Сварка древесины – реальность или фантастика

logo

Сварка металла и полимерных материалов в настоящее время является обычным явлением. Но когда речь заходит о сварке древесины, тяжело себе представить этот процесс. Но, на самом деле, уже давно проводятся исследования в этой отрасли.

Древесина - природный экологически чистый материал, который часто используется для изготовления мебели, столярно-строительных и других изделий. Уже длительное время для изготовления мебели из древесины используется большое количество химических веществ, например, таких, как клей, для склеивания меленьких заготовок и получения более крупных изделий. Поэтому, некоторые ученые уже давно работают над созданием нового метода надежного соединения частей древесных заготовок без использования химических (вредных для окружающей среды) веществ, а именно метода сварки древесины.

В Университете г. Берн (Швейцария) с 1993 года группа ученых разрабатывала систему соединения частей древесины без клеев, используя для этого принцип контактной сварки металлов и клеевые свойства компонентов древесины, в первую очередь – лигнина.

Клеевые способности древесины уже используются для ее склеивания, например, при производстве ДВП мокрым способом, не требующим применения синтетических смол. Еще одним примером склеивания древесины без клея является производство пеллет и топливных брикетов (гранул). Клеящим веществом здесь выступает лигнин, который выделяется из стенок клеток древесины под воздействием высоких давления и температуры. Но соединение, полученное таким образом, не настолько прочное, чтобы его можно было использовать в конструкционных изделиях.

Учеными Бернского Университета с помощью технологии, напоминающей сварку, удалось решить проблему недостаточной прочности склеивания древесины лигнином. Основными достоинствами сварки есть короткое время процесса склеивания (сварки), экологичность и незначительные производственные затраты. По словам исследователей, вскоре эту технологию можно будет использовать в промышленных масштабах. Использование метода сварки древесины поможет значительно уменьшить степень загрязнения окружающей среды токсичными веществами, которые выделяются в процессе изготовления и эксплуатации традиционных клеев.

Суть сварки древесины состоит в следующем: древесина – это не только твердая и растительная масса, а еще и химическое сырье с макромолекулярной структурой. В ее состав входят различные вещества, в том числе, такие как лигнин, которые при повышении температуры, например, вследствие линейного трения, переходят в жидкое состояние. Если две заготовки из древесины во время образования жидкой фазы сжать с определенным усилием, то после охлаждения образуется прочное соединение.

Весь процесс сварки происходит за несколько секунд, а полученные таким образом детали, в отличие от клееных изделий, можно сразу же подвергать механической обработке. Предназначенные для сварки древесные детали складывают в специальную кассету и вместе с ней сжимают между плитами пресса. К одному из боков кассеты крепят вибратор, который обеспечивает возвратно-поступательное микроперемещение одной заготовки относительно второй. В результате трения в пограничных слоях в местах контакта заготовок аккумулируется тепловая энергия, под воздействием которой лигнин плавится. После этого вибрацию прекращают и сжимают с определенным усилием заготовки. Исходя из того, что тепловая энергия передается вглубь древесины, температура лигнина резко уменьшается и, как следствие, он затвердевает и образует клеевой слой. По мере затвердения лигнина повышается граница прочности клеевого слоя на смещение, которая в идеальном случае должна равняться границе прочности на смещение самой древесины.

В течение нескольких секунд температура в зоне трения колеблется в диапазоне от 180 до 230 0С, но очень быстро температуры клеевого слоя и древесины выравниваются. Уже сейчас с помощью линейной сварки можно достичь прочности, необходимой для промышленного использования в соответствии с нормами EN-20410.

Основной проблемой этой технологии является неполный контакт соседних поверхностей во время трения. При использовании для сварки деталей с кривизной или с некачественно обработанными поверхностями, трение происходит только на незначительных участках поверхностей, что приводит к приклеиванию только в определенных точках, а не по всей поверхности. В результате прочность соединения может быть неудовлетворительной.

В процессе формирования сварного соединения физические свойства древесины изменяются, поэтому, в настоящее время, ученые проводят исследования на предмет изучения воздействия на процесс сварки и конечный результат температуры, давления и вибрации. В результате этих исследований будут определены оптимальные режимы процесса сварки древесины.

Вернуться

Добавить комментарий

Как нас найти:

наверх