CC BY
56
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица
Оптимальные режимы облицовывания ДСтП строганым шпоном толщиной 0,4 мм в однопролетном прессе с использованием клея на основе смолы КФ-Ж
Параметр Оптимальное значение для породы
дуб бук ясень
Давление прессования, МПа 0,4 0,35 0,35
Температура плит пресса, °С 135 140 145
Продолжительность отверджения клея при 100°С, не более, с 60 60 60
Условная вязкость клея при t = 20 ± 0,5 °С по B3-246 с диаметром сопла 6 мм, с 40-45 40-45 40-45
Удельный расход клея, г/м2 130 110 100
Выдержка под давлением, с 60 60 60
Показатель
Относительная площадь просачивания 0 2,5 % 8,5 %
Прочность клеевого соединения на неравномерный отрыв, кгс/см 1,2 1,07 1,0
Эта композиция плохо впитывается в пористые материалы, за счет чего при облицовывании основы шпоном с применением этого клея не наблюдается просачивания его на лицевую сторону шпона.
Просачивание клея уменьшается до 30-40 % при предварительной подсушке клеевого слоя - выдержке намазанных клеем поверхностей в свободном состоянии. Происходит частичное испарение влаги и ее диффузия во внутренние слои основы. При этом нарастает концентрация и вязкость связующего. Частичное впитывание клеевого раствора наружными слоями основы исключает возникновение избытка влаги при прессовании. Однако применение подсушки клея увеличивает производственный цикл облицовывания и требует дополнительных производственных площадей.
Также известен способ, согласно которому с целью ускорения процесса облицовывания тонким шпоном без просачивания
клея основу подогревают до температуры 60-65 °С, после чего наносят клей.
И.М. Гальцевой были проведены исследования, направленные на изучение механизма просачивания клея. Исходя из экспериментальных работ, даны рекомендации по технологическим режимам работы с тонким строганым шпоном наиболее популярных в использовании пород. По мнению автора, данные режимы способствуют снижению просачивания клея до минимума, что делает возможным получение хорошего качества поверхности при работе с тонким шпоном (таблица).
Библиографический список
1. Мурзин, B.C. Клеи и процесс склеивания древесины: учеб. пособие / B.C. Мурзин. - Воронеж, ВГЛ-ТА, 1993. - 89 с.
2. Онищенко, З.А. Изготовление и применение тонкого строганого шпона / З.А. Онищенко, И.Д. Борисюк. - М.: Лесная пром-сть, 1976. - 39 с.
3. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: учеб. для лесотехнич. вузов / Б.Н. Уголев. - М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.
ИЗУЧЕНИЕ КОРОБЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ
модифицированной древесины после сушки
Е.Г. ВЛАДИМИРОВА, асп. каф. технологии лесопиления и деревообработки МГУЛ
До последнего времени для изменения свойств древесины самой распространенной была химическая обработка древесины. Однако из-за вредности получаемого продукта с начала 2004 г. в Евросоюзе был введен запрет на использование химически обработанного дерева. В настоящее время в
мире активно развиваются различные технологии термообработки древесины, являющиеся единственной альтернативой химической обработке и приводящие к существенному улучшению свойств древесины, что открывает новые области ее применения. На основании методики, разработанной Государствен-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2007
133
ДЕРЕВООБРАБОТКА
ным исследовательским центром Финляндии, была создана технология высокотемпературной сушки древесины. Древесина нагревается до температуры не менее 180 °С и при этом защищается паром. Обеспечивая защиту, пар также влияет на химические изменения древесины. После высокотемпературной сушки древесина содержит значительно меньше гемицеллюлозы. С разложением гемицеллюлозы концентрация водопоглощающих гидроксильных групп снижается, а формоустойчивость высушенной древесины улучшается по сравнению с хвойными породами древесины, высушенными в камере конвективной сушки. Температура разложения гемицеллюлозы составляет около 200-260 °C, а соответствующая температура для целлюлозы около 240-350 °C. Поскольку в лиственных породах древесины гемицеллюлозы больше, чем в хвойных, разложение в лиственных породах идет легче. Однако в отличие от разрыва цепочек целлюлозы разрыв цепочки гемицеллюлозы не снижает прочность древесины. Напротив, разрыв цепочки гемицеллюлозы улучшает устойчивость древесины к усушке и снижает уровень развития напряжений и образования упругих деформаций в древесине.
В результате появляется высокоэкологичная термически модифицированная древесина, прошедшая высокотемпературную сушку. Ее цвет темнее, в отличие от обычной древесины она более стабильно реагирует на изменения уровня влажности, а теплоизоляционные характеристики при этом существенно улучшены. Будучи проведенной при достаточно высоких температурах, высокотемпературная сушка также повышает сопротивляемость дерева гниению. С другой стороны, при высокотемпературной сушке снижаются физикомеханические показатели, связанные с динамическим воздействием на древесину.
Высокотемпературной сушке можно подвергать любые породы древесины.
Термически модифицированная древесина благодаря разнообразию получаемых оттенков может заменить некоторые породы ценной тропической древесины.
Поскольку свойства хвойных и лиственных пород древесины четко различают-
ся, они имеют отдельную классификацию. Существует два класса высокотемпературной сушки. Иметь более двух классов нецелесообразно, поскольку свойства древесины поначалу, по мере увеличения температуры, меняются медленно. Как только температура превышает 200oC, свойства начинают меняться очень быстро.
При стандартном классе высокотемпературной сушки древесины разбухание и усушка древесины из-за влаги, изменение цвета, а также долговечность подчеркиваются как ключевые свойства.
Высокотемпературная сушка древесины предусматривает два стандартных класса сушки, «Thermo S» и «Thermo D», которые представлены в табл.1 и табл.2.
«Thermo S». «S» в данном термине означает «стабильность». Среднее значение тангенциальной усушки древесины, прошедшей сушку класса «Thermo S», составляет
6-8 %.
«Thermo D». «D» в данном термине означает «долговечность». Среднее значение тангенциальной усушки древесины, прошедшей сушку класса «Thermo D», составляет 5-6 %.
Т а б л и ц а 1
Классы высокотемпературной сушки хвойных пород (сосна и ель)
«Thermo S» «Thermo D»
Температура сушки 190 °C 212 °C
Стойкость против атмосферных воздействий + ++
Стабильность размеров + ++
Прочность при изгибе без изменений без изменений -
Цвет + ++
Т а б л и ц а 2
Классы высокотемпературной сушки лиственных пород (береза и осина)
«Thermo S» «Thermo D»
Температура сушки 185 °C 200 °C
Стойкость против атмосферных воздействий без изменений +
Стабильность размеров + +
Прочность при изгибе без изменений без изменений -
Цвет + ++
134
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Во время высокотемпературной сушки в древесине происходит ряд существенных изменений, что сказывается на качестве конечного продукта.
Подвергнутая высокотемпературной сушке древесина не испытывает нагрузки при высыхании. Это является очевидным преимуществом, заметным, например, при раскрое материала и изготовлении столярной продукции. Кроме того, уровень усушки древесины очень низок.
В данной работе изучалось влияние высокотемпературной сушки на покороблен-ность древесины.
Суть опытов заключалась в следующем: были использованы 333 доски размером 32 х 95 х 3500 мм породы береза, которые были отобраны случайным образом. Начальная влажность древесины соответствует свежесрубленной. Доски были высушены в камере конвективной сушки до транспортной влажности. Затем в камере высокотемпературной сушки в течение 40 часов до влажности 6 %. Тепло в камере создавалось за счет электрического сопротивления.
Технологию используемого процесса высокотемпературной сушки можно разделить на три основные фазы, представленные на рис.1:
1. Сушка. Повышение температуры и сушка при высокой температуре. Посредством тепла и пара температура в камере стремительно поднимается приблизительно до 100 °C. После чего температура неуклонно повышается до 130 °C, при этом происходит сушка при высокой температуре, содержание влаги снижается почти до нуля.
2. Термообработка. После высокотемпературной сушки температура внутри камеры повышается до 185-215 °C. По достижении необходимого уровня температура остается неизменной на 2-3 часа в зависимости от конечного назначения изделия.
3. Закаливание. Охлаждение и регулирование влажностного режима. На окончательном этапе температура снижается при помощи системы водяного орошения; когда температура доходит до 80-90 °C, древесина снова увлажняется с тем, чтобы содержание влаги дошло до приемлемого уровня 4-7 %.
Рис. 1. Схема производственного процесса термически модифицированной древесины
Покоробленность продольная по пласти
Покоробленность продольная по кромке
Крыловатость
Рис. 2. Скандинавский стандарт на измерение поко-робленности пиломатериалов
Высушенные пиломатериалы были измерены по скандинавской методике учета пиломатериалов: покоробленность продольная по пласти, мм; покоробленность продольная по кромке, мм; покоробленность поперечная, %; крыловатость, % (рис. 2).
Данные измерений были занесены в таблицы. По полученным данным были построены гистограммы, которые показывают количественное и процентное содержание досок с различной степенью покоробленности в определенных интервалах.
Для обработки полученных данных была использована описательная статистика. Для вычисления выборочного среднего значения у и выборочной дисперсии в подобных случаях применяется группировка данных.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
135
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица 3
Величина покоробленности после высокотемпературной сушки
Покоробленность Число досок Минимум, мм Максимум, мм Среднее, мм Стандартное отклонение
продольная по пласти 188 0,71 15,05 2,48 2,69
продольная по кромке 223 1,34 14,62 2,94 2,66
поперечная 10 0,21 1,58 0,03 0,49
крыловатость 302 0,23 22,15 7,83 14,31
Ц 150 1100
§
0
106
3
2
1
« 140 120 100 а 80 60 40 20 0
0,01-3 3,01-6 6,01-9 9,01-12 12,01-15 15,01-18
Покоробленность продольная по пласти, мм б
1133
—
=*
4
3
0,01-3 3,01-6 6,01-9 9,01-12 12,01-15
Покоробленность продольная по кромке, мм
а
50
в
0,01-0,5 0,51-1,00 1,01-1,5 1,51-2
Покоробленность поперечная, %
г
Крыловатость, %
Рис 3. а) покоробленность продольная по пласти; б) покоробленность продольная по кромке; в) покоробленность поперечная; г) крыловатость
Таким образом весь диапазон значений из множества от у до у к у разделен на интервалы. Затем определялась длина и число интервалов. Полученные данные были сведены в табл. 3.
С использованием регрессионного анализа были построены гистограммы. В статистике линейная регрессия является методом
оценки условного математического ожидания значения одной переменной у или нескольких переменных х.
Линейная регрессионная модель в общем виде выглядит следующим образом
у = а + Рх + s. (1)
Правая сторона уравнения может принимать другие формы, но в общем включает линейную комбинацию параметров, которые здесь обозначается а и р. Символ 8 обозначает непредсказуемое или необъясненное изменение в отклике; это традиционно называют «ошибкой», в независимости от того, является ли это действительно ошибкой измерения или нет. Термин «ошибка» традиционно принят, чтобы получать ожидаемое значение, равное нулю, поскольку ненулевое ожидаемое значение может быть поглощено в а.
После проведенных измерений мы получили ряд параметров (величина поко-робленности, номер доски). Предположим, что существует зависимость линейного характера между величиной покоробленности и номером доски (говорит о местоположении доски в штабеле). Для того, чтобы проверить гипотезу, мы можем сопоставить данные и построить оптимальную прямую линию через данные. Эта связь описывается знакомым уравнением у = mx + b. Зависимость между двумя наборами данных линейна. Когда данные сопоставляются, результатом является прямая линия. Эта зависимость известна как линейная корреляция и подчиняется уравнению прямой линии у = mx + b.
Возможно определить и коэффициент корреляции, R, который дает нам меру достоверности линейных зависимостей между значе-ниямиу и х. Значение R = 1 указывает на точную линейную зависимость между х и у. Значение R, близкое к 1, указывает на превосходную линейную надежность. Если коэффициент корреляции относительно далек от единицы, предска-
136
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
ДЕРЕВООБРАБОТКА
зания, основанные на линейных отношениях у = mx + b, будут менее надежными.
Учитывая набор данных (х у) с и-ым числом результатов обработки данных, коэффициент корреляции R может быть определен
R = ”I(xy)-IxIy
|»I( x2) - (I x)2 ][и!( у2) - (I у)2 ] ' <2)
Анализируя полученные данные, мы можем сказать, что наиболее распространенным пороком после высокотемпературной сушки является крыловатость (91 % из общего числа досок), затем покоробленность продольная по кромке (67 %), покоробленность продольная по пласти (56 %) и поперечная покоробленность только 3 %.
В ходе эксперимента измерялось 333 доски. Из них 188 досок имеют покоробленность продольную по пласти (3-6 мм); 223 доски имеют покоробленность продольную по кромке (3-6 мм); 10 досок имеют покоробленность поперечную; 302 доски имеют крыловатость.
В работе также был проведен линейный регрессионный анализ результатов эксперимента. Полученные зависимости представлены на рис. 8.
Из рис. 4 видно, что покоробленность продольная по пласти и покоробленность продольная по кромке убывают по высоте штабеля, а крыловатость возрастает по высоте штабеля.
В данной работе использован линейный регрессионный анализ, и полученные данные дают весьма грубую оценку результатов эксперимента. Однако полученное значение R2 для такого материала, как древесина, является довольно хорошим показателем. Для крыловатости и покоробленности продольной по пласти значение R2 считается довольно высоким, а для покоробленности продольной по кромке - грубым.
Из полученных данных можно сделать вывод, что высокотемпературная сушка не оказывает существенного влияния на по-коробленность древесины. Подобные исследования по термически модифицированной древесине не велись ранее, поэтому в работе проведено сравнение с данными покороблен-ности древесины после обычной сушки.
Номер доски, шт
а
Рис. 4. Покоробленность продольная по пласти, покоробленность продольная по кромке, крыловатость: а - покоробленность продольная по пласти (bow) регрессионный анализ R2 = 0,1963; б - покоробленность продольная по кромке (spring) регрессионный анализ R2 = 0,0135; в - крыловатость (twist) регрессионный анализ R2 = 0,389
Данные эксперимента отражают полную картину поведения пиломатериалов в камере, позволяют выявить дефекты процесса сушки и своевременно их устранить. Полученный материал относится к высокому сорту по скандинавской классификации пиломатериалов, что свидетельствует о высоком качестве и конкурентоспособности продукта.
Библиографический список
1. Birkinshaw, C. & Dolan, S. 2005. Heat Treatment of Fast Grown Irish Softwoods to Improve Stability and Durability. University of Limerick, H.P.M. Bongers, B. Tjeerdsma, SHR, 26 p.
2. Nordic timber. 1997. Grading rules for pine
and spruce sawn timber. Published by Suomen Sahateollisuusmiesten Yhdistys (STMY), Finland
3. ThermoWood Handbook. 2003. FINLANDFinnish Thermowood Association c/o Wood Focus Oy, P.O. Box 284 (Snellmaninkatu 13), FIN-oo171 Helsinki.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007
137
