Дерево и пластмассы

История

Лесопильное производство

Один из главных путей комплексного использования древесного сырья — производство древесностружечных (ДСП) и древесноволокнистых (ДВП) плит, позволяющее повысить коэффициент использования древесины и получить листовой материал, эффективно заменяющий пиломатериалы. Большое значение при этом имеет внедрение оборудования по производству щепы из тонкомерной низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки. Эффективность лесопильного производства повышается также за счет агрегатной переработки бревен на пиломатериалы и технологическую щепу с использованием фрезерно-брусующих и фрезерно-пильных станков.

На лесопильные предприятия пиловочное сырье — хлысты (стволы срубленного дерева, у которого отделены корни и сучья) поступает сплавным путем, железнодорожным или автомобильным транспортом. При поперечной разделке хлыстов получают круглые сортименты, имеющие различное назначение. Бревнами называют сортименты, предназначенные для использования в круглом виде или в качестве сырья для получения пиломатериалов.

Кряжами называют сортименты, используемые для выработки специальных (авиационных, резонансных)пиломатериалов, лущеного или строганого шпона, шпал. Отрезки кряжей, соответствующие по длине рабочим размерам деревообрабатывающего оборудования, называют чураками. Балансы — круглые сортименты для переработки на целлюлозу и древесную массу.

Пиломатериалы получают при продольной распиловке бревен и кряжей. Качество пилопродукции зависит от состояния технологической подготовки пиловочника перед распиловкой. Она включает в себя сортировку и подборку сырья по породам, размерам и качеству, окорку сырья, оттаивание в зимнее время, обмывку и очистку от загрязнения. Пиловочник во избежание загнивания хранят либо в спецальных водных бассейнах глубиной 1,5—2 м, либо на суше в штабелях с применением дождевальных установок для увлажнения древесины. Влажность древесины в этих условиях около 200 %, при этом гниение прекращается. Затем для предохранения от загнивания древесины пиловочник необходимо высушить до влажности 20 %.

Окорка бревен является одной из эффективных операций по подготовке сырья к распиловке, при этом уменьшается затупление пил, улучшается точность и чистота поверхности пиломатериалов, повышается качество отходов как вторичного сырья.

а —пластина; б — двухкантный брус; в -- четырехкантный брус; г — горбыль; д — рейка; е — необрезная доска; ж - обрезная доска с острым обзолом; з — обрезная доска с тупым обзолом; и — чистообрезная доска

На лесопильных предприятиях предпочтительна распиловка бревен с брусовкой, в результате которой получают чистообрезные пиломатериалы и, кроме того, повышается количественный и качественный выход пилопродукции.

Пиломатериалы хранят в штабелях под навесами или на складах в закрытых помещениях. Штабель пиломатериалов необходимо выкладывать правильной геометрической формы — боковые и торцовые поверхности должны быть строго вертикальны. Средние размеры штабеля: ширина 1,8—2,4, высота 2,6—5, длина 6,5—6,8 м.

При складировании пиломатериалов под навесами следует обеспечить защиту пиломатериалов от атмосферных осадков и солнечной радиации. Для этого над рядовыми штабелями монтируют односкатные крыши с уклоном 0,2, над пакетными штабелями — одно- или двускатные крыши с уклоном 0,06; свесы на стороны штабеля 0,3—0,5 м.

Открытый склад устраивают на сухом, хорошо проветриваемом участке, территорию которого тщательно выравнивают, обрабатывают химикалиями для уничтожения растительности, покрывают щебенкой и опрыскивают кузбасслаком.

Сушка древесины.

Сушка является одной из основных и самых сложных операций технологического процесса при использовании древесины. Ее проводят для повышения удельной прочности древесины, предохранения от загнивания, предупреждения коробления деревянных элементов при эксплуатации, а также для улучшения склеивания, пропитки и отделки древесины. В результате сушки древесина из природного сырья превращается в промышленный материал, отвечающий самым разнообразным требованиям, предъявляемым к ней в различных областях народного хозяйства.

Сушкой называется удаление влаги из древесины. При этом одновременно протекает несколько процессов: теплообмен — передача тепла древесине от агента сушки или источника тепловой энергии; теплопроводность—перемещение тепла внутри материала; влагоотдача — испарение влаги с поверхности древесины.

По методу передачи тепла различают конвективную и электрическую сушку пиломатериалов. Конвективная сушка происходит вследствие передачи тепла древесине конвекцией от нагретой газообразной или жидкой среды. К основным способам конвективной сушки относятся: атмосферная сушка на складах или под навесами; камерная или газообразная сушка в газообразной среде (воздух, топочные газы, перегретым пар) при атмосферном давлении; сушка в нагретых гидрофобных жидкостях или солевых водных растворах.

Способ сушки выбирают в зависимости от назначения древесины, ее конечной влажности и требований к качеству древесины. Влажность свежесрубленной древесины колеблется в широких пределах и зависит от породы и анатомического строения древесины.

а — при тангенциальной распиловке; б — при радиальной распиловке; в — поперечное коробление; г — продольное коробление по пласти; д — продольное коробление по кромке; е — винтообразное коробление

Атмосферная сушка осуществляется на открытом воздухе. Доски укладывают с зазорами (на прокладках), обеспечивающими проветривание штабеля. Для предохранения от атмосферной и грунтовой влаги штабеля укладывают на подкладки и сверху устраивают навес, а для равномерного высушивания всех слоев досок штабеля периодически перекладывают.

Продолжительность сушки в штабелях зависит от климатических условий местности, времени года, толщины досок и требуемой конечной влажности пиломатериалов. Для досок толщиной 30...50 мм в летнее время в районе Москвы продолжительность сушки составляет 10...16 дней при высушивании до конечной влажности 30 % и 20...40 дней — до конечной влажности 20 %. В связи с такой большой разницей в продолжительности сушки в зависимости от конечной влажности досок рекомендуется высушивать пиломатериалы до влажности 30 % с последующим досушиванием в камерах до требуемой влажности 8...12%.

Камерная сушка производится в сушильных камерах, внутри которых поддерживается повышенная температура и интенсивная циркуляция нагретого воздуха или перегретого пара с помощью вентиляторов.

Удаление влаги из древесины начинается с наружных слоев досок, поэтому влажность остается неравномерной по толщине досок до самого конца процесса сушки. При чрезмерно интенсивном удалении влаги из наружных слоев и большом перепаде во влажности по слоям в досках могут возникнуть .трещины, поэтому процесс стараются вести таким образом, чтобы сначала прогреть имеющуюся в древесине влагу, не формируя ее удаление с поверхности досок. Это достигается введением в камеру на первой стадии влажного нагретого воздуха при температуре 50 + 5 °С. Затем по мере прогрева и снижения влажности древесины температуру воздуха повышают, а влажность воздуха понижают. Доски для клееных конструкций высушивают до влажности 8 % по наружной поверхности, имея в виду, что при фрезеровании будут сняты наиболее сухие наружные слои досок. Перед механической обработкой выгруженные из камеры доски должны трое суток сохраняться в помещении с температурой воздуха 16...22 °С и влажностью воздуха 60...70 % (кондиционируются) с целью выравнивания влажности по сечению.

К дефектам сушки относятся коробление (изменение формы) пиломатериалов и появление наружных и внутренних трещин в материале. Причиной коробления является также различная усушка в радиальном и тангенциальном направлениях. На величину коробления влияют косослой и крень, вызывающие скручивание и продольное коробление материала (см. рис..)

Инструмент и станки, применяемые при деревообработке.

В производстве деревянных строительных деталей, изделий и конструкций для придания им необходимых размеров, форм и чистоты поверхности применяют обработку древесины резанием. Обработку резанием со снятием стружки осуществляют инструментами, имеющими один или несколько резцов. В общем виде резец имеет форму клина

Различают элементарное и сложное резание. Элементарным называется резание, которое производится только одной прямолинейной кромкой резца — лезвием, направлено прямолинейно и имеет постоянную скорость. Стружка получается одинаковой толщины по ширине и направлению резания. Резец занимает по отношению к волокнам одно из рассмотренных выше положений. Всякий другой случай резания называется сложным.

Распиловка — наиболее распространенный способ резания древесины. Пилы представляют собой многорезцовый инструмент. Оки состоят из полотна и резцов, которые называются зубьями. Различают рамные, дисковые и ленточные пилы.

Рамные пилы, представляющие собой длинные тонкие стальные полотна толщиной 1,8—2,2 мм, предназначены для продольной распиловки бревен на лесопильных рамах. На рис. Х.14 приведены профили зубьев рамных пил.

Круглые пилы представляют собой стальные диски толщиной 1—5,5, диаметром 200—1250 мм; на периферийной части нанесены зубья, профили которых показаны на рис. Они применяются для продольной и поперечной распиловки. Пилы с переменной толщиной диска называются строгальными.

Ленточные пилы имеют вид непрерывной ленты с режущими зубьями на передней кромке шириной полотна до 40—50, толщиной 0,6—2,2 мм. Длину пильной ленты выбирают в зависимости от габаритов станка, концы ленты спаивают. Они применяются для продольной распиловки пиломатериалов и для криволинейных пропилов.

Операции строгания и фрезерования тождественны по своему принципу. Под строганием понимают процесс плоскостной обработки заготовок, тогда как при фрезеровании производят фасонную обработку по прямолинейному или криволинейному контуру (рис. Х.19). Строганием удаляют с поверхности заготовок неровности, образовавшиеся при других видах механической обработки или получают шпон и стружку для плит. Строгание выполняют на строгальных, циклевальных, лущильных, стружечных станках. В качестве строгального инструмента используют строгальные ножи.

Фуговальные станки предназначаются для выверки и фрезерования под плоскость одной пли двух смежных граней под заданный между ними угол.

Рейсмусовые станки. На этих станках можно обрабатывать заготовки в размер по толщине и ширине, соблюдая при этом параллельность противоположных сторон.

Волокнистое строение древесины и анизотропия ее механических свойств обусловливают особенности конструкции сверл для древесины (рис. Х.26). Для сверления отверстий перпендикулярно волокнам используют сверла с подрезателями. Последний перерезает волокна, а режущая кромка скалывает волокна в их плоскости. Во избежание увода сверла часто применяют направляющий центр, заточенный в виде пирамиды.

Для механизации трудоемких ручных работ при обработке и сборке элементов конструкций применяют ручные электрические и пневматические машины и инструменты, представляющие собой упрощенные и уменьшенные до портативных размеров деревообрабатывающие станки.

Дисковые электропилы (ИЭ-5106, ИЭ-5102Б) служат для продольного и поперечного раскроя пиломатериалов и щитов, а также для пригонки деталей при монтаже деревянных конструкций. Ленточные электропилы позволяют обрабатывать древесину по криволинейному контуру. Машина ИЭ-6009 предназначена для строгания, продольного и поперечного пиления, фрезерования и сверления древесины. Паркетно-фрезерные машины (СО-40А, СО-97) в некоторых случаях могут быть использованы для обработки боковых поверхностей клееных дощатых конструкций. К переносным электрифицированным инструментам относятся электрофуганки, сверлильные, фрезерные, долбежные инструменты, гайковерты и шуруповерты. Привод инструмента может быть электрическим или пневматическим.

При изготовлении деталей и заготовок следует исходить из существующего сортамента пиломатериалов и учитывать припуски на механическую обработку. Припуском называется превышение размеров заготовки над номинальными размерами детали, т. е. это слой материала, подлежащий удалению при механической обработке.

Основные технологические процессы изготовления клееных деревянных несущих и ограждающих конструкций.

Клееные деревянные конструкции выпускают двух видов — несущие и ограждающие. К несущим конструкциям массового производства относятся балки, рамы, арки и фермы, сечения которых показаны на рис. Х.27. Ограждающие конструкции представляют собой деревянный каркас и приклеенные к нему обшивки из фанеры или других листовых материалов.

Для изготовления деревянных клееных конструкций рекомендуется в основном использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель), по ГОСТ 24454—80 с преимущественной поставкой их в рассортированном виде. Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм, которую получают при фрезеровании пиломатериалов толщиной 40 мм. Ширину пиломатериалов выбирают согласно номинальным размерам элемента с учетом суммарных припусков на усушку и механическую обработку. Эти припуски для пиломатериалов шириной от 75 до 100 мм равны в среднем 10 мм; от 125 до 175 мм — 15 мм; от 200 до 250 мм— 20 мм.

Для комбинированных конструкций следует применять березовую водостойкую фанеру толщиной не менее 8 мм по ГОСТ 3916—69 марки ФСФ, а также фанеру бакелизированную марки ФБС по ГОСТ 11539—73 с нзм. Синтетические клеи для соединения древесины и древесины с фанерой следует назначать в записи мости от условий эксплуатации, согласно требованиям CHиП II-25-80 «Деревянные конструкции».

а — сплошное прямоугольное; б — двутавровое с фанерной стенкой: в — двутавровое с волнистой стенкой; г — армированное; д — коробчатое; e — коробчатое с волнистыми стенками

Для получения пиломатериалов заданной влажности с минимальными внутренними напряжениями и минимальным перепадом влажности по толщине отдельных досок рекомендуется проводить сушку в три этапа — атмосферную, камерную и кондиционирование пиломатериалов в условиях цеха.

Выявленные визуально или при силовой сортировке недопустимые пороки и дефекты вырезают на торцовочных станках. После торцовки пиломатериалы поступают на линии склеивания досок по длине в плети.

В современном механизированном производстве клееных конструкций для склеивания досок по длине целесообразно использовать зубчатое соединение (рис. Х.28), которое обеспечивает при небольшой длине соединения высокую прочность и технологичность.

а — впритык; 6 — «на ус» ; в — зубчатое клеевое соединение; г — вертикальное зубчатое клеевое соединение; д — горизонтальное зубчатое клеевое соединение; t — шаг шипа; L—длина шипа; b — затупление; /—зазор

Качество склеивания в большей степени зависит от чистоты подготовленной поверхности. В производстве несущих конструкций поверхности под склейку следует обрабатывать по 7-му классу шероховатости, что достигается фрезерованием со снятием провесов, образовавшихся в соединениях на зубчатый шип. Склеиваемые поверхности должны быть свежеотфрезерованными (время с момента фрезерования до нанесения клея не должно превышать 8 ч), очищенными от пыли и плотно прилегать одна к другой.

Фенолоформальдегидные смолы являются основной составной частью многочисленных клеевых композиций, обеспечивающих прочные и водостойкие соединения при невысокой их стоимости.

Карбамидные клеи благодаря высокой адгезионной способности к древесине, относительно малой токсичности и стоимости широко применяют для склеивания древесины, особенно в мебельной промышленности. Основное преимущество клеев на основе карбамидных смол — большая скорость отверждения по сравнению с феноло-формальдегидными и резорциновыми смолами. Однако клеевые соединения на карбамидных смолах менее устойчивы к переменным температурно-влажностным воздействиям, что ограничивает использование этих клеев и они рекомендуются для конструкций, эксплуатируемых при влажности менее 70%.

Эпоксидные клеи отличаются высокой прочностью, водостойкостью, химической стойкостью, при отверждении не выделяют летучих веществ, усадка их не превышает 2 %. Из-за высокой стоимости эти клен для склеивания древесины применяют редко.

После нанесения на плети-заготовки клея технологическим процессом предусмотрены сборка пакета конструкций из подлежащих склеиванию заготовок, транспортирование их к запрессовочным устройствам, запрессовка и выдержка под давлением для создания прочных монолитных соединений. При выполнении перечисленных операций особое внимание уделяют продолжительности сборочных операций, которая зависит от вида применяемых клеев и температуры.

В связи с тем, что после распрессовки конструкций полимеризация клея полностью не завершена, необходимо перемещать склеенные элементы с особенной осторожностью на кондиционирование в условиях цеха, которое должно продолжаться не менее 3 сут для окончательного отверждения клея.

Окончательная механическая обработка включает фрезерование боковых поверхностей, торцовку конструкций и сверление отверстий под болты и соединительные детали.

Основные технологические схемы изготовления плоских и пространственных элементов конструкций из пластмасс.

Изготовление трехслойных плит, панелей и элементов оболочек производится исключительно в заводских условиях. Состоит из следующих основных операций: механической обработки, включая раскрой и стыковку материала обшивок и среднего слоя (пенопласта и ребер); приготовления клея и нанесения его на склеиваемые поверхности; сборки элементов панелей (обшивок и среднего слоя); запрессовки панели и выдержки до отверждения клея; распрессовки панели после окончания срока выдержки и окончательной отделки.

Механическая обработка листовых материалов ведется с учетом их природных особенностей. Для раскроя органического стекла, винипласта и пенопластов можно использовать обычные деревообрабатывающие станки и инструменты, для раскроя стеклопластиков и асбестоцемента - диски с алмазными вставками, абразивные круги.

Стыкование стеклопластика – внахлестку или с накладкой.

Подготовка поверхности. Перед нанесением клея соединяемые поверхности должны быть сухими, очищенными от пыли и консервирующих покрытий.

Очищают путем обдува сжатым воздухом, пылесосом, щетками и т. п. Очищенные поверхности стеклопластиков подвергают шерохованию для снятия глянцевого поверхностного слоя.

Не сильно вязкие клеи можно наносить пневматическим или гидравлическим распылением, особенно удобным для нанесения клея на большие поверхности обшивок.

Запрессовку панелей можно производить в винтовых и гидравлических прессах, однако при склеивании панелей еще удобнее пользоваться пневматическими прессами или вакуум-прессами.

Рис. 10.4. Схема изготовления трехслойных пластмассовых плит:

а - в вакуум-мешке; б - в пневмомешке; в - вспенивание пенопласта в полости плиты; 1 - плита; 2- вакуум-мешок; 3 - вакуум-насос; 4 -пневмомешок;5 - компрессор; 6 - короб; 7 - пустотообразователь; 8-пар

Основные принципы транспортирования и монтажа конструкций.

Транспортирование и монтаж конструкций дерева и пластмасс должны производиться с учетом их малой твердости и легкой повреждаемости. При транспортировании элементов несущих и ограждающих конструкций из дерева пластмасс должны быть приняты меры предохранения их увлажнения, случайных ударов и других неблагоприятных воздействий. Особенно следует опасаться приложения усилий, которые могут вызвать разрыв древесины поперек волокон или отделение клеевого шва. Захват элементов при подъеме можно производить только в местах, помеченных на изделии в соответствии с рабочими чертежами.

При проектировании элементов производят дополнительный их расчет для случая подъема. Этот расчет особенно важен для крупноразмерных элементов и конструкций (ферм, балок, noлуарок), в которых могут возникать достаточно большие усилия от действия собственной массы.

Перед установкой несущих конструкций в проектное положение производят их сборку, которую осуществляют на заводе-изготовителе или на строительной площадке, где конструкция может быть собрана полностью или частично. При частичной сборке операция окончательной сборки совмещается с монтаж и установкой в проектное положение (например, соединение двух полуарок или полурам на монтаже). Выбор места полной и частичной сборки конструкции определяется, главным образом, возможностью транспортирования конструкции или ее наибольшего элемента.

Сборку конструкции, доставленной к месту строительства в виде отдельных деталей, производят на горизонтальной ровной площадке в последовательности, указанной в рабочих чертежах. Перед сборкой должны быть выявлены и устранены дефекты, которые могли возникнуть в элементах при их транспортировании. Собранные конструкции хранят в вертикальном положении, предохраняя их от грунтовой и атмосферной влаги (путем применения подкладок, устройства навесов и т.п.).

Подъем конструкций после сборки и при монтаже должен производиться с помощью траверс и стяжек, обеспечивающих целостность конструкции. Перед подъемом все соединения (болты, винты, стяжки, упоры и т. п.) должны быть плотно подогнаны и затянуты. До начала монтажа должны быть выверены опорные площадки, на которые будет установлена конструкция.

Несущие деревянные конструкции по мере их установки в проектное положение должны быть сразу же закреплены постоянными связями и ограждающими конструкциями (прогонами, настилами, панелями), показанными в проекте. Первая конструкция после установки закрепляется временными растяжками или другими приспособлениями.

Такие несущие конструкции покрытия, как арки с затяжкой, фермы и балки, монтируют полностью собранными. Трехшарнирные рамы и арки удобнее монтировать, устанавливая в проектное положение отдельно две половины конструкции (полуарки, полурамы) и соединяя их после установки в ключевом (коньковом) узле. Для временного опирания верхней части полуарки при больших пролетах используют монтажную башню, с которой после выверки положения конструкции производят окончательную сборку ключевого узла. После выверки и закрепления собранной арки башню перемещают вдоль оси здания на следующую стоянку и производят монтаж очередной арки.

Рамы и арки небольшого пролета можно монтировать полностью собранными.

Транспортирование пневматических оболочек может производиться в компактном, свернутом в пакет виде. Монтаж их заключается в креплении краев оболочек к фундаменту, подвключении к воздуходувной установке и наполнении их воздухом под необходимым избыточным давлением.

Основные этапы развития КДиП. Роль русских ученых в развитии КДиП

1. Основные этапы развития КДиП. Роль русских ученых в развитии КДиП.

Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейших времен. Этому способствовало наличие лесов, легкость обработки и транспортировки деревянных элементов к месту строительства. Применительно к нашей стране, в которой сосредоточены огромные лесные богатства, технико-экономическая целесообразность не вызывает никаких сомнений. С давних пор применялись в строительстве деревянные сооружения оборонительного, общественного и хозяйственного назначения.

Основной конструктивной формой бревенчатых сооружений был сруб, который выполнялся из горизонтально расположенных бревен, соединенных врубками, шипами и др. видами соединений, что требовало большой классификации мастера.

В конце XVII века появилась возможность вначале ручной, а затем механической продольной распиловки бревен, что способствовало созданию стержневых систем в виде брусчатых и дощатых конструкций. В то время были созданы выдающиеся образцы деревянных конструкций, например, шпиль Адмиралтейства в Санкт-Петербурге.

После Великой Октябрьской революции, когда в стране создались многие отрасли промышленности при малом еще производстве цемента и стали, перед строителями была поставлена задача создать новые формы деревянных конструкций построечного изготовления, не требующих квалифицированных плотников, которых было явно недостаточно.

Советскими инженерами были предложены и широко внедрены в строительство ЗиС так называемые дощато-гвоздевые конструкции, где основным соединением деревянных элементов стали гвозди, забивка которых не требовала высокой квалификации рабочих. В создании этих новых конструктивных форм принимали участие профессора Иванов, Карлсен, Большаков и др.

Вслед за гвоздевыми конструкциями в 1932-1936 гг. Деревягиным были предложены брусчатые конструкции на пластинчатых нагелях в виде балок пролетом до 6 м и ферм пролетом до 21-24 м.

После ВОВ 1941-1945 гг. Началось массовое жилищное строительство из крупных железобетонных элементов. Изменились требования к строительству. Вместо конструктивных форм построечного изготовления потребовались конструкции заводского изготовления – клееных и клеефанерных, чему значительно содействовали достижения в химической промышленности. Из клееных элементов был построен, например, Дворец спорта профсоюзов в Архангельске.

Пластмасса. В отличие от дерева, пластмассы и др. синтетические полимерные материалы стали применять несколько десятилетий назад. Развитие коксохимической промышленности и теоретической химии привело в начале XX в. к возникновению промышленного производства высокомолекулярных соединения – смол. Для развития химии полимеров огромное значение имели работы Бутлерова.

Пластмассы и смолы стали применять в различных отраслях промышленности, чему способствовала их высокая прочность при малом собственном весе, стойкость в агрессивной среде и в отношении гниения.

Роль русских ученых.

Кулибин. Отличительной особенностью работ Кулибина является использование при проектировании сооружения экспериментальных методов, что нашло свое яркое подтверждение при разработке проекта моста через Неву пролетом 298 м. Кулибин впервые предложил комбинированную систему, которая состоит из гибкой арки, воспринимающей в основном собственный вес моста, и –жесткой бесшарнирной арочной фермы, несущей временную подвижную нагрузку.

Предложил проектировать арки таким образом, чтобы распор воспринимался не мощными контрфорсами, а затяжкой.

Журавский. В связи с отсутствием в то время физико-механических характеристик сосны и ели, Журавскому пришлось проделать огромную работу по изучению прочности этих пород.

В целях увеличения высоты сечения балок ему пришлось столкнуться с необходимостью выполнения их составными из брусьев, соединенных шпонками. Такие составные балки потребовали расчета шпонок, что привело к открытию ранее неизвестного явления сдвига при поперечном изгибе.

Журавский доказал, что усилия в элементах решетки уменьшаются от опор к середине фермы, а при передвижении сосредоточенного груза по ферме могут даже менять в элементах сжимающие усилия на растягивающие.

2. Сырьевая база для производства КДиП. Строение древесины. Основные ингредиенты пластмасс. Виды синтетических смол.

Россия – самая богатая лесом страна в мире, запасы древесины в которой определяются примерно 80 млрд. м³, что составляет около 40 % мировых запасов. Основные ресурсы России сосредоточены в Сибири и на Дальнем Востоке, занимая 73 % всей площади лесов России. Преобладающими породами являются хвойные: лиственница 37 %, сосна 19 %, ель и пихта 20 %, кедр 8 %. Запасы березы, являющейся основным сырьем для фанерной промышленности, составляет около 13 %.

Строение древесины. На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части:

Камбий – тонкий слой, отлагающий древесину, расположенный под корой Камбиальной зоной называют слой камбия вместе с молодыми, еще не дифференцированными элементами древесины.
Сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятна диаметром 2-5 мм.
Основная древесина, расположенная между слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, немного отличающихся цветом – внутренняя зона, более темная, называется ядром, а более светлая – заболонью. Чем выше по стволу, тем больше заболони.

На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Каждое такое кольцо представляет собой ежегодный прирост древесины и называется годичным слоем.

Древесина состоит из двух типов клеток:

Прозенхимные (удлиненное, наполненное) – трахеиды, полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Трахеиды являются основными элементами древесины хвойных пород. Трахеиды ранней части годичного слоя обладают тонкими стенками и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя – толстые стенки и малые полости.
Паренхимные (одинаковое, наполненное) – имею примерно одинаковые размеры во всех направлениях. Паренхимные клетки входят в состав сердцевинных лучей, по которым происходит движение питательных веществ.

Основные ингредиенты пластмасс. Основными ингредиентами пластмасс являются:

Связующие вещества (смолы)
Наполнители – уменьшают расход связующего, что снижает стоимость готового изделия, предотвращают усадку при твердении, придают высокую механическую прочность. Применяют: стекловолокно, асбестовое волокно, опилки и т.д.
Пластификаторы – снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гибкость, эластичность и относительное удлинение, а также повышают морозостойкость материала.
Стабилизаторы – способствуют сохранению физико-механических свойств пластмасс во времени и снижают скорость процессов деструкции под влиянием атмосферных воздействий.

Виды синтетических смол.

Полиэфирные смолы относятся к числу термореактивных материалов и обладают весьма ценными свойствами: небольшой вязкостью, способностью к твердению при повышенных и комнатных температурах без выделения летучих продуктов, высокой стойкостью к воздействию бензина, воды, масел и др. Получают в результате конденсации ненасыщенных дикарбоновых кислот с многоатомными спиртами.
Фенолформальдегидные смолы представляют собой продукт конденсации фенола и формальдегида в присутствии катализаторов. В них сочетаются такие свойства как термостойкость, высокая механическая прочность и хорошая адгезия к стеклянному волокну.
Эпоксидные смолы получают при взаимодействии многоатомных фенолов с веществами содержащими эпоксидную группу. После введения отвердителя эпоксидные смолы становятся неплавкими, нерастворимыми продукта им, обладающими сетчатой трехмерной структурой. Изделия изготовленные из них бензо-, масло-, и водостойкие. Эпоксидные смолы в отличие5 от многих других твердеют с минимальной усадкой без выделения побочных продуктов.
Мочевино- и меламиноформальдегидные смолы получают конденсацией мочевины с формальдегидом в слабощелочной или нейтральной среде. Будучи отвердевшими практически ни в чем нерастворимы.

3. Сортамент лесоматериалов. Требования к качеству. Строительная фанера. Основные виды конструктивных пластмасс.

По форме и размерам поперечного сечения пиломатериалы делят на:

Доски – если ширина вдвое больше толщины
Бруски – если ширина меньше двойной толщины
Брусья – если ширина и толщина более 100 мм

По числу пропиленных сторон брусья могут быть: двухкантными, трехкантными, 4-кантными.

Доски могут быть:Обрезными – пропиленные с четырех сторон; необрезные – пропиленные с двух сторон. Также различают – пластины, рейки, горбыли.

Сортамент пиломатериалов хвойных пород.

d, мм	Ширина, мм	Требования к качеству. При наличии значительных пороков, в особенности сучков, прочность досок, брусьев или бревен бывает настолько низкой, что они не могут быть применены для элементов несущих конструкций, поэтому размеры пороков необходимо ограничивать. Основные требования к лесоматериалам изложены в ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72, СНиП II-25-80. Качество определяется степенью однородности строения. Основные пороки: гниль, червоточина, трещины, сучки, завитки, косослой, мягкая сердцевина. 1(2){3} сорт – сучки диаметром менее ¼(1/3){1/2} ширины доски на длине 20 см и наклон волокон менее 7(10){12}%.
16	75 100 125 150
19	75 100 125 150 175
22	75 100 125 150 175 200
25	75 100 125 150 175 200 225
32	75 100 125 150 175 200 225 250
40	75 100 125 150 175 200 225 250 275
44	75 100 125 150 175 200 225 250 275
50	75 100 125 150 175 200 225 250 275
60	75 100 125 150 175 200 225 250 275
75	75 100 125 150 175 200 225 250 275
100	100 125 150 175 200 225 250 275
125	125 150 175 200 225 250
150	150 175 200 225 250
175	175 200 225 250
200	200 225 250

Строительная фанера. Представляет собой слоеный листовой материал, как правило, из нечетного числа слоев, называемого шпонами и получаемых лущением прямолинейных отрезков ствола дерева. Смежные шпоны в пакете имеют взаимно перпендикулярное расположение волокон и склеиваются между собой горячим или холодным прессованием. Фанеру толщиной более 15 мм называют фанерными плитами. Вследствие перекрестной структуры фанеры обладает меньшей анизотропией свойств, чем природная древесина, а явления усушки и разбухания соответствуют таковым у древесины в направлении вдоль волокон.

Основные виды конструктивных пластмасс. В строительстве наибольшее применение нашли стеклопластики и древесные пластики:

Стеклопластики представляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя и связующего. В качестве связующего обычно используют ненасыщенные полиэфирные, эпоксидные и фенолформальдегидные смолы, а также некоторые термопласты. Наполнители в настоящее время используются главным образом стекловолокнистые, свойства которых во многом определяют характеристики стеклопластиков.
Древесные пластики – материалы, полученные соединением синтетическими смолами продуктов переработки натуральной древесины. К ним относятся древесно-слоистые пластики, древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, бумажный слоистый пластик и др.

- древесно-слоистые пластики (ДСП) изготовляют из тонких листов сушеного березового, липового или букового шпона, пропитанного и склеенного между собой различными смолами при высоком давлении и температуре. Имеет прочность выше древесной за счет уплотнения и пропитки прочными смолами.

- Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготовляют из хаотически сложенных волокон древесины, склеенных канифольной эмульсией с добавление фенолформальдегидных смол. Сырье служат отходы лесопильных производств. ДСП склонно к набуханию и потере прочности.

- Древесно-стружечные плиты (ПС) получают горячим прессованием под давление древесных стружек, пропитанных синтетическими термореактивными смолами. Для изготовления ПС применяют специальную стружку, полученную на деревообрабатывающих станках.

4. Физические свойства и химическая сущность ДиП. Влага в древесине, усушка и набухание и меры борьбы с ними. Влага в пластиках.

На физические свойства древесины значительное влияние оказывает влага.

Плотность. Древесина имеет трубчато-волокнистое строение. Плотность ее зависит от породы, количества пустот, толщины стенок и содержания влаги; она же может быть различна в пределах одной породы. Плотность в значительной мере зависит от влажности.

Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль волокон и под углом к ним. Как известно, КЛТР вдоль волокон в 7-10 раз меньше чем поперек волокон, и в 2-3 раза меньше чем у стали, что позволяет в деревянных ЗиС не устраивать температурных швов.

Теплопроводность. Трубчатое строение клеток древесины превращает ее в плохой проводник тепла. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон. Чем больше плотность и влажность древесины, тем больше ее теплопроводность.

Химическая стойкость. Древесина стойка к кислым средам.

Химическая сущность пластмасс. Пластмассами называют материалы, которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер.

Полимеры, являющиеся основой пластмасс, представляют собой высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из многих элементарных звеньев одинаковой структуры. Эти звенья соединены между собой ковалентными связями в длинные цепи или образуют жесткие и пластичные пространственные решетки.

Полимеры получают из исходным низкомолекулярных органических веществ (мономеров), отдельные молекулы которых благодаря двойным или тройным связям способны взаимосоединяться с образованием молекул удвоенной (димер), утроенной (тример) или многократно увеличенной молекулярной массы (полимер).

Влага в древесине, усушка и набухание и меры борьбы с ними. Различают два вида влаги, содержащейся в древесине:

Связанную (гигроскопическую), находящуюся в толще клеточных оболочек.
Свободную (капиллярную), находящуюся в полостях клеток и в межклеточных пространствах
Химически связанная – влага входящая в химический состав веществ, образующих древесину. Имеет значение только при химической переработке древесины.

Максимальное количество связанной влаги называется пределом насыщения волокон древесины и составляет 30 %. Дальнейшее увеличение влажности может происходить только за счет свободной влаги. При изменении влажности от 0 до 30 % происходит и изменение свойств и формы древесины.

Установлено, что линейная усушка вдоль волокон, в радиальном и тангенциальном направлениях существенно различаются. Усушка вдоль волокон древесины обычно так мала, что ею пренебрегают, усушка в радиальном направлении колеблется от 2…8,5 %, а в тангенциальном от 2,2…14 %. Следствием такой неравномерности усушки является коробление.

Основными мерами по борьбе с набуханием и усушкой являются:

Распиловка сырого леса на пиломатериалы до образования трещин, и их дальнейшая просушка
Просушка пиломатериалов – проводится с целью повышения удельной прочности древесины, предохранения от загнивания, предупреждения коробления, а также для улучшения склеивания, пропитки и отделки древесины.

Влага в пластиках. При длительном действии влажной среды ДВП поглощают значительное количество влаги, в результате чего набухают и теряют прочность. При водопоглощении древесно-стружечные плиты разбухают. Введение гидрофобных добавок снижает разбухание плит на 10 %.

Расчетные сопротивления материалов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности определяют умножением на соответствующий коэффициент. Для стеклопластиков при длительном увлажнении он варьируется от 0,5-0,7; при длительном пребывании при влажности 90% - от 0,75-0,85.

5. Механические свойства ДиП при действии кратковременных нагрузок. Диаграмма работы. Анизотропия.

При всей относительной стройности структуры хвойных пород ее трахеиды не стандартны, что является основной причиной изменчивости ее механических свойств.

Механические свойства древесины, являющейся природным полимером, изучаются на основе реологии – науки об изменении свойств веществ во времени под действием тех или иных факторов, в данном случае нагрузок. Известно, что при быстром, кратковременном действии нагрузки древесина сохраняет значительную упругость и подвергается сравнительно малым деформациям.

Основным механическим свойством древесины является прочность. Для определения прочности древесины используются стандартные образцы:

Для сравнения прочности древесины необходимо показатели прочности приводить к одной влажности. За стандартную принята влажность 12 %. Приведение к стандартной влажности производят по формуле:

Где: s_w – предел прочности при влажности в момент испытания, W – влажность в момент испытания, a - поправочный коэффициент, зависящий от породы древесины и от вида испытания.

Также прочность можно определить по количеству поздней древесины и огнестрельным методом, сущность которого заключается следующем: делаются стандартные прострелы и по глубине проникания пули определяется прочность.

Анизотропия. Благодаря особенностям строения древесина является анизотропным материалом, ее механические свойства различны в различных направлениях и зависят от угла между направлением действующего усилия и направлением волокон, что выражается зависимостью:

6. Длительное сопротивление ДиП. Реологический характер деформации. Методы определения реологических характеристик.

На прочность древесины благодаря ее реологическим свойствам значительно влияют скорость приложения нагрузки или продолжительность ее действия. Если серию одинаковых деревянных образцов загрузить, например на изгиб, различной по значению постоянной нагрузкой, то разрушение их произойдет через разные промежутки времени – чем больше нагрузка, тем быстрее разрушится образец. Представив результаты этих испытаний в виде графика, получим асимптотическую кривую, по которой можно определить, сколько времени пройдет от начала загружения до момента разрушения. Асимптотический характер кривой показывает, что предел прочности падает с увеличение длительности действия нагрузки, но не безгранично – он стремится к некоторой постоянной величине s_длравному ординате асимптоты кривой. Длительное сопротивление характеризует такое значение нагрузки, пр котором древесина не разрушится как бы долго ни была приложена нагрузка.

Коэффициент длительного сопротивления

При изменении температуры (базовая – 20⁰ С) кривая длительного сопротивления перемещается вдоль оси ординат параллельно исходной: вверх – при уменьшении температуры, вниз – при увеличении температуры древесины.

Температурный коэффициент временной прочности

Длительное сопротивление является показателем действительной прочности древесины в отличие от предела прочности, определяемого быстрыми испытаниями на машине. Переход от предела прочности к длительному сопротивлению производится умножением предела прочности s_вр на вышеперечисленные коэффициенты.

При напряжениях меньших s_дл деформации с течением времени затухают, стремясь к некоторому пределу как показано на рисунке. При обратной ситуации после некоторого уменьшения скорости деформаций на участке в-г наступает развитие деформаций с постоянной скоростью на участке г-д. Далее в момент времени t₁ начинается ускоренный рост деформаций, приводящий к разрушению материала.

Кривая длительной сопротивления задается уравнением:

Процесс разрушения древесины при выдерживании ее под действием различных по величине нагрузок с различным временем выдержки начинается при условии, что:

Где: Dt_I – время длительности i загружения, долговечность этого материала при i нагрузке;

Если принять линейный закон загружения , то:

7. Влияние влажности, температуры и времени действия нагрузки на механические свойства древесины и пластмасс.

При повышении влажности древесины от нулевой точки до точки насыщения волокон, ее прочность, в том числе и длительная, уменьшается, деформативность увеличивается и модуль упругости снижается.

Формула приведения действительна в пределах изменения влажности 8-23 %.

Опыты показывают, что предел прочности при любой влажности зависит от температуры, с ее повышением прочность уменьшается, с понижением – увеличивается. При большой влажности и отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед, получается так называемая, замороженная древесина, прочность которой значительно возрастает, но она становится очень хрупкой.

Модуль упругости при повышении температуры уменьшается, что увеличивает деформативность древесины.

Предел прочности при данной температуре к прочности при стандартной температуре 20⁰ С можно пересчитывать по формуле:

Где: s₂₀ – искомая прочность при 20⁰ С, s_Т – прочность при данной температуре, b - поправочное число на температуру, принимаемое по таблице.

Данная формула действительна в пределах положительных температур 10-50⁰ С.

Влияние влажности, температуры и времени действия нагрузки на механические свойства пластмасс.

Расчетное сопротивление пластмасс R при нормальных температурно-влажностных условиях принимают равным произведению кратковременного расчетного сопротивления R_кр на коэффициент длительного сопротивления k_дл

Расчетные сопротивления материалов, эксплуатируемых в условиях воздействия атмосферной среды, повышенной температуры и влажности, определяют умножением соответствующих расчетных сопротивлений на коэффициенты условий работы

Кратковременные значения модулей деформации E и сдвига G находят из стандартных испытаний, а длительные модули упругости и сдвига – по длительным статическим испытаниям стандартных образцов при уровне напряжений, равном расчетному длительному сопротивлению материала, как отношение напряжения к максимальной относительной деформации образца.

8. Защита деревянных конструкций от возгорания.

При использовании деревянных конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания и повышения их огнестойкости.

Огнестойкость – способность строительных элементов и конструкций сохранять несущую способность, а также сопротивляться прогреву до критических температур и распространению огня.

Деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными перегородками из несгораемых материалов. В поперечном направлении здания противопожарные диафрагмы устанавливают вдоль несущих конструкций с шагом 6 м. Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространиться пожар.

В противопожарном отношении предпочтительнее деревянные конструкции массивного сечения, с закруглениями, имеющие большие пределы огнестойкости, чем дощатые или фанерные.

Опасны в пожарном отношении металлические элементы, закрепленные на древесине, которые нагреваясь, значительно снижают пределы огнестойкости древесины.

К химическим мерам защиты деревянных конструкций от возгорания относится применение пропитки огнезащитными средствами или нанесение огнезащитных красок. Защитные средства, предохраняющие древесину от возгорания, называются антипиренами. Антипирены представляют собой вещества, которые при нагревании способны разлагаться с выделением большого количества негорючих газов, либо, увеличиваясь в объеме, создавать защитный слой, препятствующий возгоранию.

Кислота Þ древесина (под действием температуры кислота превращается в аммиак, который обугливает древесину)Þ уголь (температура вспышки угля выше, чем у древесины)

Важно заметить, что огнестойкость древесины пропитанной антипиреном, ниже чем у обыкновенной, а предел возгораемости - выше.

9. Защита деревянных конструкций от биологического поражения.

Суть конструкционных мероприятий по борьбе с гниением сводится к тому, чтобы обеспечить воздушно сухое состояние деревянных элементов здания, что достигается устройством гидро-, пароизоляционных слоев, препятствующих увлажнению древесины грунтовой, атмосферной или конденсационной влагой.

Гниение не происходит если выполняется хотя бы один из пунктов:

Влажность древесины – менее 20 %
Влажность воздуха – менее 60 %
Нет кислорода
Температура меньше 0⁰ С или выше 50⁰ С
Обеспечивается проветривание

Недопустимая влажность древесины может возникнуть в результате атмосферных осадков, капиллярной влаги, поступающей из частей здания и др.

Конструктивные мероприятия по борьбе с недопустимым увлажнением при эксплуатации:

Предотвращение увлажнения атмосферными осадками увеличением свесов крыши, надлежащим отводом воды с крыши, устройством достаточно большого (не менее 30 см) разрыва между поверхностью грунта и нижней отметкой расположения деревянных элементов здания для предотвращения увлажнения брызгами падающей сверху воды.
Обеспечение хорошей вентиляции, с тем чтобы средняя влажность воздуха была как можно ниже. Для этой цели необходимо иметь достаточное число приточных и вытяжных вентиляционных отверстий (продухов). По поверхности грунта рекомендуется устраивать гидроизоляцию.
Борьба с образованием конденсата состоит в следующем. Многослойные ограждающие строительные конструкции и их элементы должны иметь такой порядок расположения слоев и их толщину, чтобы устранить возможность скопления конденсата.
Правильный подбор породы древесины для изготовления соответствующих деревянных конструкций.

Химическая защита. Химические средства для защиты древесины от биовредителей называются антисептиками, причем химические средства, предназначенные для защиты от поражения грибами, называют фунгицидами, а от поражения насекомыми – инсектицидами.

Защитные средства для защиты древесины изготовляются на основе неорганических и органических соединений. Водорастворимые средства для защиты древесины поставляются в виде солей, сухих смесей, паст и др.

Маслянистые защитные вещества из-за их запаха используют для защиты древесины, эксплуатирующейся на открытом воздухе или в воде.

Согласно СНиП III-19-75 химические средства подразделяются на:

Влагозащитные лаки и эмали
Антисептические водные и маслянистые пропитки и пасты

10. Принципы расчета КДиП по предельным состояниям. Нормативные и расчетные характеристики. Коэффициенты условия работы.

Элементы конструкций рассчитывают по методу предельных состояний. Предельным называют такое состояние конструкции, за пределами которого дальнейшая ее эксплуатация невозможна.

Для КДиП имеют значение, главным образом, два вида предельных состояний:

По несущей способности (прочности, устойчивости)
По деформациям (прогибам, перемещениям)

Расчет по первому предельному состоянию производится на расчетные нагрузки, а по второму – на нормативные, т.е. полученные без учета коэффициентов перегрузки. Н.С. Стрелецкий сформулировал принцип всякого инженерного расчета, который состоит в том, чтобы было соблюдено условие неразрушимости. Исходя из этого принципа наибольшая возможная (предельная) нагрузка должна быть меньше или равна наименьшей несущей способности конструкции, вычисленной с учетом рассеивания показателей качества материала, нагрузок и условий работы конструкции, а также с учетом фактора времени.

Расчетные сопротивления в СНиП II-25-80 установлены в зависимости от сорта древесины сосны и ели, а расчетные сопротивления других пород определяются по ним путем умножения на коэффициенты приведения. Расчетные сопротивления приведены в таблицах СНиП.

Расчетное сопротивление древесины местному смятию попрек волокон на части длины определяют по формуле:

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом a к направлению волокон определяют по формуле:

Расчетное сопротивление древесины сдвигу под углом a к направлению волокон определяют по формуле:

Условия работы конструкции учитывают умножением расчетных сопротивлений, приведенных в таблицах, на коэффициенты условия работы:

m_п – коэффициент приведения древесины

m_в – коэффициент учитывающий температурно-влажностные условия эксплуатации

m_н – коэффициент учитываемы при расчете на действие кратковременных нагрузок

m_б – коэффициент для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов высотой сечения более 50 см, при определении расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон

m_сл – коэффициент для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов в зависимости от толщины слоев, при определении расчетных сопротивлений изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон.

m_гн – коэффициент для гнутых элементов, при определении расчетных сопротивлений изгибу, растяжению и сжатию

При расчете по второму предельному состоянию модуль упругости древесины принимают: вдоль волокон 10000 МПа, поперек волокон 400 МПа. Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях направленных вдоль волокон – 0,5 а вдоль волокон – 0,02.

Строительство

ремонт и отделка своими руками

Строительство

Сообщение

История

Лесопильное производство

Основные этапы развития КДиП. Роль русских ученых в развитии КДиП