Механические свойства древесины

Механические свойства древесины более важны, так как от них зависят прочность и долговечность сооружений и изделий из дерева.

Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. По направлению действия нагрузок различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение (рис. 4). При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон. Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.

Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство имеет значение при изготовлении гнутых деталей: важно знать, что с увеличением влажности и температуры древесины ее пластичность увеличивается; поэтому детали, которые нужно выгнуть, обрабатывают горячей водой или паром. Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы древесины пластичностью, достаточной для сгибания деталей, не обладают вследствие прямолинейной структуры волокон.

Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха.

Твердость определяет еще одно механическое свойство древесины – ее износостойкость, способность противостоять трению. Здесь имеется прямая взаимосвязь: чем тверже древесина, тем выше показатель ее износостойкости.

Защитная обработка древесины проводится с целью сохранить полезные свойства древесины и продукции из нее, а также предотвратить возможные повреждения от плесени, гнили, вредителей и прочих неблагоприятных факторов .Средства защиты, наносимые кистью или путем распыления проникают в толщу древесины всего на 1-2 мм, поэтому их защитное воздействие невелико, и такую обработку следует повторять по мере надобности. При пропитке способом погружения защитное вещество проникает в древесину примерно на глубину 5 мм. Химическая промышленность постоянно разрабатывает новые защитные средства и краски.При вакуумной пропитке защитное вещество проникает в древесину на глубину 5-10 мм. При пропитке под давлением защитное вещество пропитывает изделие насквозь, за исключением сердцевинной части сосны.

Путем термической обработки можно улучшить устойчивость древесины к воздействию влажности, а также ее биологическую устойчивость. Под воздействием термической обработки поверхность древесины всегда темнеет. При этом из древесины удаляются экстракты разных веществ, вследствие чего древесина становится легче, ее равновесная влажность снижается, а теплоизоляционная способность возрастает втрое. Вместе с этим жесткость древесины снижается и прочностные свойства немного ухудшаются.

16. Способы получения материалов и изделий на основе древесины.

К основным древесным строительным материалам относятся круглые лесоматериалы, пиломатериалы, клееные изделия и конструкции, древесностружечные, древесно-цементные и древесноволокнистые плиты, арболит, фибролит, ксилолит и др.

Круглые лесоматериалы — отрезки древесного ствола разных пород и размеров, очищенные от коры и сучьев. В целом виде круглые лесоматериалы применяют в строительстве в качестве стенового материала, опор и столбов для воздушных линий связи и линий электропередачи и настила при строительстве мостов, дорог, для ограждения территорий и т.д.

Выработанные из круглых материалов, сохранившие природную структуру древесины, пиломатериалы, колотые лесоматериалы (клепка для бочек), строганый и лущеный шпон и другие относятся к группе обработанных.

Пиломатериалы -— продукция, получаемая при раскрое бревен, имеющая стандартные размеры и качество, используемая в целом виде или для выработки заготовок, деталей и изделий из древесины.

В пиломатериалах продольные и широкие стороны называют пластями, продольные узкие — кромками, а перпендикулярные им — торцами. Линии пересечения пластей и кромок пиленой продукции называются ребрами. Часть поверхности бревна, оставшаяся на пиломатериалах, называется обзолом.

По породам древесины пиломатериалы делятся на две основные группы: хвойные и лиственные. По размерам поперечного сечения они разделяются на брусья, бруски и доски (7.1).

Брусья — пиломатериалы толщиной и шириной 100 м и более. По числу пропиленных пластей различают двух-, трех- и четырех-кантные брусья. Бруски — пиломатериалы толщиной до 100 мм и шириной не более двойной толщины.

Доски — пиломатериалы толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.

Пиломатериалы могут быть обрезными и необрезными.

У обрезных пиломатериалов пласти и кромки пропилены по всей длине; у необрезных пласти пропилены, а кромки не пропилены или пропилены частично, и величина непропиленной части превышает допустимые размеры для обрезных пиломатериалов. При выработке пиломатериалов образуется попутнаяпилопродукция в виде обапола.

Обапол — пилопродукция, получаемая из боковой части бревна и имеющая одну пропиленную, а другую непропиленную или частично пропиленную поверхность.

Из пиломатериалов изготовляются для нужд строительной индустрии различные изделия и конструкции, описанные ниже.

Ш п а л ы — продукция, получаемая при продольном распиливании бревен с поперечным сечением, близким к брусьям, длиной 1,35...2,7 м. Шпалы применяют в железнодорожном строительстве.

Шашка из древесины представляет собой бруски четырех- или шестигранной формы. Высота шашки для полов 60...80 мм; для дорожных мостовых покрытий 100...120 мм, ширина 50...100 мм. Влажность древесины для шашки должна быть не более 25 %. Шашки изготовляют из древесины хвойных и твердых лиственных пород, за исключением пихты, березы, бука и дуба. Учитывают шашку в квадратных метрах их торцовой поверхности.

Полуфабрикаты, заготовки и изделия. Полуфабрикаты и заготовки — это доски или бруски, прирезанные применительно к заданным размерам, с соответствующими припусками на механическую обработку и усушку. К ним относятся шпунтованные доски для полов, плинтусы, галтели для заделки пространства между полом и стенками, наличники для обшивки оконных и дверных коробок.

Строительные детали — это элементы сборных домов, различные столярные изделия, изготовленные на специализированных заводах. Наиболее прогрессивными являются клееные деревянные конструкции.

Клееные деревянные конструкции — изделия, получаемые путем склеивания досок (брусков) и фанеры. Технология изготовления клееных конструкций состоит из следующих основных операций: сушки» отбора и сортировки пиломатериалов, обработки поверхностей для склеивания, нанесения клея, запрессовки, выдерживания в прессах под давлением, обработки поверхностей готовых элементов и отправки их на склад готовой продукции.

 

Деревянные клееные конструкции классифицируются по различным признакам: статической схеме, размерам (пролету и высоте) и конфигурации, назначению и т.п. К несущим деревянным конструкциям относятся плоские конструкции — балки, рамы, фермы, арки и пространственные — оболочки и купола.

 

Древесностружечные плиты изготовляют путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Древесные частицы обычно называют древесными стружками. При этом применяют специально изготовленную стружку определенной формы и размеров, полученную на специальных стружечных станках. Связующее — это смесь различных веществ, обладающих способностью взаимно связывать частицы древесностружечной плиты.Прессование древесностружечных плит осуществляется прессами периодического, непрерывного и экструзионного действия. В первых двух случаях прессование происходит перпендикулярно плоскости плиты, а в третьем — параллельно (в торец). По числу слоев плиты изготовляют одно-, трех- и многослойные.

 

Древесноволокнистые плиты представляют собой листовой материал, изготовленный в процессе горячего прессования или сушки массы из древесного волокна, сформированный в виде ковра. Формование ковра может осуществляться как мокрым, так и сухим способами. Мокрым способом изготовляют плиты мягкие, ПТ-100, твердые, сверхтвердые. Сухим способом изготовляют плиты твердые и сверхтвердые.

 

Щепу получают путем измельчения отходов на рубительных машинах и последующей сортировки. Волокнистую массу приготовляют из щепы механическим, химико-механическим или термомеханическим способами. При механическом способе щепа подвергается размолу на дефибраторах и вторично на рафинерах. При химико-механическом способе щепу варят в растворе едкого натра, после чего промывают и размалывают дважды на мельницах (предпочтителен для смолистой древесины). Термомеханический способ приготовления волокнистой массы заключается в обработке в герметизированном автоклаве влажным паром под давлением, после чего клапан автоклава открывается, а щепа вследствие резкого понижения давления разрывается и распадается на волокна, которые выбрасываются в размельченном состоянии в сепаратор. Затем масса остывает до определенной температуры и в случае необходимости подвергается дополнительному размолу.

Для придания плитам водостойкости, механической прочности и огнестойкости в сырьевую смесь вводят эмульсию. В разведенном состоянии ее подают для смешивания с волокнистой массой. Разбавленная водой и эмульсией волокнистая масса передается на сеточную машину, где происходит обезвоживание и формование плиты. Обезвоженная волокнистая масса-плита обрезается и поступает в сушильный пресс, где прессуется при температуре около 150 °С и давлении примерно 2,5 МПа. После прессования плиты поступают в камеры закаливания, а затем охлаждения и увлажнения. Охлажденные плиты обрезают по формату и упаковывают.

 

Фанера — тонкий листовой материал, который получают склеиванием древесного шпона в три и более слоев во взаимно перпендикулярном направлении волокон. Шпон получают на специальных станках путем срезки слоя древесины в виде широкой ленты с вращающегося, предварительно распаренного кряжа березы, дуба, ольхи, сосны и других пород. В зависимости от вида применяемого клея получают фанеры: водостойкую (ФСФ), склеенную фенолформальдегидными клеями; средней водостойкости (ФК), склеенную карбамидными клеями; ограниченной водостойкости (ФБА), склеенную альбуминоказеиновыми или белковыми клеями.

17. Полимеры, сырье, способы получения

Полимер - высокомолекулярные органические или неорганические соединения.

При формовании изделия полимеры находятся в вязкотекучем или эластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом.

Чаще всего в строительстве используют синтетические, искусственные полимеры. Иначе их называют смолами. Название полимерного материала или изделия отражает название полимера.Полимеры получают (синтезируют) двумя основными способами: полимеризацией и поликонденсацией.

 

Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав.

 

Поликонденсация — зто процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам.

 

18.Свойства полимеров, методы улучшения свойств.

Одним из важнейших свойства полимеров является высокая прочность при относительно малом весе.

Еще одним уникальным свойством полимерных материалов является возможность противостоять различным химическим воздействиям. В настоящее время многие детали, которые могут взаимодействовать с кислотами или другими агрессивными веществами изготавливаются из различных видов полимеров. Отметим, что целый ряд материалов также не разлагаются под воздействием ультрафиолетового света и других природных явлений, что позволяет применить их при проведении наружных отделочных работ. Также в настоящее время большая часть труб для подачи воды и отвода канализации изготавливается из различных видов полимеров, обладающих более высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с металлами.

При создании различных полимеров специалисты все большее внимание уделяют безопасности их эксплуатации, поэтому многие полимеры являются огнестойкими материалами, а при воздействии на них высоких температур не выделяют вредных веществ.

Одним из важнейших свойств полимерных материалов является их прочность, независимость от воздействия температур и солнечного света. Именно эти качества определяют длительный срок эксплуатации и, как правило, они важны для тех материалов, которые используются при фасадных и кровельных работах. Для получения этих свойств в готовом полимерном материале используются термостабилизаторы, антиоксиданты и светостабилизаторы (поглотители УФ – излучения, реагенты переноса энергии).

Для существенного изменения физико-механических свойств полимеров используются композиционные материалы. Для придания прочности, жесткости и уменьшения усадки изделия используются, например, наполненные композиции (мел, асбест, слюда и др.).

Наиболее пожароопасные изделия и их элементы, такие как: кабельная изоляция, детали бытовой техники, некоторые строительные материалы требуют включения трудногорючих композиций (антипирены, гидроксид магния). Благодаря ним, полимерные материалы обладают хорошей огнестойкостью.

Для того чтобы изделия из полимеров могли сохранять свою функциональность и эксплуатироваться при низких температурах (-60°C), необходимо добавление морозостойких композиций. Особенно широко они используются при изготовлении труб, деталей автомобилей.

Кроме физико-механических свойств полимерных материалов, можно использовать различные добавки, влияющие на внешний вид готового изделия. В частности, для увеличения степени прозрачности используются нуклеаторы, позволяющие изготавливать продукцию, обладающую минимальной мутностью. Особенно важно это для упаковочного материала и различных пленок.

Кроме прозрачности, очень часто необходимо добиться блеска изделия и глянца. В таких случаях используются скользящие добавки, например, эрукамид. Снижение степени усадки можно добиться несколькими способами: при использовании минерального наполнителя, добавления нуклеатора, подвспенивания и др.

Таким образом, свойства полимерных материалов можно модифицировать, совершенствовать и добиваться необходимых качеств при изготовлении той или иной продукции.

 

19.Способы получения материалов и изделий на основе полимеров.

КАЛАНДРИРОВАНИЕ - способ формования изделий в зазоре между двумя вращающимися валками из термопластичных композиций для получения рулонных, пленочных и листовых материалов.

ЭКСТРУЗИЯ - продавливание формовочной массы через мундштук экструдера - насадку, соответствующую профилю изделия.

Применяются шнековые экструзионные машины, в которые полимер подается в виде порошка или гранулята. В экструдере полимер нагревается до вязкотекучего состояния и выдавливается через мундштук.

Этим методом изготавливают трубы, погонажные изделия, плитки, пленки и т.д.

ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ осуществляют при получении изделий из вязкотекучих термопластичных композиций методом инжекции. Порция расплавленной массы, полученной в литьевых машинах, под давлением впрыскивается в форму, где охлаждается и быстро затвердевает.

Этим способом получают детали для соединения труб, сифоны, облицовочные плитки.

ТЕРМОФОРМОВАНИЕ производят вакуумным и пневматическим методами.

При вакуумном термоформовании изделия получают из листовых термопластичных заготовок, которые в пластическом состоянии под влиянием вакуума принимают конфигурацию формы.

Этим методом получают крупногабаритные тонкостенные изделия сложного профиля - ванны, раковины, смывные бачки.

При пневмо формовании размягченные заготовки превращают в изделия с помощью сжатого воздуха.

ПРЕССОВАНИЕ осуществляют в обогреваемых гидравлических прессах при переработке смесей на основе термореактивных полимеров.

+ Прессованием получают древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, слоистые пластики.

Модуль № 2