DESIGNING AND IMPLEMENTATION OF THE PROJECT AIMED TO INCREASE THE PERMEABILITY OF CYLINDRICAL BILLET OF WOOD UNDER THE CONDITIONS OF CHANGEABLE PRESSURE
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.