Материаловедение

Кристаллизация - процесс образования кристаллов в металлах и сплавах при переходе его из жидкого состояния в твёрдое, а также превращение в металле при его остывании.

Аллотропия - свойство металлов перестраивать решётку при определённых температурах в процессе нагревания или охлаждения.

Металлические сплавы представляют собой вещества, обладающие металлическими свойствами и получаемые при сплавлении или спекании двух или более элементов. Сплавы могут состоять только из металлов (например, латунь - сплав меди и цинка) либо представлять собой сочетание металлов с неметаллами (например, сталь и чугун - сплавы железа с углеродом).

Сплавы обладают самыми разнообразными сочетаниями полезных свойств, которых нет у чистых металлов. Они превосходят металлы по прочности, жаропрочности, твёрдости, износостойкости, обрабатываемости резанием, литейным свойством и т.д.

Свойства металлов.

Механические:

твёрдость, прочность, упругость, вязкость, пластичность, хрупкость.

Физические:

цвет, плотность, температура плавления, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоёмкость.

Химические:

Растворимость, окисляемость, коррозионная стойкость, жаростойкость.

Технологические:

Ковкость, обрабатываемость, свариваемость.

Все металлы и сплавы делят на чёрные (железо и сплавы на его основе) и цветные, точнее, нежелезные (все остальные металлы и сплавы).

На долю железных сплавов приходиться около 95% производимой в мире металлопродукции. Важнейшими железными сплавами, наиболее часто применяемыми в технике, являются железоуглеродистые - сталь и чугун. К железным сплавам относят также специальные сплавы на основе железа и ферросплавы.

Сталь служит материальной основой машиностроения, строительства и других отраслей техники.

Сталь систематизируют по различным признакам:

химическому составу,

качеству,

способу раскисления,

назначению,

структуре.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (до 1%) и кремний (до 0,4%), а также вредные примеси - серу, фосфор.

Углерод- основная примесь углеродистых сталей. От его содержания зависят механические свойства. Кроме углерода в углеродистых сталях всегда присутствуют: кремний - до 0,5%; марганец - до 0,7%, сера - до 0,05%; фосфор - до 0,05%.

Кремний и марганец в указанных пределах существенного влияния на свойства стали не оказывают. С повышением их содержания наблюдается увеличение твёрдости и прочности стали, но такая сталь уже считается легированной.

Сера - является вредной примесью. Она понижает эластичность и прочность, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость.

Фосфор - вредная примесь, которая придаёт стали хрупкость, особенно при большом содержании углерода.

Существенный недостаток углеродистой стали - резкое уменьшение пластичности и вязкости с увеличением содержания углерода, который повышает её прочность и твёрдость.

Легированные стали в зависимости от того, какие элементы в них введены, подразделяются на хромистые, марганцовистые, хромомарганцевые, хромоникелевые и др. Легирующие элементы повышают качество стали и придают ей особые свойства.

Для легирования стали применяют следующие элементы: хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, кобальт, титан, молибден.

Хром - получил наибольшее распространение, т.к. увеличивает прочность стали и относительно дешев. Придаёт стали хорошую сопротивляемость износу и высокую твёрдость.

Никель - прекрасный легирующий элемент, но дорогой, поэтому его сочетают с хромом или заменяют марганцем. Он увеличивает прочность, вязкость, твёрдость, усиливает коррозионную стойкость и прокаливаемость. После закалки такая сталь очень твёрдая, но не хрупкая.

Кремний - повышает прочность, упругость и твёрдость, но уменьшает вязкость

Марганец - повышает прочность и твёрдость стали, улучшает её прокаливаемость, улучшает свариваемость.

Путём одновременного легирования стали несколькими элементами достигается получение нужных свойств стали. Такие стали называют сложнолегированными.

По качеству стали классифируют на обыкновенные, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Качество стали зависит от металлургического процесса его производства; оно определяется содержанием газов, кислорода, водорода, азота и вредных примесей.

По способу производства (выплавки) стали делятся на мартеновские, бессемеровские (конвертерные) и электростали. Около 70% углеродистых сталей выплавляют в мартеновских печах.

По способу раскисления стали классифицируют на спокойные, кипящие и полуспокойные.

По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали применяют для изготовления деталей, машин, строительных конструкций.

В зависимости от применения конструкционные стали делятся на строительные, машиностроительные, пружинные, шарикоподшипниковые, высокопрочные и др.

Инструментальные стали применяют для изготовления различных инструментов.

Стали с особыми свойствами имеют специфические физико-механические свойства (коррионностойкость, окалиностойкость, жаропрочность и др.).

По назначению инструментальные стали делят на группы: углеродистые и легированные для режущих инструментов; быстрорежущие; штамповые для деформирования; для измерительного инструмента.

Чугун - первичный продукт переработки железных руд путём плавки в доменных печах. В структуре чугунов могут быть разные составляющие в зависимости от того, какая часть углерода оказывается в структурно свободном состоянии. Это же определяет название чугунов: белый, половинчатый, серый.

В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии, в виде карбида железа. Половинчатый чугун - в котором одна часть углерода находится в связанном состоянии, а другая - в свободном. В сером чугуне большая часть или почти весь углерод находится в свободном состоянии, в виде графита.

Чугун, в котором графит имеет форму хлопьев, называют ковким, а с шаровидной формой графита - высокопрочным.

По назначению и химическому составу чугуны делят на предельные, т.е. предназначенные для переработки в сталь, литейные, служащие для производства фасованного литья, а специальные - с увеличенным содержанием кремния или марганца. Специальные чугуны называют иначе доменными ферросплавами. Их выплавляют в ограниченных количествах и применяют для раскисления и легирования стали.

Чугуны бывают модифицированные и легированные. Они имеют улучшенные свойства. Модифицирование чугунов достигается путём введения небольшого количества модификаторов (магния и др.).

Легирование осуществляется различными элементами (хромом, никелем и др.).

Легированный чугун классифицируют по химическому признаку: хромистый, никелевый, ванадиевый. Если легирующие элементы переходят в металл из руды, чугун называют природолегированными.

Цветные сплавы образуются на основе цветных металлов. Существуют сплавы алюминиевые, магниевые, титановые, медные, антифрикционные и др.

Алюминиевые сплавы по способу производства разделяют на деформируемые, литейный и спеченные.

Магниевые сплавы по способу производства подразделяют на деформируемые, предназначенные для обработки давлением, и литейные, предназначенные для получения фасонных отливок.

Титановые сплавы по способу производства подразделяют на деформируемые и литейные; по склонности к термическому упрочнению - на термически упрочняемые и термически неупрочняемые.

Медные сплавы классифицируют по химическому составу на латуни, бронзы и медноникелевые. По способу производства медные сплавы (латуни и бронзы) подразделяют на деформируемые и литейные, по способности к термическому упрочнению на термически упрочняемые и термически неупрочняемые.

Сплавы, полученные на основе цветных металлов, применяют во многих отраслях машиностроения, в строительстве, производстве бытовых предметов.

Области применения металлов в деревообработке.

В деревообрабатывающей промышленности нашли широкое применение металлоизделия различной конструкции и исполнения. В производстве мебели и столярно-строительных конструкциях используются металлические каркасы, фурнитура, метизы, запирающие и вспомогательные приборы.

Металлические элементы позволяют увеличить срок службы изделий, создавать прочные и надёжные конструкции для условий с повышенными эксплуатационными требованиями, разнообразить ассортимент изделий, упрощать конструкцию, экономить древесину.

Для изготовления каркасов и различных опор эффективно применять алюминиевые сплавы и стали.

Для изготовления опор, корпусов подшипниковых узлов и других элементов применяют чугуны, для крепёжных изделий - обыкновенные углеродистые стали, для изделий, подвергающихся термообработке (валы, оси т.д.), - углеродистые качественные стали. Если детали работают в сложных условиях, при большой нагрузке (пружины), для их изготовления используют легированные стали. Для изготовления деталей с антикоррозионными и декоративными свойствами, а также для облегчения конструкций применяют цветные сплавы на основе меди, олова, алюминия, магния и др.

В производстве мебели, строительных и других изделий из древесины используют лицевую и крепёжную фурнитуру: ручки, футорки, ключи, петли, стяжки, замки, задвижки, соединительные и специальные крепёжные изделия, направляющие, механизмы трансформации, контейнеры, держатели, опоры, подвески. Изготавливают фурнитуру разнообразных форм и конструкций из металлов с никелем, цинком, хромом, анодированным («под золото») и другими покрытиями.

Классификация клеёв и требования к ним

Клеевыми называются вещества (или составы), которые при нанесении их тонким слоем на поверхности способны образовывать (при определённых условиях) твёрдый и прочный слой, удерживающий эти поверхности между собой.

В мебельном производстве основным видом соединений является склеивание. Оно применяется:

при сборке мебели (в соединениях);

при облицовке деталей из ДСтП, столярных плит, фанеры;

при изготовлении гнутоклееных деталей;

при изготовлении столярных плит и мебельных щитов;

Ряд материалов применяемых в мебельных изделиях получают склеиванием:

С помощью клеевых материалов можно соединять разнообразные материалы, что при других видах соединений порой неосуществимо. Технология работ с клеевыми материалами позволяет получать конструкции сложной формы с меньшими трудовыми затратами.

Преимущество клеевых соединений по сравнению с другими в том, что они более надёжны и долговечны, длительно сопротивляются воздействию агрессивных сред и имеют высокую прочность. В образуемой конструкции обеспечивается равномерное распределение напряжений. Конструкции при этом практически не утяжеляются, устраняется необходимость в ослаблении соединяемых элементов за счёт отверстий под болты, шурупы, гвозди.

Применение клея позволяет облагораживать древесину, повышать её механические показатели, улучшать внешний вид путём облицовывания более ценными породами и более рационально использовать в результате склеивания.

К недостаткам клеёв относятся их склонность к старению, относительно высокая стоимость и в ряде случаев токсичность.

Классификация клеёв.

По физическому состоянию клеи представляют собой:

- жидкости различной вязкости;

- плёнки;

- порошки;

- гранулы;

- тестообразная масса.

По виду исходного сырья:

- природного происхождения;

- синтетического происхождения;

К группе природных относятся клеи:

- животного;

- растительного;

- минерального происхождения.

Клеи животного происхождения получают из белковых веществ, содержащихся в соединительных тканях (мездра, кожа, сухожилия и т.д.), костях, крови и молоке животных. К ним относятся коллагеновые (глютиновые), белковые (казеиновые, мездровый, костный, рыбьи), альбуминовые.

Клеи растительного происхождения получают из белка семян бобовых растений, крахмала, природных смол, каучука. К этой группе можно отнести клеи на основе целлюлозы.

Минеральные клеи - силикатный, асфальтовый, битумный.

Синтетические клеи вырабатывают на основе синтетических смол, которые получают из простых веществ в результате сложных химических процессов, состоящие из смолы и отвердителя (катализатора), вводимого в смолу при приготовлении раствора.

По реактивной способности клеи могут быть термореактивные, термопластичные и дисперсионные.

- Термореактивные клеи отверждаются химическим путём, в результате чего образуется необратимый клеевой шов с повышенной тепло-, водостойкостью. К ним относятся карбамидо-формальдегидные, резольные, эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные, меломиновые. Бывают холодного отверждения (20-30 С) и горячего отверждения (100-150С)

- Термопластичные клеи способны под влиянием теплоты расплавляться, а после охлаждения вновь затвердевать, не изменяя химического состава. При последующем нагревании такие клеи снова расплавляются. К таким клеям относятся мездровый, костный, клей-расплав, нитроцеллюлозные, поливинилацетатные, поливинилхлоридные.

- Дисперсионные самостоятельный класс клеящих материалов - каучуковые клеи. Они образуют клеевые швы в результате физических процессов - удаления растворителей и разбавителей, а также химических процессов - вулканизации. К ним относятся латексные и резиновые, наиритовые.

Клеевые материалы могут быть:

однокомпонентные, поставляемые в готовом виде;

многокомпонентные, которые приготавливаются на месте потребления.

В строительстве все клеящие материалы разделяют на клеи:

- для строительных конструкций;

- клеи для крепления отделочных материалов.

В зависимости от склеиваемых материалов выделяют клеящие материалы:

- для склеивания пенопластов и древесины;

- металлов и неметаллов;

- резины между собой и приклеивания её к другим материалам;

- полимеров между собой и приклеивания к ним различных материалов.

7. По растворимости:

- водорастворимые;

- спирторастворимые;

- нерастворимые.

Требования к клеям.

Клеи должны удовлетворять следующим основным требованиям:

обеспечивать высокую прочность клеевого соединения;

иметь высокую стабильность и жизнеспособность при хранении;

должны иметь высокий фактор диэлектрических потерь;

быть влаго-, водо- и биостойкими;

быть простыми в употреблении;

быть нетоксичными;

сохранять механическую прочность во времени;

быть дешёвыми;

по цвету быть близкими к склеиваемым материалам.

быть нейтральными к древесине -не вызывать разрушения волокон или изменения структуры склеиваемых материалов;

быть долговечными - способными сохранять прочность клеевого соединения на весь срок службы изделия;

быть формоустойчивыми - иметь наименьшую усадку, для предотвращения внутренних напряжений;

иметь хорошую адгезию (прилипание) - обеспечивать связь между поверхностями 2-ух разнородных тел, обусловленных силами сцепления разнородных материалов.

не должны вызывать затупление режущего инструмента.

Прочность клеевого соединения характеризуется пределом прочности клеевого соединения при скалывании вдоль клеевого шва. Для мебели не менее 1МПа, для облицовки не менее 2 МПа, для остальных соединений в соответствии с ГОСТ 16371. 83

Жизнеспособность клеёв определяется временем, в течение которого приготовленный рабочий раствор пригоден для склеивания. Жизнеспособность клеёв находится в пределах от 2 до 8 ч, за исключением глютиновых, жизнеспособность которых - несколько суток. По истечении указанного времени клеи густеют, и клеящая способность их снижается.

Водостойкость клеёв - их свойство сохранять прочность клеевого соединения под воздействием влаги. По этому показателю клеи делятся на:

- повышенной водостойкости;

- водостойкие;

- ограниченно водостойкие;

- не водостойкие.

Биологическая стойкость - это способность клеёв сопротивляться поражению микроорганизмами, вызывающими снижение их клеящей способности. Биологическая стойкость клеёв различна. Клеи природного происхождения при благоприятных условиях являются хорошей питательной средой для микроорганизмов. Они легко поражаются грибами и бактериями. Синтетические клеи относятся к биологически стойким.

Приготовление рабочих растворов клеёв должно быть простым и недлительным. Вещества, выделяющиеся при приготовлении растворов и в процессе склеивания, должны быть безвредными или в пределах допустимых концентраций, а также химически нейтральными.

В д/о промышленности и строительстве наиболее широкое применение нашли синтетические клеи. В незначительном количестве используются также клеи животного происхождения.

Большое значение имеет также выбор марки клея. Выбирать его необходимо с учётом всех основных факторов, влияющих на качество соединений.

Лекция № 24

Тема: Синтетические термореактивные клеи. Их свойства и классификация

Термореактивные клеи отверждаются в результате реакций поликонденсации или полимеризации. Карбамидо-формальдегидные смолы и клеи широко используются в деревообрабатывающей промышленности. Они сравнительно дешёвы и просты при применении, обеспечивают высокую прочность и достаточно хорошую тепло- и водостойкость соединений. Для склеивания используют жидкие смолы 65-70%-ной концентрации.

В зависимости от назначения выпускают следующие марки карбамидоформальдегидных клеёв горячего склеивания (ГОСТ 14231):

КФ-Ж - для производства мебели, столярно-строительных изделий и фанеры. Обладает наибольшей жизнеспособностью;

КФ-Б - для производства мебели и фанеры. Имеет наименьшую продолжительность отверждения при 1000С (25-40 с), поэтому его эффективно применять при склеивании на проходном оборудовании;

КФ-БЖ - для производства мебели, столярно-строительных изделий и фанеры. Сочетает повышенную жизнеспособность и малую продолжительность склеивания при 1000С;

КФ-О - общего назначения; для облицовывания щитовых деталей мебели применяется обычно в смеси с другими смолами.

Смолу М-70 (ТУ 13-369-77) применяют для холодного склеивания шиповых соединений и облицовывания щитовых деталей.

Смолу КС-В-СК (ТУ б-05-211-1006-79) применяют для холодного или горячего склеивания древесных материалов. Клеевые соединения имеют повышенную водостойкость.

Для облицовывания декоративным бумажно-слоистым пластиком древесностружечных плит и для склеивания деталей из древесины на мини-шип используют малотоксичный клей на основе смолы КФ-МХ (ТУ 6-05-211-1376-84).

Для изготовления древесностружечных плит класса Е1 разработаны и внедрены специальные карбамидо-формальдегидные смолы КФ-МТ-15-КП, КФ-114-63, КФ-ЕС, не уступающие по качеству зарубежным.

Разработаны и освоены в производстве новые пропиточные карбамидо-формальдегидные смолы КФ-СП-1 с содержанием формальдегида до 0,6% и ПКМ - до 0,3% свободного формальдегида.

Фирма «Kleiberit» (Германия) предлагает карбамидо-формальдегидный клей «Клейберит 871» горячего прессования для склеивания фанеры и облицовывания пластей.

Рабочие растворы клея готовят на основе смолы с добавлением в неё отвердителя. В качестве отвердителя при горячем склеивании применяют хлористый аммоний (массовая доля 0,5 -1,5%), ГОСТ 2210, при холодном - 10%-ный раствор щавелевой кислоты (ГОСТ 22180), в качестве наполнителя - каолин, аэросил, фосфогипс, древесную муку.

При использовании карбамидо-формальдегидных клеёв в строительных конструкциях их защищают водостойкими красками.

Феноло-формальдегидные клеи образуют прочные, тепловодостойкие клеевые соединения. Однако они токсичны и дорогостоящи. Используют их в режиме холодного и тёплого отверждения с температурой нагрева 60-800С. В состав клеёв входят смолы феноло-формальдегидная и резорциноформальдегидная, отвердитель и наполнитель. В мебельной промышленности их применяют при склеивании древесины с металлами и пластмассами, в строительстве - при изготовлении ответственных деревянных строительных констукций (балок, ферм, окон, дверей, полов и др.). К этим клеям относятся КБ-З, изготовленный на основе смолы СФЖ-3016 (ГОСТ 20907), СФХ, ФР-12, ФР-100, СП-2, ВИАММ-Б-З, ВИАММ-Ф-9 и др.

Фенолполивинилацетатные клеи (ГОСТ 12172) БФ-2, БФ-4 применяются для склеивания дерева, полистирола, металлов, стекла, керамики. Клей БФ-6 - для склеивания тканей и кожи между собой и с деревом.

Фенолокаучуковые клеи ВК-3 и ВК-4 используют для склеивания стеклопластиков, стали, чёрных и цветных металлов. Клей ВК-32-200 - для склеивания стали, алюминия, титана, стеклопластиков, пенопластов, стеклотекстолитов.

Фенолоэпоксидные клеи ФЭ-10 и ФРЭ-10 применяются для склеивания металлов и других материалов в конструкциях, работающих при температуре до 2500С.

Эпоксидные клеи изготавливают на основе диановых смол ЭД-20, ЭД-22, ЭД-16 и ЭД-40 (ГОСТ 10587). В качестве отвердителей для холодного склеивания применяют различные алифатические амины , для горячего - ароматические.

Клеи модифицируют модификаторами, смолами, каучуками, разбавителями и наполнителями. Эпоксидные клеи обеспечивают высокую прочность склеивания, влаго- и химическую стойкость. Однако они дорогие, поэтому ограничены в применении.

Клей К-150, К-156, Л-4, ЭПЦ-1 и ЭОРЦ - холодного отверждения, применяются для склеивания древесины с металлами и пластмассами, стеклопластиков, резины, металлов и других материалов.

Клеи ВК-32-ЭМ, Д-15, Д-23, Д-43 - горячего отверждения, применяют для склеивания металлов и стеклопластиков.

Клеи К-160, К-176 - на основе модифицированной эпоксидной смолы применяются для склеивания пластмасс, наклеивания деревянных и пластмассовых элементов на лакированные поверхности, приклеивания деревянных и металлических деталей к жёстким пенопластам.

Клей БОЮ-1 изготавливается на основе эпоксидной модифицированной смолы, применяется для склеивания полистирол, пенополистирола, стеклопластиков, цементно-бумажных изделий, древесностружечных и бумажностружечных пластиков и т.д.

Клеи ПЭД, ПЭД-6 изготавливаются на основе модифицированной эпоксидной смолы, применяются для склеивания древесины с пластмассами, крепления поливинилхлоридного пластика к поверхности строительных конструкций из металла и железобетона.

Клеи КЛН-, К-153 пригодны для склеивания стеклопластиков и бумажно-слоистых пластиков с древесиной и металлами.

Клеи К-134, К-147 целесообразно применять при склеивании дерева и пластмасс с металлами в тех изделиях, которые подвергаются воздействию температур и знакопеременных нагрузок.

Полиуретановые клеи применяют при склеивании металлов, керамики древесины, стекла, армированных пластиков, различных полимерных материалов. Используют следующие марки клеёв: ПУ-2, ПУ-2М, ПУ-УВ, ВК-5, ВК-11.

Фирма «Kleiberit» изготавливает клей ПУ-501 - однокомпонентный полиуретановый для склеивания стыков при изготовлении окон и дверей, слоистого склеивания древесины, склеивания минеральных строительных плит. Керамических материалов, строительных материалов и твёрдой пены. Клеевое соединение высокотермостойкое, стойкое к погодным условиям, имеет высокую прочность склеивания.

Этой же фирмой выпускается полиуретановый клей ПУ для мембранного прессования. Он обладает повышенной термостойкостью, влаго- и паростойкостью.

Полиэфирные клеи типа ПН на основе ненасыщенных полиэфирмалеинатных смол используют в качестве связующего при изготовлении композиционных материалов, стеклопластиков, для склеивания древесины и стекла.

Назначение лакокрасочных покрытий. Классификация отделочных материалов

Изделия из древесины под влиянием атмосферных условий (Влажность воздуха, температура) разбухают или усыхают, коробятся, теряют натуральную окраску. Наиболее распространённым средством для предохранения изделий из древесины от атмосферных влияний является нанесение на них водонепроницаемой плёнки, которая, прочно сцепляясь с древесиной, должна обладать достаточной эластичностью и твёрдостью, теплостойкостью и не изменять своих свойств под действием света и времени. Кроме того, часто изделиям из древесины необходимо придать красивый декоративный вид. Это тоже может быть достигнуто нанесением плёнки или специальных покрытий.

Отделка - завершающий этап изготовления мебельных, столярно-строительных и других изделий. Она заключается в создании ан поверхности изделия отделочного покрытия-плёнки.

Отделочные покрытия выполняют две основные функции:

защитную - защиту изделия из древесины от воздействия внешней среды.

декоративную - улучшение внешнего вида изделия.

В зависимости от технологического назначения отделочные материалы для отделки

мебельных изделий можно разделить на 4 группы:

для подготовки поверхности древесины перед нанесением отделочных материалов (отбеливающие, обессмоливающие составы, красящие вещества, грунтовки, шпатлёвки)

для создания отбеливающего покрытия (лакокрасочные составы - лаки, краски, эмали)

материалы, которые предназначены для создания необходимой рабочей вязкости (густоты) лакокрасочных материалов (растворители, разбавители, пластификаторы, отвердители)

материалы для облагораживания покрытий (разравнивающие жидкости, шлифовальные и полировальные пасты, шлифовальные шкурки, составы для снятия остатков пасты и составов))

Основные требования к отделочным материалам (лакокрасочным покрытиям).

? иметь высокую адгезию к древесине;

? способность образовывать покрытия твёрдые, теплостойкие, морозостойкие, влагостойкие;

? незначительная усадка;

? быстрое высыхание;

? иметь равномерный цвет и блеск;

? сохранять свои свойства длительное врем;

? не должны иметь пузырей, посторонних включений.

? должны хорошо разливаться по поверхности и образовывать равномерную по толщине плёнку.

Красящие вещества. Материалы для подготовки поверхности к отделке.

Отделочные материалы представляют собой композиции, состоящие из ряда веществ. Эти компоненты делятся на следующие группы:

красящие вещества;

наполнители;

растворители и разбавители;

сиккативы;

пластификаторы;

плёнкообразующие.

Крашение древесины выполняют для выравнивания натуральной окраски древесины, придания древесине более тёмного тона. И имитации дешёвых пород древесины под ценные.

Красители - это вещества растворимые в воде, спирте или других жидкостях, растворы которых при нанесении на поверхность древесины окрашивают её без затемнения естественной текстуры. Наносимый раствор красителя впитывается древесиной, окрашивая её волокна, не образуя никакой плёнки.

По происхождению красители различают:

синтетические;

естественные;

Синтетические красители получают из каменного угля, кокса, газа.

Бывают:

прямые;

основные;

кислотные;

нигрозины;

сернистые и т.д.

Прямые - водорастворимы, имеют много цветов и оттенков (прямой коричневый, прямой алый). Недостаток - тусклые и не светостойкие.

Основные - растворяются в подкисленной воде и спирте. Не окрашивают древесину с дубильными веществами. Имеют чистые и яркие тона. Применяются для окрашивания спиртовых лаков и политур (основной коричневый), а также в спичечной промышленности. Недостаток - не светостоек.

Кислотные - хорошо растворяются в воде, имеют яркие и чистые тона. Светоустойчивы. Широко применяются для крашения древесины. Недостаток: мало устойчивы к воде. Марки: красно - коричневый -№ 1, красный - №124, светло - коричневый - № 5,7, тёмно - коричневый № 8,9,15,16 и т.д. Их можно смешивать между собой.

Нигрозин -чёрный или синевато - чёрный водорастворимый и спирторастворимый. Применяют для окрашивания в чёрный цвет политур для отделки роялей и пианино.

Естественные красители - красящие вещество в нём гуминовая кислота, содержащаяся в торфе, почве, молодом угле. Хорошо растворимы в воде, имеют высокую светостойкость, чистый цвет. Хорошо смешиваются с кислотными и прямыми синтетическими красителями. Из естественных красителей для крашения мебели широко применяют коричневый краситель, называемый ореховой морилкой или бейцем.

Протравы - растворы солей активных металлов, вызывающих изменение окраски древесины при взаимодействии с дубильными веществами (дуб, орех, красное дерево др.) в качестве протравов используют6 хлорное железо, железный купорос, медный купорос, хромокислый калий, марганцевокислый калий (марганцовка). Мало применяется , так как зависит от химических свойств древесины. Породы, не содержащие дубильных веществ предворительно обрабатываются специальными растворами дубильных веществ(танином) Для обработки используется 2-4%ные растворы протравов. Окраски протравами устойчивы к свету.

Пигменты - мелкодисперсные порошкообразные нерастворимые красящие вещества разных цветов. Пигменты не могут сами закрепляться на поверхности. Их применяют в смеси с плёнкообразующими веществами - маслами, лаками.. Эти смеси называют краски и эмали.

Лекция № 32

Тема: Лаки и политуры для прозрачной отделки

Лаками называются жидкие растворы плёнкообразующих веществ (смолы, масла, эфиры целлюлозы) в органических растворителях, образующие после высыхания твёрдую прозрачную однородную плёнку.

В зависимости от характера лаки подразделяются плёнкообразования на 2 группы:

лаки, образующие плёнки только в результате процесса испарения растворителей (спиртовые, нитроцеллюлозные);

лаки, образующие плёнку за счёт химических реакций полимеризации и поликонденсации, в результате которых они переходят в нерастворимое и неплавкое состояние (полиэфирные, масляные, карбамидоформальдегидные, мочевиноформальдегидные).

Названия лаков приняты по растворителям - спиртовые или по плёнкообразующим веществам, например, масляные, нитроцеллюлозные, полиэфирные, полиуретановые.

Спиртовые лаки представляют растворы смол в растворителях. Основной растворитель для этой группы - этиловый спирт. Плёнки спиртовых лаков образуются при испарении растворителя и могут быть снова растворены в нём. Спиртовые лаки наносятся кистью или тампоном; при этом образуется очень тонкая и прозрачная плёнка с высоким блеском, но недостаточно водо- и морозостойкая. Для получения покрытия толщиной 20…30 мкм требуется наносить большое количество слоёв. Длительное время нанесения и недостаточная их прочность являются причиной их ограниченного применения.

Выпускаются спиртовые лаки шеллачные, канифольно-шеллачные, канифольные, карбинольные.

Политурами называются малоконцентрированные растворы полирующих смол в смеси с летучими органическими растворителями. Сухой остаток в политурах составляет 8-15%. Вследствие жидкой консистенции политуры глубже, чем лаки, проникают в поры древесины и образуют очень тонкие плёнки. Политуры служат для создания ровного, зеркально-блестящего прозрачного покрытия, выявляющего и углубляющего естественную текстуру древесины.

Отделка политурами очень трудоёмкий процесс, так как требуется наносить большое количество покрытий. Существует два основных вида полирования политурами:

по древесине (столярное полирование);

по шеллачному или нитролаковому покрытию;

Различают спиртовые политуры и нитрополитуры. Наиболее применимая марка НЦ-314.

Масляные лаки представляют собой растворы смол и высыхающих масел (природных или синтетических) с добавлением сиккативов. Сиккативы - это сложные вещества, добавляемые в качестве катализатора для ускорения высыхания лакокрасочных материалов в процессе их изготовления и применения. Плёнки масляных лаков обладают высокой эластичностью, влагостойкостью, морозостойкостью. Для приготовления масляных лаков в качестве основных компонентов применяют высыхающие масла- льняное, конопляное, а в качестве смол - канифоль и глюфталевые смолы. Растворителями являются скипидар, уайт-спирит, ксилол.

В связи с тем, что высыхание плёнок, образованных масляными лаками, протекает очень медленно (продолжительность высыхания зависит от жирности лака: жирные лаки при температуре 20с высыхают в течении 48-72 ч, лаки средней жирности - 12-18ч, тощие- за 4-6ч), для сокращения сроков сушки в состав лаков вводят специальные вещества- сиккативы в количестве не более 7-10% массы масел. Но и при введении сиккативов сроки сушки масляных лаков в несколько раз превышают сроки сушки нитро- или шеллачных лаков, что в основном ограничивает их применение при отделке изделий из древесины. Масляные лаки наносят кистью, тампоном или распылением.

В зависимости от назначения масляные лаки разделяют на лаки общего назначения и специальные.

Промышленность вырабатывает масляные лаки:

общего назначения ПФ-283, ГФ-166 (преимущественно для отделки изделий из древесины).

специального назначения: № 350 - для полов; № 74 - для шпатлёвок; №331 - «Мороз» - для внутренних декоративных работ.

Нитроцеллюлозные лаки (нитролаки) представляют собой растворы лакового коллоксилина (нитроцеллюлозы) смол и пластификаторов (для устранения хрупкости) в смеси летучих органических растворителей. Покрытия, образуемые нитролаками, быстро высыхают в результате испарения растворителей, образуя твёрдые и эластичные плёнки. Применяют нитролаки для отделки поверхностей мебельных изделий, эксплуатируемых внутри помещения. В настоящее время изготавливаются лаки марок НЦ-218, НЦ-221; НЦ-222, НЦ223, НЦ-224, НЦ-228, НЦ-243 НЦ-241, НЦ-241М, НЦ-2101 Они прозрачные, холодного нанесения, образуют на поверхности блестящие прозрачные покрытия. Лак НЦ-243 содержит матирующую добавку и образует на поверхности матовые шелковистые покрытия. Лаки могут выпускаться одно- или двух компонентными. Если лак двухкомпонентный, то отвердитель и лак (основа) транспортируются потребителю в отдельной таре.

Нитролаки быстро высыхают, обладают неограниченной жизнеспособностью, достаточно технологичны, покрытия полностью растворимы, поэтому их можно обрабатывать растворителем для облагораживания и устранения дефектов. По физико-механическим свойствам превосходят покрытия из спиртовых лаков. Недостатки:

невысокая атмосферостойкость, поэтому их применяют для отделки изделий, эксплуатируемых внутри помещений;

огнеопасность т горючесть лаковых покрытий;

низкая доля нелетучих веществ, что требует много кратного нанесения для требуемой толщины;

высокое содержание растворителей, которое безвозвратно теряется в процессе нанесения и сушки покрытий и загрязняет атмосферу рабочих помещений.

В настоящее время в мебельной промышленности нашли широкое применение нитроцеллюлозные лаки, выпускаемые в Германии. Фирма «Herberts» выпускает лак целлонит Д-1009 - нитроцеллюлозный однокомпонентный, для создания открытопористых покрытий на древесных материалах. Покрытия на основе этого лака имеют высокие физико-механические свойства. Также выпускается лак «Целлонит Д1013»

Мочевиноалкидные лаки представляют собой растворы мочевиноформальдегидных смол, пластифицированных алкидной смолой в смеси с органическими растворителями. Процесс плёнкообразования происходит под действием кислотного отвердителя. Алкидная смола вводится для снижения хрупкости. Эти лаки образуют покрытия повышенной морозо- , водо-, светостойкостью. Промышленностью выпускается несколько видов алкидно-мочевинных лаков: МЧ-22 - для строительных деталей; МЧ-52 - для лыж, который применяют и для мебели; МЛ-2111М -матовый для мебели; МЛ - 2111ПМ - для отделки плёночных материалов, МЧ-25 для отделки паркета.

Полиэфирные лаки подразделяются на две основные группы - парафинсодержащие и беспарафиновые.

Парафинсодержащие полиэфирные лаки - растворы полиэфирных смол в стироле с отвердителем, ускорителем и всплывающей добавкой - парафином. Отделочная плёнка образуется в результате реакции сополимеризации между полиэфирной смолой и стиролом. Все компоненты поставляются отдельно. Парафиновая добавка создаёт на поверхности покрытий тонкий защитный слой, который препятствует испарению стирола из плёнки и предотвращает попадание кислорода воздуха в глубь плёнки, так как кислород препятствует реакции полимеризации.

Промышленностью выпускаются следующие полиэфирные парафинсодержащие лаки: ПЭ-246, ПЭ-265, ПЭ-2133.

В беспарафинных полиэфирных лаках исключается необходимость шлифования и полирования покрытий, а также не требуется соблюдения строго температурного режима при нанесении лака. Беспарафинные лака несколько уступаютпарафинсодержащим по декоративным и физико-механическим свойствам. ПЭ-232, ПЭ-247, ПЭ-250,ПЭ-2106, ПЭ-2137 и др.

Полиуретановые лаки представляют собой двухкомпонентную систему, состоящую из полуфабрикатного лака и отвердителя. При смешении компонентов начинается реакция полимеризации, поэтому их смешивают непосредственно перед применением лака. Полиуретановые лаки образуют очень твёрдую эластичную плёнку, которая имеет в несколько раз большую сопротивляемость износу и истиранию, чем нитролаковая. Они обладают атмосферостойкостью и диэлектрическими способностями. Покрытия не требуют последующего облагораживания и имеют высокие декоративные свойства.

Промышленностью выпускаются следующие лаки: УР-2124М, УР -277, Ур-249, УР-249М, УР-294, «Контрацид Д3010», «Контрацид 3030» (фирма «Herberts»).

Перхлорвиниловые лаки приготавливают на основе перхлорвиниловых смол. Имеют небольшую концентрацию (до 20%), образуют атмосферо- и химически стойкие покрытия, отделочные плёнки их имеют слабый глянец. Эти лаки используют для приготовления стойких эмалей.

Водоразбавляемые лаки - это лакокрасочные материалы, содержащие в летучей части воду. (ВД-ПЭ2150, «Jsofol T-2» (Польша)

Лекция № 37- 38

Тема: Защитные средства для древесины и материалы в производстве спичек. Классификация защитных средств и предъявляемые к ним требования. Принципы действия антисептиков.

Несоблюдение правил хранения пиломатериалов отрицательно влияет на качество, снижает сортность и может привести к непригодности.

Хранение пиломатериалов производят согласно стандартам (ГОСТ 3808.1 и ГОСТ 7319), где указаны меры предохранения древесины от растрескивания, коробления, от действии грибов и насекомых.

Деревянные конструкции жилых, общественных и промышленных зданий подвергают антисептированию с целью предохранения от загнивания. Особенно это необходимо, если деревянные конструкции будут работать в тяжёлых влажных условиях

Материалы, подлежащие пропитке, должны быть окорены, очищены от загрязнения, отсортированы по породам, толщинам и влажности, иметь законченную механическую обработку. Труднопропитываемую древесину (ель, пихта, ядро сосны, лиственница) предварительно накалывают на глубину не менее 15 мм для увеличения глубины проникания антисептика.

Антисептики для древесины делят на:

водорастворимые (легковымываемые, вымываемые, трудновымываемые, невымываемые);

маслянистые (невымываемые);

органические;

антисептические пасты;

порошковые.

Водорастворимые антисептики используются для защиты деревянных конструкций, эксплуатируемых в закрытых помещениях. К ним относятся: фтористый натрий, кремнефтористый натрий, кремнефтористый аммоний, магний, цинк, медный купорос.

Фтористый натрий - это белый или сероватый порошок без запаха. Он легко проникает в древесину, не разлагается, слабо вымывается, является ядом для грибков, насекомых, животных и человека. Не разрушает сталь и древесину.

Медный купорос - это полупрозрачные кристаллы синего цвета. Он менее ядовит, чем фтористый натрий, но разрушает металлы.

Маслянистые антисептики. К ним относятся карболинеум, каменноугольное антраценовое, сланцевое и креозотовое масла, древесная, торфяная и коксовая смола.

Каменноугольное креозотовое масло - это маслянистая жидкость тёмного цвета, имеющая специфический запах. Является сильным ядом для грибов и насекомых, обладает большой устойчивостью, не вымывается водой, не разрушает древесину металлы, поражает кожу человека и животных.

Карболинеум и антраценовое масло получают в процессе перегонки каменного угля и обладают теми же свойствами, что и креозотовое масло, но имеют неприятный запах, поэтому не везде могут быть применены.

Древесная, торфяная и коксовая смолы и сланцевое масло имеют значительно худшие антисептические свойства, чем вышеуказанные. Применяются для антисептирования малоответственных сооружений. Сланцевое масло имеет неприятный запах, что ограничивает область его применения.

Органические антисептики (оксидефенил, пентахлорфенол и др.)

Огнезащита древесины.

Для защиты от возгорания детали и конструкции различного назначения обрабатывают антиперенами.

Антиперены - это специальные огнезащитные составы, которыми пропитывают, окрашивают, обмазывают, оштукатуривают деревянные детали или конструкции.

Для обработки древесины огнезащитными пастами используют следующие составы:

суперфосфатная паста;

сульфитноглиняная паста;

глино-известковые пасты;

глиняные пасты;

глино-известково-гипсовые пасты.

Огнестойкие краски предназначены для огнезащиты и внешней отделки древесины. Они образуют на её поверхности огнезащитную плёнку толщиной до 1 мм.

Одним из способов огнезащиты древесины является её отштукатуривание. Для этой цели используют известковые и известково-гипсовые растворы.

Сырьё для производства спичек.

Сырьё в спичечном производстве подразделяется:

для спичечной соломки;

для спичечных коробков;

для зажигательной спичечной массы.

1. Для спичечной соломки:

Пиломатериалы хвойных (сосна) и лиственных (осина, липа, тополь, ольха) пород.

По качеству древесины чураки должны быть 1,2,3 сортов. Длина чураков должна соответствовать размерам лущильных станков. Чураки должны быть перпендикулярно отторцованы, на торцах не должно быть трещин и грязи, окорены.Влажность древесины должна быть не менее 70%. Толщина лущёного шпона для спичечной соломки 2,05-2,45 мм в зависимости от формата коробок.

2. Для спичечных коробок:

Картон спичечный. Выпускается в рулонах диаметром до 1 м. Толщина картона 0,5 мм, плотность 0,65 г/см3, влажность не более 8 %. Перевозка картона осуществляется в упакованном виде в закрытых и чистых транспортных средствах. Хранится в закрытых складах.

3. Для зажигательной спичечной массы:

в состав зажигательной спичечной входят:

окислители;

восстановители;

наполнители;

клеи.

Окислители

- это вещества, выделяющие кислород, необходимый для горения. В качестве окислителя применяется бертолетова соль. В смеси с серой, красным фосфатом, древесным углём взрывоопасна при трении, ударе, нагревании. Токсична. Смертельное отравление могут вызвать 2-3г соли при приёме вовнутрь. Также в качестве окислителей могут применяться бихромат калия, пиролюзит.

Восстановители

- это горючие вещества, которые обладают восстановительными свойствами. Основной восстановитель в зажигательной массе - сера. Она легко воспламеняется и является активным горючим веществом. Реакция серы с кислородом способствует сгоранию головок спичек с достаточной интенсивностью и полнотой. В результате образуется сернистый газ, который ядовит. Хранят серу в закрытых и открытых складах, она не ядовита, но горюча. Также в качестве восстановителей применяются красный фосфор, антимоний, которые являются основными компонентами массы, наносимыми на боковые поверхности спичечных коробок.

Наполнители.

Железный сурик - основной наполнитель спичечной массы, уменьшающий скорость горения головки (до 9 %). Если его больше, то масса трудно воспламеняется.

Цинковые белила - предотвращают взрывной характер горения спичечной головки.

Стекло - при сгорании головки спичек даёт неспекающийся шлак. Стекло должно быть измельчено так, чтобы фракция была размером 80-100 микрон. Также стекло регулирует интенсивность и скорость горения спичечной головки.

Мел применяется в небольших количествах (1-2%) при изготовлении фосфорной массы для нейтрализации фосфорной кислоты.

Каолин (глина) составная часть клеевой композиции.

Клеи применяют для приготовления зажигательной спичечной массы и для склеивания коробок, пачек, наклеивания этикеток.

Применяют костный, мездровый, наиритовый.

Пропитка (импрегнирование) спичечной соломки обеспечивает прекращение трения уголька после погашения спички.

По требованию заказчика в спичечном производстве могут выпускаться спички с окрашенной соломкой. Для этого применяют красители и пигменты.

Чтобы обеспечить переход пламени от горящей спичечной головки к соломке её пропитывают парафином.

Бумага обёрточная

- предназначена для упаковки коробок со спичками.

В зависимости от назначения выпускается несколько марок бумаги в рулонах и листах. Ширина рулонов и размеры листов устанавливают по согласованию с потребителем. Транспортируется в закрытых транспортных средствах. Хранится в закрытых сухих помещениях.

Лента клеевая

- для заклеивания картонных коробок и картонных ящиков.

Лекция № 40-41

Тема: Классификация полимерных материалов. Классификация пластмасс. Достоинства и недостатки пластмасс.

Применение полимерных материалов в мебельном производстве является одним из основных направлений технического прогресса. В настоящее время и в перспективе для изготовления мебельных изделий полимерные материалы используются в качестве конструкционных, облицовочных, клеевых и отделочных.

В качестве конструкционных используют пластмассы, которые применяют для изготовления стульев, кресел, диванов, ящиков декоративных элементов, мебельной фурнитуры.

К облицовочным материалам относят синтетический шпон, пластик бумажно-слоистый декоративный, искусственные кожи, плёнки.

Применение полимерных материалов в мебельном производстве обеспечивает рост производительности труда, возможность механизации и автоматизации технологических процессов, снижение трудоёмкости, улучшение качества мебели, возможность осуществления любых архитектурных решений, замену дефицитных традиционных малоэффективных материалов.

Пластмассы.

Пластмассами называют материалы, полученные на основе высокомолекулярных органических соединений и обладающие на определённой стадии переработки свойствами пластичности. Пластичность- это свойство материала под влиянием тепла и давления становиться мягкими, принимать любую форму и сохранять её после прекращения действия тепла и давления. Сырьём для производства пластмасс являются продукты переработки угля, нефти, газа.

Пластмассы состоят из трёх основных компонентов:

связующих;

наполнителей;

пластификаторов.

Кроме указанных веществ, в пластмассы входят красители, стабилизаторы, ускорители.

В качестве связующих используются синтетические и природные смолы - полиэфирные, эпоксидные, фенолформальдегидные. Они составляют главную составную часть пластмасс.

Наполнители уменьшают расход связующих, в ряде случаев усиливают механическую прочность, сопротивляемость истиранию, теплостойкость и другие физико-механические свойства.

Химической промышленностью выпускается большой ассортимент пластмасс от твёрдых и прочных, приближающихся по показателям к металлам, до очень лёгких и мягких.

Свойства пластмасс.

Пластмассы обладают следующими положительными свойствами:

малой плотностью (пенопласт 0,02-0,3 г/см3);

высокой химической стойкостью (полиэтилен, поливинилхлорид,полистирол);

стойкостью к долговременному действию агрессивных сред;

могут быть твёрдыми, упругими и гибкими;

легко поддаются механической обработке (резание, сверление, фрезерование).

можно легко разнообразить цветовую гамму;

возможность получать материалы с заранее заданными свойствами.

Недостатки пластмасс:

низкая теплостойкость;

небольшая теплопроводность;

небольшая поверхностная твёрдость4

водопоглащение;

старение (потемнение и разрушение).

Классификация пластмасс.

Пластмассы подразделяют на две группы:

термореактивные;

термопластичные.

Термореактивные пластмассы при нагревании переходят в необратимое, нерастворимое состояние (пластмассы на основе карбамидоформальдегидных, фенолформальдегидных, эпоксидных смол)

Термопластичные пластмассы характеризуются тем, тем, что их свойства обратимы. При нагревании они размягчаются, при охлаждении затвердевают, сохраняя свои свойства.

В мебельном производстве используют следующие виды пластмасс:

полистирол, полипропилен, поливинилхлорид, стеклопластик, полиуретан, губчатую резину.

Лекция № 43

по дисциплине «Материалы д/о производств»

Размещено на Allbest.ru