Исследование влияния температуры плит пресса и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия на огнезащитные свойства получаемой фанерной продукции

 

Тихомиров Л.А. (ГОУ ВПО КГТУ, г. Кострома, РФ)

 

Research of influence of temperature of plates of the press and share of the additive of boric acid in the proportion to tetroboric sodium on firesave properties of received plywood production.

 

Эффективность применения клееных слоистых материалов из шпона в домостроении может значительно возрасти, если удастся решить задачи повышения их огнестойкости. В данной статье представлены результаты научной работы проведенной на кафедре МТД КГТУ. Было выявлено, что состав клеевой композиции существенно влияет на огнестойкость получаемой фанерной продукции. Проведение экспериментов по изучению влияния тетрабората натрия и борной кислоты в составе клеевой композиции позволило определить наиболее эффективный огнезащитный состав. Для определения необходимого соотношения компонентов был реализован Б-план второго порядка.

Все экспериментальные запрессовки проводились на лабораторном прессе П-100-400. В качестве связующего использовалась фенолформальдегидная смола СФЖ-3014. Уровни стабилизации постоянных факторов: удельное давление прессования: Р_уд = 2,5 МПа; толщина шпона: h = 1,15 ± 0,05 мм.; норма расхода связующего: Н_р=150 гр/м²; слойность прессуемых пакетов: 5 листа; порода шпона: береза. Заданные варьируемые факторы – температура прессования Т, ⁰С и концентрация огнезащитного состава D.

Диапазоны варьирования переменных факторов представлены в табл.1.

                               

Таблица 1 – Диапазоны варьирования факторов

Наименование фактора	Обозначение фактора		Уровни варьирования			Интервал варьирования, ∆ i
	Натуральное	Кодированное	-1	0	+1
1. Температура прессования плит, °С	Т	Х1	110	120	130	10
2. Доля добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия, %	D	Х2	3:5	3:3	3:2	0,45

 

Таблица 2 – План эксперимента в натуральном обозначении факторов

N	D1	Т
1	130	3:2
2	110	3:2
3	130	3:5
4	110	3:5
5	130	3:3
6	110	3:3
7	120	3:2
8	120	3:5

                   

Таблица 3 – Результаты расчета предела прочности фанеры на статический изгиб

№ опыта	X1	X2	Предел прочности при статическом изгибе для образца №, МПа
			1	2
1	+	+	105,4	103
2	–	+	68,2	90,6
3	+	–	124,6	120,1
4	–	–	85,5	114,8
5	+	0	101,1	107,5
6	–	0	98,6	88,2
7	0	+	109,6	100,6
8	0	–	56,8	59,5

 

Таблица 4 – Результаты расчета предела прочности фанеры на скалывание

№ опыта	X1	X2	Предел прочности при скалывании для образца №, МПа
			1	2	3
1	+	+	0,37	0,3	0,16
2	–	+	0,32	0,27	1,03
3	+	–	1,02	1,1	0,98
4	–	–	0,66	1,74	0,4
5	+	0	1,04	1,36	1,03
6	–	0	0,5	1,29	1,12
7	0	+	0,54	0,88	0,32
8	0	–	1,22	1	0,46

 

Таблица 5 – Результаты расчета разбухания фанеры по толщине за 24 часа

№ опыта	X1	X2	Разбухание фанеры по толщине для образца №, %
			1	2	3	4	5
1	+	+	16,54	14,35	14,65	14,43	14,18
2	–	+	13,16	10,06	11,29	12,84	11,19
3	+	–	14,18	14,22	16	12,07
4	–	–	10,56	14,18	13,12	10,51	10,69
5	+	0	11,23	11,47	11,62	12,93	11,72
6	–	0	11,06	10,03	11,58	9,97	10,33
7	0	+	9,73	11,97	10,52	10,29	11,25
8	0	–	11,5	12,68	12,03	11,45	12,66

 

Таблица 6 – Результаты расчета водопоглощения фанеры за 24 часа

№ опыта	X1	X2	Разбухание фанеры по толщине для образца №, %
			1	2	3	4	5
1	+	+	61,48	71,57	63,32	59,03	56,47
2	–	+	57,98	49,67	49,01	46,78	48,17
3	+	–	46,95	47,2	54,38	41,19
4	–	–	38,17	48,54	46,18	38,71	40,17
5	+	0	37,48	39,53	44,97	41,95	42,32
6	–	0	55,81	50,82	46,49	46,37	54,23
7	0	+	50,82	50,05	54,89	48,04	71,73
8	0	–	53,98	55,83	57,65	52,63	54,85

 

Таблица 7 – Результаты расчета потери массы при горении

№ опыта	X1	X2	Потеря массы для образца №, %
			1	2	3	4	5
1	+	+	10	20	19	5	9,5
2	–	+	20	14,3	20	10	10
3	+	–	19	15	15	14,3	19
4	–	–	5	15	10	14,3	15
5	+	0	25	14,3	25	33,3	14,3
6	–	0	10,5	10,5	10	10	10
7	0	+	15	10	10,5	18,2	10
8	0	–	21,1	10,5	11,1	15,8	10,5

 

Таблица 8 – Результаты расчета времени воспламенения

№ опыта	X1	X2	Время воспламенения для образца №, с
			1	2	3	4	5
1	+	+	6	6	5	6	8
2	–	+	8	5	5	3	5
3	+	–	6	5	8	6	5
4	–	–	5	3	3	5	3
5	+	0	5	6	7	5	5
6	–	0	4	5	4	4	3
7	0	+	4	6	5	6	5
8	0	–	4	7	6	6	7

 

Таблица 9 – Результаты расчета времени самостоятельного горения

№ опыта	X1	X2	Время самостоятельного горения для образца №, с
			1	2	3	4	5
1	+	+	20	38	55	24	33
2	–	+	60	38	41	37	34
3	+	–	47	42	39	32	49
4	–	–	31	50	32	42	41
5	+	0	45	34	54	72	43
6	–	0	44	38	34	36	41
7	0	+	27	44	40	48	30
8	0	–	45	25	34	35	31

 

Регрессионная модель зависимости прочности фанеры на статический изгиб от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₁ = 81,4 + 7,968∙X₁ + 1,084∙X₂ + 17,4∙X₁² + 3,15∙X₁∙X2.   

Регрессионная модель прочности фанеры на скалывание по клеевому слою от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₂ = 1,095 -0,242∙X₂ - 0,36∙X₂² -0,09∙X₁∙X2   

 Регрессионная модель разбухание фанеры по толщине от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₃ = 9,477+ 1,105∙X₁ + 1,712∙X₁² + 1,928∙X₂².

Регрессионная модель водопоглощение фанеры по толщине от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₄ = 52,345 + 2,652∙X₁ + 2,46∙X₂ - 6,35∙X₁² + 2,705∙X₂² + 3,66∙X₁∙X2.

Регрессионная модель потери массы фанеры при горении от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₅= 15,6 + 2,467∙X₁ + 0,7∙X₁² - 2,35∙X₂² - 1,7∙X₁∙X2.

Регрессионная модель времени воспламенения фанеры от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₆ = 5,1+ 0,8∙X₁ + 0,5∙X₂² - 0,3∙X₁∙X2.

Регрессионная модель времени самостоятельного горения от температуры и доли добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия.

Y₇ = 40,75 + 0,934∙X₁ + 3,35∙X₁² - 4,85∙X₂² - 2,65∙X₁∙X2.

 

Вывод: Анализ полученных математических моделей показал, что наибольший огнезащитный эффект оказывает доля добавки борной кислоты в пропорции к тетраборату натрия в соотношении 3:5, но при этом повышение температура ведет к понижению огнезащитного эффекта. На физические показатели огнестойкой фанеры наибольшее влияние оказывает температура прессования, при повышении температуры прочностные показатели увеличиваются, физические же свойства фанеры при этом снижаются. В результате был сделан вывод, что наилучшим вариантом для производства огнестойкой фанеры является режим при доле добавки  в соотношении 3:5 и температуры плит пресса 110 С.