Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ ГРУППЫ Р2 С МЕЛКОСТРУКТУРНОЙ ШЛИФОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ С ДВУХ СТОРОН

Мухортов П.А. 1 Ерофеев А.В. 1
1 Тамбовский государственный технический университет
В данной статье рассматривается влияние УФ-облучения на прочность при поперечном изгибе древесно-стружечных плит марки Р2 с мелкоструктурной шлифованной поверхностью с двух сторон. Приведено описание материала, его химический состав. Показано экспериментальное оборудование, описана методика проведения испытаний с последующей обработкой результатов. ДСП на сегодняшний день является одним из наиболее распространенных материалов, применяемых в строительстве, отделке помещений, создании мебели. В то же время, необходимо учитывать воздействие на данный материал неблагоприятных факторов (таких как неблагоприятное воздействие окружающей среды, попадание прямых солнечных лучей, влажность, перепад температур). Нужно это для анализа и возможной корректировки областей применения древесно-стружечных плит. К числу таких воздействий можно отнести и воздействие ультрафиолетового излучения. За счет него в композитных материалах рушатся связи, что приводит к их преждевременному старению и износу. Интересен тот факт, что некоторые материалы, в том числе и ДСП, при воздействии на них ультрафиолетового облучения, могут набирать свою прочность. Это еще раз подтверждает необходимость проверки материала в необходимых условиях с последующим анализом полученных экспериментальных данных.
древесно-стружечные плиты
ультрафиолетовое облучение (уф-облучение)
поперечный изгиб
фотарий
композитные материалы
1. Киселева О.А., Ярцев В.П., Ермаков С.В. Влияние концентратора напряжений на эксплуатационную стойкость древесно-полимерных композитов / Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. Материалы международного конгресса "Наука и инновации в строительстве. SIB-2008". Воронеж, 2008. Том 1. Книга 2. С. 701-704.
2. Ярцев В.П. Прогнозирование поведения строительных материалов при неблагоприятных условиях эксплуатации : учебное пособие / Ярцев В.П., Киселёва О.А. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. – 124 с.
3. Киселева О.А., Ярцев В.П. О сроке службы древесностружечных плит // Жилищное строительство. 2003. № 10. С. 24-25.
4. Мамонтов С.А. Разработка методики прогнозирования долговечности древесных композитов с учетом их старения : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.23.05 / Мамонтов Семен Александрович; [Место защиты: Воронеж. гос. архитектур.-строит. ун-т]. - Воронеж, 2016. - 21 с.
5. ГОСТ 25.604-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

Древесно-стружечная плита (рисунок 1) является листовым композиционным материалом, который получается путем прессования древесных стружек со связующим неминерального происхождения [1].

Рисунок 1 – Общий вид ДСП

Как правило, в качестве связующего используется мочевино- или феноло-формальдегидная смола, являющаяся продуктом поликонденсации фенола C6H5OH с формальдегидом CH2=O и имеющая следующую химическую формулу:

(1)

При необходимости при прессовании в состав композита добавляются специальные добавки [2]. Ориентировочное содержание отдельных компонентов ДСП представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Состав древесно-стружечных плит

Древесно-стружечные плиты классифицируют по ряду показателей: по способу прессования, по качеству и виду поверхности, по конструкции, по плотности, по физико-механическим показателям, по гидрофобным свойствам, по содержанию формальдегида.

ДСП является широко распространенным материалом в строительстве. Он используется в изготовлении мебели, при отделке помещений. Нередко древесно-стружечные плиты используются при отделке крыш, полов и наружных стен. В таких случаях стоит учитывать, что материал испытывает нагрузки на поперечный изгиб. Вместе с тем, данный материал может быть подвержен различным неблагоприятным факторам, в том числе, ультрафиолетовому облучению. В связи с этим, существует необходимость проверки древесно-стружечных плит на действие поперечного изгиба в условиях ультрафиолетовых воздействий [3].

Ультрафиолетовое облучение моделировалось в камере УФ-облучения (рисунок 3), принцип работы которой основан на действии ультрафиолетового излучения лампы ДРТ-1000 с номинальным чистым потоком 128 Вт и предельным лучистым потоком 110 Вт. Изменения механических характеристик фиксировалось после 25, 50, 75 и 100 часов ультрафиолетового облучения [4].

Рисунок 3 – Камера УФ-облучения

Прочность при поперечном изгибе определялась на шестипозиционном стенде с передаточным отношением 1:1 (рисунок 4). Образец длиной 12 см и шириной ориентировочно 1,5 мм помещался на опоры, расстояние между которыми составляло 10 см. Нагрузка прикладывалась точечно на расстоянии 5 см от опоры, т.е. в середине пролета. Нагрузка прикладывалась ступенчато до наступления одного из двух предельных состояний [5].

Для устранения влияния механических колебаний при разрушении образцов используется демпфирующее устройство, которое представляет собой ёмкость, заполненную песком, сверху которого уложен резиновый ковёр d=20 мм.

Рисунок 4 – Шестипозиционный стенд с передаточным отношением 1:1

Расчетной схемой для определения прочности при поперечном изгибе является однопролетная шарнирно опертая балка с треугольной эпюрой изгибающих моментов, которые представлены на рисунке 2.5. Максимальный изгибающий момент возникает в середине пролета и равняется М = Pl/4.

Рисунок 5 – Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов

Разрушающие напряжение при поперечном изгибе определялось по формуле:

(2)

где М – изгибающий момент;

– момент сопротивления изгибу;

P – нагрузка, приложенная к образцу;

l – рабочая длина образца;

b, h – ширина и высота образца соответственно.

За конечный результат прочности при продольном изгибе принималось среднее арифметическое значение 6 образцов испытанных в одинаковых условиях. По полученным значениям прочности при поперечном изгибе в зависимости от количества циклов или времени действия неблагоприятного фактора строились графики в координатах t (ч) – σ (МПА).

Прочность при поперечном изгибе ДСП после 25, 50, 75 и 100 часов ультрафиолетового облучения определялась по стандартной методике [5]. Результаты исследований представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Изменения прочности при поперечном изгибе древесно-стружечной плиты в зависимости от времени ультрафиолетового облучения

Из графика (рисунок 6) видно, что зависимость изменения прочности при поперечном изгибе древесно-стружечной плиты выбранной марки от продолжительности ультрафиолетового облучения адекватно может быть описана только полиномиальной функцией с достаточно высокой степенью. В начальный период времени действия облучения в плите протекают одновременно два процесса: доотверждение смолы, приводящее к увеличению начальной прочность древесно-стружечной плиты, и деструкция материала. Из графика (рисунок 6) видно, что до 50 часов преобладает первый процесс (наблюдается рост прочности при поперечном изгибе). Далее превалирующим становится второй процесс (процесс деструкции), процесс доотверждения замедляется и со временем полностью останавливается. Остановка процесса доотверждения связана с полным доотверждением связующего. Стоит отметить, что ультрафиолетовое облучение продолжительностью в 100 часов практически никак не повлияло на начальную прочность образцов. Дальнейшее увеличение продолжительности воздействия, приведет к снижению начальной прочности при поперечном изгибе древесно-стружечных плит.

Значения прочности древесно-стружечной плиты в зависимости от продолжительности ультрафиолетового облучения, a также остаточная прочность приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Прочности древесно-стружечной плиты и их остаточная прочность в зависимости от продолжительности ультрафиолетового облучения

Время УФ-облучения, ч

σ, МПа

σ, %

1

2

3

Без воздействия

19,81

100,0

25

21,41

108,1

50

21,00

106,0

75

20,92

105,6

100

20,10

101,5

 

По полученным результатам видно, что подверженные влиянию УФ-облучения образцы древесно-стружечных плит не теряют свои прочностные характеристики. Более того, по сравнению с образцами, не подвергавшимися воздействию, образцы подверженные воздействию выдерживают большую нагрузку. На основании этого можно судить о целесообразности использования древесно-стружечных плит при воздействии на них прямого ультрафиолетового облучения.


Библиографическая ссылка

Мухортов П.А., Ерофеев А.В. ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ ГРУППЫ Р2 С МЕЛКОСТРУКТУРНОЙ ШЛИФОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ С ДВУХ СТОРОН // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 6.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=19439 (дата обращения: 18.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252