192992, кл. В 27 М 1/02, 1984 и авторское свидетельство №423627, кл. В 27 М 1/02, 1972., представляющих Украинское научно- производственное деревообрабатывающее объединение, представлен СТАНОК ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТА ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Изобретение относится к термопрокатке поверхностей древесных материалов и имеет цель уменьшения метало- и энергоёмкости и упрощения конструкции.
Гунтулис П.М., Плахов А.А. и Сурблис К.З., представляющих Проектно- конструкторское бюро мебели Министерство мебели и бумажной промышленности ЛитСССР, авторское свидетельство СССР №1308484, кл. В 27 М 1/02, 1986., предложили СТАНОК ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ. Цель изобретения станка- упрощение конструкции и повышение безопасности при термопрокате изделий из древесины.
В 1979 – 1980 гг. разработан СТАНОК ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТА ПОВЕРХНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ на Киевской мебельной фабрике им. Боженко и УкрНИИМод. Изготовлен станок на Киевском заводе по производству нестандартизированных лифтов и сантехоборудования Минжилкомхоза УССР в 1979- 1980гг. Станок предназначен для подготовки путём термопроката поверхности древесины к отделке. Под воздействием температуры и давления прокатных валов выравнивается поверхностный слой древесины и на нём за счёт пластической деформации и расплавления аморфных веществ образуется тонкая отделочная плёнка. Станок имеет 6 прокатных валов с электрическим обогревом, температура поверхности которых составляет от 20 до 200 0С. Давление, оказываемое на поверхность древесины составляет более 0,25 Мпа; скорость материала составляет от 1,5 до 15 м/мин.
Были предложены некоторые устройства для термопроката изделий из древесины.
В работе А.Г.Ермолович и В.М.Корнева, авторское свидетельство №338379 представляющих Сибирский Государственный технологический университет предлагается УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ РАЗНОТОЛЩИННОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ЩИТОВ. Устройство может применяться для улучшения качества обработки при выравнивании покоробленных щитов методом отжимных вращающихся валиков, насаженных на оси и вибропульсатором. Снижение разнотолщинности древесных щитов достигается за счёт колебаний отжимных валиков с заданной амплитудой и частотой, исключающих использование режущих инструментов и повышающих качество обработки.
Для термопроката изделий из древесины, в которых надёжность достигается за счёт изменения в широком диапазоне температуры обогреваемых вальцов, А.М. Цикерман, М.Г. Петрушкина и А.И. Додая, авторское свидетельство СССР № 423627,кл.В 27 М 1/02, 1972., и авторское свидетельство СССР №887167,кл. В М 1/02, 1978., представляющих Одесский филиал Центрального конструкторско- технологического бюро Республиканского промышленного объединения средств механизации Министерства местной промышленности УССР., представили УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ. Изобретение позволяет повысить надежность устройства за счёт изменения в широком диапазоне температуры обогреваемых вальцов.
В патентном изобретении А.Д.Святского, С.М.Маленьких и С.З.Сагаль, авторское свидетельство СССР №423627, кл. В 27 М 1/02, 1972, представляющих Украинское научно- производственное объединение, представлено УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСНЫ. Цель изобретения- улучшение качества изделий, экономия тепловой энергии, повышение надёжности и условий эксплуатации устройства.
В авторском свидетельстве СССР №887167, кл. В 27 М 1/02, 1980 и №423627 кл. В 27 М 1/02, 1972, Воскобойника Э.А., Святского А.Д., представлено УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ. цель изобретения- улучшение качества отделки поверхностного слоя изделия, повышение надёжности и условий эксплуатации.
В авторском свидетельстве СССР Каминского Е.Э., Гуревеча Р.А. №423627, кл. B 27 1/02, 1972., представляющих Минское научно- производственное объединение “Минскпроектмебель”, представлено УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОПРОКАТА ПОЛОСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ. Цель изобретения- расширение технологических возможностей по обработке поверхности изделий из древесины сдавливанием.
В авторском свидетельстве Ермоловича А.Г., Канунника И.А., Корнева В.М. и Кузмина В.Т.,СССР №887167 кл. В 27 М 1/02, 1981., представляющих Сибирский государственный технологический институт, предлагается УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОПРОТЯЖКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ. Цель изобретения- повышение качества поверхности изделий из древесины за счёт протягивающего температурного эффекта.
Были предложены способы обработки древесно-волокнистых плит.
К способу термического увлажнения относится работа М.П.Гаврилова, В.И.Бирюкова, Н.В.Жукова, Е.Н.Рыжова, патент Швеции №182609, представляющих Подрезковское отделение Всесоюзного научно- исследовательского института деревообрабатывающей промышленности. В работе предлагается СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНО- ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ методом термического увлажнения. Цель изобретения – интенсификация процесса обработки плит и повышение стабильности разновесной влажности на сечение плиты.
В изобретении Гаврилова М.П., Рыжовой Е.Н., Костиковой А.Б., Афанасенко М.Н., Смирнова В.И. и Багаева А.А., патент Швеции № 182609, кл. В 29 J 5/00, 1966., представляющие Специализированное проектно- конструкторское научно- технологическое бюро Научно- производственного объединения “Плитпром”, предложен СПОСОБ OБРАБОТКИ ДРЕВЕСНО- ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ. Цель изобретения- улучшение физико- механических показателей плит путём повышения пластифицирующих свойств.
Следует отметить, что при изучении физических основ термопроката материала не рассматривалось влияние режимов термопроката на изменение поверхностного натяжения древесины в процессе её обработки. В 80-е годы XX столетия было разработано термопрокатное оборудование с различными способами нагрева, включая масляный нагрев валов, которое возможно применять в автоматических линиях отделки для облагораживания и предварительного нагрева поверхности мебельных щитов перед лакированием.
По общему мнению авторов, исследовавших процессы обработки строительных изделий с целью устранения разнотолщинности и снижению шероховатости поверхности древеных композиционных плит (П.Н.Хухрянского, М.С.Мовлина, К.А.Олехновича, А.А.Асакова, В.П.Белокурова и ряд других) указывается, что существует ряд проблем требующих проведения специальных исследований, а именно:
Рациональное построение калибровочных станков с учётом свойств исходного материала;
Исследование строения и структуры материала в зависимости от направления обработки;
Исследование влияния скорости деформации на соотношение упругих и остаточных деформаций обрабатываемого материала, состояние шероховатости поверхности древесных композиционных плит.
Как видно из патентного обзора по шлифовальному и термопрокатному оборудованию древесных материалов за последние 50 лет, существующее шлифовальные станки на основе термосилового воздействия применимы к чистой древесине. Аналогичных станков для древесным композитных плит нами обнаружено не было.