Материалы VII
Международной научно-технической конференции
7 - 10 декабря
МОСКВА INTERMATIC
– 2 0 0
9
МИРЭА
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ПЛАСТИФИКАЦИЮ
ЛИГНИНА
Воронежская
государственная лесотехническая академиия. Воронеж.
Для успешного проведения процесса модифицирования
(прессования) древесины необходимо предварительно перевести одну из ее основных
компонентов – аморфный лигнин из стеклообразного в
высокоэластическое состояние, то есть, как говорят, осуществить его
пластификацию [1,2]. Одной из современных технологий такого пластифицирования
является обработка исходных образцов древесины ультразвуковыми импульсами
(УЗИ). В предлагаемом сообщении рассматривается вопрос о влиянии формы УЗИ на
время необходимой пластификации лигнина для последующего прессования образца
древесины.
Пусть УЗИ в виде
воздействуют на
образец (здесь - форма УЗИ, частота ультразвука, глубина его
проникновения в образец и скорость распространения соответственно), тогда среднее
давление, возникающее в образце древесины вследствие ультразвукового
воздействия при частоте следования n
УЗИ в секунду, можно оценить выражением
,
а величину давления вдоль волокна
древесины в любой момент времени определить интегрированием:
. (1)
Здесь τ-
длительность импульса.
Для импульса простой
прямоугольной формы это выражение легко представить как
.
Однако, УЗ импульсы такой формы практически не используются.
Наиболее реальной является форма, представленная на рисунке 1, где УЗИ
моделируется в виде двух экспонент:
. (2)
Рис.1.
Экспоненциальная модель ультразвукового импульса
С учетом (2) выражение (1) можно привести к виду:
(3)
Параметр α можно оценить из условия, что величина
давления в импульсе в момент времени, равный его длительности, сравнима с
ошибкой измерений. Будем считать, что относительная погрешность не превосходит,
например, 10% (). При таком условии, учитывая (2), найдем для
α:
(4)
Рис.2. Сравнительные диаграммы отношения от длительности
импульса: для прямоугольного (цвет белый) и
экспоненциального (серый) УЗИ
На рисунке 2
представлены диаграммы отношения в зависимости от длительности импульсов обеих форм. Как
видим, при длительности импульса более 2с вклад учета формы импульса становится
весьма значительным. По нашему мнению, это связано с тем, что так называемые
«хвосты» от экспоненциального спадания складываются и создают некое постоянное
давление, в котором пребывает лигнин. Подобное явление наблюдается в
радиофизике. При естественных помехах от грозовых разрядов создается некий
постоянный шум.
Известно [3], что в эластомерах, к которым по своим
физическим характеристикам можно отнести и лигнин, при больших значениях
внешнего давления скорость высокоэластических деформаций уменьшается, в то
время как скорость вязкотекучих деформаций увеличивается и достигает
максимального значения. В результате вязкость лигнина после воздействия
импульсным ультразвуком изменяется во времени по закону:
.
Тогда
скорость уменьшения вязкости и, следовательно, скорость пластификации лигнина
определяется выражением:
(5)
Время
пластификации , поэтому с учетом сложности формы импульса оно возрастает в N
раз, где:
.
Другими
словами, форма УЗИ является важным параметром при оценке времени пластификации лигнина
ультразвуком для последующего прессования древесины.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Шамаев В.А. Химико-механическое
модифицирование древесины. Воронеж: ВГЛТА, 2003. 260 с.
2.
Постников В.В., Камалова Н.С. Евсикова
Н.Ю. Матвеев Н.Н. Оптимизация процесса модифицирования древесины // «Intermatic
– 2007» / Материалы V Международной НТК. М.: МИРЭА. 2007, часть 1. - С. 255-257.
3.
Бартенев Г.М., Зеленев
Ю.В. Физика и механика полимеров. М. 1983.391 с.