Шадрина Е.В., Гороховский А.Г., Дружинин
А.В.
(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)
ПОЛУЧЕНИЕ КАРАНДАШНОЙ ДОЩЕЧКИ СЛОИСТОЙ
КОНСТРУКЦИИ. ОЦЕНКА ЧИНОЧНЫХ СВОЙСТВ
THE PLY PENCIL SLAT MANUFACTURING. THE PROPERTIES´ EVALUATION
Постановка проблемы
В настоящее время наибольший объем карандашных дощечек изготавливают из древесины кедра. Также используют древесину ольхи и липы. Древесина ольхи неприглядна на вид, серого цвета, не очень хорошо держит грифель. Липа - широко распространенный материал, но достаточно вязкий, чтобы плотно удерживать грифель. Более качественные карандашные дощечки изготавливают из легкой, мягкой, прочной и немаркой древесины кедра [4].
Использование
кедра становится все более нежелательным в условиях, когда с каждым годом (по
данным международного маркетингового исследования
Необходимо изыскивать возможности замены ценнейшей древесины кедра менее ценными видами древесных пород и другими видами древесных материалов.
Краткий анализ предшествующих экспериментов
В 1943 -
На Московской карандашной фабрике им. Л. Б. Красина были проведены эксперименты по применению в карандашном производстве древесины лиственницы и ели. При обработке на станках лиственница растрескивалась. Ель сильно деформировалась и давала жёсткий срез.
В УЛТИ исследовалась возможность использования древесины ели, пихты, сосны, короткомерных кусковых отходов древесины кедра, путём склеивания на шип, а также использования древесностружечной массы для изготовления карандашной дощечки. Испытывали древесину берёзы, осины, ели, пихты, сосны, путём облагораживания в парафине дощечек из цельной древесины данных пород.
Сегодня в Австрии, Японии и других странах запатентованы изобретения, касающиеся способов получения карандашной оболочки из древесной или соломенной муки и глины; термопластичной синтетической смолы; пористой пластмассы с наполнителями и др. Но деревянный корпус карандаша имеет ряд существенных преимуществ, основные из них – небольшая величина теплоусвоения (ощущение так называемого «теплого» карандаша), экологичность, эстетичность.
Формулировка задачи, решаемой в данной статье
Учитывая сказанное выше, была поставлена задача - получить
карандашные дощечки слоистой конструкции из древесины малоценных пород и
изучить их чиночные свойства.
Выбор пород древесины (береза, осина, ель, пихта, сосна) был обусловлен тем, что они являются основными при производстве лущеного шпона. Это предполагает возможность организации производства карандашной дощечки на фанерных предприятиях страны с использованием для этих целей кускового шпона [2].
Во всех экспериментах для термообработки шпона использовался парафин, нагретый до температуры 200°С.
Для применения клеевых составов были выбраны общедоступные, низкотоксичные и невысокие по стоимости связующие:
- карбамидоформальдегидная смола марки КФ-МТ (с добавлением полиакриламида для снижения токсичности) и щавелевая кислота;
- поливинилацетатная дисперсия (ПВАД).
Выбранный способ склеивания (холодный) резко уменьшает как упрессовку древесины, так и внутренние напряжения при склеивании.
Методика эксперимента
Для проведения экспериментов был использован сухой лущеный шпон влажностью W=7-8%, размерами 350*350*1,5 мм пяти указанных выше пород. Образцы шпона укладывались в специальные контейнеры с прокладками из сетки и помещались в металлическую ванну с нагретым до температуры 200°С парафином. Через определенные промежутки времени (1 мин.; 2 мин.; 3 мин.; 4 мин.; 5 мин.; 60 мин.) часть образцов вынималась, охлаждалась в плотных стопах во избежание коробления в течение суток. Далее шпон укладывался в пакеты по четыре листа, при этом листы располагались оборотной стороной к оборотной, а лицевой к лицевой, направление волокон во всех слоях одинаковое. Затем пакеты шпона склеивались в листы фанеры клеями на основе смолы КФ-МТ (при температуре 20°С и давлении плит пресса 1 МПа в течение 2 часов) и ПВАД (при температуре 20°С и давлении плит пресса 1 МПа в течение 24 часов). После прессования листы фанеры выдерживались в плотных стопах в течение суток, затем из каждой партии фанеры вырезались образцы для испытаний на чиночные свойства (усилие резания) на экспериментальной установке, выполненной на базе фрезерного станка НГФ-110 ШН. В качестве контроля чиночных свойств были взяты цельные кедровые дощечки, обработанные по типовой технологии.
Результаты
В каждой партии испытывалось пять образцов. Средние значения результатов экспериментов представлены в таблицах 1,2, на графиках 1,2.
Зависимость усилия резания (F,Н) карандашной дощечки от продолжительности термообработки шпона в парафине (τ, мин.)
(клей на
основе смолы КФ-МТ)
|
|
Продолжительность термообработки шпона в парафине, мин |
||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
60 |
|
|
Береза |
180 |
73,10 |
72,95 |
68,95 |
67,20 |
63,50 |
61,10 |
|
Осина |
185 |
77,01 |
77,10 |
72,50 |
71,20 |
66,50 |
63,60 |
|
Ель |
185 |
141,45 |
133,70 |
130,00 |
118,90 |
121,23 |
110,50 |
|
Пихта |
180 |
132,00 |
125,20 |
113,90 |
109,20 |
101,10 |
91,50 |
|
Сосна |
180 |
128,90 |
125,20 |
117,50 |
114,90 |
109,20 |
103,90 |
График 1 - Зависимость усилия резания карандашной дощечки, склеенной из лущеного шпона клеем на основе смолы КФ-МТ, от продолжительности термообработки шпона
в парафине
Таблица 2
Зависимость усилия резания (F,Н) карандашной дощечки от продолжительности термообработки шпона в парафине (τ, мин.)
(клей на
основе ПВАД)
|
|
Продолжительность термообработки шпона в парафине, мин |
||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
60 |
|
|
Береза |
149,50 |
68,60 |
64,10 |
57,30 |
55,50 |
51,20 |
49,20 |
|
Осина |
152,10 |
73,40 |
68,30 |
64,20 |
58,80 |
55,50 |
52,60 |
|
Ель |
168,90 |
111,10 |
108,60 |
107,60 |
104,60 |
101,10 |
98,30 |
|
Пихта |
162,30 |
99,10 |
95,20 |
93,40 |
89,70 |
87,50 |
85,20 |
|
Сосна |
156,00 |
98,10 |
97,30 |
95,70 |
94,10 |
92,90 |
90,10 |
График 2 - Зависимость усилия резания карандашной дощечки, склеенной из лущеного шпона клеем на основе ПВАД, от продолжительности термообработки шпона в парафине
Выводы
Проведенный эксперимент позволяет сделать вывод о том, что наибольшие физико-химические изменения в тонкой слоистой древесине при термообработке происходят в первую минуту. Дальнейшая обработка не приводит к существенному изменению и, поэтому, нецелесообразна. Для проварки тонких листов шпона в парафине можно рекомендовать продолжительность термообработки 1-2 минуты при температуре 200°С.
Чиночные свойства (усилие резания) дощечек при склеивании на ПВАД несколько лучше, чем при склеивании карбамидным клеем, что объясняется пластическими свойствами ПВАД. Следует также отметить, что тенденция снижения усилия резания для всех изучаемых пород одинакова, в то же время усилия резания образцов из хвойных пород, особенно у ели, значительно выше контроля (74-79 Н [3]). Для хвойных пород древесины, с целью улучшения их чиночных свойств, температура термообработки должна составлять 220-250°С.
При термической обработке количество парафина, находящегося внутри и на поверхности шпона, составляет в среднем 15% (контроль: 4% в центральной части цельной кедровой дощечки, 12-14% на поверхности [3]). При этом предел прочности на скалывание дощечек составляет около 1,8-2,2 МПа, как при использовании карбамидного клея, так и ПВАД. Следует также отметить, что скалывание в начальной стадии проварки (примерно, до 3 мин.) происходит, в основном, по древесине, а затем, при увеличении выдержки в парафине, скалывание происходит по клеевому шву.
Литература:
- Бобрикова Т.И., Ершов Д.П. Производство карандашей/ Томск. «Западно-Сибирское книжное издательство», 1975.- 217 с.
- Дружинин А.В. Технология клееных материалов: учебное пособие; Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2005.- 280 с.
- РСТ РСФСР 392-86. Дощечки карандашные. Общие технические условия. Введен 19,06,1986. М.: Госплан РСФСР, 1986. 8 с.
- Старый знакомый карандаш //Канцелярское обозрение (журнал). 2009. 23 октября.