Разработка и внедрение проекта «ПОВЫШЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ДРЕВЕСИНЫ С ТОРЦА ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ДАВЛЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭТОГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ»

Манаев В. А.,

Аспирант, кафедра древесиноведения, Воронежская государственная лесотехническая академия – ВГЛТА

Разработка и внедрение проекта «ПОВЫШЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ДРЕВЕСИНЫ С ТОРЦА ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ДАВЛЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭТОГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ»

Аннотация

В статье поднята проблема пропитки древесины труднопропитываемых пород; предложен способ решения данной проблемы; рассмотрен способ пропитки древесины.

Ключевые слова: порода древесины, технология, способ пропитки.

Keywords: breed of wood, technique, way of impregnation.

В настоящее время лесным комплексом РФ решаются задачи, направленные на широкое применение ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий.

Для достижения данной цели, в настоящее время особенно актуально применение и разработка новых способов повышения физико-механических свойств  древесины с применением современных технологий и оборудования.

Одним из способов повышения физико-механических свойств древесины является пропитка.

При обработке древесины модифицирующими жидкостями желательна глубокая или даже сквозная пропитка. Но ядро и спелая древесина, относятся к труднопропитываемым материалам [1].

Частично решение этой проблемы отражено в работах [2 – 4]. Целью настоящей работы является решение данной проблемы, основанный на применении переменного давления пропитываемой жидкости.

Объектом исследования  являются  круглые окоренные сосновые сортименты длиной 2,5 м и диаметром 18 ... 22 см.

Известно, что по мере роста дерева центральная часть ствола прекращает сокодвижения  и микрокапиляры и поры древесины забиваются  отложениями смолы, камедей, восков и т.д. У лиственных пород  поры зарастают тилами, затрудняющими движение жидкости [5]. Маловязкие и низкомолекулярные жидкости могут двигаться по самим волокнам древесины или огибая отложения в порах и торусы, если вся капилярно-пористая структура  древесины приведена  в подвижное состояние, что и реализуется в способе пропитки по патенту № 2378106. В настоящее время наиболее эффективным способом  упрочнения древесины является введение в нее гидрогеля нанокристаллической целлюлозы, однако реализация этого способа возможна лишь для  самой легкопропитываемой древесины березы, где в порах отсутствуют отложения и торусы. Глубина пропитки с торца под давлением при этом не превышает 0,5 м.

Для разрушения торусов и выбивания из пор отложений необходимый перепад давлений в процессе колебаний жидкости должен составлять 2-2,5 МПа, а амплитуда колебаний 0,1-2 мм.

Процесс пропитки древесины при переменном давлении антисептиками значительно отличается от пропитки при постоянном давлении. Это, в частности, проявляется в своеобразном характере изменения скорости поглощения (рисунок 1). При приложении переменного давления сначала наблюдается резкое увеличение скорости поглощения, затем она снижается и примерно через 5 мин стабилизируется на одном уровне [6].

Подобный процесс, но только с меньшими количественными показателями, происходит и при пропитке ядровой древесины лиственницы и спелой древесины ели.

Интенсификация процессов пропитки за счет пульсирующей нагрузки изучена на наш взгляд не достаточно.   Предлагается использовать в процессе пропитки древесины гидравлические пульсаторы, однако необходимо обоснование их параметров и совершенствование конструкций для конкретных установок.

Наиболее близким из известных аналогов является устройство для пропитки труднопропитываемых пород древесины, описанное в способе пропитки древесины с торца под давлением [7]. Недостатком  данного устройства является то, что оно не позволяет вводить в древесину вязкие и высокомолекулярные жидкости, например, красители, стабилизаторы размеров, пластификаторы упрочнители, наиболее эффективные антисептики.

(а) и изменение ее дав­ления от времени (б) в процессе пропита: 1 - переменное давление; 2 - постоянное давление

Рисунок 1 – График зависимости скорости по­глощения пропиточной жидкости ядровой древесиной сосны

Предлагаемый способ  решает задачу расширения функциональных возможностей установки и дает возможность пропитывать древесину вязкими и высокомолекулярными жидкостями, а также суспензиями и гелями наночастиц.

На рисунке 2 представлена общая  схема устройства

Рисунок 2 – Общая схема устройства

Устройство содержит сварную раму 1, с закрепленной на ней металлической трубой 2, левую конусную насадку 3, правую конусную насадку 4, ультразвуковой излучатель 5, действующий в радиальном направлении, емкость с пропиточной жидкостью 6, гидравлический насос 7, манометр 8, пневмогидравлический аккумулятор давления 9, гидропульсатор 10 с обратным клапаном, вспомогательный трубопровод 11, емкость для сбора воды 12, горизонтальный гидроцилиндр 13, ультразвуковые излучатели 14, действующие в поперечном направлении. Гидропульсатор содержит корпус 15,  распределительный механизм 16, выполненный в виде вала со взаимно-перпендикулярными отверстиями и каналами подвода рабочей среды, позволяющие задавать частоту колебаний рабочей среды 0,3-10 Гц и амплитуду 0,1- 0,2 мм, входные нагнетательные штуцера 17, общую смесительную полость 18, выходной штуцер переменного давления 19.

Устройство работает следующим образом. Сырое оцилиндрованное  бревно закладывается в металлическую трубу. Закрывается левая  и правая  конусные насадки. Гидроцилиндром осуществляется закрепление заготовки в неподвижное положение. Затем к пропитываемой заготовке подкручиваются все ультразвуковые излучатели. Включается насос, подающий из бака пропиточную жидкость в полость между металлической трубой и пропитываемой заготовкой. Включаются ультразвуковые излучатели. Затем включается гидравлический пульсатор, подающий пропитываемую жидкость в торец заготовки. После завершения процесса пропитки древесная жидкость, вытекаемая из правого торца заготовки, сливается   из правой  конусной  насадки в емкость для сбора воды.  Пропитываемая жидкость находящееся между металлической трубой  и  пропитываемой заготовкой  сливается обратно в бак.

Преимуществом данного устройства является то, что оно позволяет не только полностью реализовать способ по пат. РФ № 2378106, но и селективно прокрашивать труднопропитываемую древесину различными высокомолекулярными красителями, изменяя их текстуру. Например, путем реверсивной пропитки можно из древесины осины по всему сечению заготовки получить текстуру древесины с текстурой махагони или палисандра.