Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

281

- листовые материалы из шпона (ДСП, фанера, фанерные плиты)

с различным направлением волокон;

- листовые материалы из дисперсных наполнителей с неполной и

полной ориентацией частиц (ДСтП, ДВП, ДПП);

- листовые трехслойные плиты, облицованные листами шпона

со средним слоем из пенопластов (сэндвич-панели);

- гнуто-клееные профили из шпона с заданной ориентацией

слоев;

- профили, полученные экструзией из древеснонаполненных

термореактивных и термопластичных композитов с частичной

ориентацией наполнителей;

- изделия из прессовочных масс (МДП, ДКК, фенольных пресс-

порошков и т. п.), полученные прессованием

с частичной или полной

ориентацией наполнителей;

- изделия из литьевых масс, полученные литьем под давлением с

частичной ориентацией наполнителей;

- изделия из вспенивающихся пластмасс с ориентированными

частично или полностью древесными наполнителями.

Классификация КДПМ по назначению. Они делятся на:

- конструкционные общетехнического (эксплуатируются при

температурах до 50

С или до 90

С), инженерно-технического

(эксплуатируются при температурах до 120

С или до 140

С)

назначения;

- антифрикционные (для узлов трения с подводом смазки извне,

для самосмазывающихся узлов трения, для узлов трения с

избирательным переносом);

- теплоизоляционные;

- электроизоляционные;

- декоративные.

Особое место в машиностроении занимают конструкционные

КДПМ общетехнического и инженерно-технического назначения. При

повышении температур понижаются

Е и увеличивается

ползучесть материалов. Поэтому при длительной нагрузке КДПМ

общетехнического назначения применяют в конструкциях,

температура эксплуатации которых не превышает 50

С. Для

общетехнического назначения при температурах эксплуатации до

С используют пластифицированный и непластифицированный

ПВХ с древесными наполнителями, вспенивающийся полистирол с

282

древесными наполнителями; при температурах до 90

С - ПЭВД,

ПЭНД, ПГ, ПС, УПС и АБС с древесными наполнителями, жесткие

ППУ с древесными наполнителями.

КДПМ инженерно-технического назначения имеют более вы-

сокие прочность, жесткость и теплостойкость по сравнению с

КДПМ общетехнического назначения. Их применяют для

изготовления деталей машин, работающих под нагрузкой.

Для инженерно-технического назначения при температурах до

120°С используют фенольные пресс-порошки, наполненные

древесной мукой; ДВП, ДСтП, ДКК, ГКЗ, фанеру и фанерные плиты,

содержащие КФ связующие (клеи). КФ и ФФ пенопласты с

древесными наполнителями; при температурах до 140

С - МДП,

ДСП и фанеру, содержащую ФФ связующие (клеи).

Чтобы получать из КДПМ детали с заданными свойствами при

минимальных затратах материалов, труда и энергии, необходимо

знать компоненты КДПМ, технологию и свойства КДПМ и деталей

из них, а также методы расчета прочностных, эксплуатационных и

технологических свойств материалов и деталей.

6.10.1. Наполнители

, связующие, добавки

Наполнители. Древесина - высококачественный наполнитель,

характеризуемый низкой плотностью, достаточной прочностью,

высокой демпфирующей способностью, хорошей адгезией к

связующим, низкой теплопроводностью и невысокой стоимостью.

Древесные частицы в композиционном материале играют роль

наполнителя, поэтому к ним предъявляют определенные требования.

Чтобы частицы древесины, полученные из отходов или

изготовленные специально, удовлетворяли этим

требованиям, их

обычно подвергают обработке (отделяют частицы нужных размеров,

обеспечивают оптимальный фракционный состав, сушат, выдер-

живают состояние поверхности торцов частиц, гарантирующее про-

питку частиц на требуемую глубину, наносят покрытия на по-

верхность частиц, приводящие к достижению необходимых

технологических и эксплуатационных свойств КДПМ).

Для изготовления древесных композитов в качестве наполнителя

применяют

следующие частицы древесины любой породы или смеси

пород с размерами от нескольких микрометров до нескольких метров:

283

древесную муку (ГОСТ 16361-87), древесную пыль, древесное

волокно и его отходы, образующиеся в производстве ДВП, опилки-

отходы, технологические опилки, стружки, стружки-отходы,

специальную стружку (ГОСТ 5244-79), частицы шпона, сырье для

производства МДП (ГОСТ 12431-72), листы лущеного шпона (ГОСТ

99—75) и другие частицы, составляющие часть ствола дерева,

образующиеся при изготовлении изделий из древесины, например

литейных

моделей, деталей кузовов автомобилей и др.

Связующие. В КДПМ применяют следующие полимерные

связующие: фенолформальдегидные (ГОСТ 901-78, ГОСТ 20907-75,

ГОСТ 18694-80 и др.), карбамидоформальдегидные (ГОСТ 14231-

78), фурановые (ТУ 6-05-1618-73), полиэтилен высокого (ГОСТ

16337-88) и низкого (ГОСТ16338-85) давления, полипропилен (ГОСТ

26996-86, ТУ 6-05-1931-82); ударопрочный полистирол (ТУ 6-05-

1871-79, ОСТ 6-05-406-75), ПВХ (ТУ 6-01-629-71, ТУ 6-05-1404-72 и

т. п.), АБС (ТУ 6-05-1587-79) и др.

Вводят в состав КДПМ резорциновые, меламиновые,

полиэфирные, эпоксидные, поливинилацетатные,

кремнийорганические, полиакриловые и другие связующие.

В ряде случаев применяют в КДПМ вспененные связующие:

фенолформальдегидные ФРВ-1А и резопен (ТУ ВНИИСС 50-65),

пенополиуретаны и др. Содержание полимерных связующих

варьируют в пределах 1-98,5% от массы всех компонентов в

зависимости от областей применения, заданных свойств КДПМ

изделий из них.

Добавки. Известны следующие добавки, вводимые в состав

КДПМ: антисептирующие, антипирирующие, гидрофобизирующие,

окрашивающие, антифрикционные, тропикостойкие, смазывающие,

отверждающие, электропроводные и электроизоляционные,

теплопроводные и теплоизоляционные, декоративные и многие

другие. Содержание добавок в КДПМ колеблется в пределах 0,1-8,0%

массы всех компонентов. Основное назначение добавок – устранение

трех главных недостатков древесины: древесина биоразрушаема

горюча и нестабильна в объеме.

6.10.2. Некоторые виды КДПМ

284

Древесностружечные плиты - крупноразмерные изделия,

изготовляемые методом горячего плоского прессования древесных

частиц, смешанных со связующим. Согласно ГОСТ 10632-89 плиты

выпускают размерами 2440х1220; 2750х1500; 3500х1750; 3660х1830;

5500х2440 мм, толщиной от 10 до 25 мм, шлифованные и не

шлифованные. В соответствии с назначением плиты подразделяют на

три марки: П-1 (П-1М многослойные и П-1Т трехслойные

) -

изготовляют футляры, панели и другие детали в радио- и

приборостроении,

элементы мебели и строительства.

Облицовываются пленками на основе термореактивных и

термопластичных полимеров, лакокрасочными материалами; П-2 (П-

2Т и П-20 однослойные, подразделяемые на группы А и Б)

из-

готовляют корпуса приборов, машин, контейнеры и тару (кроме

пищевой), стеллажи, элементы мебели и строительных конструкций.

Применяют облицованные шпоном, декоративными бумажно-

слоистыми пластиками и без облицовки; П-3 (П-ЭТ) - детали

кузовов автофургонов, перегородки вагонов, элементы строительных

несущих конструкций. Применяют облицованные шпоном,

декоративным бумажно-слоистым пластиком, линолеумом и без

облицовки. Некоторые

свойства плит приведены в табл.68. По

качеству поверхности плиты подразделяют на шлифованные (1 п II

сортов) и нешлифованные (I и II сортов).

Таблица 68

Марки и свойства древесностружечных плит

Показатели

П-1

П-2(А)

П-2(Б)

П-3

Плотность, г/см

Твердость, кгс/мм

Предел прочности,

кгс/мм

, при:

0,65-0,8

2-4

0,55-0,75

2-4

0,55-0,75

2-4

0,75-0,85

3,0

285

растяжении

стат. изгибе

Ударная вязкость,

кгс·см/см

3,5

180

4-8

3,5

180

4-8

3,0

150

4-8

4,5

250

4-8

Плиты древесноволокнистые (ГОСТ 4598-86) в зависимости от

плотности подразделяют на мягкие (М), полутвердые (ПТ), твердые

(Т) и сверхтвердые (СТ) и в зависимости от предела прочности при

изгибе - на семь марок: М-4, М-12, М-20, ПТ-100, Т-350, Т-400 и СТ-

500, где числа означают минимальную величину предела прочности

плит при изгибе в кгс

/см

. Толщина плит 2,.5; 3,2; 4; 5; 6; 8: 12; 16 и 25

мм, ширина от 1220 до 1830 мм и длина от 1200 до 5500 мм.

Предназначены для использования в изделиях и конструкциях,

защищенных от увлажнения.

Древесные слоистые пластики (ДСП) - горячепрессованные

многослойные, пропитанные синтетическими смолами листы шпона

различных пород древесины. ДСП характеризуются высокой

прочностью и износостойкостью, небольшим коэффициентом

трения и хорошей прирабатываемостью.

ДСП толщиной от 1 до 15

ММ

изготовляют в виде

прямоугольных листов, толщиной от 15 до 60 мм - в виде плит.

Листы и плиты, склеенные из целых по длине листов шпона,

называют цельными, а из нескольких - составными (с несколько

пониженными свойствами). Цельные листы выпускают шириной

950 мм и длиной 700, 1150 и 1500 мм и 1200х1500 мм; составные

2400х950, 4800х1200, 5000х1200 мм; плиты

цельные: 750х750,

950х700 (1150, 1500); 1200х1200 (1500), составные плиты выпускают

тех же размеров, что и составные листы. В соответствии с ГОСТ

13913-78 и ГОСТ 20366-75 ДСП подразделяют на 11 марок, описание

некоторых приведено ниже.

ДСП-А - во всех слоях волокна шпона имеют параллельное

направление или каждые четыре слоя чередуются с одним слоем,

имеющим направление

волокон noд углом 20-25° со смежным слоем.

Основное назначение – дейдвудные подшипники.

ДСП-Б - каждые 10-20 слоев с параллельным направлением

волокон чередуются с одним слоем, имеющим перпендикулярное

286

направление волокон. Конструкционный и антифрикционный

материал.

ДСП-Б-а - каждые 11 слоев (при толщине шпона 0,55 мм) или

каждые семь слоев (при толщине шпона 1,15 мм) с параллельным

направлением волокон чередуются с одним слоем, имеющим

перпендикулярное направление волокон. Предназначен для

использования в силовых нагруженных элементах авиационных

конструкций (ГОСТ 20966-75).

ДСП-Б-э и

ДСП-Б-м – 10 параллельных слоев чередуются с

одним поперечным. ДСП-Б-т – чередование через пять-восемь слоев.

Назначение – конструкционный и антифрикционный материал.

ДСП-В, ДСП-В-э и ДСП-В-м – в смежных слоях волокна

древесины шпона взаимно перпендикулярны. Как конструкционный и

антифрикционный материал.

ДСП-Г, ДСП-Г-м

– в смежных слоях волокна древесины шпона

расположены под углом 45

. Как конструкционный и

антифрикционный материал.

Буквы а, э, м, т в названиях марок означают: а – авиационный

пластик; э – электроизоляционный; м – самосмазывающийся

антифрикционный; т – для деталей текстильных машин.

Влажность ДСП 6-7%; водопоглощение за 24 ч 3% для толщин

15-20 мм, 2% - 25-50 мм и 1% - до 60 мм. Маслостойкость в

трансформаторном масле для электроизоляционных пластиков при

105

С – 6 ч.

Свойства некоторых древопластиков приведены в табл. 69.

Таблица 69

Основные свойства древеснослоистых пластиков

(для цельных плит)

Показатели

ДСП-

Б-м

ДСП-

Плотность, г/см

Предел прочности,

1,33

1,30

1,23

1,30

287

кгс/см

, при

растяжении

сжатии

стат. изгибе

скалывании

Ударная вязкость,

кгс·см/см

Твердость торцовая,

кгс/мм

1800

2600

1600

2800

2000

1300

2200

1400

1250

1800

1250

1500

6.10.3. Технология КДПМ и изделий из них [35]

Разработка состава и технологии с целью получения нужных

свойств КДПМ и изделий при минимальных материальных, трудовых

и энергетических затратах - многофакторная и сложная задача.

Универсальных решений ее пока нет. При всех условиях процесс

получения изделия с нужными свойствами является многостадийным.

Начинается он с получения нужных компонентов КДПМ и

заканчивается испытанием готового изделия.

Разработка оптимальных составов, технологии КДПМ и изделий

из них базируется на следующих принципах:

- чем длиннее частицы, тем прочнее и стабильнее изделие;

- менее глубокая пропитка наполнителя связующим на стадий

материала с обеспечением требуемой водостойкости и ударной

вязкости изделия путем пропитки наполнителя на нужную глубину в

процессе формования изделия;

- преимущественная ориентация волокон древеоного

наполнителя в направлении действия максимальной нагрузки и

максимальной размерной точности.

Известные разновидности древесных композитов и изделий из

них существенно отличаются по технологии, но при любом способе

изготовления можно выделить следующие обязательные операции,

определившие принципиально новый подход к производству КДПМ и

изделий из них:

- равномерное нанесение связующих на поверхность древесных

наполнителей при минимальном проникновении связующих в ка-

288

пилляры и клеточную стенку древесины на стадии производства

материала;

- формирование изделий с ориентацией древесных наполни-

телей, имеющих заданные параметры;

- пьезотермическая обработка при изготовлении изделий, со-

провождающаяся уплотнением древесных наполнителей, их про-

питкой связующими и тепломассопереносом.

От рационального выполнения этих обязательных операций

зависит качество КДПМ, изделий из них и технико-экономическая

эффективность их производства и эксплуатации.

Некоторые представления о нанесении связующих на напол-

нители, о формировании изделий и об уплотнении древесных на-

полнителей при получении изделий дают схемы строения

композиционных древесных полимерных материалов (рис. 40),

содержащих неуплотненный (рис. 40, а) и уплотненный (рис. 40, б)

древесные наполнители.

КДПМ в наиболее общем случае могут включать следующие

четыре элемента: древесные частицы - наполнитель, не

пропитанный связующим; слой (или слои) поверхности древесного

наполнителя, пропитанный связующим; приповерхностные слои,

находящиеся на наружной и внутренней капиллярной поверхностях

наполнителя, образовавшиеся из связующего, свойства и структура

которого изменены влиянием наполнителя и полимерного

связующего со структурой и свойствами, неизменными от влияния

наполнителя.

Схема, представленная на рис. 40, а, предназначена для

рассмотрения изделий из древесных композитов, полученных без

приложения давления или при очень малых давлениях (например, для

пенопластов, содержащих древесные частицы, а также для древесных

пресс-масс при смешивании компонентов, при сушке после

смешивания, при начальных стадиях процесса изготовления изделий

из МДП и для ДСП на тех же стадиях производства). При

осуществлении вышеназванных процессов древесный наполнитель

существенно не уплотняется, т. е. сохраняет плотность и некоторые

другие свойства натуральной древесины.

289

Рис 40. Схемы строения композиционных древесных

полимерных материалов:

- древесный наполнитель не уплотнен;

- древесный наполнитель уплотнен; 1, 2, 3 - древесный наполнитель с

незакупоренными н закупоренными капиллярами; 4 – полимерное

связующее; 5, 6, 7 - границы раздела (приповерхностные слои)

соответственно на наружной, внутренней капиллярной и

межфибриллярной поверхностях соответственно

Схема, представленная на рис. 40, б, предназначена для

рассмотрения ДСП, изделий из МДП и из древеснонаполненных

термопластов, в которых после приложения давления и воздействия

высокой температуры древесный наполнитель сильно уплотнен,

иногда до плотности древесинного вещества.

Для других древесных композитов, например фанеры, ДСтП,

ДВП, ДКК, ГКЗ, плотность древесного наполнителя оказывается

промежуточной.

290

Технология ДСП. Березовый фанерный кряж (ГОСТ 9462-88)

из вагонов 3 (рис. 41) краном 1 разгружают в штабель 2, откуда

его

Рис. 41. Принципиальная технологическая схема

производства ДСП

направляют на разделочную станцию 16, где распиливают на чураки.

Чураки подвергают гидротермической обработке в проварочном

бассейне 4 при 70-80°С ("жесткий" режим) или в закрытом бассейне

при 40°С ("мягкий" режим). Затем на лущильном станке чурак 5

превращают в правильный цилиндр; с цилиндрического чурака 6

лущением получают ленту шпона толщиной 0,4 ± 0,05, 0,55 ± 0,05,

0,75 ± 0,05 и 1,5 ± 0,1 мм; ее гильотинными ножницами 15 разрубают

на листы. Листы шпона в сушилках 14 высушивают при 125-270°С до