Спосіб виготовлення клеєного бруса

Спосіб виготовлення клеєного бруса, що включає нанесення клею на поверхні заготовок, склеювання їх пошарово у брус, витримку на пові трі, який відрізняється тим, що після нанесення клею на поверхні заготовок, їх витримують протягом т п в = 15 -ь 50 хв , за умови Винахід відноситься до виготовлення дерев'яних виробів верхньої будови залізничної коли, які експлуатуються в умовах високої вантажонапруженості, вологості, агресивного впливу вантажів, що перевозяться, електричної тяги поїздів, періодичного заморожування і танення, зволоження та висушування Відомий спосіб виготовлення дерев'яного бруса [Інструкція по устрою та утриманню коли залізниць України /Е І Даниленко, А М Орловський, А П Татуревич та ІНШІ — Київ Транспорт України, 1999], який включає в себе просочення масляним антисептиком Недоліком відомого бруса є наступне Просочення бруса масляним антисептиком здійснюється в автоклаві, що супроводжується великими витратами енергоресурсів, часто пов'язано з необхідністю виготовлення брусів на різних заводах, що також зв'язано з великими транспортними витратами Крім того, масляний антисептик, зокрема креозот, не просочує брус чи шпалу на всю глибину, досить швидко випаровується та руйнується під дією сонця В результаті брус досить швидко розтріскується, втрачає електричний опір, піддається гниттю, втрачає несучу здатність Найбільш близьким за сукупністю ознак до способу, що заявляється є спосіб виготовлення клеєного бруса [ГОСТ 9371-90 Брусья перевод ные деревянные клееные для железных дорог широкой колеи — М Изд-во стандартов, 1990], що включає нанесення синтетичного клею на поверхню заготівок, склеювання їх пошарово у брус з подальшою витримкою їх на повітрі протягом 7 діб та просочування просочують масляним захисним засобом Причини, які перешкоджають досягненню прототипом очікуваного технічного результату, полягають у недостатній гідроізоляції бруса, що призводить до розшарування , швидкої втрати несучої здатності і електроопору бруса Недоліком такого брусу є недостатня тріщиноСТІЙКІСТЬ з-за його розшарування під дією температурних перепадів, висушування і зволоження та використання клею, який не забезпечує достатньої ВОДОСТІЙКОСТІ клейового з'єднання, а тому досить швидка втрата несучої здатності і електроопору бруса під дією „температурних перепадів, висушування і зволоження, заморожування і відтавання В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу виготовлення клеєного брусу, в якому шляхом забезпечення його надійної гідроізоляції підвищується тріщиностійкість і електроізоляційні властивості бруса Поставлена задача вирішується способом виготовлення клеєного бруса, що включає нанесення клею на поверхні заготівок, склеювання їх поша т пв = ( 8 6 - 1 , 8 Т п р и м ) , де Тприм - температура приміщення, потім їх пошарово склеюють у брус при тиску 0,2 - 0,3 МПа та температурі 40°С - 50°С протягом 1 2 - 1 6 годин, герметизують поверхні бруса, причому склеювання та герметизацію здійснюють клеєм із роздрібненої інден-кумаронової смоли, ацетону, епоксидної смоли та отверджувача у співвідношенні 1 (0,45-0,55) (0,8-1,2) (0,08-0,12) (О ю (О 61526 раціональним, тому що процес полімеризації вже закінчується Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому зображено Фіг 1,2 — клеєний дерев'яний брус Фіг 1 — з пластей, що склеєні по довжині, Фіг 2 — з пластей, що склеєні по довжині і ширині 1 — клеєві шви, 2 — захисне покриття Н — ширина бруса, В — довжина бруса Фіг 3 Схема зубцюватого клейового з'єднання деревини L - довжина шипа, t - крок з'єднання, b затуплення шипа, S — зазор у стиках Фіг 4 Залежність в'язкості суміші ІКС + Ац від Введення нового клею на основі роздрібненої вміщення ацетону інденкумаронової смоли забезпечує водонепрониФіг 5 Залежність МІЦНОСТІ клейового з'єднання кність і ВОДОСТІЙКІСТЬ клейового з'єднання, його на суміші ІКС + Ац від вміщення ацетону високий електричний опір Фіг 6 Залежність МІЦНОСТІ клейового з'єднання Герметизація поверхні бруса зробленим клепри сколюванні від вміщення ЕД-20 в клейовому йовим складом замість просочування забезпечує складі водонепроникність бруса з поверхні і, ВІДПОВІДНО Фіг 7 Залежність МІЦНОСТІ клейового з'єднання усуває його усушку і виникнення первинних тріпри сколюванні від температури (приміщення) і щин тривалості попередньої витримки 1 - витримка Недостатня за часом попередня витримка не при температурі 20°С, 4 - 30°С, 5 - 40°С забезпечує необхідної глибини просочення та виФіг 8 Залежність МІЦНОСТІ клейового з'єднання паровування залишкового ацетону, внаслідок чого при сколюванні від тиску склеювання Р знижується МІЦНІСТЬ клейового з'єднання на скоМІЦНІСТЬ при сколювання, МПа, лювання RCK- Попередня витримка зверх оптиматовщина клейового шва, мм льної — знижує когезійну МІЦНІСТЬ клейового з'єдФіг 9 Залежність МІЦНОСТІ клейового з'єднання нання з-за руйнування структурних зв'язків при сколюванні від режимів теплової обробки тем(контактів), що виникли при полімеризації ЕД, що ператури (приміщення) і тривалості попередньої вже почалася витримки 6 - теплова обробка при 40°С, 7 - при Відхилення тиску бруса при його склеюванні 60°С, 8 - при 80°С від значень Р = 0,2-ь0,ЗМПа, або Р = Фіг 10 Зміна водопоглинання по вологості W 0,45 -ь 0,55МПа, що забезпечують максимальну фрагмента шпали в часі t МІЦНІСТЬ клейового з'єднання знижує ступінь просочення клейовим складом целюлозної стінки при О Р < 0,2МПа, або викликає залишкові напруження — уздовж волокон, від збільшення тиску Відхилення тиску бруса від — поперек волокон, значень більш високого інтервалу пов'язані в додаток з відхиленням товщини клейового шару від — уздовж волокон захищеного його оптимальної величини складом КС-2 Підвищення температури прогріву брусів Заявлений спосіб реалізують таким чином зверх 50°С призводить до зменшення глибини Інден-кумаронову смолу ІКС, що представляє просочення деревини клейовим складом з-за присобою тверді хрипкі пластинки розміром до 20мм, скорення його загущення Температура прогріву подрібнюють на бігунах, до проходження через брусів нижча за 40°С, або тривалість прогріву, нисито з діаметром отворів 0,5мм жча за 12год , знизить ступінь полімеризації ЕД Відважують на будь-якому дозаторі з точністю Підвищення тривалості прогріву зверх 16 год не є ± 2% компоненти клейового складу, наприклад, у розрахунку на 10 брусів (30кг клейового складу) рове у брус, витримку на повітрі, в якому згідно з винаходом, після нанесення клею на поверхні заготівок, їх витримують протягом т пв - 15 -ь 50 хв , за умовою т пв = (86 - 1,8 ТпрИм), де ТпрИм —температура приміщення, потім їх пошарово склеюють у брус при тиску 0,2 -ь 0,3 МПа та температурі 40°С-ь 50°С на протязі 12-И6 годин, герметизують поверхні бруса, причому склеювання та герметизацію здійснюють клеєм із роздрібненої інденкумаронової смоли (ІКС), ацетону (Ац), епоксидної смоли (ЕД) та затверджувача (ПЕПА) у співвідношенні 1 (0,45-ь0,55) (0,8-5-1,2) (0,08*0,12) Найменування компонента Вміст компонента, мас % ІКС ЕД-20 Ацетон ПЕПА Всього Готування клейового складу здійснюють у будь-якому відомому клеєзмі-шувачі відповідної ємності з механічним приводом, центральним обертанням лопастей і водяним обігрівальним кожухом для регулювання температури Можливе готування клейового складу вручну в якій-небудь ємності з попереднім підігрівом компонентів Заповнення ємності клеєзмішувача компонентами клейового складу виробляється у визначеній 42 34 20 4 100 Вміст компонента, кг 12,6 10,2 6 1,2 ЗО ПОСЛІДОВНОСТІ У першу чергу в ємність заливають от-дозований розчинник і нагрівають до температури 45°С, дотримуючи правила безпеки (при нагріванні розчинника забороняється застосування відкритого полум'я і безпосереднього контакту електронагрівального елемента, ТЕНА, з робочою сумішшю) Потім, при безупинному перемішуванні, уводять здрібнену ІКС Після ПОВНОГО розчинення ІКС у змішувач подають епоксидну смолу Пере 61526 мішування суміші здійснюють до утворення однорідної пластичної маси При необхідності негайного застосування клейового складу в робочу суміш вводять затверджувач, причому при введенні затверджувача температуру в змішувачі підтримують рівною 18°С, і перемішують склад з затверджувачем 3 - 5 хв Склеювання заготівок для клеєних брусів може бути здійснено в гвинтових механічних пресах з одно -1 двостороннім стиском До початку робочого дня визначають температуру приміщення Тприн, Де відбувається відкрита витримка заготівель, наприклад 15°С, і продовження попередньої відкритої витримки ПВВ т пв = (86 - 1,8 Тприм) (86 - 1,8 • 15) = 59хв , яку можна змінити в межах ± Юхв у залежності від властивостей матеріалів Роблять розпилювання необрізаних пиломатеріалів чи ВІДХОДІВ обрізних (при вологості деревини не більш 15%) на заготівлі перерізом, що відповідає кресленням бруса у технічних умовах ТУ (фіг 1, 2) чи інших документах на клейові дерев'яні бруси, з обліком наступного стругання, і довжиною, що залежить від якості і довжини пиломатеріалів і їхніх ВІДХОДІВ Зазначене розпилювання роблять на верстатах, наприклад, ЦМЭ-3, ЦДК-5 Потім на торцях заготівель нарізають зубцюваті шипи (фіг 3), наносять на ці місця клейовий склад, і роблять ПВВ протягом т в = 59хв , потім заготівлі з зубцюватими шипами стикують по довжині (фіг 3) на лінії ОК-502 і роблять теплову обробку ( далі — ТО) зістикованих заготівель протягом часу т То " 12 годин при 50°С У такому стані брус піддають ТО протягом 12 годин при 50°С Після тепловрі обробки роблять торцювання готових брусів і герметизацію їхньої поверхні в розігрітому стані за допомогою клейового складу При використанні гвинтового преса з двостороннім обтиском стругають пласті і бічні крайки (фіг 3) зістикованих заготівель на рейсмусовому верстаті, наприклад СР-8 Потім наносять клейовий склад на пласті 1 і крайки цих заготівель (фіг 1, 2), роблять ПВВ протягом часу т Пв - 59хв , після чого їх склеюють у брус (фіг 1, 2) у гвинтовому пресі У такому стані брус піддають ТО протягом 12 годин при 50°С Після теплової обробки роблять торцювання готових брусів і герметизацію їхньої поверхні 2 в розігрітому стані за допомогою клейового складу Для забезпечення ще більш високої тріщиноСТІЙКОСТІ і ДОВГОВІЧНОСТІ брусів, або при ремонті брусів вирізають з склотканини, що має за технічними умовами МІЦНІСТЬ 160кГ смуги шириною 2,5см, смугу шириною 15см і довжиною 300см, щільно обмотують цією смугою КІНЦІ і середину бруса 3 (фіг 1) по свіжонанесеному захисному клейовому складу 2 (фіг 1), і обмазують поверху полімеркомпозиційний хомут, що створився, таким же клейовим складом Такий хомут витримає силу набухання деревини, що дорівнює приблизно 2400кГ на 30см довжини шпали Більш точно КІЛЬКІСТЬ хомутів встановлює лабораторія за допомогою експериментів Після ЦЬОГО брус відправляється на склад або відразу, або після ТО У разі ремонту брусів чи шпал з тріщинами полімеркомпозиційний хомут встановлюють після їх висушування у жарку погоду чи у виробничих умовах, заповнення і герметизації тріщини (тріщин) Таке обладнання, що використовують при виготовленні клеєних брусів, наприклад для теплової обробки ТО, улаштування зубцюватих шипів, стикування заготівок по довжині на лінії ОК-502, торцювання готових брусів, гвинтовий прес, термозмішувач з терморегулятором, бігуни, клеєзмішувач, ІНШІ станки для обробки деревини, — є загальновідомим і поширеним при виконанні подібних робіт Приклад 1 1 1 У ВІДПОВІДНОСТІ до заявленого винаходу виробляють клейовий склад на основі інденкумаронової смоли ІКС, у яку додають ацетон Ац, змінюючи відношення Ац/ІКС в інтервалі = 0,35 + 0,55, або (35-55)%, і перемішують суміш до однорідності Після перемішування вимірюють за допомогою віскози-метра ВЗ-4 і спеціальної методики в'язкість ТІ , с/м2 кожного виробленого складу Виробленими складами склеюють також стандартні зразки соснової деревини, витримуючи всі умови склеювання клеєного бруса за винаходом Зразки, що таким чином склеєні, пройшли випробування з визначенням МІЦНОСТІ на сколювання RCK клеєвих з'єднань На фіг 4 надана залежність в'язкості г| суміші ІКС + Ац, а на фіг 4 - МІЦНОСТІ RCK клейового з'єд нання, що зроблено на цій суміші, від вміщення ацетону Як бачимо у зоні концентрацій, передбачених винаходом, що заявляється, досягаються оптимальні значення в'язкості І МІЦНОСТІ 1 2 До суміші ІКС+Ац, що зроблена у оптимальному відношенні Ац/ІКС = 0,5, додають епоксидну смолу ЕД, змінюючи відношення у інтервалі ЕД/(ІКС+Ац) =0-И (0%-ИОО %), кожну суміш перемішують до однорідності, додаючи затверджував ПЕПАу КІЛЬКОСТІ 0,1 -s- 0,12 до ЕД Такими складами також склеюють стандартні зразки соснової деревини і визначають МІЦНІСТЬ при сколюванні RCK клеєвих з'єднань На фіг 7 наведена залежність МІЦНОСТІ RCK ВІД вміщення ЕД-20 в клейовому складі Графік свідчить, що в інтервалі ЕД/(ІКС+Ац) = 0,5-ь 0,6, передбаченому винаходом, що заявляється, дійсно досягається оптимальний за МІЦНІСТЮ І адгезією до деревини клейовий склад 1 3 Стандартні зразки деревини з нанесеним на поверхні, що повинні склеюватися, клейовим складом з співвідношенням компонентів, передбаченим винаходом, піддають попередній відкритій витримці на протязі т Пв - 0 - ЮОхв при температурах середовища у камері Тп 20, ЗО і 40°С Після витримки з цих зразків виробляють клеєві з'єднання і визначають їх МІЦНІСТЬ при сколюванні RCK На фіг 7 надана залежність МІЦНОСТІ клейового з'єднання при сколюванні від температури і тривалості попередньої витримки Ці залежності також підтвердили, що для різних температур є своя оптимальна відкрита витримка, при якій МІЦНІСТЬ 61526 8 RCK є максимальною По графікам на фіг 9 побуРезультати випробувань свідчать про те, що якість дований вираз т пв- (86 -1,8Тприм) передбачений клейових з'єднань забезпечують МІЦНІСТЬ клейових заявленим винаходом брусів не нижчу, ніж з цільної деревини Приклад З 14 3 стандартних зразків деревини з нанесеУ галузевій науково-дослідній лабораторії підним на поверхні, що повинні склеюватися, клейорейкових основ та спецзалізобетону виготовлені у вим складом з співвідношенням компонентів, пеВІДПОВІДНОСТІ до заявленого винаходу три експередбаченим винаходом, і які пройшли попередню риментальних клеєних дерев'яних мостових брусів відкриту витримку при 20°С на протязі 50хв , вирозгідно з фіг 2, з герметизацією їх поверхні Після бляють клейові з'єднання, при чому зразки стисвиготовлення один з брусів був випробуваний на кують при тиску, що змінювався в інтервалі статичний згин за методикою і за схемою, що від0,1 -ь 1,0МПа і в такому стані термообробляють по повідають експлуатаційному навантаженню мосрежиму, передбаченому винаходом тових брусів для нормальної залізничної коли (відПісля термообробки визначають їх МІЦНІСТЬ A стань між опорними частинами 1600мм, повне при сколюванні R клейових з'єднань навантаження 25т, як поїзне навантаження на коНа фіг 8 надана залежність МІЦНОСТІ клейоволісну пару (25 т/вісь) Брус витримав навантаженго з'єднання при сколюванні від тиску склеювання ня 25т на протязі 15хв При цьому прогин досяг Р Як бачимо, у інтервалі тиску 0,2-0,ЗМПа, передвеличини 1,7см баченому винаходом, досягається максимальна МІЦНІСТЬ клейових з'єднань Для порівняння такому ж випробуванню був підданий однотипний цільно-дерев'яний брус Брус 1 5 Клейові з'єднання, що виготовлені при оптакож витримав навантаження 25т без руйнувантимальних характеристиках за винаходом, до тепня, його прогин склав 3,2мм УДВІЧІ менший прогин лової обробки, піддають такій обробці при темпеу запропонованого бруса, ніж у цільнодерев'яного ратурах 40, 60 і 80°С на протязі часу, що при однаковому навантаженні свідчить про його змінювався в інтервалі від 0 (без теплової оброббільш високий (удвічі) модуль пружності, що, як ки) до 28 годин По всім клейовим зразкам визнавідомо, є доцільним для брусів і шпал залізничної чені МІЦНОСТІ RCK На фіг 9 приведені залежності коли МІЦНОСТІ клейового з'єднання при сколюванні від режимів теплової обробки - температури і триваПриклад 4 лості 1 -теплова обробка при 40°С, 2 - при 60°С, З Два дерев'яних зразка за розмірами - при 80°С 10x10x10мм, що випиляні з цільно-дерев'яного бруса, у одного з яких одна грань герметизована За даними наведених графіків, вважаючи, що клейовим складом у ВІДПОВІДНОСТІ ДО заявленого після теплової обробки звичайно повинен відбутивинаходу (експериментальний зразок) піддані вися деякий приріст МІЦНОСТІ, найбільш ефективною пробуванню на водопроникність вздовж (і поперек) є теплова обробка при температурі 40°С на протяволокон деревини за методикою безнапірної возі 12-16 годин, що передбачено винаходом допроникності Згідно З ЦІЄЮ методикою до зразків У комплексі експериментальні дані, наведені у щільно приєднувались відкритою стороною цилінприкладі 1, свідчать, що клейовий склад, який задричні посудини з водою і вимірювальними трубпропоновано у заявленому винаході, є оптимальками, за допомогою яких визначалася КІЛЬКІСТЬ ним за адгезійними до дерева і когезійними власводи, що всмоктувалася у зразок на протязі певноними характеристиками го часу Як бачимо (Фіг 10), герметизація за допоПриклад 2 могою клейового складу набагато знизила водоПри виготовленні дослідної партії клеєних депроникність рев'яних мостових брусів в деревообробному цеху Клейовий склад є водостійким, і його пдроізона Костопільському ДБК у ВІДПОВІДНОСТІ ДО заявлелюючі властивості зберігаються в часі, про що свіного винаходу було зроблено три експериментадчать випробування на протязі 100 діб, що забезльних клеєних дерев'яних мостових брусів згідно з печить високі тріщиностійкість і електроопір Фіг 2, без герметизації їх поверхонь і без полімерклеєних брусів композиційних хомутів Після виготовлення бруси були випробувані на статичний згин за методикою, Як показали випробування, клеєдерев'яні брущо відповідала ГОСТ 9371 -90 "Брусья переводные си, виготовлені у ВІДПОВІДНОСТІ з заявленим винадеревянные клееные для железных дорог широходом, відповідають міцносним характеристикам кой колеи Технические условия" клеєних перевідних і цільнодерев'яних мостових брусів, мають кращі деформативні характеристики Всі три бруса витримали статичні випробуван(удвічі ВИЩИЙ модуль пружності), ніж цільнодереня Навантаження, при яких з'явилися тріщини у в'яні мостові бруси, мають високі тріщиностійкість і брусах (Рруин), дорівнювали 18,8, 14,5 та 15,6т електроопір Середня величина склала 16,3т, що перевищує контрольні величини для цільно-дев'яних брусів Тріщини розриву проявилися по тілу деревини 61526 10 іг. 1 «* *• т тя г»* Я J •* •• ш Л в Фіг. 2 fc Фіг. З 40 45 Відаошенил АцУШСС, % Фіг. 4 50 55 11 61526 12 ~ га В a 0-6 5 и 0,50 40 45 50 55 А ц/И К С , % Фіг. 5 13 61526 14 Фіг, 10 Комп'ютерна верстка Н Кураєва Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119