книги из ГПНТБ / Применение электронагрева при склеивании древесины

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕС|КИЙ СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР ГЛ.НТА СССР

ЦЕНТРАЛЬНОЕ БЮРО ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ БУМАЖНОЙ И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА ПРИ СКЛЕИВАНИИ ДРЕВЕСИНЫ

МОСКВА — 1960

ПРИМЕНЕНИЕ ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ ПРИ СКЛЕИВАНИИ ДРЕВЕСИНЫ

Инженер ’М. X. Шальм ан

Введение

Внашей стране большое внимание уделяется оснащению всех отраслей промышленности новой техникой, внедрению комплексной механизации и автоматизации производства.

Вдеревообрабатывающей промышленности особое внимание

должно быть уделено механизации наиболее трудоемких работ, в том числе склеивания и фанерования.

Применение токов высокой частоты для этих целей значительно повышает производительность труда.

В обзоре изложены результаты зарубежных и отечественных работ в области теории, методики расчетов и выбора оптимальных режимов склеивания древесины в поле токов высокой частоты и при­

ведены некоторые справочные сведения.' Освещен также зарубеж­ ный опыт, описаны приспособления и конструкции оборудования для обработки различных изделий деревообрабатывающей промышлен­ ности.

Способы склеивания древесины

Склеивание древесины прочно вошло в технологические про­ цессы деревообрабатывающих производств. Оно не только позволяет использовать короткомерные отходы, но и улучшает физико-меха­ нические свойства деталей и изделий. Клееные детали и изделия

могут изготовляться из более дешевых сортов древесины. Этим и объясняется тот интерес, который проявляется ко всем новым спосо­ бам склеивания древесины.

В настоящее время при склеивании древесины применяют кон­

тактный нагрев током промышленной частоты или в прессах с обо­ греваемыми плитами, конвекционный нагрев при помощи горячего воздуха в камерах или нагрев в жидкостях, нагрев инфракрасными

лучами и др. Все эти способы имеют существенные недостатки — они длительны, требуют много времени на склеивание больших про­ изводственных площадей для выдержки деталей, значительного количества прессов, форм и т. п. Кроме того, при склеивании указан-

3

ними способами нельзя использовать быстро отверждающийся теплый клей.

При контактном нагреве током промышленной частоты или нагреве склеиваемой древесины в прессе с обогреваемыми плитами время обогрева по сравнению со способом холодного склеивания

сокращается в 4—10 раз. Однако, чтобы тепло достигло клеевого шва, требуется много времени, и тем больше, чем толще слой дре­ весины и выше температура нагрева. Помимо обугливания, часто наблюдаемого в точках соприкосновения с нагревающими элемен­ тами, древесина нагревается и высыхает неравномерно. Возни­ кающие при этом внутренние напряжения снижают прочность изделий.

Конвекционный нагрев по времени склеивания еще менее эффективен, чем контактный.

Нагрев инфракрасными лучами обеспечивает довольно высокий коэффициент использования энергии. Однако внедрению этого спо­ соба препятствует относительно высокая стоимость оборудования.

Наиболее прогрессивным и совершенным способом склеивания древесины в настоящее время является склеивание с нагревом в поле токов высокой частоты.

Опыты склеивания с нагревом в поле токов высокой частоты

проводились еще в 1937 г. В 1939 г. токи высокой частоты были использованы для ускорения полимеризации клея при изготовлении крупных многослойных (ламинированных) деталей. В годы второй

мировой войны техника склеивания с применением токов высокой

частоты получила большое развитие, в частности, в авиационной промышленности, где ее использовали для склеивания лонжеронов самолетов. После войны токи высокой частоты стали применяться и в деревообрабатывающей промышленности.

Когда между двумя металлическими пластинами (электродами),

присоединенными к источнику токов высокой частоты, помещен неме­ таллический материал, то в нем выделяется тепло. В этом и заклю­ чается основной принцип нагрева различных материалов токами высокой частоты (диэлектрический нагрев). Если этим материалом является древесина с клеевыми пленками, тогда нагрев ее или нагрев

клеевых пленок значительно ускорит схватывание клея.

Нагрев токами высокой частоты в процессе склеивания откры­ вает совершенно новые возможности. Скорость повышения темпе­ ратуры при диэлектрическом нагреве значительно выше скорости, которую можно достичь при всех других способах нагрева. Благо­ даря этому в производстве мебели продолжительность склеивания деталей с нагревом в поле токов высокой частоты можно сократить

с нескольких часов до 1—2 мин., а в некоторых случаях и до 20— 30 сек.

Высокочастотный нагрев при склеивании имеет следующие осо­ бенности:

тепло не подводится извне, а создается непосредственно в нагре­ ваемом материале одновременно во всей его толще;

4

изменяя частоту и напряженность электрического поля, можно

в известных границах изменять скорость нагрева и склеивания; при соответствующем расположении склеиваемого материала и

электродов тепло можно направить в те части материала, где оно необходимо; иногда можно достигнуть различной скорости нагрева в разных частях материала;

установка для высокочастотного нагрева приводится в рабочее состояние быстрее и легче, чем установка, где применяется обогрев паром;

работа при высокочастотном нагреве чище и менее трудоемка,

чем при обогреве паром; качество клеевого шва, полученного в результате диэлектриче­

ского нагрева, выше, чем при других способах, так как клей нагре­ вается сразу, внутренних напряжений в материале не создается и

нет преждевременного схватывания клея; высокочастотное оборудование вследствие большей производи­

тельности требует при одинаковом объеме производства меньших производственных площадей;

для диэлектрического нагрева необходимы специальное обору­ дование и приспособления, т. е. большие первоначальные затраты,

но они быстро окупаются в условиях серийного и массового произ­ водства.

Диэлектрический нагрев при склеивании древесины

Если неметаллические материалы поместить между двумя пла­ стинами из цветных металлов (электродами), соединенными с источ­ ником токов высокой частоты (рис, 1), то мощность будет затрачиваться на повышение температуры материала. Чем больше мощность источника тока, тем выше темпе­

ства, имеющие хаотическую ориентацию, под действием электриче­ ского поля стремятся ориентироваться по направлению возникаю­ щего магнитного поля. Процесс ориентации сопровождается взаимо-

5

ваемом случае они выполнены ь форме трубок) перпендикулярно плоскости склеивания (рис. 3). Клей, как материал, обладающий более высокой электропроводностью, при таком расположении элек­ тродов поглощает большую часть мощности. В результате сокра­ щается расход мощности или продолжительность склеивания.

Электроды следует располагать возможно ближе к плоскости склеивания. Наличие зазоров между плоскостью склеивания и элек­ тродами снижает эффективность системы. Малые зазоры способ­

скостью склеивания, необходимо обеспечить их плотное прилегание

к древесине, в результате чего достигается равномерное распреде­ ление напряжения.

Мощность Р (в вт/см3), выделяемая в единице объема однород­ ного диэлектрика или полупроводника, находящегося в переменном

электрическом поле между двумя параллельными электродами, определяется соотношением:

7

— термический к. п. д. процесса нагрева, учитывающий выравнивание температуры клея и склеиваемых поверх­ ностей;

t — время, за которое следует равномерно нагреть клеевой шов, сек.

Формулы (1) и (2) служат для составления уравнения тепло­ вого баланса, на основании которого выбираются параметры высоко­ частотной установки, а также производится качественный и количе­

ственный анализ ее работы.

Из теории колебаний известно, что при установившейся частоте и постоянстве возмущающей силы образуются так называемые стоя­ чие волны. Неподвижные точки называются узлами стоячей волны. Расстояние между узлами равно длине полуволны. Амплитуды коле­ баний точек плавно возрастают по мере удаления от узла, достигая максимума в середине расстояния между узлами, т. е. при удалении на четверть длины волны от узла.

При выборе частоты следует учитывать опасность неравномер­ ного нагрева из-за появления стоячих волн электромагнитных коле­ баний. Узел стоячей волны может оказаться в прогреваемом слое.

Вблизи узла не происходит перехода энергии электромагнитного поля в тепловую, т. е. тепло не образуется, и поэтому на большом участке

констант материалов, находящихся между электродами, но и кропот­ ливого расчета по методу электростатических аналогий, при котором в зависимости от расположения собираемого узла рассматривается целая система последовательно и параллельно соединенных конден­ саторов (воздух, слой древесины, прослойка клея, изоляторы и т. д.)

с разными характеристиками. Эти формулы носят скорее качествен­ ный, чем количественный характер. Поэтому нередки случаи исполь­ зования приближенных методов расчета. Заслуживает внимания следующий приближенный метод расчета потребной мощности гене­ ратора, предложенный инженером В. А. Бирюковым.

Прежде всего определяется производительность установки П (в м3/час) по формуле:

8