Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 11
1.1 Строение и свойства древесины 11
1.2 Характеристика антипиренов : 20
1.3 Методы придания древесине трудногорючих свойств 26
1.4 Столярные плиты 33
1.5 Выводы. Цель и задачи исследований 38
2 Основные методические положения 40
2.1 Основные положения при проведении исследований 40
2.2 Исходные материалы 40
2.2.1 Шпон лущеный 40
2.2.2 Делянки среднего слоя. : 41
2.2.3 Антипирен 41
2.2.4 Клей 42
2.3 Подготовка шпона и среднего слоя столярной плиты 44
2.3.1 Подготовка шпона 44
2.3.2 Подготовка среднего слоя 45
2.3.3 Конструкция пакета столярной плиты...". 46
2.4 Постоянные и переменные факторы при проведении исследований 47
2.5 Оборудование для проведения экспериментов 49
2.6 Методики исследования свойств трудногорючей столярной плиты и обоснование технологии ее изготовления 49
2.6.1 Методика определения слойности пакета столярной плиты 49
2.6.2 Методика определения направления волокон в слоях пакета столярной плиты 50
2.6.3 Методика исследования кинетики нагрева пакета столярной плиты 52
2.6.4 Методика исследования деформации пакета столярной плиты 54
2.6.5 Методика исследования деформативности пакета трудногорючей столярной плиты 56
2.6.6 Методика исследования прочности столярной плиты при статическом изгибе 56
2.6.7 Методика исследования прочности столярной плиты при скалывании по клеевому слою 60
2.6.8 Методика исследования влияния степени пропитки делянок на группу горючести столярной плиты 62
2.6.9 Методика определения рационального режима склеивания 62
2.6.10Методика планирования и обработки результатов экспериментальных исследований 64
3 Исследование конструкции и свойств трудногорючей столярной плиты.. 66
3.1 Определение слойности пакета столярной плиты 66
3.2 Определение направления волокон в слоях пакета столярной плиты 67
3.3 Исследование кинетики нагрева пакета столярной плиты 69
3.4 Исследование деформации пакета столярной плиты при склеивании 71
3.5 Исследование разнотолщинности пакета столярной плиты при прессовании 92
3.6 Исследование плотности столярной плиты 96
3.7 Исследование прочности столярной плиты при статическом изгибе 99
3.8 Исследование прочности столярной плиты при скалывании по клеевому слою 103
3.9 Исследование влияния степени пропитки делянок на группу горючести столярной плиты 107
3.10 Выводы 111
4 Обоснование режима склеивания трудногорючих столярных плит 114
4.1 Планирование эксперимента 114
4.2 Остаточная деформация пакета трудногорючих столярных плит 118
4.2.1 Статистическая оценка результатов реализации матрицы планирования , эксперимента 118
4.2.2 Анализ результатов эксперимента 121
4.3 Прочность при скалывании по клеевому слою между делянками среднего слоя и шпоном 123
4.3.1 Статистическая оценка результатов реализации матрицы планирования эксперимента 123
4.3.2 Анализ результатов эксперимента 126
4.4 Плотность трудногорючих столярных плит 129
4.4.1 Статистическая оценка результатов реализации матрицы планирования эксперимента 129
4.4.2 Анализ результатов эксперимента 132
4.5 Выбор рационального режима склеивания трудногорючих столярных плит 134
4.6 Технико-экономическое обоснование производства трудногорючих столярных плит 135
4.7 Выводы 137
Заключение 139
Список литературы:
- Методы придания древесине трудногорючих свойств
- Подготовка шпона и среднего слоя столярной плиты
- Определение направления волокон в слоях пакета столярной плиты
- Статистическая оценка результатов реализации матрицы планирования , эксперимента
Введение к работе
Постоянное техническое развитие общества приводит к увеличению энергонасыщенности гражданских и промышленных зданий, вагонов и судов. Следствием этого является возрастающее с каждым годом число пожаров, вызывающих человеческие жертвы и причиняющих значительный материальный ущерб.
Научно-исследовательские учреждения вагоностроительной промышленности и ВНИИ противопожарной обороны в результате многолетних исследований и опытно-конструкторских работ пришли к выводу о том, что системы пожарной сигнализации и устройства автоматического пожаротушения в реальных условиях эксплуатации парка подвижного состава не в состоянии обеспечить его надежную защиту от пожаров. Но в тоже время они требуют больших затрат на содержание и периодическую зарядку.
Таким образом, помимо развития активных систем пожаротушения, перспективным путем повышения пожаробезопасности зданий, вагонов и судов является применение огнезащищенных материалов и конструкций. Опыт крупных пожаров в зданиях показывает, что огонь, действуя на незащищенные материалы стен и несущих конструкций, приводит к быстрому их разрушению. Использование огнезащищенных материалов при строительстве позволяет предотвратить пожар или замедлить его развитие, а, следовательно, сократить человеческие жертвы и материальный ущерб.
Поэтому, с каждым годом происходит ужесточение требований к пожарной безопасности материалов, используемых в строительстве, вагоно- и судостроении.
Эти требования ограничивают применение древесины и древесных материалов в данных отраслях промышленности. В тоже время древесина является легким и прочным материалом. В этой связи, исследования по созданию трудногорючих древесных материалов являются актуальными как в России, так и за рубежом.
В настоящее время широкое распространение в строительстве и вагоностроении получила трудногорючая фанерная плита, изготовленная из шпона пропитанного антипиреном.
Неизбежным следствием процесса пропитки является увеличение плотности древесины, так как во внутренние полости, имеющиеся в структуре древесины, вводятся дополнительные вещества. Для отнесения фанеры к группе трудногорючих материалов в шпоне должно содержатся не менее 20...25 % антипирена. Поэтому, плотность трудногорючих фанерных плит может достигать 850...900кг/м3.
В тоже время вагоно- и судостроители особое внимание уделяется плотности используемых материалов, так как от этого зависит масса готовых вагонов и судов, и стремятся к её снижению.
Таким образом, задача создания трудногорючего древесного материала, обладающего меньшей плотностью, чем трудногорючая фанера является актуальной.
Одним из путей решения проблемы большой плотности и пожаробезо-пасности является создание трудногорючей столярной плиты.
Известно, что преимуществом столярной плиты по сравнению с фанерой является меньшая плотность при допустимом снижении прочностных показателей. Это свойство является особенно важным при использовании её как конструкционного материала в таких отраслях промышленности как вагоно- и судостроение.
Площадь пласти столярной плиты значительно превышает площадь ее кромок и торцов, поэтому она подвергается наибольшему воздействию огня. Следовательно, огнестойкость получаемого материала в гораздо большей степени зависит от степени и качества пропитки наружных слоев, чем содержания антипирена во внутреннем слое. Поэтому, снижение плотности и стоимости столярных плит возможно за счет уменьшения количества антипирена в делянках среднего слоя.
Для производства фанеры в основном используют березу. Древесина дру-
7 гих мягких лиственных пород (осины, ольхи, липы) используется в значительно
меньшем объеме.
Известно, что при изгибе максимальные нормальные напряжения действуют в наружных слоях плит. Таким образом, использование в среднем слое плиты мягколиственной древесины, а в наружных слоях твердолиственной не приведет к значительному снижению прочности. Было решено для наружных слоев использовать лущеный шпон из древесины березы, а для среднего слоя -делянки из древесины осины.
Это обосновано следующим. Во-первых, плотность осиновой древесины меньше, чем березовой. Это позволит снизить плотность готового материала. Во-вторых, древесина осины пропитывается лучше и качественней, чем еловая древесина. В-третьих, существуют большие запасы невостребованной осиновой древесины.
Проблема использования древесины мягких лиственных пород весьма актуальна. В перспективе эта задача приобретёт еще большее значение. Возникшая по ряду причин нехватка древесины березы в европейской части страны ставит задачу более полного использования древесины других мягких лиственных пород, значительную часть которых составляет осина.
Среди лиственных лесов России осиновые леса (осинники) занимают второе место после березовых и составляют 16% древостоев. На протяжении последних десятилетий происходило систематическое накопление площадей и запасов осинников, так как осина одна из наиболее производительных древесных пород. Обширный ареал, успешное возобновление естественным путем, быстрый рост, меньший по сравнению со многими другими породами возраст рубки требуют изыскания путей ее рационального использования. Невостребованность осинового сырья при выполнении сплошных рубок создает значительные трудности в работе лесозаготовительных организаций. Как известно, по потребительским свойствам осина мало уступает другим породам. Осина легкая, но довольно прочная и упругая древесина, легко лущится.
Производство столярных плит включает в себя комплекс технологиче-
8 ских операций, направленных на получение материала, отвечающего определенным требованиям.
Склеивание слоистых древесных материалов — это сложный физико-химический процесс взаимодействия клея и древесины, который сопровождается тепло- и массообменом, фазовыми превращениями и изменением реологии компонентов [112]. Использование антипирена еще в большей степени затруднит его анализ. Поэтому разработка трудногорючих столярных плит возможна только на основе знаний закономерностей явлений, имеющих место при склеивании, свойств древесины, антипирена и клея.
Таким образом, для решения проблемы создания трудногорючей столярной плиты с применением древесины осины необходимо разработать научные основы технологии склеивания, учитывающей особенности этой породы и влияние антипирена.
В диссертации обобщены основные сведения о деформативности и реологических свойствах древесины, используемых антипиренах, способах огнезащиты древесины и изготовления столярных плит.
Антипирен представляет собой совокупность высокомолекулярных веществ. Они вступают во взаимодействие, как с используемым клеем, так и с древесиной. Учитывая это, в диссертации были проведены исследования направленные на изучение влияния антипирена на физико-механические свойства готового материала и качество склеивания шпона и делянок среднего слоя.
Склеивание пакета трудногорючей столярной плиты представляется как процесс, при котором одновременно происходит нагрев и деформирование шпона, перенос и отверждение связующего. Клей смешивается с солями антипирена, находящимися на поверхности шпона, и проникает в древесину. Воздействие антипирена и температуры на древесину при горячем склеивании существенно снижает ее модуль упругости, изменяет характер деформирования. В работе проведены исследования по установлению характера деформирования и нагрева пакета столярной плиты.
В работе обоснованы конструкция и режимы склеивания трудногорючей
столярной плиты с использованием осиновой и березовой древесины.
Цель работы. Создание трудногорючих конструкционных древесных материалов и технологии их изготовления. Научной новизной обладают;
Степень содержания антипирена в делянках среднего слоя из древесины осины, позволяющая получить трудногорючую столярную плиту с низкой плотностью и требуемыми прочностными показателями.
Математические модели, описывающие плотность и прочность при скалывании по клеевому слою между делянками среднего слоя и шпоном, позволяющие обосновать параметры режима склеивания трудногорючих столярных плит.
3. Модели деформирования древесины и древесных материалов,
пропитанных антипиреном на основе полифосфатов аммония, имеющие
принципиальное отличие от моделей деформирования непропитанной
древесины в скорости изменения деформаций.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Пропитка древесины осины антипиреном на основе полифосфатов
аммония повышает ее огнестойкость, изменяет упругие и другие физико-
механические свойства.
Применение антипирена, представляющего собой минеральную соль, содержащую аммиак, существенно снижает влияние температуры и давления склеивания на деформацию древесины в процессе ее пьезотер-мической обработки.
Деформации обработанной антипиреном древесины при горячем склеивании имеют наследственный характер и могут быть описаны уравнениями теории наследственности Больцмана-Вольтерра.
Достоверность сформулированных в диссертации предположений и выводов подтверждается результатами экспериментальных исследований, применением для анализа деформативности реологической модели Максвелла и теории наследственности Больцмана-Вольтерра, а также поло-
10 жительными результатами испытаний опытно-промышленной партии продукции, проведенных в условиях ЗАО "Архангельский фанерный завод" (г. Новодвинск, Архангельская область). Регрессионные модели достаточно точно воспроизводят описываемые явления, их адекватность подтверждается проверкой в соответствии с общепринятыми методиками. Практическая значимость работы:
1. Обоснована конструкция пакета и определены физико-
механические свойства трудногорючей столярной плиты, позволяющей
повысить пожаростойкость строительных конструкций и транспортных
средств.
2. Разработан режим склеивания трудногорючих столярных плит с
использованием древесины осины.
Применение в промышленности и строительстве разработанного материала с использованием древесины осины позволит:
1. Увеличить сырьевую базу лесопромышленного производства и
эффективность лесозаготовок за счет использования маловостребованной
древесины осины.
Повысить огнестойкость и снизить массу конструкционных материалов используемых в строительстве, вагоно- и судостроении.
Сократить расход антипирена и клея по сравнению с трудногорючей фанерной плитой.
Место проведения: Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени СМ. Кирова на кафедре технологии деревообрабатывающих производств.
Апробация работы: Промышленная проверка разработанных режимов получения трудногорючей столярной плиты из древесины осины и березы проведена на ЗАО "Архангельский фанерный завод" (г. Новодвинск, Архангельская область). Разработаны технические условия (Приложение III) и осуществлен выпуск опытной партии (Приложение IV).
По результатам исследований опубликовано 3 статьи.
Методы придания древесине трудногорючих свойств
Древесина и материалы на ее основе приобретают трудногорючие свойства в результате обработки различными химическими составами.
Любой способ обработки защитными составами должен отвечать следующим требованиям [22]: - эффективная защита древесины; - высокая производительность; - доступность защитных составов; - безопасность в применении и эксплуатации.
Проникание пропиточного раствора в древесину относится к физико-химическим процессам и объясняется способностью древесины сорбировать различные вещества и в первую очередь воду и спирт. Проникновение жидкости в древесину происходит в результате действия следующих физических факторов: капиллярных сил всасывания; диффузии; избыточного внешнего давления; электростатистических сил.
Глубина пропитки древесины определяется суммарным действием всех четырех факторов не зависимо от того, какой метод пропитки применяется. Меняется только количество пропиточного раствора, поглощенного древесиной под влиянием того или иного фактора.
Большое влияние на количество поглощенного раствора, глубину и скорость пропитки оказывают особенности строения древесины различных пород, что вызвано, в первую очередь, различиями в плотности, количестве пор и их состоянии. Исследованиями макро- и микроструктуры древесины и ее влияние на проводимость древесины занимались в разное время В.Е. Москалева, П.С. Серговский, Н.А. Оснач, Е.В. Харук, Б.С. Чудинов, В.Н. Ермолин и др. [49, 69, 75,78,104, 114]
Количество влаги, которое способна поглотить древесина зависит от ее плотности [49]. Чем меньше плотность, тем больше пустот в единице объема древесины и тем больше влаги она может поглотить [69]. Но скорость и глуби на пропитки зависят от числа и характеристик межклеточных пор [114]. В свою очередь на межклеточные поры оказывает сильное влияние местоположение в стволе дерева. Проницаемость заболонной и ядровой (спелой) древесины сильно отличаются друг от друга. Например, заболонь сосны хорошо проводит воду даже при атмосферном давлении, а ядро непроницаемо даже при пропитке под давлением. Низкая проницаемость ядра и спелой древесины у хвойных пород обуславливается как смещением торуса, которое вызывает закрытие поры, так и инкрустацией маргинальной зоны экстрактивными веществами [40, 75, 104]. Повысить проницаемость возможно экстракцией древесины или применением при пропитке в автоклаве переменного давления. У лиственных пород при образовании ядра сосуды, а иногда трахеиды, закупориваются тиллами, которые сильно снижают проницаемость. Снижение проницаемости наблюдается также при образовании ложного ядра, в результате образования которого сосуды закрываются тиллами, микоинфильтратами или раневыми веществами [75].
Все существующие методы огнезащиты древесины и материалов на ее основе можно разделить на две группы: 1. Поверхностная обработка; 2. Глубокая пропитка.
К поверхностной обработке относят оштукатуривание, покрытие листовым металлом (цинком, алюминием, латунью, нержавеющей стали) или тонкими листами асбестоцемента, окрашивание, поверхностную пропитку. Как правило, эти способы обработки применяются огнезащиты уже готовым конструкциям из древесины или древесных материалов. В данном случае преграждается доступ воздуха к древесине, и затрудняется выход горючих летучих веществ, образующихся при ее термическом разложении [52].
Защита древесины и материалов на ее основе методом окрашивания заключается в нанесении на их поверхность огнезащитных композиций в виде лаков, красок, обмазок или паст. Технология нанесения огнезащитных лаков и красок не отличается от технологии нанесения обычных лакокрасочных материалов. Трудногорючие покрытия можно получать в результате горячего прес сования древесных плит с предварительно нанесенным огнезащитным составом [72]. Все трудногорючие покрытия по реакции на огонь подразделяются на два типа: вспучивающиеся и невспучивающиеся.
В условиях возгорания вспучивающиеся покрытия, под действием содержащихся газообразователей и пластификаторов, вспениваются и образуют толстый мелкопористый угольный слой с хорошими теплоизолирующими свойствами, сохраняющимися при высоких температурах [54]. Основным недостатком невспучивающихся покрытий является то, что для достижения высокого изолирующего действия их необходимо наносить более толстым слоем, чем вспучивающиеся. Расход огнезащитных составов может доходить до 1,5 кг/м2.
Общими недостатками покрытий являются многокомпонентность составов, что обуславливает сложность их изготовления, и высокая цена некоторых компонентов составов.
Поверхностная пропитка древесины заключается в нанесении пропиточного раствора на обрабатываемую поверхность с последующим проникновением его в древесину. Механизм пропитки сводится в основном к капиллярному всасыванию раствора и созданию поверхностной защитной оболочки [31]. Влажность обрабатываемого древесного материала, как правило, должна быть ниже предела гигроскопичности, но возможно обрабатывать и влажную древесину.
Нанесение раствора при поверхностной пропитке осуществляется несколькими способами: опрыскивателем, кистью или кратковременное погружением в ванны с раствором.
Для поверхностной пропитки сырой древесины используется метод кратковременного погружения в ванну с пропиточным раствором. За это время в результате капиллярного впитывания и отчасти гидростатического давления жидкости на поверхности материала образуется очень тонкий (менее 1 мм) пропитанный раствором слой.
Подготовка шпона и среднего слоя столярной плиты
Перед проведением экспериментальных исследований лущеный березовый шпон пропитывался раствором полифосфатов аммония с целью придания ему трудногорючих свойств. Пропитка осуществлялась в автоклаве в условиях ЗАО «Архангельский фанерный завод» по методу вакуум-давление-вакуум (ВДВ). Степень поглощения шпона оценивалась по методике разработанной НПО «Йодобром» [96]. Режимы пропитки и степень поглощения шпона представлены в табл. 2.4.
В литературе имеются данные о снижении механической прочности древесины при пропитке [22, 109]. На снижение прочности влияет как способ пропитки, например в автоклавах [51], так и применяемые пропиточные растворы [61].
Предел прочности пропитанного шпона при растяжении, согласно результатам исследований, проведенных в УкрНИИМОД [44], представлен в табл. 2.5.
При проведении исследований в качестве среднего слоя использовались склеенные щиты из осиновых делянок, не пропитанных и пропитанных полифосфатами аммония. Пропитанные делянки среднего слоя имели следующие степени поглощения антипирена: 4; 8; 12; 16 %.
Пропитка делянок осуществлялась по методу ПРХВ (прогрев-холодная ванна) [22, 28]. Данный способ позволяет достичь глубокой пропитки древесины антипиренами. Начальная влажность делянок перед пропиткой должна быть менее 25% [42, 51, 105].
Делянки, так же как и шпон, пропитывались водным раствором полифос-фатов аммония. Перед пропиткой из исходного раствора плотностью 1400 кг/м готовился рабочий раствор путем его разбавления водопроводной водой до плотности 1195... 1210 кг/м .
Делянки прогревались в сушильном шкафу при температуре 90...95 С в течении 1 часа. Затем они, определенное время, в зависимости от требуемой степени поглощения, выдерживались в ванне с пропиточным раствором, температура которого составляла 20...30 С.
Поглощение пропиточной жидкости древесиной достигается за счет резкого перепада температур, в результате которого парогазовая смесь в полостях древесины сжимается, всасывая пропиточный раствор. Количество поглощенных солей, в процентах, оценивалось по следующей формуле [25]: (2.1) где В] - масса образца до пропитки, г; В2 - масса образца после пропитки, г; С - концентрация рабочего раствора, %.
Пропитанные делянки выдерживались в течение суток при комнатной температуре для более равномерного распределения раствора по их сечению и, затем, доводились до влажности 6...8 % в сушильном шкафу.
Пропитанные делянки сортировались по требуемой степени поглощения ±2% и затем склеивались на гладкую фугу с помощью водостойкой поливинил-ацетатной дисперсии. Механическая обработка делянок перед склеиванием не осуществлялась. Готовые щиты среднего слоя выдерживались в течение 24 часов при комнатной температуре для полного отверждения клея.
В соответствии с исходными требованиями, для определения рациональной конструкции пакета необходимо решить две задачи: 1. Определить влияние слойности столярной плиты на группу горючести. 2. Определить влияние направления волокон древесины в делянках и в слоях шпона относительно друг друга на прочность плит.
На конечные свойства трудногорючей столярной плиты оказывают влияние большое количество различных факторов. Основываясь на результатах проведенных ранее исследований и априорных сведениях, были выделены следующие факторы, которые можно разделить на пять групп:
1. Факторы, связанные с используемыми материалами: - порода древесины делянок/шпона; - шероховатость поверхности делянок/шпона; - влажность делянок/шпона; - толщина делянок/шпона; - марка смолы; - состав клея; - состав, используемый для придания плите трудногорючих свойств.
2. Факторы, связанные с пропиткой используемых материалов: - способ придания плите трудногорючих свойств (придание трудногорючих свойств делянкам и шпону до изготовления плиты, или уже готовой плите) - степень пропитки делянок/шпона; - метод пропитки делянок/шпона.
3. Факторы, связанные с конструкцией пакета: - способ изготовления щита среднего слоя (из склеенных делянок, из не склеенных делянок и блочный); - количество листов шпона в наружных слоях столярной плиты; - направление волокон древесины в листах шпона относительно направления волокон в делянках;
Определение направления волокон в слоях пакета столярной плиты
При склеивании слоистых клееных материалов высокая температура используется для ускорения отверждения клея. В тоже время одновременное действие высокой температуры и давления приводит к увеличению остаточной деформации и при большой выдержке под давлением может привести к деструкции отвержденного клея. Поэтому, знание кинетики нагрева пакета необходимо для обоснования продолжительности его склеивания.
Результаты испытаний приведены на рис. 3.2 (табл. П 1.3).
Из результатов исследования видно, что наиболее удаленный от плит пресса клеевой слой нагревается до температуры 100 С через 5 минут после начала периода выдержки под давлением.
Давление склеивания не оказывает значительного влияния на скорость нагрева шпона. Разница между значениями температур в равноудаленных от плит пресса клеевых слоях, достигнутых за один промежуток времени, при различном давлении склеивания, составляет менее 3 С. Это можно объяснить наличием во внутренних полостях древесины солей антипирена, теплопроводность которых выше, чем у древесного вещества. Таким образом, происходит увеличение скорости нагрева древесины и снижается влияние давления склеивания.
Полная деформация древесины, состоит из упругой, высокоэластической и вязко-текучей составляющей. Упругая и высокоэластическая деформации являются обратимыми. После снятия нагрузки они восстанавливаются. В свою очередь вязко-текучая деформация не обратима. Высокоэластические и вязко-текучие деформации могут перерождаться друг в друга в зависимости от температуры и влажности деформируемой древесины.
При горячем склеивании пакета фанеры или столярной плиты сразу же после снятия давления происходит быстрое снижение полной деформации за счет упругой составляющей. Дальнейшее снижение деформации происходит за счет высокоэластической составляющей. Одновременно со снижением деформации происходит остывание пакета. Это приводит к тому, что часть обратимой высокоэластической деформации переходит в необратимую вязко-упругую. Также можно предположить, что часть высокоэластической деформации задерживается вследствие отверждения связующего, проникшего в поры древесины.
Деформация, имеющая место при изготовлении столярных плит, может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на их качество. Деформации составных элементов позволяют улучшить контакт между склеиваемыми поверхностями и повысить прочность склеивания, что, безусловно, окажет положительное влияние на качество будущего продукта. Большие остаточные деформации позволяют повысить прочность готового материала за счет уплотнения древесины. Но в то же время они увеличивают расход исходных материалов и массу плиты, за счет увеличения плотности.
Поэтому, для получения материала с заранее заданными свойствами необходимо знать, как он деформируется в зависимости от давления склеивания и степени пропитки делянок среднего слоя.
В данной работе были исследованы остаточная и полная деформация пакета столярной плиты. Результаты исследований представлены в табл. 3.3 (табл. П 1.4 и П 1.5) и нарис. 3.3, 3.4. На основе экспериментальных данных в программе Microsoft Excel по методу наименьших квадратов были построены следующие уравнения регрессии. 1. Полная деформация при давлении склеивания 1,2 МПа. у = -3,483 Ып(х) + 9,4072, (3.1) при Д2=0,9799. 2. Остаточная деформация при давлении склеивания 1,2 МПа. = -2,0035-ln(x) + 6,0145, (3.2) при Я2=0,948. 3. Полная деформация при давлении склеивания 1,9 МПа. у = 31,92 Ьх-0 7361, (3.3) приД2=0,9741. 4. Остаточная деформация при давлении склеивания 1,9 МПа. у = 17,017-дг- 6112, (3.4) при Л2=0,9427. В приведенных выше уравнениях «у» обозначена деформация пакета столярной плиты в процентах, «х» — содержание антипирена в делянках среднего слоя в процентах.
Статистическая оценка результатов реализации матрицы планирования ,ф эксперимента
Анализируя результаты проведенных экспериментов, можно заключить, что на величину прочности при скалывании по клеевому слою все переменные факторы оказывают непосредственное действие. Главным образом влияют продолжительность выдержки под давлением (хз) и температура плит пресса (х2). Положительный коэффициент регрессии указывает на увеличении прочности при росте значений данных факторов. Эффект взаимодействия температуры плит пресса и продолжительности выдержки под давлением оказывает второе по значимости воздействие на прочность склеивания. Отрицательное влияние, которые оказывают данные факторы на прочность склеивания при одновременном увеличении, можно объяснить термодеструкцией клеевого слоя при выдержке под давлением.
С увеличением расхода клея (х5) происходит увеличение прочности трудногорючих столярных плит при скалывании. Это можно объяснить тем, что при большом расходе увеличивается количество механических сцепок клея и древесины делянок.
С увеличением величины давления склеивания (xi) и содержания анти-пирена в делянках среднего слоя (Х4) происходит рост значения выходного параметра. Эффект их взаимодействия так же оказывает влияние на прочность склеивания. Положительный коэффициент регрессии указывает на то, что рост прочности склеивания происходит при увеличении значений обеих факторов. Увеличение давления склеивания способствует деформированию наружных слоев древесины, что мешает клею проникать глубоко в древесину осины и нарушать монолитность клеевого слоя. Давление способствует деформации наружных слоев древесины. В результате улучшается контакт склеиваемых поверхностей и механическое сцепление древесины и клея. В свою очередь, антипирен, закупоривая поры в клеточных стенках, также препятствует слишком глубокому проникновению клея.
Кроме эффекта взаимодействия давления склеивания и содержания ан-типирена, положительное действие на прочность клеевого слоя оказывается при одновременном увеличении температуры плит пресса и содержания ан-типирена, содержания антипирена и расхода клея. Температура склеивания ускоряет нарастание вязкости при отверждении клея, тем самым, препятствуя ему проникать слишком глубоко в древесину. Расход клея увеличивает количество механических связок древесины и клеевого слоя.
Снижение прочности склеивания при одновременном повышении давления и температуры склеивания, давления и времени склеивания, времени склеивания и расхода клея можно объяснить деструкцией отвержденного клеевого слоя при длительной выдержке под давлением и высокой температурой.
Отрицательный коэффициент регрессии взаимодействия давления склеивания и расхода клея можно объяснить тем, что при повышенном давлении происходит частичное выдавливание клея.
Достаточно большое отрицательное влияние на прочность плит при скалывании оказывает одновременный рост температуры склеивания и расхода клея. Это связано с тем, что в результате действия антипирена и высокой температуры происходит быстрое нарастание вязкости клея, и он не успевает проникнуть в древесину. Таким образом, образуется толстый клеевой слой без должного контакта адгезива и субстрата.
Следует отметить, что данная математическая модель справедлива только в пределах варьирования переменных факторов.
Значения плотности трудногорючих столярных плит, полученные в результате реализации матрицы планирования ДФП 25"1 (табл. 4.2), представлены в табл. 4.9 (табл. П П.З). Расчетное значение (7-критерия Кохрена равно 0,1916. По табл. 6 приложения [5] табличное значение G-критерия Кохрена для // = 2,/2 =16,/7 = 0,05 равно 0,3218. Так как Gvzm GjaQn, то построчные дисперсии однородны. Поэтому в качестве оценки для дисперсии воспроизводимости можно взять среднюю дисперсию. - воспр = 1U,53O2.
Значимость коэффициентов регрессии проверяется по критерию Стью-дента. Для всех коэффициентов уравнения регрессии составляется t-отношение
Дисперсия коэффициентов регрессии tfbj - 0,2195. Отсюда ошибка коэффициентов регрессии равна 0,4686.
Коэффициент регрессии считается незначимым, если расчетное значение /-критерия Стьюдента меньше табличного. По табл. 3 приложения [5] табличное значение /-критерия Стьюдента для / = 32, р = 0,05 равно 2,04. Расчет коэффициентов регрессии и значения /-критериев Стьюдента представлен в табл. 4.10.
