Влияние термообработки на прочность черной ольхи при статическом изгибе
Целью данного исследования было выяснить изменение свойств и характеристик древесины черной ольхи под действием высокой температуры. Задачей было определить отношение между плотностью древесины и прочностью на изгиб. А также отношение между числом годичных колец и прочностью на изгиб для черной ольхи.
Процесс исследования:
- Расчет необходимого количества образцов древесины, необходимого для проведения исслеований;
- Точное определение слажности древесины;
- Расчет плотности образцов;
- Определение прочности на изгиб;
- Пересчет результатов для древесины с нормальной влажностью в 12%;
- Анализ результатов.
Итак, приступим: на тестирование было взято 16 тестовых групп плюс одна контрольная, по 37 образцов древесины в каждой группе. Начальная плотность древесины 521 кг/м3, начальная влажность – около 23%.
В таблице ниже представлено процентное соотношение количества годичных колец в представленных образцах древесины ольхи. Как мы видим, наибольший процент составляют образцы с 10-15 годичными кольцами на сантиметр.
Испытание будет проводиться в четырех температурных режимах, при 60, 80, 100 и 120 °C. Продолжительность исследования 12, 24, 48 и 96 часов нахождения в конвекционной печи.
На рисунке ниже мы видим, как меняется окраска черной ольхи под действием температуры.
Разница во влажности обычной и термообработанной древесины черной ольхи представлена в таблице ниже.
| Время термообработки | Температура, °C | ||||
| Необработанная | 60°C | 80°C | 100°C | 120°C | |
| Необработанная | 10 | ||||
| 12 ч | 6 | 5 | 4 | 4 | |
| 24 ч | 6 | 5 | 4 | 4 | |
| 48 ч | 5 | 5 | 4 | 4 | |
| 96 ч | 5 | 4 | 4 | 4 | |
Плотность (кг/м³) из необработанной и термообработанной древесины черной ольхи перед испытанием на изгиб.
| Время термообработки | Температура, °C | ||||
| Необработанная | 60°C | 80°C | 100°C | 120°C | |
| Необработанная | 521 | ||||
| 12 ч | 523 | 504 | 497 | 500 | |
| 24 ч | 508 | 514 | 507 | 494 | |
| 48 ч | 493 | 511 | 505 | 500 | |
| 96 ч | 506 | 486 | 491 | 498 | |
Принципиальная схема испытания древесины на статический изгиб выглядит следующим образом, при помощи специального оборудования нажим проводится со скоростью 10 мм в минуту. Тестирование проводится на бруске, размерами 20х20 и длиной 300 мм.
На рисунке показана типичная зона разлома образца при тестировании на изгиб.
На графике ниже видно, что при термообработке прочность древесины падает, чем дольше образец находился в печи, тем меньшая сила требуется для разрушения его под действием тестового станка.
Далее мы видим, как влияет температура и время обработки на прочность древесины.
В итоге мы получаем, постепенное падение прочности материала пропорционально увеличению температуры обработки и времени пребывания в конвекционной печи. Так разница по прочности после обработки 60-ю и 80-ю °C составила для ольхи 6,5%, но при дальнейшем увеличении температуры прочность начала резко уменьшаться, при 100 и 120°C, падение составляло уже около 10% для каждого пункта. Также и время термообработки сильно влияет на прочность древесины, так после 12 часов обработки прочность падает на 7%, после 24 и 48 часов – 7,5 и 7,8 соответственно. А при нахождении в печи дерева 96 часов прочность падает на 9,6%.
Итак после обработки при 120°C влажность черной ольхи составляет уже 54,4%, плотность древесины изменяется не значительно, прочность падает приблизительно на 8%. Наибольшая прочность была у образцов с количеством годичных колец от 10 до 18 на сантиметр.
