CC BY
32
УДК 674.047.3 : 630.812
ФОРМОУСТОЙЧИВОСТЬ И КАЧЕСТВО ВЫСУШЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ДУБА ПОСЛЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Т. К. Курьянова, О. В. Аралова
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Древесина дуба имеет красивую текстуру, обладает высокими прочностными и эксплуатационными свойствами, а изделия из нее имеют большой срок службы. Широкое и разнообразное применение древесины дуба и сравнительно небольшие её запасы, длительный срок ее воспроизводства - все это требует бережного, рационального использования этой ценной породы.
В настоящее время существенно возрос спрос на древесину дуба мореного. Обладая уникальными декоративными свойствами, эта древесина используется для изготовления высокохудожественных изделий, элитной мебели, отделки дорогих интерьеров. Большой спрос на эту древесину в странах Европы привел к существенному сокращению ее запасов. Однако, в России, в частности в Воронежской области, имеются промышленные запасы. Высокая стоимость изделий из натуральной древесины дуба и древесины дуба мореного во многом определяется энергозатратностью и сложностью ее обработки. Поэтому одним из методов решения данной проблемы является увеличение выхода деловой древесины, путем повышения фор-моустойчивости изделий из древесины.
Использование традиционной конвективной сушки зачастую не обеспечивает высокого качества материала. Процесс сушки характеризуется большим неравно-
мерным распределением влажности по объему материала. Наличие неравномерного поля влажности, возникающего с самого начала процесса, приводит к созданию неоднородного деформированного состояния из-за неравномерной усушки и является первопричиной образования внутренних напряжений.
Полностью избежать образования внутренних напряжений в древесине в процессе ее сушки невозможно. Но при правильно построенном режиме сушки их величина не превышает допустимых значений. Так при использовании мягких режимов наблюдается более равномерное распределение влаги по сечению пиломатериалов, что в свою очередь ведет к снижению величины остаточных напряжений. Однако использование мягких режимов приводит к существенному увеличению продолжительности процесса сушки.
Отсюда можно предположить, что ускорение процесса сушки следует вести в направлении поиска новых способов, которые позволят существенно сократить продолжительность процесса, за счет увеличения влагопроводности древесины и без ухудшения ее качественных характеристик.
Одним из возможных способов является сушка древесины с предварительной её термохимической обработкой растворами гигроскопических веществ. В ре-
зультате этой обработки поверхностные слои древесины пропитываются гигроскопическим раствором на глубину около 0,5 мм. Этот слой пропитанной древесины оказывает существенное влияние на механизм перемещения влаги в древесине. Предварительная термохимическая обработка древесины позволяет повысить ее водо- и влагопроводность при одновременном уменьшении интенсивности испарения влаги с ее поверхности, что позволяет избежать пересыхания поверхностных слоев, уменьшает перепад влажности по толщине и существенно снижает величину остаточных напряжений в материале, повышая его формоустойчивость.
Для установления влияния предварительной термохимической обработки на динамику процесса сушки, во многом определяющей характер развития внутренних напряжений, были проведены экспериментальные исследования на древесине дуба черешчатого Воронежской области и древесины дуба мореного из р. Воронеж. Отбор древесины был проведен согласно ГОСТ 16483.21-72. Из свежесрубленной древесины дуба натурального и древесины дуба мореного были выпилены заготовки сечением 32*90 мм, 40*90 мм для последующих исследований.
Заготовки при влажности 60 % бы-
ли подвергнуты предварительной термохимической обработке в гигроскопическом растворе в течение 3 часов. Затем образцы были помещены в сушильный шкаф, и высушены до нормализованной влажности по режиму 6Б.
Количественная характеристика остаточных напряжений была установлена по методике ГОСТ 11603-73 «Метод определения остаточных напряжений» [1].
Линейные размеры образцов были измерены при помощи штангенциркуля, с погрешностью измерения 0,02 мм. Масса определялась с помощью весов, с точностью до 0,001 кг.
На рис. 1 представлены кривые распределения влаги в процессе сушки для заготовок из древесины дуба натурального толщиной 40 мм и древесины дуба мореного толщиной 32 мм [2].
Характер распределения влаги по толщине заготовок показывает, что влажность поверхности древесины после предварительной обработки выше, чем у необработанной древесины при тех же параметрах агента сушки. К концу сушки перепад влажности по сечению для заготовок из древесины дуба толщиной 40 мм составил 2,41...2,96 %, для пиломатериалов толщиной 32 мм - 2,39.2,97 %.
50 40 30 20 10
10
20
30 40
а
И, % 50
40
30
20
ю
о
\ \
\
-
10
го
30
40
б
Рис. 1. Распределение влажности по толщине заготовок из древесины дуба натурального (а) толщиной 40 мм и древесины дуба мореного (б) толщиной 32 мм средняя влажность (а): 1 - 10,5 %, 2 - 20,6 %, 3 - 29 %, 4 - 39 % 5 - 43 %; (б): 1 - 8,5 %; 2 - 11 %; 3 - 13 %; 4 - 26 %; 5 - 31,6 %; 6 - 39 %
Распределение влаги в материале во многом определяет развитие остаточных внутренних напряжений. Величина этих напряжений во многом влияет на усушку, формоустойчивость материала и его поведение при дальнейшей механической обработке [3]. Все высушенные образцы сохранили форму, не коробились, хотя и высыхали свободно, ни у одного из образцов
не образовались трещины. Кроме того, даже наличие сердцевины не вызвало растрескивание древесины.
На рис. 2 представлены эпюры остаточных напряжений древесины дуба, высушенного по традиционной технологии и с предварительной термохимической обработкой. Конечная влажность высушенных заготовок 7.8 %.
а, а ,
МПа МПа
7
1 2
3
4
Е,ГПа 2
1,5 1
0,5
о"
10 15 20 25 30 35 39
Толщина доски Н, мм а
/
\ \ к /
ч \ // //
( г V 2 3 4 1 5
\ ' 1 1 1 1 ш
1
п й
\ N /
Е ч/
1 \-1 2 3
0,006 0,005 0,004 0,003 0,002
0,001 о'
0,001 0,002 0,003
10 15 20 25 30
б
Рис. 2. Эпюры остаточных напряжений в дубовой доске: а - после камерной сушки с предварительной термохимической обработкой; б - после камерной сушки без предварительной
термохимической обработки
Величина остаточных напряжений для древесины дуба толщиной 32 мм составила 1,8___1,9 МПа, для толщины 40 мм
- 2_2,3 МПа. Допустимые напряжения для древесины дуба составляют адоп=5,6 МПа = 0,7 • Г, где а - предел
прочности на разрыв поперек волокон; для дуба а=8 МПа).
На рис. 3 представлены результаты определения динамики процесса сушки древесины дуба мореного и эпюры остаточных напряжений. Характер распределения участков, испытывающих напряжения сжатия и растяжения по толщине заготовок, имеет существенное отличие от полученных при сушке древесины дуба нату-
рального. После предварительной обработки характер распределения влажности по толщине заготовок на всем протяжении процесса сушки отличается меньшим перепадом, а с учетом небольшой продолжительности процесса сушки это позволило получить незначительные растягивающие напряжения в материале, не превышающие величину допустимых. Следует отметить, что из технологии камерной сушки были исключены технологические операции начального прогрева и влаготеплообработ-ки древесины.
Толщина Зое к и Н мм Рис. 3. Эпюра остаточных напряжений
в древесине дуба мореного после предварительной термохимической обработки
Таким образом, можно сделать вывод, что предложенный способ предварительной термохимической обработки древесины дуба натурального и дуба мореного позволяет высушивать древесину с внутренними напряжениями, не превышающими величину допустимых, даже при исключении из технологического процесса технологических операций начального
прогрева и влаготеплообработки древесины. Высушенная древесина имеет меньшую усадку и отличается повышенной формоустойчивостью по сравнению с древесиной, высушиваемой традиционными способами.
Библиографический список
1. ГОСТ 11603-73. Древесина. Метод определения остаточных напряжений. - Введ. 1975-01-01. Госстандарт СССР, 1973. 9 с.
2. Пат. 2096702 РФ С1 РФ, МПК6 Б26Б3/04. Способ сушки дубовых заготовок / Т.К. Курьянова, А.Д. Платонов и др. ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 95112874/06; заявл. 20.07.1995; опубл. 20.11.1997. Бюл. № 32. 6 с.
3. Аралова, О.В. Повышение формоустойчивости древесины дуба после предварительной термохимической обработки // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного агарного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2011. - № 70. С. 126-138. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/06/pdf/27.pdf, 0,688 у.п.л.
