Понятие и описание древесины как строительного материала. Механохимически модифицированная древесина: технология и свойства

Криволинейные детали из цельной древесины можно изго­товлять двумя принципиально различными способами: выпи­ливанием криволинейных заготовок и приданием прямолиней­ному бруску изогнутой формы путем загибания его на шаб­лоне. Оба способа-применяются на практике и имеют свои преимущества и недостатки.

Выпиливание криволинейных заготовок отличается просто­той технологии и не требует специального оборудования. Од­нако при выпиливании неизбежно перерезают волокна древе­сины, и это настолько ослабляет ее прочность, что детали большой кривизны и замкнутого контура приходится состав­лять из нескольких элементов склеиванием.На криволинейных поверхностях получаются полуторцовые и торцовые поверхно­сти срезов и в связи с этим ухудшаются условия обработки на фрезерных станках и отделки. Кроме, того, при раскрое полу­чается большое количество отходов.

Изготовление криволинейных деталей методом гнутья тре­бует по сравнению с выпиливанием более сложного технологи­ческого процесса и оборудования. Однако при гнутье полно­стью сохраняется и даже в некоторых случаях повышается прочность деталей; на их гранях не создаются торцовые по­верхности, а режимы последующей обработки гнутых деталей не отличаются от режимов обработки прямолинейных деталей.

Теоретические основы гнутья. Сущность явлений, происхо­дящих при гнутье древесины, в основном сводится к следую­щему. Из курса сопротивления материалов известно, что при изгибе любого тела в пределах упругих деформаций возни­кают нормальные к поперечному сечению напряжения: растя­гивающие на выпуклой и сжимающие; на вогнутой стороне. Между зонами растяжения и сжатия находится нейтральный слой, нормальные напряжения в котором равны нулю. По­скольку величина нормальных напряжений изменяется по се­чению, возникают скалывающие напряжения, стремящиеся

как бы сдвинуть одни слои детали относительно других. Так как этот сдвиг невозможен, изгиб неизбежно сопровождается растяжением на выпуклой и сжатием на вогнутой стороне

Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит от толщины бруска и радиуса изгиба. Допустим, что брусок прямоугольного сечения изогнут по дуге окружности и что деформации в бруске прямо пропорциональны напряже­ниям, а нейтральный слой находится в середине бруска.

Обозначим толщину бруска Н, начальную длину его через /о, радиус изгиба по нейтральной линии через К (рис. 93).

Рис. 93. Изгиб бруска:

а - деформации при изгибе; б - гнутье заготовки с шиной по шаблону; / - шаблон; 2 - насечки; 3 - прессующий ролик; 4 - шина

Длина бруска по нейтральной линии при изгибе будет оста­ваться неизменной. Она равна

ι 0 = πR(φ/180), (96)

где ф - угол загиба в градусах.

Наружный растянутый слой получит удлинение А/. Общая длина растянутой части бруска определится из выражения

ι 0 + ∆ι = π (R+h/2)φ/180. (97)

Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим абсо­лютное удлинение:

∆ι = π(h/2) (φ/180), (98)

Относительное удлинение е раст будет равно ∆ι/ι о = h/2R, т. е. относительное удлинение при изгибе ∆ι/ιо зависит от от­ношения толщины бруска к радиусу изгиба; оно тем больше, чем толще брусок hи чем меньше радиус изгиба R.Подобное отношение для величины относительного сжатия при изгибе можно получить аналогичным путем.

Предположим, что вокруг шаблона R изогнут брусок с начальной длиной ι 0 и при этом достигнуты максимальные деформации сжатия и растяжения. Обозначив через ε сж величину допустимой деформации сжатия древесины вдоль волокон, а через ε раст – величину допустимой деформации растяжения вдоль волокон, можем написать соотношение для растянутой стороны:

l= l 0 (l+ε раст) = π (R+h) φ/180 (99)

R+h = /π (φ/180). (100)

Для сжатой (вогнутой) стороны будет

l 2 =l (l-ε сж)]/π (φ/180). (101)

Вычитая из первого выражения второе, получим

h = /π (φ/180) (102)

Взяв отношение h/R, характеризующие предел изгибаемости древесины для данного случая, получим

h/R = (ε раст +ε сж)/(l-ε сж) (103)

Подставив в полученные выражения значения допустимых деформаций растяжения и сжатия (ε раст и ε сж), можно определить максимально возможные значения h/R для различных пород. Эти предельные возможно достижимые соотношения определены в следующих значениях.

Пород древесины…………………….Бук Дуб Бреза Ель Сосна

h/R……………………………………..1/2,5 ¼ 1/5,7 1/10 1/11

На практике обычно требуется изгибать древесину в отношении 1/3. Хвойные породы и часть мягких лиственных пород даже при полном использовании возможных деформаций сжатия и растяжения непригодны для гнутья при малых радиусах кривизны. При этом брак при гнутье хвойных и мягких лиственных пород обусловлен образованием складок на вогнутой стороне из-за неравнамерного сжатия вдоль волокон и низкого сопротивления их сжатию поперек волокон. Это можно устранить, нормируя деформации сжатия древесины, используя шаблон с насечкой, подпрессовывая древесину в процессе гнутья (рис. 93,б).

Пропарнный брусок с шиной изгибается вокруг шаблона l, снабженного крупной насечкой 2. В месте загиба брусок прижимается к шаблону прессующим роликом 3. Происходит про-

катка бруска. Наружные, примыкающие к шине 4 слои уплот­няются. Толщина бруска уменьшается, и одновременно повы­шается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают на­пряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и при­нимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление скла­док.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия про­текают одновременно, но не по всему сечению бруска, уменьшается, и одновременно повы­шается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают на­пряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и при­нимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление скла­док.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия про­текают одновременно, но не по всему сечению бруска, а только на участке непосредственного набегания бруска на шаблон, в зоне линии, соединяющей ось шаблона с осью прес­сующего ролика. Этот процесс сопровождается сдвигом слоев древесины, как показано линиями, нанесенными на боковую сторону бруска перед гнутьем.

Бездефектный изгиб бруска возможен только до предела, пока величина относительного удлинения растянутых или от­носительного сжатия сжимаемых слоев не превысит предель­ных значений для данного материала.

Выведенное выше отно-шение действительно для материалов, у которых со-противления растяжению и сжатию равны. Если сопро­тивление материала сжа­тию будет больше, чем рас­тяжению, то нейтральная линия при изгибе будет смещаться к вогнутой сто­роне. При большем сопро­тивлении материала растя­жению нейтральная линия будет смещаться к выпук­лой стороне, что наблюда­ется у дервесины. При сво­бодном изгибе древесина разрушается от разрыва наружных, растянутых слоев. Объясняется это тем,

Рис. 94. Диаграммы напряжений и деформации древесины при гнутье:

а- влияние проварки; 1 – без проварки;

2 – проварка30 мин; 3 – проварка 90 мин;

4 – проварка 180 мин; б - деформация и напряжения в древесине бука

что допустимая величина деформации растяжения у древесины мала, всего 1- 2 %, в то время как предел деформации сжатия составляет 15-25 %, как видно из диаграммы рис. 94.

Для повышения способности древесины к гнутью приме­няют гидротермическую обработку; проваривание в горячей воде или пропаривание. Такая обработка делает древесину более пластичной. Проваривание древесины значительно сни­жает сопротивление сжатию и увеличивает величину усадки (рис. 94, а). Сопротивление древесины растяжению и способ­ность деформации при этом изменяются незначительно.

У пропаренной древесины бука (рис. 94, б) при незначи­тельном сопротивлении сжатию (около 23 МПа) и допустимо­сти деформаций сжатия до 30 % величина возможных дефор­маций растяжения остается незначительной даже при очень высоких напряжениях (2% при 130 МПа). Это ограничивает возможность гнутья пропаренной древесины и не позволяет полностью использовать ее способность к значительной дефор­мации сжатия.

Произведение величины напряжения на величину вызывае­мой им деформации дает работу деформации. На диаграмме (рис. 94, б) возможная работа деформаций растяжения равна заштрихованной площади I, а возможная работа деформаций сжатия -заштрихованной в обратном направлении пло­щади II.

При изгибе бруска работа деформаций растяжения должна быть равна работе деформации при сжатии. Из сравнения площадей, заштрихованных на диаграмме, видно, что полно­стью использовать эту закономерность при изгибе пропаренной древесины без специальных мероприятий нельзя. В то время как работа деформаций растяжений достигает максимального значения (площадь I), равная ей площадь работы деформации сжатия отделена на диаграмме вертикальной пунктирной ли­нией. Она составляет только незначительную часть от возмож­ной работы деформации сжатия. При уменьшении радиуса из­гиба напряжения растяжения и вызываемые ими деформации превысят предельные значения и вызовут разрыв наружных волокон и излом бруска, в то время как возможность изгиба по деформации сжатия не будет исчерпана. Возможность из­гиба пропаренной древесины ограничивается незначительной величиной допустимых деформаций растяжения, ограничиваю­щих изгиб до соотношения примерно h/R = 1/30.

Возможности гнутья могут быть значительно расширены, если использовать способность пропаренной древесины полно­стью воспринимать значительные деформации сжатия. Это до­стигается применением тонкой стальной ленты (шины), накла­дываемой на наружную сторону бруска до изгиба. Шина снаб­жена упорами, в которые упираются торцы изгибаемого бруска.

Так как сопротивление стальной шины растяжению значи­тельно, она будет препятствовать растяжению наружных слоев, и изгиб бруска произойдет в основном за счет деформации сжатия на вогнутой стороне. Таким путем искусственно вызы­вают смещение нейтрального слоя к наружной стороне изги­баемого бруска и увеличивают в бруске деформации сжатия. Для предупреждения откалывания и разрывов волокон на вы­пуклой стороне бруска в начальной стадии изгиба шине дают натяжение, сжимая брусок ее упорами, расположенными на концах шины.

Величина начального натяжения шины не должна быть большой, так как чрезмерные деформации сжатия могут вы­зывать брак гнутья в виде складок на вогнутой стороне. Наи­лучшие результаты гнутья могут быть достигнуты при полном использовании способности древесины принимать деформации сжатия и растяжения. Это обеспечивается применением гну-тарного станка с подвижным упором шины.

Минимальные радиусы бездефектного изгиба древесины могут быть достигнуты в том случае, если при изгибе будет соблюдено условие: максимальная работа деформаций сжатия равна сумме работ деформаций растяжения бруска и шины. Это достигается изменением угла наклона линейки и величи­ной отхода упора.

Напряжения сдвига достигают значительной величины и могут вызывать скалывание вдоль волокон. Поэтому гнутье не доводят до самого конца бруска во избежание скола у торца. Необходимым условием гнутья хвойных и мягких лиственных пород таким способом является применение шины с подвиж­ным упором. Насечка на шаблоне должна иметь наклон в сто­рону заднего упора, чтобы предотвращать перемещение внут­ренних слоев бруска по шаблону и образование складок из-за напряжений сдвига. Такой способ гнутья позволяет изгибать не только бездефектную древесину, но и древесину с круп­ными сучками, расположенными на наружной стороне бруска.

В технологический процесс гнутья древесины входят гидро­термическая обработка, гнутье и сушка изогнутых деталей для стабилизации приданной формы. В общий технологический процесс изготовления изделий не всегда входит процесс гнутья. Чаще всего оно следует за раскроем. Технологический процесс происходит так: раскрой на заготовки, гидротермическая обра­ботка заготовок, гнутье, сушка и механическая обработка гну­тых заготовок. В некоторых случаях гнутью подвергают уже ча­стично обработанные детали.

Например, задние ножки гнутого стула изгибают обычно после обработки на круглопалочных копировальных станках, а после гнутья только шлифуют.

Раскрой пиломатериалов на заготовки для гнутья возмо­жен различными способами. В некоторых случаях заготовку для гнутья получают путем раскалывания коротких отрезков кряжей (чураков). Получаемая при этом колотая заготовка, как правило, не имеет перерезанных волокон, поэтому при изгибании дает наименьший процент брака. Недостаток такого способа - низкий выход заготовок из кряжа (приблизительно на 20-25 % ниже, чем при выпиливании) и большая трудоем­кость этой операции, которую выполняют вручную. На инду­стриальных предприятиях в большинстве случаев пользуются обычными методами выкраивания заготовок из досок на круг-лопильных станках.

К качеству древесины заготовок для гнутья предъявляют повышенные требования: рационально раскраивать древесину по предварительной разметке, не допускать в заготовках де­фектов, вызывающих брак гнутья. Заготовки необхо­димо вырезать только из здоровой древесины. Отклоне­ние направления волокон от оси бруска (косослой) не должно превышать 5-10 %. При раскрое следует соб­людать, чтобы продольные резы шли, по возможности, вдоль волокон обреза доски.

При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки, в том числе и здоровые, вполне сросшиеся с древесиной. При гнутье с одновременным прессованием сучки допускаются в довольно больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок. Нормы допускаемых пороков указываются в технических условиях на изделия. Выкраивать заготовку следует с учетом припусков на последующую обра­ботку. Для гнутья с одновременным прессованием, кроме при­пуска на механическую обработку, должен учитываться при­пуск на упрессовку поперек волокон.

Величина упрессовки зависит от породы древесины и в среднем составляет от первоначального размера 30-35 % для сосны и ели, 50 % для пихты, 20 % для лиственницы, 25 % для березы. Кроме того, следует давать повышенный припуск по длине заготовки.

Пластичность древесины при производственной влажности (6-10%) и комнатной температуре незначительна. В таком состоянии древесина требует для изгибания больших усилий и не допускает больших деформаций. Деформации получаются в основном упругими, т. е. исчезающими после прекращения действия вызвавших их сил.

Пластичность древесины значительно повышается при на­греве во влажном состоянии. Это объясняется тем, что часть веществ, входящих в состав клеток древесины, при нагрева­нии переходит в состояние коллоидного раствора, в результате чего снижается жесткость клеток, а следовательно, и всей

массы древесины. Если влажную древесину высушить в дефор­мированном состоянии, то находившиеся в растворенном со­стоянии коллоидные вещества затвердеют и сохранят придан­ную заготовке форму.

Опыт показывает, что наилучшие результаты получаются при гнутье древесины влажностью 25-30%, т. е. близкой к точке насыщения волокна. Как более низкая, так и более высокая влажность неблагоприятны. При меньшей влажности древесина менее пластична. Влажность сверх 25-30 %, не улучшая условий гнутья, удлиняет сроки сушки изогнутых де­талей и экономически невыгодна. Излишняя влажность вредна потому, что при изгибе и сжатии древесных клеток находяща­яся в них вода может местами разрывать стенки клеток, делая поверхность ворсистой.

Гидротермическая подготовка перед гнутьем чаще всего за­ключается в пропаривании или проваривании древесины в го­рячей воде. Недостаток проварки в горячей воде состоит в том, что она ведет к неравномерному увлажнению древесины и пе­ренасыщению водой наружных волокон. Получить путем про­варивания равномерную влажность и температуру нагрева всего бруска очень трудно. Поэтому проварка в горячей воде может быть рекомендована только в некоторых случаях, если пропаривание технически затруднено, например при необходи­мости обработать не всю деталь, а только ее часть (случай из­гиба носков у лыжных заготовок и т. д.), или если требуется значительное повышение начальной влажности сухих загото­вок. Проверочные баки и чаны обычно обогревают паром, про­пускаемым по змеевику, уложенному у дна. Температуру воды поддерживают в пределе 90-95 °С, не доводя ее до кипения во избежание большого парообразования.

Продолжительность проварки при такой температуре изме­няется в зависимости от начальной влажности, размеров и по­роды древесины. Так, для буковых заготовок толщиной 40 мм при начальной влажности 15-20 % на проварку требуется

около 1,5 ч.

Пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара получило значительно большее применение, чем проварка. Преимущество пропаривания в том, что оно незначительно из­меняет влажность древесины, причем древесина с начальной влажностью ниже точки насыщения волокна повышает свою влажность, а древесина влажностью 50-60 % и выше даже

немного подсушивается.

Для пропаривания чаще всего пользуются насыщенным па­ром невысокого давления, от 0,02 до 0,05 МПа, что соответ­ствует температуре пара 102-105°. Применение пара более высоких давлений сокращает сроки пропаривания, но услож­няет оборудование и повышает опасность.

Рис. 95. Зависимость соотношения

прочностных показателей

древе­сины от ее влажности

_______________________________________

Заготовки пропаривают в специальных

пропароч­ных котлах, представляю­щих

собой стальные, гори­зонтально

установленные барабаны небольшой емко­сти.

Диаметр барабана ра­вен 0,3-0,4 м и

рассчитан на небольшую закладку брусков, которая может быть переработана за 30 – 40 мин.

Продолжительность пропаривания заготовок зависит от размеров и влажности древесины. При влажности заготовок 7 – 10% значительное влияние оказывает также порода древесины. При влажности, близкой к точке насыщения волокна, необходимые сроки пропаривания почти одинаковы для всех пород.

На рис. 95 показано снижение соотношения модуля упру­гости и предела прочности древесины в зависимости от ее влажности. Соотношение Е ЯЛ /Е 0 характеризует жесткость дре­весины.

Заготовки перед гнутьем можно нагревать в течение не­скольких минут при помощи электрического тока высокой частоты. Физическая сущность такого нагрева описана. Для повышения пластичности древесину можно пропитывать рас­творами аммиака, дубильных веществ, фенолов и альдегидами. Растворы алюминиевых и железных квасцов, хлористого маг­ния и др. также повышают ее гигроскопичность. При необхо­димости гнуть бруски при значительном отношении Н.Щ> 1 / 6 их предварительно пропитывают 40 %-ным раствором моче­вины и сушат до влажности 15 %, после чего гнут при темпе­ратуре 100 °С с последующим охлаждением в изогнутом со­стоянии до 25 °С для фиксирования формы. Полученные таким образом криволинейные детали притемпературе 60-70 0 С размягчаются и теряют свою форму. Для устранения этого недостатка пропитывают древесину перед гнутьем в смеси растворов мочевины, формалина, едкого натра и буры. При гнутье пропитанную древесину нагревают также до 100 0 С.

При этом компоненты раствора в стенках клеток древесины образуют мочевиноформальдегидную смолу, которая в период нагрева и гнутья отверждается окончательно, фиксируя при­данную заготовке форму. Недостатком такой подготовки дре­весины к гнутью является длительность пропитки (3 ч на 1 мм толщины) и последующая сушка перед гнутьем в мягком ре­жиме, исключающем отверждение образующейся в клетках мочевиноформальдегидной смолы.

Способы и оборудование для гнутья древесных материалов разнообразны. Однако во всех случаях необходим шаблон, во­круг которого изгибается заготовка и профиль которого опре­деляет форму ее изгиба. Только при использовании точного шаблона можно получить гнутые детали заданной формы.

Применяемые для гнутья массивных брусков гнутарные станки можно разделить на два типа: станки для гнутья на неполную окружность и станки для гнутья на полную окруж­ность. В станках на неполную окружность бруски с наложен­ной на наружную сторону стальной шиной изгибают вокруг неподвижного шаблона приложенными усилиями к обоим кон­цам бруска или к одному из концов при неподвижно закреп­ленном другом конце. Станки такого типа встречаются со съемными и с неподвижно укрепленными обогреваемыми шаб­лонами. В первом случае после огибания бруска шиной вокруг шаблона концы шины закрепляют на шаблоне при помощи скобы. Шаблон с закрепленным на нем бруском снимают со станка и отправляют в сушильную камеру. В станках для гнутья на полную окружность брусок также закрепляют на горячем шаблоне при помощи шины и оставляют на нем для подсушивания до закрепления приданной ему формы. В отли­чие от станков со съемными шаблонами такие станки полу­чили название гнутарно-сушильных. Гнутарно-сушильные станки могут быть двустороннего и одностороннего обо­грева.

Недостаток гнутарно-сушильных станков - неравномерность сушки и необходимость выдерживания в них заготовок в тече­ние нескольких часов для высушивания до состояния, при ко­тором фиксируется соответствующая форма заготовок. Это резко снижает производительность станков. Для увеличения производительности гнутарно-сушильных станков целесооб­разно заготовку перед гнутьем предварительно подсушивать до 20 %, высушивать в станке до 12-15%, а окончательно до­сушивать освобожденные из станка заготовки в сушильных камерах.

Во всех случаях гнутья, независимо от используемого для этой цели оборудования, необходимо, чтобы на вынутых из пропарочного котла или варочного бака брусках сразу произ­водили гнутье. Задержка гнутья недопустима, так как осты-

вают в первую очередь наружные слои древесины, которые испытывают наибольшие напряжения.

При гнутье желательно, чтобы в брусках твердых листвен­ных пород (дуба, ясеня, граба, ильма) расположение годич­ных слоев совпадало с плоскостью изгиба, т. е. тангентальный распил приходился на боковые стороны бруска или отклонялся только на 45-50°.

Расположение годичных слоев перпендикулярно плоскости изгиба может вызвать появление складок на вогнутой стороне. Заготовки из лиственных рассеянно-сосудистых пород (бука, бе­резы), а также из хвойной древесины, изгибаемые с одновре­менным прессованием, желательно располагать при гнутье так, чтобы годичные слои были перпендикулярны плоскости изгиба. Желательное расположение годичных слоев для условий гнутья не всегда может быть соблюдено по техническим условиям. На­пример, у лыж скользящая поверхность должна быть поверх­ностью радиального распила, иначе износ этой поверхности будет неравномерным.

При гнутье с одновременным прессованием положение де­талей следует выбирать таким, чтобы пороки древесины рас­полагались, по возможности, в растянутой и нейтральной ча­сти деталей. Наоборот, при гнутье без прессования и особенно при гнутье без шины растягиваемая поверхность должна быть наиболее чистой, потому что малейшие дефекты на ней могут стать причиной разрывов и отщепов волокон.

Изогнутые заготовки (вместе с шаблонами и охватываю­щими их шинами) сушат в сушильных камерах. Конечная влажность гнутых заготовок соответствует производственной влажности, принятой на данном предприятии. Применяемые режимы сушки мало отличаются от режимов сушки пиленых заготовок из тех же пород, а конструкции и системы сушильных камер подобны тем, какие применяют для сушки пилома­териалов.

Высушенные до влажности (обычно ниже 12 %), стабили­зирующей форму, заготовки поступают в остывочное отделе­ние, где их охлаждают в течение нескольких часов, затем ос­вобождают от шин и шаблонов и направляют в механическую обработку. Обработка гнутых заготовок, т. е. придание им окончательных размеров и требуемых поверхностей, принци­пиально не отличается от обработки прямолинейных заго­товок.

Организация рабочих мест зависит от вида и размера из­гибаемых заготовок и оборудования. Рабочие места должны быть организованы так, чтобы пропаренные заготовки можно было подавать на гнутарный станок сразу после выемки их из пропарочного котла, не перенося на большие расстояния и не разворачивая. Пропарочные котлы должны иметь манометры,

указывающие давление пара. В цехе должны быть стенны< часы, хорошо видные с каждого рабочего места.

Гнутье деталей требует соблюдения следующих мер ш технике 1 безопасности: пропарочные котлы должны иметь на дежные герметически закрывающиеся крышки; на манометра? должна быть красная черта, указывающая предельное рабо чее давление, выше которого в котле нельзя поднимать давле­ние пара; перед открыванием крышки пропарочного котла не­обходимо перекрывать входной паровой вентиль (лучше, если они сблокированы); доставать детали из котла разрешается только крючьями; руки рабочих должны быть защищены ру­кавицами; для гнутья следует пользоваться только исправ­ными шаблонами, шинами и другими приспособлениями; при гнутье на открытых шаблонах нельзя наклоняться над изгиба­емой заготовкой.

На рабочем месте гнутья должны соблюдаться общие пра­вила техники безопасности при работе на деревообрабатываю­щих станках и устройствах повышенных температур и дав­лений.

Прессование древесины. Одним из прогрессивных методов механической обработки древесины является прессование. Прессование основано на силовом воздействии на древесину с использованием ее пластических свойств. Прессуют древе­сину для получения сложных форм или для уплотнения. Прес­сование широко используют для получения деталей декора в мебельной промышленности для получения из древесины ма­териалов, заменяющих цветные металлы для машиностроения и изоляционные материалы в электротехнической промышлен­ности. Спрессованная древесина обладает более высокими фи­зико-механическими показателями, чем натуральная. Прессо­вание характеризуется степенью упрессовки, которая опреде­ляется по соотношению размеров деталей из древесины до прессования и после прессования. Степень упрессовки вычис­ляется по формулам:

ε = (hнач-hк)/ hнач

ε = (hнач-hк)/ hк (104)

где ε и ε о - степени упрессовки, определяемые для начального или конечного размера; h нач - размер детали до прессования h к - после прессования.

Приведенные характеристики- степени упрессовки взаимосвя­заны соотношением

ε 0 = ε/(1-ε) и ε = ε 0 / (1+ε 0). (105)

Поскольку при прессовании масса заготовки полученной де­тали практически не изменяется, то степень упрессовки может

быть определена по соотношению плотности древесины после прессования и до прессования как

ε=(ρ кон –ρ нач)/ρ кон, (106)

где ρ кон и ρ нач - конечные и начальные плотности.

Степень упрессовки иногда выражают в процентах. Практи­чески прессование древесины производят до 40 % упрессовки. Древесина поддается прессованию легче поперек волокон при гидротермической подготовке, повышающей ее пластичность.

Рис. 96. Прессование древесины:

/- 111 - фазы деформации; а - зависимость деформации от напряжений при прессо­вании древесины,; б - схемы видов прессования

Древесина становится более пластичной при влажности около 30% и повышенной до 160 0 С температуре. Более высокая температура приводит к пиролизу древесного вещества. Стабилизация формы, полученной при прессовании, обеспечивается охлаждением и последующей сушкой до влажности не выше 12%. При прессовании древесины происходит деформирование ее клеток. При этом наблюдаются три фазы деформирования. В начальный момент прессования древесина находится в стадии упругой деформации сжатия клеток е примерно равно до

6%. Во второй фазе прессования тонкие стенки клеток разру­шаются и наступает стадия пластической деформации при е от 6 до 30%, в третьей фазе - при е от 30 до 40%- разруша­ются более толстые стенки клеток и уплотняются полости кле­ток, деформированных во второй фазе. На рис. 96, а приведена зависимость деформации от напряжений при прессовании дре­весины, где показаны фазы прессования. Прессование разли­чают по направлению усилий: плоское - одноосное; контурное и объемное - гидростатическое. На рис. 96, б показаны схемы этих видов прессования древесины. Зависимость деформации при прессовании от напряжения аналитически выражается фор­муллой

Εст=σ/E(1/ŋ) (σ 2 /υ), (107)

где ε ст - деформация упрессовки; σ- напряжение; Е - мо­дуль упругости; ŋ - коэффициент вязкости древесины; υ- ско­рость нагружения.

Анализируя эту зависимость, можно отметить, что степень упрессовки увеличивается с увеличением напряжений и умень­шается с увеличением модуля упругости, вязкости и скорости нагружения. Чаще всего используют плоское и контурное прес­сование. Плоское прессование можно осуществлять с пресс-формой, ограничивающей форму прессуемой детали, или без нее. Необходимое усилие для прессования определяется в за­висимости от размеров детали и требуемой степени упрессовки. При прессовании без пресс-формы усилие прессования опреде­ляется по формуле

где р_ необходимое усилие для прессования; b - ширина де­тали; ι - длина детали; а х - сопротивление древесины прессо­ванию, зависящее от степени упрессовки и породы древесины. Величина σ х определяется по эмпирической зависимости как

σ х =Rexp mε , (109)

где R и т - коэффициенты, зависящие от породы древесины (для сосны - R= 1,6, m=6,7, m для ели соответственно 1,19; 0,07, для осины -0,45-0,09); ε -степень прессования.

Если прессование осуществляют с пресс-формой, то при рас­чете усилия необходимо учесть дополнительно усилие на пре­одоление трения древесины по металлу. При контурном прес­совании необходимо учитывать усилие для прессования и усилие для перемещения спрессованной детали в приемник. Уси­лие на перемещение детали в приемник определяется как сила трения с учетом давления прессования и коэффициента трения.

Сущность: в способе изготовления прессованной модифицированной древисины пропитку древесных заготовок водным раствором карбамида осуществляют под вакуумом. Прессование проводят в две стадии со сбросом давления между ними, причем на I стадии прессуемый материал выдерживают 5-25 мин, на II стадии выдерживают 45-95 мин. Последующую после прессования термическую обработку проводят при температуре 150-180°С в течение 60-150 мин. Пропитку заготовок проводят в присутствии фосфорной кислоты при соотношении карбамида и фосфорной кислоты от 2,5: 1 до 30: 1. При этом расход карбамида составляет 5-15% от массы абсолютно сухих древесных заготовок. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве паркета, деталей мебели, деталей для отделки холлов и стеновых панелей. Известны способы получения прессованной модифицированной древесины путем пропитки древесины карбамидом, сушки и прессования (1). Недостатком известного способа является длительность технологического процесса. Ближайшим аналогом заявляемому техническому решению является способ изготовления прессованной модифицированной древесины, преимущественно для паркета, путем пропитки древесных заготовок водным раствором карбамида, прессования при давлении 0,5-3 МПа и температуре 160-180 о С и термической обработки (2). При этом пропитку осуществляют раствором карбамида с концентрацией не более 30% в течение 1-9 сут., а температурную обработку пропитанной древесины осуществляют перед прессованием при температуре 110-120 о. Недостатком известного способа является то, что при термической обработке удаляют пластификатор (Н 2 О) и на последующей технологической стадии - прессовании при температуре 160-190 о С - снижение количества пластификатора сказывается негативно на качестве прессованной древесины. Кроме того известный способ является также длительным технологическим процессом. Новым техническим результатом заявленного способа является интенсификация процесса при одновременном повышении качества прессованной древесины. Достигается новый технический результат за счет того, что в способе изготовления прессованной модифицированной древесины, преимущественно для паркета, путем пропитки древесных заготовок водным раствором карбамида, прессования при давлении 0,5-3,0 МПа и температуре 160-180 о С и термической обработки, пропитку осуществляют под вакуумом, прессование проводят в две стадии со сбросом давления между ними, причем на первой стадии прессуемый материал выдерживают 5-25 мин, на II стадии выдерживают 45-95 мин, а термическую обработку проводят после прессования при температуре 150-180 о С в течение 60-150 мин. Пропитку древесных заготовок карбамидом можно проводить также в присутствии фосфорной кислоты от 2,5:1 до 30:1. При этом карбамид берут в количестве 5-15% от массы абсолютно сухих древесных заготовок, а фосфорную кислоту - в количестве 0,5-2,0% от массы абсолютно сухих древесных заготовок. Известно, что интенсифицировать пропитку древесины можно за счет ведения пропитки под вакуумом (журнал "Бумажная промышленность", N 6, 1970). Однако в предлагаемом способе использование пропитки по способу "вакуум - атмосферное давление - вакуум" (вместо вымачивания по прототипу) обеспечивает равномерное введение раствора карбамида в клеточные стенки древесины и удаление избытка раствора из ее пор и капилляров, что необходимо для того, чтобы введенный карбамид работал в процессе последующего прессования наиболее рационально. Положительный эффект при двухстадийном прессовании древесины связан с возможностью прессования заготовок с высоким содержанием воды и состоит в следующем. Вода на первой стадии прессования способствует быстрому нагреву заготовки, является пластификатором древесного вещества и обеспечивает легкий гидролиз лигноуглеводного комплекса. Карбамид усиливает пластификацию. В целом это приводит к размягчению высокомолекулярных компонентов при температуре прессования и упрессовывания древесины под давлением прессования. Сброс давления необходим для свободного удаления основной части воды в виде пара. Тем самым сокращается время сушки по сравнению с сушкой в спрессованном состоянии. Физическое состояние размягченных компонентов не изменяется. Подъемом давления на второй стадии до максимального значения достигается задаваемая степень уплотнения. Затем проводят ступенчатый сброс давления. На этой стадии проходят химические реакции превращения основных компонентов древесины и взаимодействия их с карбамидом и продуктами ее термопревращения. Пластифицирующий эффект по мере сушки и превращения исчезает, а макромолекулярные реакции сшивки стабилизируют спрессованную древесину. Непосредственно после прессования древесина поступает для углубления химических реакций на термообработку в камеру потоком горячего воздуха. Преимущество раздельного теплового воздействия заключается в рациональном использовании дорогостоящего прессовального оборудования и лучшего удаления остаточной воды для протекания более полных конденсационных прессов при термообработке (в специальных камерах). Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами. П р и м е р 1. Способ изготовления прессованной модифицированной древесины осины осуществляют следующим образом. Воздушно-сухие заготовки из осины размером 22х28х150 (начальная плотность заготовок 470 кг/м 3) загружают в вертикальном положении в автоклав, создают вакуум 0,095 МПа и выдерживают заготовки 10 мин. Затем в автоклав подают 10%-ный раствор карбамида (расход 15% от абсолютно сухих заготовок), устанавливают атмосферное давление и выдерживают заготовки 10 мин, затем раствор сливают. Общая продолжительность пропитки 30 мин. Затем образцы подвергают двухступенчатому прессованию по следующему режиму: I ступень прессования. Подъем давления до 2,5 МПа (в течение 30 с), стоянка 5 мин и сброс давления; II ступень. Подъем давления до 2,5 МПа (в течение 10 с), стоянка 45 мин, затем ступенчатый сброс давления до атмосферного; Образцы извлекают из рамки и термообработку в шкафу с регулируемой температурой при температуре 170 о С в течение 120 мин. Полученную модифицированную осиновую древесину кондиционируют в течение 5 дней до влажности 6% и испытывают по действующим стандартам. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. П р и м е р ы 2-3. Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что изменяют технологические параметры проведения стадий способа. Конкретные значения параметров приведены в табл.1. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. П р и м е р ы 4-6. Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве промежуточного раствора используют раствор, содержащий карбамид в присутствии фосфорной кислоты. Конкретное соотношение карбамид: фосфорная кислота в пропиточном растворе, а также конкретные значения технологических параметров осуществления стадий способа приведены в табл.1. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. П р и м е р ы 4-6. Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве промежуточного раствора используют раствор, содержащий карбамид в присутствии фосфорной кислоты. Конкретное соотношение - карбамид: фосфорная кислота в пропиточном растворе, а также конкретные значения технологических параметров осуществления стадий способа приведены в табл.1. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.1. П р и м е р 7 (по прототипу). Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют следующим образом. Воздушно-сухие заготовки из осины размером 22х28х150 пропитывают 15%-ным раствором карбамида методом горяче-холодной ванны в течение 24 ч, затем осуществляют термическую обработку пропитанной древесины при температуре 180 о С. Прогретые заготовки прессуют при давлении 2,5 МПа и температуре 170 о С в течение 360 мин. Полученную модифицированную осиновую древесину кондиционируют в течение 5 дней до влажности 6% и испытывают по действующим стандартам. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. Анализ табл. 1,2 показывает, что предложенная совокупность признаков обеспечивает достижение нового технического результата, как в части интенсификации процесса (пример 1-6 - продолжительность пропитки 20-40 мин; продолжительность прессования 55-115 мин; продолжительность термической обработки 150-180 мин; пример 9 - прототип - продолжительность пропитки 1440 мин; продолжительность прессования 360 мин; продолжительность термической обработки 360 мин, так и в части повышения качества целевого материала - пример 1,5 (предлагаемый способ) на 40-50 МПа больше прочность при изгибе, удельная прочность больше на 0,08 / , а влагопоглощение снижается на 1,3-2,1 г/м 2 за сутки.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕССОВАННОЙ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ преимущественно для паркета путем пропитки древесных заготовок водным раствором карбамида, прессования при давлении 0,5-3,0 Мпа и температуре 160-180 o С и термической обработки, отличающийся тем, что пропитку осуществляют под вакуумом, прессование проводят в две стадии со сбросом давления между ними, причем на первой стадии прессуемый материал выдерживают 5-25 мин, на второй стадии выдерживают 45-95 мин, а термическую обработку проводят после прессования при 150-180 o С в течение 60-150 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитку заготовок карбамидом проводят в присутствии фосфорной кислоты при соотношении карбамида и фосфорной кислоты от 2,5:1 до 30:1. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что карбамид берут в количестве 5-15% от массы абсолютно сухих древесных заготовок, а фосфорную кислоту в количестве 0,5-2,0% от массы абсолютно сухих древесных заготовок.

Похожие патенты:

Прессованная древесина (лигностон) представляет собой материал, получаемый путем горя чего прессования брусков цельной древесины, подвергаемых в отдельных случаях предварительной пропитке некоторыми химическими веществами. Впервые лигностон был получен в 1915 г. из древесины бука путем всестороннего уплотнения бруска в автоклаве в расплавленном асфальте. Интересно отметить, что получение из древесины бука материала типа лигностон было известно уже более 200 лет назад (древесина для изготовления ручек складных ножей подвергалась прессованию в нагретом состоянии между двумя пластинами). Древесина бука и в настоящее время является сырьем для производства лигностона за границей.

В СССР В. Г. Матвеевым (ЦНИЛХИ) разработан оригинальный метод получения лигностона из древесины березы.

Лигностон изготовляют в виде брусков квадратного или прямоугольного сечения (до 8-10 см), длиной до 1 м; для ткацких челноков бруски имеют размеры 4 см X 5 см X 40 см. В процессе получения лигностона достигаются две цели: 1) пс вышение физико-механических свойств древесины и 2) стабилизация этих свойств в смысле устойчивости против атмосферных влияний (главным образом влажности); первое осуществляется путем механического уплотнения древесины, а второе, до некоторой степени, при помощи термической обработки.

Технологический процесс изготовления цельнопрессованной древесины состоит из следующих операций: I) разделки кряжей на бруски с допуском на усушку и обработку; 2) сушки брусков до влажности 10-12%; 3) пьезотермической обработки; 4) охлаждения и окончательной отделки брусков лигностона.

Пьезотермическая обработка в основном слагается из следующих стадий:

1. уплотнение брусков в холодном состоянии;
2. предварительный прогрев слегка уплотненных брусков;
3. прессование;
4. термическая обработка спрессованных брусков;
5. охлаждение.

Все эти операции производятся или на одном и том же мощном гидравлическом прессе, снабженном стационарными прессформами, обогреваемыми паром и охлаждаемыми водой, или же разделяются, и на прессе производится только уплотнение древесины, а предварительная и последующая термическая обработка осуществляется в особых нагревательных печах. Бруски при этом закладываются в индивидуальные металлические прессформы, которые по окончании термообработки в зажатом состоянии поступают в охладитель, где охлаждаются струей холодного воздуха.

В нашей промышленности принят последний метод, как не требующий мощного пресса. Производство лигностона по этому (раздельному) методу состоит из следующих операций. Высушенный и остроганный брусок закладывается возможно плотнее в прессформу, представляющую собой массивную металлическую коробку с пуансоном. Во избежание появления в древесине трещин при ее нагреве древесина предварительно уплотнятся (на 10-12% высоты бруска) путем прессования под небольшим давлением; в 25-30 кг/см 2 . В целях повышения пластичности древесины при ее окончательном прессовании бруски в прессформах прогреваются в течение примерно 1 часа в печах при t = 160-180° (для древесины березы оптимальная температура внутри бруска при 10 -12% влажности равна 80°). После этого производится прессований заданной степени уплотнения; для древесины березы при 10-12% влажности коэфициент максимального уплотнения равен 0, 55. Прессованный требует давления 200-300 кг/см 2 , в зависимости от степени уплотнения, и продолжается 2-3 мин. Спрессованные бруски в зажатых прессформах при достигнутом конечном давлении вторично прогреваются при t = 160-180° в течение 1 часа 30 мин. (для древесины березы внутри бруска при этом должна быть достигнута оптимальная t = 125-130°). Вторичный прогрев имеет целью придать большую устойчивость прессованной древесине против действия влаги. После окончания прогрева зажатые в прессформах бруски охлаждаются в охладителях струей холодного воздуха до t = 30° внутри бруска в течение 30 мин. при t воздуха 1-3° и вынимаются из прессформ.

П. Н. Хухрянским разработан второй, более простой способ прессования с предварительным распариванием. Вырезанные из кряжей бруски с влажностью древесины 30-40% пропаривают до тех пор, пока древесина не прогреется по всему сечению бруска до температуры 90-95°, после чего бруски прессуют до заданной степени уплотнения и подсушивают в прессформах в течение одного дня при температуре 70-80°. Спрессованные бруски охлаждают при температуре рабочего помещения в 10-20°, вынимают из прессформ и досушивают без скреп в сушильной камере до влажности древесины 10- 12%. Высушенные бруски выдерживаются в рабочем помещении в течение 5-б дней.

Объемный вес и прочность лигностона значительно выше, чем натуральной (исходной) древесины, и зависят от степени уплотнения. За границей лигностон разделяется на три класса:

1. легкий, с объемным весом 1, 05-1, 15;
2. средний-1, 18- 1, 25;
3. нормальный-1, 3-1, 46 г/см 3 .

Существенным недостатком лигностона, особенно полученного по второму способу, является его невысокая стойкость против воздействия влаги, под влиянием которой древесина в большей или меньшей мере возвращается в первоначальное состояние, теряя при этом свои повышенные свойства. В целях придания большей стабильности древесину предварительно нро^ питывают веществами, понижающими ее способность поглощать влагу (глюкозой, искусственными смолами, солями тяжелых металлов).

Физико-механические испытания лигностона производятся по методике, установленной для испытаний натуральной древесины (ОСТ НКЛ 250); объемный вес определяется при помощи волюменометра на образцах в -форме куба со стороной 2 см; влажность, усушка, разбухание и влагопоглощение - по ОСТ НКЛ 250; испытание на сжатие вдоль волокон производится на образцах в форме куба со стороной 2 см при скорости нагнетания 7000 кг ± 15% в минуту на весь образец; для испытаний на статический и ударный изгиб применяется такой же образец, что и для натуральной древесины, при той же схеме испытания (ОСТ НКЛ 250), но скорость нагружения при статическом изгибе повышается до 1300 кг ± 20% в минуту на весь образец; испытание на скалывание вдоль волокон - по ОСТ НКЛ 250; для испытаний на растяжение вдоль волокон, в случае необходимости, может быть применен метод, рекомендованный для испытаний дельта-древесины см. ниже).

Обычный метод для определения твердости лигностона непригоден, так как при вдавливании пуансона на довольно значительную глубину образец дает трспшну; вследствие этого применяют другой метод, при котором твердость определяется путем надавливания на испытуемую поверхность стальным шариком диаметром 10 мм (груз 150 кг), с выдержкой под грузом в течение 15 сек.

Характеристикой твердости в этом случае является величина, вычисляемая но формуле

где: Р - груз в кг; F -площадь отпечатка в мм 2 , т. е. проекция лунки на плоскость образца, равная пD^2/4, где а - диаметр отпечатка, полученный как среднее арифметическое из двух измерении (вдоль и поперек волокон в случае определения твердости боковой поверхности), произведенных с точностью 0, 01 мм.

Физико-механические свойства лигностона зависят от способа его получения и прежде всего от степени уплотнения древесины, характеризуемой объемным весом, что может быть иллюстрировано данными ЦИИЛХИ, приведенными в табл. 83.

Таблица 83

Физико-механические свойства лигностона

Материал	Объемный вес в г/см3	Влажность в %	Предел прочности в кг/см 2 при			Сопротивление ударному изгибу в кгм/см3	Торцевая твердость в кг/мм3
			сжатии вдоль волокон	статическом изгибе	скалыванни вдоль волокон
Натуральная древесина березы	0, 65	15	475	925	200	0, 4	1, 0-6, 5
Лигностон из древесины березы	1, 25	7-9	1100-1250	1700-2500	180-230	0, 6-0. 8	15-20
То же	1, 35	7-9	1200-1500	2300-2800	200-270	0, 7-0, 9	18-30
	1, 45	7-9	1300-1700	2500-3500	230-330	0, 85-1, 0	20-35

Коэфициенты качества лигностона при статическом действии сил в лучшем случае остаются без изменения по сравнению с натуральной древесиной, но при ударном изгибе снижаются в 1, 5-2 раза. Это объясняется, повидимому, некоторым изменением химического состава клеточной оболочки под действием повышенной температуры при термической обработке древесины в процессе получения лигностона, а также тем, что при сильном уплотнении во вторичных слоях оболочек древесных волокон могут появляться разрывы и трещины.

Лигностон хорошо поддается механической обработке - пилению, сверлению, фрезерованию и пр. . но требует инструментов из высокосортной стали, допускает склеивание казеиновым клеем, но соединить его гвоздями почти невозможно. Покрытие его лаком для придания блеска излишне, так как обработанные поверхности лигностона получаются гладкими, что имеет особо важное значение в ткацких челноках.

В СССР лигностон применяется главным образом для изготовлении ткацких челноков, где он заменил импортные породы - корнель и персимон; наряду с этим он употребляется для вкладышей подшипников горячепрокатных станов, где он заменяет бронзу и текстолит, для поползушек лесопильных рам (замена бакаута) и пр.

Древесина - это природный полимерный композиционный материал, который при механическом и химическом воздействии меняет свои свойства. Зная закономерности изменения материала можно создавать их целенаправленно, придавая качества, необходимые потребителю. Это и называется процессом модификации древесины . Он необходим при производстве ДСП, МДФ, ОСБ, ДПК и других древесных материалов, где измельченная древесина, смешанная с полимерным связующим, прессуется с целью получения однородного материала стандартных размеров.

Предлагаемая технология модификации древесины изменяет свойства древесины в массиве, то есть на всю глубину обрабатываемого материала, не прибегая к его измельчению. Это достигается тем, что молекулы модификатора, т. е. вещества, способствующего изменению свойств древесины, по размеру сравнимы с молекулами древесного вещества и менее размеров межклеточных пространств в нем. Поэтому способом диффузионной или принудительной пропитки под давлением модификатор проникает на всю толщину пропитываемого изделия, а затем под воздействием температуры и давления реагирует с природными химикатами, находящимися в древесном веществе. Таким образом, технология позволяет, не измельчать древесину, не применять дорогостоящие полимерные связующие, и, достигать того же эффекта, которого добивались при производстве МДФ, например, но более дешевым способом. При этом сохраняется массив древесины со всеми его положительными свойствами, ярче выделяется текстура, можно изменить цвет (ламинация не потребуется).

Итак, модификатор должен в растворенном состоянии проникать в клеточные структуры древесины, быть химически активным для компонентов, составляющих древесное вещество, и, реагируя с этими компонентами, целенаправленно изменять физические и эксплуатационные свойства материала. Наиболее подходящим для этого веществом является карбамид, ведь и в упомянутых ранее МДФ или ОСБ самые применимые связующие - карбамидные. Карбамид растворим в воде, в том числе и в той, что содержится в связанном состоянии в древесине, а это означает, что, пропитывая древесину водным раствором карбамида, мы, как это не парадоксально «подсушиваем» ее, «забирая» часть древесной влаги на гидрофильный карбамид. Карбамид или мочевина активно реагируют с такими компонентами древесного вещества, как лигнин, гемицеллюлозы, экстрактивные вещества. А поскольку реакция поликонденсации происходит в макромолекулах древесного вещества, массив древесины приобретает новые задаваемые производителем полезные качества, сохранив положительные старые. Раствор карбамида не вреден, химически нейтрален, более того - мочевина марки А по ГОСТ 6691-77 применяется как кормовая добавка для скота.

Модифицированная карбамидом древесина сертифицирована (ГОСТ 24329-80) и применяется в основном под торговой маркой «Дестам» или «Лигноферум» в производстве подшипниковых вкладышей. В производстве строительных и столярных изделий в настоящее время применяется также термомодифицированная древесина, технология которой подобна предлагаемой за исключением того, что химическая модификация древесного вещества производится в отсутствии карбамида за счет поликонденсации продуктов разложения лигнина, гемицеллюлоз, экстрактивных веществ и ксиланов. Из-за термодеструкции частично снижаются физико-механические свойства термомодифицированной древесины.

Технологический процесс производства механохимически модифицированной древесины заключается в пропитке исходной древесины любой породы и любой влажности раствором модификатора. Пропитка может быть проведена методом «горяче-холодных ванн» - диффузионная или в автоклаве - принудительная. Затем проводится сушка, при необходимости - с уплотнением (прессованием), и термообработка, фиксирующая новые свойства древесины. Следует отметить, что экономичнее применять малоценные породы, так как их эксплуатационные свойства после модифицирования превосходят свойства дорогих пород (см. таблицу).

Свойства (при влажности 12%)	Дуб	Сосна	Осина	МД непрессо-ванной осины	МД прессо-ванной осины
Цвет	светлобурый	жел-тый	белый	От желтого до корич-невого	До черного
Текстура	выра-жена	слабо	не выражена	Ярко выражена	Ярко выраже-на
Плотность	690	505	495	700	1200
Влагопоглощение за 30сут. При влажности воздуха 92% , %	24,5	19,5	19,0	14,6	14,9
Предел прочности при: сжатии вдоль волокон; статическом изгибе, Мпа	57,1103,0	50,482,0	44,777,4	100,0123,0	150,0250,0
Твердость поперек волокон, Мпа	52,0	26,0	18,5	73,0	100,0
Биостойкость: потеря массы от воздействия плесени за 45сут, %	27	27	27	4,0	3,5
Огнестойкость: потеря массы при горении, %	18,3	36,2	19,6	5,0	3,3
Модуль упругости при изгибе, Гпа	10,2	11,8	9,2	20,1	24,7
Ударная вязкость, кДж/кв.м	76,3	41,3	45,0	54,0	110,0

Обработанная таким образом исходная древесина во время сушки химически уплотняется в результате удаления воды и реакции модификатора с древесным веществом: на 5-31% для хвойных пород и на 12-35% для лиственных. При необходимости большего уплотнения применяется горячее прессование высушенной древесины с уплотнением на 50-70%.

Применяя различные добавки к модификатору, из любой породы исходной древесины можно получить модифицированную древесину (МД) с повышенными прочностными свойствами, высокой твердостью и истираемостью, не поддерживающую горения или полностью несгораемую, с повышенной водо- и влагостойкостью, не подверженную воздействию биовредителей. И еще механохимически модифицированная древесина превращается в термопластичный материал, то есть ее можно прессовать, легко гнуть, обрабатывать термопрокаткой, что открывает новые технологические возможности обработки МД. Форма, придаваемая МД, сохраняется термообработкой.

Если требуется получить только бревно, брус или доску из модифицированной древесины, которые впоследствии будут подвержены традиционной деревообработке, то процесс можно последовательно проводить в пропиточных ваннах или автоклаве, сушку - в обычной сушильной камере, термообработку - в камере термообработки с температурой до 200 оС. Для совмещения этих процессов разработана и испытана специальная установка модификации древесины (УМД).

Рис.1 Опытно-промышленный образец установки для модификации древесины с загрузочным объемом 0,2 куб.м

Установка позволяет проводить пропитку раствором модификатора под давлением, ускоренную сушку пропитанной древесины при переменном давлении и температуре и окончательную термическую обработку в течение одного цикла. Установка позволяет также уплотнять МД или выпрессовывать специальный профиль на изделии с помощью термокомпрессионного вкладыша, входящего в комплект УМД.

Так бревно ели диаметром 150мм длинной 2,5м в свежесрубленном состоянии с влажностью 85%, плотностью 450кг/куб.м., со всеми присущими данной породе недостатками (выпадные сучки, малая био-огне-влагостойкость) через 77 часов обработки в УМД имеет следующие свойства:

• влажность 8%;
• плотность 630кг/куб.м.;
• огнестойкость повышена на 50%, а при применении специальных добавок к модифицирующему раствору бревно вообще не поддерживает горение;
• влагостойкость повышена на 30% (больше - при применении спецдобавок к модификатору);
• МД воздействию биовредителей (плесень, грибки, жучки и т.д.) не подвержена;
• выпадные сучки впрессованы и вплавлены;
• на бревне в процессе сушки могут быть выпрессованы паз и гребень для сочленения при сборке сруба (опробовано - глубиной 15мм);
• текстура древесины ярко выражена, цвет можно изменять от золотистого до темно-коричневого по всей толщине.

Механохимически модифицированная древесина обрабатывается на серийных деревообрабатывающих станках с учетом ее твердости при заточке инструмента. Благодаря повышенной деформативности МД до термообработки, применяются такие виды обработки как прессование в прессах с нагреваемыми плитами, гибка и прокатка.

Рис.2 Образцы древесины, обработанной в УМД: бревна сосны, березы, ели, брус дуба справа бревна с выпрессованными пазами под сборку

Прессование позволяет получать на поверхности щита из МД многоуровневое изображение (резьбу) глубиной до 10мм и выше, а также плоское изображение с эффектом объемности (голографию). Кстати после горячего прессования не требуются операции шлифования, так как качество поверхности изделия задается полировкой пресс-формы. Не нужно также лакирование, так как модифицирующий состав образует на поверхности изделия защитную пленку при прессовании.

Рис.3 Филенки из механохимической модифицированной древесины березы (слева рельефная, справа - плоская)

Размеры прессуемого изделия по площади определяются размерами обогреваемых плит прессового оборудования, причем стоимость самого оборудования также зависит от этих размеров. Чтобы избежать этого при изготовлении изделий большой площади из механохимически модифицированной древесины применяется способ термокомпрессион-ного формования.

Способ осуществляется следующим образом: деревянную заготовку в виде набранного из реек столярно-мебельного щита помещают в нижнюю часть специальной пресс-формы (СПФ), контуры которой соответствуют контурам заготовки. Сверху размещают рельефообразующий штамп, формирующий под действием давления декоративное изображение на поверхности заготовки. Между верхней и нижней частями СПФ находится составной терморасширяющийся эластичный формующий вкладыш, который при нагревании обеспечивает необходимое давление до 30Мпа. Степень деформирования заготовки зависит от толщины вкладыша. Размеры прессуемого изделия определяются лишь размерами СПФ и составного вкладыша, что позволяет изготавливать целиком столешницу или филенчатую дверь любого размера.

Заготовки столярно-мебельного щита изготавливают из отдельных реек МД, которые могут быть разной ширины, но одинаковой толщины. Технический результат достигается тем, что в исходных рейках из модифицированной древесины выполняют калиброванные отверстия с определенным шагом, образуя поперечные каналы, соосные с последующими рейками щита, а на боковых поверхностях выполняют продольные канавки, образуя внутреннюю силовую армирующую решетку, с последующим заполнением свободных каналов смесью карбамидной смолы с пенообразователем и наполнителем в виде опилок. Состав материала заполнителя силовой решетки однотипен модификатору и между ними в процессе прессования создаются дополнительные поперечные полимерные связи в результате реакции поликонденсации. Силовая армирующая решетка обеспечивает монолитность изделия при эксплуатации и исключает коробление щита больших размеров.В предлагаемом способе при подготовке реек из МД снижаются требования к точности изготовления по сравнению с традиционными способами клеевого сращивания, вследствие чего появляется возможность автоматизации процесса, а также нет необходимости в тщательном подборе текстуры и цвета. Их частичное несоответствие компенсируется созданием однородного цветового фона и декоративного узора при горячем прессовании. Кроме того, подобный способ предполагает широкий ассортимент изделий при использовании разнообразных пород древесины, в том числе и не деловой

Технологический процесс гибки заключается в сквозной пропитке исходной древесины модифицирующим раствором, сушке до определенной влажности, разогрева заготовки древесины непосредственно перед гнутьем, собственно гнутье с термической обработкой зафиксированного на шаблоне изогнутого изделия в термокамере. После термической обработки размеры изделия могут измениться лишь при его нагреве свыше 200оС. Наибольшие трудности процесса гнутья возникают при гибке твердолиственных пород, так как для бука и дуба невозможно сохранить исходный цвет древесины при необходимости больших деформаций. В результате дуб становится мореным (черным), а бук темно-коричневым. Лучше всего гнется осина, при этом она приобретает золотистый оттенок.Мелкосерийно, в виде пробной партии, опробовано изготовление рамок для овальных зеркал размером 1410х410мм. Заготовка: буковая рейка длиной 2м, с прямоугольным сечением 12х22мм, причем гнуть необходимо было по наименьшему размеру сечения. Деталь представляла собой U-образную обечайку, с размером сечения на лицевую сторону - 22мм, изгибаемую - 12мм. Гнутье проводилось без шин, так как сделать их для такого малого размера (12мм) проблемно, по шаблону, на котором и термообрабатывали заготовку в зафиксированном состоянии. В результате брак (скалывание) было только тогда, когда на наружную сторону был выход перерезанных волокон (косослой). Результаты - на фото.

Рис.4 Гнутая буковая заготовка для обечайки

Опробована сушка и прессование торцовых заготовок из механохимически модифицированной древесины. Прессование торцовых заготовок из МД имеет свои особенности: МД уплотняется в аксиальном направлении, т. е. вдоль волокон, что подразумевает приложение меньшего удельного давления, но это давление необходимо подобрать таким, чтобы избежать потерю устойчивости деформируемой заготовки и образования в ней трещин, так как тангенциальные и радиальные напряжения, возникающие при торцовом прессовании, имеют противоположные знаки.

Рис.5 Торцовая заготовка из МД сосны

В результате проведенных исследований физико-механических свойств торцовой модифицированной древесины установлено, что в качестве параметра, характеризующего как сам процесс прессования, так и получаемый материал, можно принять степень деформирования древесины. Усилие прессования зависит от исходной плотности применяемой породы древесины и направления прессования. Для достижения одинаковой плотности МД различных пород степени деформирования значительно отличаются и зависят от исходной плотности древесины и ее влажности в процессе прессования. Установлено также, что предельная деформативность торцовых заготовок МД сосны составляет 75%, а МД березы - 70%. Однако при таких больших деформациях происходит потеря устойчивости волокнами модифицированной древесины, что приводит к образованию сколов и трещин на лицевой поверхности образцов. Следовательно, для устранения этих факторов необходимо ограничить радиальную деформацию МД, т. е. небходимо применять прессформы с боковым поджимом МД в процессе проведения торцового прессования.

В настоящее время из торцовой древесины изготавливаются корпуса барометров на ООО«Утес», при использовании для модифицирования исходных заготовок больших размеров предполагается изготавливать табуреты и столики «деревенского дизайна».

Предполагаемыми потребителями продукции из МД будут фирмы, основным направлением деятельности которых является строительство и отделка жилых помещений, так как свойства производимого продукта уникальны. Так несгораемое бревно и брус являются ценнейшим материалом для строительства домов, бань, хозяйственных построек. Разработаны технологии и оборудование для комплектации всего сооружаемого объекта изделиями из МД: бревно и брус для силового каркаса, доска для пола и перекрытий, молдинг и брус для дверных и оконных блоков, щиты для внутренней декоративной отделки здания. При этом цены продукции будут не значительно выше цен изделий, изготавливаемых традиционно из деловой древесины, а свойства уникальны. Дальнейшее освоение рынка определено декоративными свойствами МД и технологическими возможностями её переработки: прессуемость, возможность гибки и прокатки. Это определяет следующий круг потенциальных потребителей: отделочники, мебельщики, дизайнеры, паркетчики.

Имеющийся опыт показывает, что создание производственных участков по изготовлению модифицированной древесины не требует больших затрат и больших площадей. Оборудование может быть изготовлено силами ремонтно-механических служб предприятия. Вышесказанное позволяет говорить о том, что использование модифицированной древесины, вовлечение в производство дешевой малоиспользуемой древесины мягких лиственных пород позволит расширить области применения древесины, снизить затраты на производство и полнее использовать

конструкционный материал, древесина, подвергнутая сжатию перпендикулярно волокнам под давлением до 30 Мн/м 2 (300 кгс/см 2 ). Плотность Д. п. 1200-1450 кг/м 3 . В зависимости от способа прессования различают Д. п., получаемую односторонним, двусторонним и контурным уплотнением. Одностороннее уплотнение производится прессованием брусков древесины поперёк волокон в одном направлении, двустороннее - в двух направлениях. Вторым способом достигается более высокая плотность. Контурное уплотнение осуществляется вдавливанием цилиндрической заготовки древесины в металлический цилиндр меньшего диаметра. Предел прочности Д. п. при статическом изгибе, сжатии вдоль волокон, а также твёрдость торцевой поверхности выше, чем у натуральной древесины, в 2-3 раза. В промышленности она заменяет чёрные и цветные металлы, текстолит. Из Д. п. изготовляют погонялки ткацких станков, подшипники скольжения, работающие в абразивной среде, и др.

Лит.: Хухрянский П. Н., Прессование древесины, 3 изд., М., 1964; Справочник фанерщика, М., 1968.

А. Н. Кириллов.

• - внутренняя часть ствола деревьев и кустарников, расположенная между сердцевиной и слоем камбия. Д. составляет основную растительную ткань, образующую ствол, корни и ветви...

  Сельскохозяйственный словарь-справочник

• - см. ксилема...

  Анатомия и морфология растений

• - ткань древесных и кустарниковых растений, придающая им мех. прочность и участвующая в их питании. Д. состоит из клеток с одревесневшими оболочками и составляет осн. часть ствола, корней и ветвей растений...

  Химическая энциклопедия

• - Порошковая прессованная изоляция Сплошная изоляция из порошка на основе неорганических соединений Смотреть все термины ГОСТ 15845-80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Источник: ГОСТ 15845-80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ...

  Словарь ГОСТированной лексики

• - Сплошная изоляция из порошка на основе неорганических соединений Смотреть все термины ГОСТ 15845-80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Источник: ГОСТ 15845-80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ...

  Словарь ГОСТированной лексики

• - Означает изначальность во всей ее полноте, райское состояние, то, что дает покой при рождении и после смерти - в виде колыбели и гроба. Из нее сделана и брачная постель, и виселица, и корабль мертвых, лунная ладья...

  Словарь символов

• - твердое вещество, образующее стволы ДЕРЕВЬЕВ; а именно КСИЛЕМА, составляющая основной объем стеблей и корней, поддерживающих растение...

  Научно-технический энциклопедический словарь

• - наиболее объемистая и ценная часть ствола дерева между сердцевиной и корой, представляющая по хим. составу соединение углерода, кислорода, водорода, азота и минеральных веществ...

  Технический железнодорожный словарь

• - то же, что ксилема...

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - механическая и водопроводяшая ткань стеблей и корней. Определяется присутствием трахеид раз л. типов, сосудов и механических волокон...

  Геологическая энциклопедия

• - ксилема - комплекс тканей растения, выполняющих проводящие, механич. и запасающие функции. Д. составляет осн. массу ствола, корней, ветвей дерева. В стволе Д. расположена между сердцевиной и коров...

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• - I см. Инкрустирующее вещество, Волокна растений, Дерево, Лигнин. II . - В обыденной жизни и технике Д. называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - ксилема, сложная ткань древесных и травянистых растений, проводящая воду и растворённые в ней минеральные соли; часть проводящего пучка, образующаяся из прокамбия или камбия...

  Большая Советская энциклопедия

• - сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника...

  Энциклопедия Кольера

• - то же, что ксилема...

  Большой энциклопедический словарь

• - ДРЕВЕСИ́НА, -ы, жен. 1. Покрытая корой твёрдая часть дерева или кустарника, а также плотная часть растения, проводящая воду и питательные вещества от корней ко всем другим органам. Ежегодное нарастание древесины...

  Толковый словарь Ожегова

"Древесина прессованная" в книгах

Прессованная свинина «Домашняя головизна»

Из книги Оригинальные рецепты украинских кушаний автора Треер Гера Марксовна

Древесина

Из книги Практичная мебель для летней дачи автора Серикова Галина Алексеевна

Древесина Древесина – это теплый природный материал, который идеально подходит для создания интерьера загородного дома, летних беседок и других построек на территории участка. Древесные породы делятся на хвойные и лиственные. К первым относятся кедр, лиственница, ель,

Модифицированная древесина

Из книги Детская комната автора Иванова Наталья Владимировна

Модифицированная древесина Модифицированная древесина используется при изготовлении паркетных досок, паркетных щитов, паркетных планок для мозаичного паркета. Видоизмененная древесина должна обладать такими качествами, как твердость, прочность, малая истираемость и

Древесина

Из книги Стильная бижутерия своими руками. Бусы, браслеты, серьги, пояса, ободки и заколки автора Хворостухина Светлана Александровна

Древесина По степени твердости древесины все породы деревьев принято условно делить на очень твердые, твердые и мягкие. К очень твердым относятся тис, белая акация, граб, самшит; к твердым – дуб, клен, береза, груша, яблоня, кедр, орех, бук; к мягким – липа, сосна, тополь,

Древесина

Из книги Баня, сауна [Строим своими руками] автора Никитко Иван

Древесина Самый нужный материал для строительства бани - это дерево, из которого можно построить, как и много веков назад, всю баню, от фундамента до крыши.Опорные подушки, столбы для фундамента, первый венецстен и лаги для пола делают из дуба, высушенного на специальных

Древесина

Из книги Сжатый Хаос: введение в Магию Хаоса автора Хайн Фил

Древесина Иногда кусочки дерева могут принести пользу в магической работе. Палочку от леденца с нанесенными на нее сигиллами или рунами можно превратить в неприметный талисман. А вдавливание ногтя в кусочек дерева может придать физический компонент акту

Древесина и смолы

Из книги Магия для дома. Действенные практики очищения и защиты жилища автора

Древесина и смолы Основная смесь в благовониях всегда содержит приятно пахнущие смолы и древесину, к которым вы можете добавить другие пахучие вещества в виде высушенных листьев, цветков, семян или кусочков коры.Ладан. Традиционным благовонием является ладан, смола

Древесина для копчения

Из книги Дачная коптильня. От возведения коптильни до правильного приготовления и хранения продуктов автора Козлов Антон Валерьевич

Древесина для копчения Подходящие породы деревьев От того, какую древесину вы выбрали, зависит качество копчения, в частности аромат, цвет и вкусовые качества. Даже длительность хранения в какой-то степени зависит от дыма, получаемого при сгорании конкретного вида

Сухая древесина

Из книги Практическое руководство аборигена по выживанию при чрезвычайных обстоятельствах и умению полагаться только на себя автора Бигли Джозеф

Сухая древесина Сухая древесина - это основной материал, который мы будем поджигать. Она может состоять из сухого, лёгкого, полого, сжимающегося, воспламеняющегося материала. Самая лучшая для этих случаев древесина, которую люблю применять я сам, - это сухие,

Дельта-древесина

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ДЕ) автора БСЭ

Древесина

Из книги Энциклопедический словарь (Г-Д) автора Брокгауз Ф. А.

Древесина Древесина (бот.). – В обыденной жизни и технике Д. называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой. В ботанике под именем Д. или ксилемы разумеют ткань или совокупность тканей, образовавшихся из прокамбия или камбия; она является одной из составных частей

Древесина

БСЭ

Древесина прессованная

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ДР) автора БСЭ

Древесина

Из книги автора

Древесина Звучит смешно, но греческое слово «myelos» как раз и переводится как сердцевина, древесина [мозга]. Оно же белое вещество – провода, связывающие нейроны друг с другом; только эти провода не как обычно с двумя концами – это отростки нейронов, идущие непрерывно от

Древесина

Из книги автора

Древесина Ни один из строительных материалов не обладает такими качествами, как древесина. Она очень удобна в обработке. Кроме того, это один из самых прочных, легких материалов, долго сохраняющих тепло и приятный запах. Из дерева можно сделать все что угодно: от простой