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.