CC BY
75
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ В
НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Патякин В.И., Белоногова Н.А., Бирман А.Р.
(С-Пб ГЛТА, Санкт-Петербург, РФ)
The condition of question and problem of mild wood deep compaction.
Модифицирование древесины мягких лиственных пород (МЛП) уплотнением, а в ряде случаев - уплотнением и (или) пропиткой, производится для решения следующих задач:
• расширение объемов переработки малоиспользуемой древесины МЛП;
• замена изделиями из уплотненной древесины МЛП аналогичных изделий из остро дефицитной древесины твердых лиственньгх пород (ТЛП);
• использование древесины и древесных материалов по новому назначению (детали машиностроения, нейтронозащитные материалы, сорбенты и т.д.);
• производство высокоэффективного биотоплива.
Экономический эффект от использования уплотненной древесины МЛП складывается за счет применения дешевого и естественно возобновляемого сырья, а так же сбережения ряда дорогостоящих материалов, например, цветных, редкоземельных и черных металлов.
При этом есть области производства, где использование изделий из уплотненной древесины дает не только экономические, но и качественные преимущества, что, например, подтверждается практикой работы узлов трения в агрессивных средах, воде и в условиях повышенного абразивного износа.
Под степенью уплотнения древесины s понимается величина, опреде-
ляемая по формуле
F-K-K
ь — к
где Ин и Нк - начальная и конечная толщина образца уплотняемой древесины соответственно.
Легко подсчитать, что образец, уплотненный вдвое, имеет степень прессования е = 0,5.
Величина е определяется для каждого изделия в зависимости от его назначения условий последующей эксплуатации. Следует отметить, что с повышением е возрастает себестоимость изделий, а также повышается вероятность их распрессовки за счет внутренних напряжений и иных факторов.
В процессе уплотнения древесины осуществляется, при необходимости, ее формование с получением изделий сложной конфигурации.
Уплотненная древесина под воздействием влаги (в том числе атмосферной) в той или иной степени стремится восстановить первоначальную форму. Для предотвращения этого явления применяют следующие виды дополнительной обработки:
а) гидрофобная пропитка:
- гидрофобньши материалами (парафин, петролатум и т.д.);
б) гидрофобно -технологическая пропитка:
- машинными маслами;
- синтетическими материалами (метилметакрилат и т.д.);
в) покрытие декоративно -гидрофобными пленками (лаки, краски, эмали).
Кроме обеспечения гидрофобности, за счет дополнительной обработки, можно увеличить прочность, твердость, износостойкость древесины, снизить ее коэффициент трения, создать «самосмазывающийся» под давлением материал. Пропитка натуральной древесины (сквозная или поверхностная) перед уплотнением антисептиками и антипиренами предотвращает ее поражение грибами и насекомыми, повышает температуру возгорания.
Вовлечение в переработку 20% древесины МЛП, оставляемой в лесу, по оценке П.Н. Хухрянского. позволило бы экономить народному хозяйству до 150-160 млн. т металла. Практика применения прессованной древесины в 60-70 годы прошлого столетия показала, что использование 1 т этого материала при работе в условиях трения заменяет 6-7 т бронзы и 15-20 т чугуна, а при работе в абразивных средах - 6-8 т стали [1]. Еще одной областью применения прессованной древесины является производство деталей мебели, паркета, а так же особо прочных конструкционных элементов (подкладки под рельсы трамвайных путей, торцевые накладки забиваемых железобетонных свай, штанги крепления кровли в рудниках и т.д.). В СПб ГЛТА разработана и апробирована технология склеивания щитового паркета с одновременным уплотнением осиновых планок лицевого покрытия. Указанная технология позволит не только использовать прессованную древесину, но и решить задачу надежного ее склеивания с подложкой при одновременном повышении производительности процесса в целом за счет совмещения операций склеивания и уплотнения.
Кроме вышеперечисленных традиционных областей использования прессованной древесины в СПб ГЛТА проводятся исследования по ее применению как материала защиты при воздействии нейтронных потоков. Установлено, что защищающая способность уплотненной до 8=0,5 борированной древесины березы от тепловых нейтронов превышает в 3-3,5 раза защищающую способность известных водосодержащих защит. Результаты исследования древесного нсйтронозащитного материала подтверждаются актами испытаний, проведенных в стенах Военной инженерно -космической академии им. А.Ф. Можайского и циклотронной лаборатории отдела дозиметрии Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН.
Отметим, что плотность внутренних структур уплотненной до 8 = 0,5 древесины меньше, чем наружных. Соответственно, имеет место и неоднородность механических свойств (их градиент от центра к периферии уплотненной древесины).
Это явление имеет явно негативный характер и должно учитываться при выборе условий эксплуатации изделий из уплотненной древесины.
Для уменьшения влияния градиента плотности можно использовать ряд технологических приемов. Например: продольное деление брусков уплотненной поперек волокон древесины с последующим их склеиванием таким образом, чтобы в поперечном сечении клееной детали менее уплотненные зоны чередовались с более уплотненными; использование для изготовления деталей только периферийных, относительно равноплотных частей древес и-ны (при изготовлении втулок, поверхностей скольжения и т.д.).
Однако, наиболее перспективным напрвлением, по нашему мнению, является повышение степени прессования с традиционной £=0,5 до £=0,15 (то есть достижение уменьшения начального объема в три раза) и более.
В переделе, уплотняя древесину до £>0,75 можно получить практически равноплотные (в любой точке любого сечения) детали. Процесс создания древесины такой плотности можно считать процессом создания нового древесного материала.
Результаты экспериментальных исследований проведенных на кафедре Технологии лесозаготовительных производств (ТЛЗП) СПб ГЛТА, доказали возможность достижения степени прессования ^0,75 на древесине сосны, березы, осины. Уплотнение проводилост контурным методом на заготовках с размерами: длина 60, диаметр 50 мм. Пьезообработка на гидравлическом прессе с усилием 0,5 МН дополнялась наложением акустического поля от генератора мощностью 4 кВт.
Обработка заготовок проводилась без нагрева при их исходной влажности более 55%. По завершению формования, образцы удерживались от рас-прессовки в металлических обоймах, в которых и подвергались термообработке, обеспечивающей их конечную влажность не более 8-9%.
При проведении экспериментальных работ выявлены возможности и определены способы дальнейшего уплотнения древесины как контурным, так и осевым методами прессования.
Разработанная технология уплотнения древесины до £=0,15 может быть использована для опытного производства деталей узлов трения, тонких сорбентов, высококалорийного топлива, нейтронозащитных материалов, в других областях применения.
На способ глубокого прессования древесины творческим коллективом при кафедре ТЛЗП СПб ГЛТА подана заявка на изобретение.
Литература
1. Прессованная древесина в народном хозяйстве. -М.: ГОСИНТИ, 1964.- 248 с.
