Материалы VII Международной научно-технической конференции

7 - 10 декабря 2009 г.

 

МОСКВА                                               INTERMATIC  –  2 0 0 9                                                  МИРЭА

 

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ПЛАСТИФИКАЦИЮ ЛИГНИНА

 

 2009 г. В.В. ПОСТНИКОВ, Н.С. КАМАЛОВА, С.В.КАЛЬЧЕНКО, В.В. САУШКИН

 

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.