Международная научно-практическая конференция "Экологобезопасные ресурсосберегающие технологии обработки древесины"

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «СОБЫТИЯ»

Р.А. Симкина, к.т.н.

В сентябре 2013 года в Киеве прошла конференция, посвященная 115-летию Национального университета биоресурсов и природопользования Украины (НУБиП), 10-й годовщине основания кафедры «Технологии деревообработки» НУБиП и очередной сессии Регионального координационного совета по современным проблемам древесиноведения (РСКД).

На конференции с приветственным словом выступил ректор НУБиП, академик НаНУ и НааН Украины Д.А. Мельничук. Директор учебно-научного института лесного и садово-паркового хозяйства, проф. П.И. Лакида предоставил слово одному из самых известных ученых в области лесоведения и обработки древесины, председателю РСКД, заслуженному деятелю науки РФ, академику Международнои? академии наук о древесине, почетному члену РАЕН, проф. Б.Н. Уголеву.

Взаимодействие фундаментального и прикладного древесиноведения очень важно для развития всех наук о лесе. Первичное древесиноведение начало развиваться очень давно. Древесина всегда была легкодоступным материалом и человек мог наблюдать ее и использовать в своей практической деятельности, т.к. она легко подвергалась обработке даже самыми простыми орудиями. Для ее изучения было достаточно только органов чувств. Но постепенно наука разделилась на фундаментальное и прикладное направления.

Первое отвечало на вопрос «почему?», а второе на вопрос «как?». Причина развития фундаментального древесиноведения — внутренняя логика развития науки, получение более полного представления о древесине, ее строении, химической природе и физике. Конечная цель — открытие законов, создание теории и математических моделей, раскрытие связей между свойствами древесины, создание природоподобных материалов. Средства исследования — микроскопия, химия и физика древесины. Тенденции развития — минимизация объекта исследований, характеризация объекта изучения.

Причина развития прикладного древесиноведения — запросы практики. Средства — инструментарий и аппаратура проведения испытаний, в том числе не разрушающих, конечная цель — решение конкретных задач и получение оптимальных технологий.

Строение древесины исследуют на разных уровнях (рис. 1): от атомно-молекулярной и наноструктуры до макроструктуры. Наблюдается тенденция к минимизации объекта исследований. Все чаще проводят микромеханические исследования древесных волокон и других анатомических элементов древесины.

Физические свойства массивной древесины описывает закон Гука для идеально упругого тела. Для интерпретации интегрального закона деформирования древесины под нагрузкой при изменении влажности и температуры используют функции Хевисайда соответственно для сушки (охлаждения) и увлажнения (нагревания).

О научных и методических достижениях и перспективах развития кафедры технологии деревообработки Учебно-научного института лесного и садово- паркового хозяйства НУБиП рассказала зав. кафедрой, проф. Е.А. Пинчевская.

Кафедра была основана в 2003 году. В настоящее время у нас работают: один д.т.н., 7 к.т.н., ассистенты и 8 аспирантов. Средний возраст сотрудников — 40 лет. На кафедре преподают 43 дисциплины. Была осуществлена аккредитация по образовательно-квалификационному уровню «Бакалавр», «Специалист» и «Магистр». В течение 2003–2013 годов было выпущено 7 монографий, опубликовано 230 научных статей, в т.ч. 51 в международных изданиях, выполнено 39 методических разработок, создано 3 типовые учебные программы, зарегистрировано 24 декларативных патента. Наши студенты принимали участие во Всеукраинских студенческих олимпиадах по специальности «Оборудование лесного комплекса», на которых занимали призовые места.

На кафедре выполнен большой объем научных работ: создано 10 национальных стандартов, закончены две госбюджетные НИР, по результатам которых разработаны рекомендации для предприятий по лесопилению низкосортной древесины и проектированию лесосушильного комплекса. Проводятся исследования по актуальной фундаментальной теме, связанной с научными основами формирования требований к рациональному использованию древесного сырья».

Основная тематика научных исследований на кафедре — разработка технологических регламентов процессов лесопиления, сушки и консервирования древесины, научные исследования актуальных направлений теории резания и усовершенствование деревообрабатывающего оборудования, технологии клееных материалов и плит, конструирования изделий из древесины, стандартизация круглых лесоматериалов и пиломатериалов. Кафедра принимает участие в работе технических комитетов по стандартизации: ТК-18 «Лесные ресурсы» и ТК-151 «Мебель», РСКД (Россия). Отдельные сотрудники кафедры включены в «Реестр экспертов по древесине, технологии деревообработки», который работает под эгидой IAWS (International Academy of Wood Science — Международной академии наук о древесине) и в редколлегию журнала «Оборудование и инструмент для профессионалов».

Кафедра сотрудничает с ведущими профильными университетами разных стран: Национальным лесотехническим университетом Украины, Московским государственным университетом леса (Россия), Санкт-Петербургской лесотехнической академией (Россия), Харьковским Национальным техническим университетом сельского хозяйства им. П. Василенко, Одесской государственной академией строительства и архитектуры, Украинским институтом мебели, Институтом агроэкологии Украинской академии аграрных наук, Грузинским государственным техническим университетом и Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskiego (Школа сельского хозяйства — SGGW) в Варшаве (Польша). Налажены тесные связи с профильными средними учебными заведениями — Коломийским политехническим колледжем, Енакиевским политехническим техникумом, Житомирским технологическим колледжем, Киевским колледжем строительства, архитектуры и дизайна, Львовским лесотехническим колледжем, Киевским высшим профессиональным училищем деревообработки и многими другими.

Кафедра готовит кадры и проводит практику студентов на ведущих предприятиях отрасли: лесных хозяйствах Государственного агентства лесных ресурсов Украины, предприятиях «Фанплит», «УкрШпон», «Спецмебель», «ДОК №7», ООО «Маркетлис», «Иберус», «Бон-Тон», а также филиалах и представительствах иностранных компаний — Termolegno (Италия), Felder, Muhlboк-Vanicek (Австрия), Remmers (Германия), «Сенеж» (Россия).

«Влияние древесной породы на показатели эффекта памяти», проф. Б.Н. Уголев, доц. Г.А. Горбачева, асп. С.Ю. Белковский (МГУЛ, Москва)

Древесина является одним из видов биополимеров, обладающих эффектом памяти формы, это — природный интеллектуальный материал. Причем это ее доминантный признак.

Эффект памяти древесины основан на квазиостаточных «замороженных» деформациях, которые были экспериментально обнаружены Б.Н. Уголевым в начале 1960-х годов при сушке закрепленного образца.

Показатели эффекта памяти — доля обратимых деформаций (Rr) и доля фиксированных деформаций (Rf). Rr показывает способность материала запоминать постоянную форму, и является мерой восстановления деформации, полученной в результате механического воздействия, отражает степень восстановления исходной формы образца. Rf — отражает способность фиксировать механическую деформацию, и, тем самым, запоминать временную форму, полученную в результате механического воздействия. Ее определяют как отношение деформации, остающейся после снятия напряжений к величине максимальной деформации.

Замороженная деформация представляет собой разницу между упруго-эластическими деформациями древесины при начальной и конечной влажности. Такие деформации образуются в результате временной перестройки наноструктуры древесины под управляющим воздействием нагрузки при увеличении жесткости древесины в процессах сушки или охлаждения. Замороженная деформация исчезает при увлажнении или нагревании.

Сложность строения и химического состава, анизотропия, природная вариативность свойств древесины создают определенные трудности при объективной оценке эффекта памяти различных пород древесины. Разработан метод, который позволяет выявить основные закономерности влияния древесной породы на показатели эффекта памяти древесины. Например, особенности технологии изготовления шпона оказывают на них большее влияние, чем порода древесины.

Древесная порода оказывает наибольшее влияние на показатель Rr при изменении влажности (вдоль и поперек волокон) и при изменении температуры (поперек волокон). При изменении влажности в направлении вдоль волокон величина показателя Rf практически не зависит от породы древесины. На остальные показатели древесная порода влияет в меньшей мере.

При более детальном рассмотрении механизма образования фиксированных деформаций нужно иметь в виду, что она включает не только обратимые упруго-эластические, но и необратимые пластические деформации.

«Взаимосвязь физических свойств древесины березы повислой с микроструктурой и шириной годичного слоя», проф. Косиченко Н.Е., доц. Вариводина И.Н., асп. Неделина Н.Ю. (ВГТА, Воронеж) Отличительными особенностями древесины является сочетание в ее строении волокнистых и слоистых структур. Она является анизотропным и пористым материалом (рис. 2).

Гистологический состав древесины применительно к годичным слоям был определен с помощью точечного интеграционного окуляра и электрического счетчика СФК–МИНИЛАБ. Этот метод анализа предложили немецкие исследователи Хёстер и Шпринг для определения гистологического состава растительных тканей.

В самом грубом виде можно считать, что древесина состоит из двух компонентов: плотной массы (оболочек клеток) и полостей, заполненных воздухом (рис. 3). Однако, при определении плотной массы древесины в ней необходимо различать не два, а три компонента: полости сосудов и древесной паренхимы, оболочки этих элементов и лучи.

Установление плотной массы древесины необходимо проводить в четыре этапа (рис. 4), определяя удельный объем:

  • полостей сосудов (1);
  • полостей волокон и клеток древесной паренхимы (2);
  • оболочек сосудов и волокон (3);
  • сердцевинных лучей (4).

Процентное соотношение элементов древесины березы зависит от ширины годичного слоя. Зная относительную плотность древесинного вещества и плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, можно рассчитать величину ее пористости. Пористость древесины обусловлена наличием в ее структуре полостей клеток, межклетников и неутолщившихся участков клеточных стенок (мембраны пор), пронизанных мельчайшими отверстиями. Сформировавшаяся клеточная стенка в ненабухшем состоянии имеет низкую пористость (до 5%).

Базисная плотность древесины является отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности равной или выше предела насыщения клеточных стенок. Максимальная же влажность древесины находится в тесной зависимости от ее пористости. Древесина достигает максимальной влажности после погружения в воду. Она является суммой наибольшего количества связанной воды (предел насыщения клеточных стенок) и свободной воды.

Разработано математическое описание для определения пористости, максимального водопоглощения и базисной плотности древесины по числу годичных слоев в одном сантиметре, что очень актуально для теории и практики древесиноведения. Оно значительно сокращает трудовые и энергетические затраты при определении основных показателей физических свойств древесины.

«Некоторые результаты исследования пороков древесины бука», проф. М. Тепнадзе, докторант Л. Миротадзе, маг. Д. Литкин (ГТУ, Тбилиси).

По результатам исследований размерно-качественной характеристики буковых круглых лесоматериалов, заготавливаемых в Грузии, было установлено, что основными сортообразующими пороками буковой древесины является ложное ядро, ядровая гниль, сучки, трещины и кривизна. Количество бревен, пораженных ядровой гнилью составляет 44,3%. Отмечено, что буковая древесина относится к группе толстых круглых лесоматериалов со средним диаметром 65 см, средний диаметр ложного ядра составляет 39 см, а ядровой гнили — 19 см. Средний сбег буковой древесины — 2,1 см/м.

Полученные данные позволяют обоснованно решать вопросы рациональной комплексной переработки буковой древесины с целью получения максимального полезного выхода.

«Определение вниутрикольцевой плотности древесины с помощью устройства для измерения сопротивления сверлению», доц. Е.С. Шарапов, проф., А.С. Торопов, асп. В.Ю. Чернов, Поволжский государственный технический университет (ПГТУ, рис. 5), Йошкар-Ола.

Определение свойств древесины и древесных материалов актуально для науки и для многих предприятий: лесозаготовительных, деревообрабатывающих, строительных и садово-парковых. В этой области работали многие ученые, накоплено много результатов теоретических и экспериментальных исследований. Самые популярные методы определения свойств древесины и древесных материалов — ультразвуковой, радиационный и с помощью ручного инструмента.

В ПГТУ были разработаны методика измерения и мобильные устройства для определения изменения свойств (плотности) древесины методом микросверления. Сначала была разработана оригинальная конструкция такого устройства, затем лабораторный экспериментальный образец и прикладная компьютерная программа информационного управления в среде «LabVIEW» с использованием языка графического программирования. Были проведены экспериментальные исследования процесса микросверления древесины тонким буровым сверлом, на основании которых рассчитывались режимы для таких способов механической обработки древесины: пиления, фрезерования, сверления, строгания, точения, шлифования, раскалывания, разрезания и штампования, резания лазером и струей воды, комбинированного и других.

Были запатентованыустройства для измерения сопротивления сверлению (патенты на полезную модель РФ № 95128, 2010 год и № 2448811, 2012 год) (рис. 6).

Для сбора и оцифровки данных при исследовании процесса микросверления древесины используется стандартное устройство сбора данных NI USB- 6008 для (рис. 7).

Лабораторная экспериментальная установка имеет номинальную скорость вращения бурового сверла 4100±200 мин-1, номинальную скорость подачи 420 мм/мин и диаметр тонкого бурового сверла 3мм.

Разработана методика и представлены результаты экспериментальных исследований свойств круглых лесоматериалов по радиусу ствола в условия процесса сверления. В качестве исследуемых образцов использованы:

  • бревно сосны обыкновенной, оцилиндрованное, D = 235 мм, средняя влажность Wср = 11,5%;
  • бревно ели европейской с ядровой комлевой гнилью, D = 310-340 мм, Wср = 47,6%;
  • бревно осины обыкновенной с ядровой стволовой гнилью, D = 265 мм, Wср = 72,9%;
  • бревно сосны обыкновенной с ситовой ядровой гнилью, D = 210 мм, Wср = 52,9%.

На каждом исследуемом лесоматериале осуществлялось по 9-15 замеров с шагом 50 мм по длине ствола. Графическое представление результатов дает возможность оценить изменение мощности сверления по диаметру лесоматериала (рис. 8).

Проведенные исследования позволили получить результаты, очень важные для разработчиков инструмента и станков для деревообработки:

  • скачкообразное изменение величины мощности сверления от 30 до 55 Вт соответствует варьированию физико-механических свойств исследуемого материала. Структура древесины является неоднородной, наблюдается разница в величине мощности при сверлении ранних и поздних зон до 8 Вт, что составляет более 35% от общей мощности сверления;
  • опыты на сосне показали незначительное изменение величины мощности в сторону уменьшения к центральным зонам лесоматериала;
  • при смещении отверстий сверления по длине лесоматериалов наблюдались участки с одинаковыми физико-механическими свойствами древесины, что характерно для всех исследованных лесоматериалов;
  • величина мощности холостого хода привода резания до процесса сверления равна примерно 22 Вт, после выхода сверла с противоположной стороны лесоматериала — 24-30 Вт, что связано с трением поверхности концевика сверла о стенки отверстия и стружку и зависит от породы, влажности, направления волокон древесины и геометрических параметров режущего инструмента;
  • наблюдается отличие теоретических и экспериментальных данных мощности при сверлении более чем в 2 раза (расчеты осуществлялись по методике проф. А.Л. Бершадского и по «объемной» формуле мощности резания), что связано с фактическим значением и граничными условиями методик расчета по диаметру сверл.

Были проведены сравнительные исследования методик определения плотности древесины при использовании рентгеновского излучения (установка DA-X фирмы «GreСon») и устройства для измерения сопротивления сверлению. Выявлена взаимосвязь величин мощности при микросверлении древесины (W=12%) и плотности древесины (p12) при использовании рентгеновского излучения по трем породам: сосна, бук и ясень. Установлено, что определение плотности древесины с помощью устройства для измерения сопротивления сверлению дает не меньшую точность по сравнению с высокоточным устройством, использующим рентгеновское излучение.

Были выявлены отличия в стружкообразовании для различных пород древесины. При микросверлении сосны стружка имеет более крупные фракции, что способствует ее лучшему перемещению и прессованию в отверстии. Напротив, у ясеня и бука стружка имеет мелкую, порошкообразную фракцию, которая уплотняется в отверстии и увеличивает силу трения. После проведенных испытаний были разработаны новые конструкции мобильных устройств с автоматическим регулированием скорости подачи тонкого бурового сверла новые модели тонкого бурового сверла для мобильного устройства с улучшенными рабочими характеристиками. Разработан и собран первый, готовый к продаже образец нового мобильного устройства для диагностики состояния древесины «ResistYX» (рис. 9), в котором используют самые современные электроприводы и компоненты. Его оригинальные детали и узлы изготовлены на современном точном оборудовании. По сравнению с аналогами оно обладает повышенной точностью измерений, высокой надежностью и улучшенной мобильностью.

Доклады ученых из Москвы, Львова, Санкт-Петербурга, Йошкар-Олы познакомили слушателей с расчетом сушильных напряжений в древесине, акустическими методами определения анизотропных упругих характеристик древесины, особенностями показателей годичных слоев и физических свойств древесины кавказской сосны, влиянием аномальной структуры на усыхание древесины явора, декоративными формами ясеня обыкновенного.

Модификация поликонденсационных клеев активированным в электромагнитном поле СВЧ монтмориллонитом позволяет получить более экологичные клееные материалы на основе карбамидоформальдегидных клеев без снижения прочности клеевого шва.

Содержание и эмиссия формальдегида из модифицированных клеев были определены экспериментально продувкой воздуха через отвержденный клей, эксикаторным, перфораторным и камерным методамм для фанеры. В качестве модификатора для клея был использован алюмосиликатный сорбент монтмориллонит, который добывают в Хакасии, Россия. Этот наполнитель снижает эмиссию формальдегида благодаря своим высоким адсорбционным свойствам. Для увеличения адсорбционной емкости его подвергают активации в электромагнитом поле СВЧ.

Активация монтмориллонита в электромагнитном поле СВЧ позволяет повысить адсорбционные свойства по формальдегиду, приводит к снижению эмиссии формальдегида из клееной продукции и не дает снижения прочности клеевого шва.

В.С. Коваль, доцент, С.Н. Мазурчук, ассистент, НУБиП

На современном рынке востребована пилопродукция различного назначения, сечения, степени обработки, природного состава и сортности. Усовершенствование процесса раскроя пиломатериалов на заготовки путем применения неразрушающих методов контроля является одним из действенных направлений повышения их выхода.

Для сканирования древесины можно использовать следующие технологии: оптическое сканирование (optical scanning); лазерное сканирование (laser scanning); микроволновое сканирование (microwave scanning); инфракрасное сканирование (infrared scanning); ультразвуковое сканирование (ultrasound scanning) и т.п. Первое полное сканирование бревна было выполнено в Университете штата Луизиана в 1994 году.

Этапы идентификации дефектов пиломатериалов представлены на рис. 10. На основании проведения статистических расчетов автоматически формируется карта раскроя пиломатериалов.

После рентгеновского выявления внутренних дефектов пилопродукции (рис. 11) выполняют их маркировку (рис. 12).

Дефекты можно также успешно выявлять с помощью ультразвуковой томографии и тепловизоров, которые позволяют оценить качество поверхности пиломатериалов лиственных пород с фотофиксацией пороков пиломатериала. Полезный выход заготовок заданной спецификации из пиломатериалов лиственных пород при применении рациональных схем раскроя посредством определения их фактической размерно-качественной характеристики можно увеличить по сравнению с современными производственными результатами.

Проведенные исследования показали: на полезный выход спецификационных заготовок из пиломатериалов больше всего влияют размерно-качественная характеристика пиломатериалов и спецификация заготовок;

  • оптимизации процессов раскроя пиломатериалов на заготовки достигают разработки специальных программ, которые используют максимальный объемный выход заготовок или минимум отходов древесины в качестве критерия оптимизации. В настоящее время целесообразным критерием считают выход продукции в гривнах из 1 м3 переработанной древесины или наибольшую стоимость пиломатериалов;
  • наиболее распространенными методами оценки качества пиломатериалов являются: оптическое, лазерное, рентгеновское, ультразвуковое, микроволновое, инфракрасное сканирование, использование импульсного радара и подобные методы неразрушающего контроля древесины. Они позволяют оценить реальную форму поверхностных и внутренних пороков без разрушения древесины. Причем в большинстве случаев их используют для оценки качества сухих пиломатериалов. Самыми дешевыми методами оценки являются оптическое, ультразвуковое, инфракрасное сканирование, и применение тепловизоров;
  • эксперименты, проведенные с применением неразрушающих методов контроля для определения размерно-качественной характеристики пиломатериалов, показали, что полезный выход заготовок заданной спецификации по сравнению с производственными результатами увеличился в среднем на 10–12%, средний полезный объемный выход спецификационных заготовок по результатам экспериментальной распиловки составляет 70,92%, а выход объема заготовок находится в пределах от 56,67–83,62%.

Статью профессора С.А. Угрюмова и асситстента А.А. Федотова (КГТУ, Кострома) о свойствах древесно-стружечных плит на основе фуранового олигомера читайте в этом же номере журнала.

В следующем номере журнала будут опубликованы доклады:

  • «Технологическая оценка запасов дуба Закарпатья для использования в бондарном производстве», акад. Луканин А.С., (ИАП, Киев) доц. Зражва С.Г. (НУБиП Украины, Киев), к.т.н. Панахов Т.М. (АИВВ, Баку).
  • «Нелинейная динамическая модель деформирования и разрушения композиционных материалов на основе древесины», к.т.н. Кульман С.М. (Компания «Интердизайн», Житомир).
  • «Экспериментальная проверка расчета длительности процесса сушки пиломатериалов разных пород древесины», асп. Спирочкин А.К. (НУБиП Украины, Киев).
  • «Анализ современного состояния мебельной и деревообрабатывающей промышленности Украины», к.т.н. Сагаль С.З. (ООО «Мебель-Деревпром», г. Киев).
  • «Обсуждение методических аспектов исследования технологии изготовления древесного компонента методом раздавливания» доц. Малахова О.С., асп. Лакида Ю.П. (НУБиП)
  • «Определение качества обработанной поверхности пиломатериалов», асп. Белецкий М.А., доц. Сирко З.С. (НУБиП Украины, Киев).

В рамках конференции прошло заседание «Регионального Координационного совета по современным проблемам древесиноведения».

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.