CC BY
77
УДК 674.04
Е. Е. Швамм, кандидат технических наук, доцент (УГЛТУ, Россия);
Л. Г. Швамм, директор ИПО (УГЛТУ, Россия);
ИЗУЧЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ
БЕРЕЗЫ, ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАННОЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ «БИКОС»
В статье приводятся результаты исследования отдельных физико-механических свойств древесины березы, термомодифицированной по технологии «Бикос», и сравнение их натуральной древесиной.
Some physic-mechanical properties of thermo modified birch compared to its natural wood are analyzed in this article.
Введение. Древесина является одним из наиболее доступных, возобновляемых и востребованных природных материалов. Древесина, благодаря своим ценным свойствам, широко используется в промышленности и строительстве. Однако ей присущи и отрицательные свойства, которые изменяют путем ее модифицирования.
Одно из направлений модифицирования древесины - термомодификация - появилось сравнительно недавно.
Физико-механические свойства этой модификации древесины до настоящего времени остаются недостаточно изученными, а имеющиеся данные о ней противоречивы и, как правило, носят рекламный характер.
Объект исследования. Физико-механические свойства термомодифицированной древесины березы и ясеня, полученной при использовании камер автоклавного типа производства ООО «Бикос», г. Лыткарино Московской области, при повышенном давлении водяного пара и температуре 165°С и 185°С и натуральная древесина. Сравнение экспериментальным путем на малых чистых образцах.
Основная часть. Сущность технологии термомодификации древесины заключается в выдерживании древесины в камере автоклавного типа в течение определенного времени, под воздействием высоких температур в среде водяного пара, при условии малого доступа кислорода извне.
Технология включает в себя три основные фазы:
- начального прогрева и высокотемпературной сушки (температура сушки составляет 100-40°С);
- термическая модификация древесины под воздействием высоких температур (150-240°С);
- фаза охлаждения и стабилизации свойств древесины.
Повышение и понижение температуры обработки производятся на первой и третьей фазе, в течение второй фазы температура обработки остается неизменной. Наибольшая температура
достигается на второй фазе, и по данной температуре называют весь режим. Периодическая подача пара защищает материал от обугливания и способствует протеканию некоторых химических процессов в древесине.
Методика испытаний. Испытания малых чистых образцов проводились в соответствии с требованиями ГОСТ на метод определения:
- плотности [1];
- разбухания [2];
- предела прочности при статическом изгибе [3];
- предела прочности при скалывании вдоль волокон [4];
- статической твердости [5].
Оборудование для проведения испытаний и
средства измерения также соответствовали требованиями ГОСТа на метод определения исследуемого параметра.
Отбор малых чистых образцов проводился в соответствии с требованиями [6]. Количество образцов, необходимых для проведения испытаний, вычислялось с учетом средних коэффициентов вариации показателей свойств древесины, согласно [7].
Результаты испытаний. Плотность древесины. Результаты обработки результатов испытания образцов представлены в табл. 1.
Из результатов испытаний следует, что плотность термомодифицированной древесины в абсолютно сухом состоянии ниже, чем у натуральной древесины. Для термообработанной древесины при температуре 185°С эта разность составляет 57 г/см3, а при температуре 165°С -4 г/см3. Плотность термообработанной древе -сины изменяется в зависимости от температуры обработки. При повышении температуры обработки плотность снижается. Разность плотностей в абсолютно сухом состоянии между тер-мообработанной древесиной при 165°С и 185°С составляет 534 г/см3.
Разбухание древесины. Результаты обработки испытания образцов на линейное разбухание после 6 ч вымачивания в дистиллированной воде представлены в табл. 2.
Таблица 1
Плотность древесины, г/см3
Наименование показателя Численные значения Кол-во образцов, шт.
Х V, %
Термомодифицированная древесина при t = 185°С, г/см3
при начальной влажности 562 9,32 97
в абсолютно сухом состоянии 556 8,95 89
Термомодифицированная древесина при t = 165°С, г/см3
при начальной влажности 615 4,38 64
в абсолютно сухом состоянии 609 5,16 77
Натуральная древесина, г/см3
при начальной влажности 618 5,12 94
в абсолютно сухом состоянии 613 4,42 87
Примечание. Х - среднее значение показателя; разцов после отбрасывания грубых наблюдений.
Из результатов испытаний следует, что линейное разбухание термомодифицированной древесины меньше, чем у натуральной древесины. Линейное разбухание термообработанной древесины при t = 185°С меньше, чем при t = 165°С.
Предел прочности древесины при статическом изгибе. Результаты обработки испытания образцов на предел прочности при статическом изгибе представлены в табл. 3.
Линейное разбухание древес
- коэффициент вариации показателя; количество об-
Из результатов испытаний следует, что предел прочности при статическом изгибе тер-момодифицированной древесины значительно ниже, чем необработанной древесины.
Предел прочности при статическом изгибе термообработанной древесины при t = 185°С ниже, чем при t = 165°С на 44,9% и составляет лишь 43% от необработанной древесины.
Таблица 2
ы после 6 ч. вымачивания, %
Наименование показателя Численные значения Кол-во образцов, шт.
Х V, %
Термомодифицированная древесина при t = 185°С при t = 185°С, %
в тангентальном направлении 3,39 11,20 44
радиальном направлении 2,44 12,35 41
Термомодифицированная древесина при t = 185°С при t = 165°С, %
в тангентальном направлении 4,23 6,31 63
радиальном направлении 3,06 11,00 72
Натуральная древесина, %
в тангентальном направлении 7,04 15,15 43
радиальном направлении 5,72 16,80 46
Примечание. Х - среднее значение показателя; V - коэффициент вариации показателя; количество образцов после отбрасывания грубых наблюдений.
Таблица 3
Предел прочности древесины при статическом изгибе, МПа
Наименование показателя Численные значения Кол-во образцов, шт.
Х V, %
Термомодифицированная древесина при t = 185°С 49 17,2 59
Термомодифицированная древесина при t = 165°С 71 10,3 44
Натуральная древесина 114 17,4 80
Примечание. Влажность древесины при испытаниях составляла 2%; Х - среднее значение показателя; V - коэффициент вариации показателя; количество образцов после отбрасывания грубых наблюдений.
Таблица 4
Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон, МПа
Наименование показателя Численные значения Кол-во образцов, шт.
X V, %
Термомодифицированная древесина при t = 185°С, МПА
в тангентальной плоскости 6,12 24,19 38
радиальной плоскости 4,05 20,28 43
Термомодифицированная древесина при t = 165°C, МПа
в тангентальной плоскости 8,19 9,57 55
радиальной плоскости 8,45 13,9 58
Натуральная древесина
в тангентальной плоскости 10,70 16,3 80
радиальной плоскости 8,96 14,6 74
Примечание: X - среднее значение показателя; V - коэффициент вариации показателя; количество образцов после отбрасывания грубых наблюдений.
Таблица 5
Статическая твердость древесины, Н/мм2
Наименование показателя Численные значения Кол-во образцов, шт.
X V,%
Термомодифицированная древесина при t = 185°С, МПА
в радиальном направлении 23,93 19,12 38
тангентальном направлении 25,67 16,06 37
Термомодифицированная древесина при t = 165°C, МПа
в радиальном направлении 24,50 17,37 41
тангентальном направлении 26,43 14,6 38
Натуральная древесина
в радиальном направлении 28,14 13,1 76
тангентальном направлении 31,71 14,3 69
Примечание. X - среднее значение показателя; V - коэффициент вариации показателя; количество об-
разцов после отбрасывания грубых наблюдений.
Предел прочности при скалывании вдоль волокон. Результаты обработки испытания образцов представлены в табл. 4.
Из результатов испытаний следует, что предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон термомодифицированной древесины ниже, чем натуральной древесины. Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон в тангентальной плоскости тер-мообработанной древесины при t = 185°С ниже, чем при t = 165°С на 33,8 % и составляет лишь 57,2 % от натуральной древесины.
Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон в радиальной плоскости термообработанной древесины при t = 185°С ниже, чем при t = 165°С на 100,1 % и составляет лишь 45,2% от натуральной древесины.
Статическая твердость древесины. Результаты обработки испытания образцов на статическую твердость представлены в табл. 5.
Из результатов испытаний следует, что статическая твердость термомодифицированной древесины ниже, чем у натуральной древесины. Статическая твердость древесины в тангентальном
направлении термообработанной древесины при t = 185°С ниже, чем при t = 165°С на 0,76 Н/мм2, а разность с натуральной древесиной в этом же направлении составляет 6,04 Н/мм2.
Заключение. В статье представлены результаты испытаний малых чистых образцов по основным физико-механическим показателям термомодифицированной древесины, полученной при повышенном давлении водяного пара и температуре 165°С и 185°С, и натуральной древесины. Проведено сравнение исследуемых показателей термомодифицированной и натуральной древесины.
На основании результатов проведенных испытаний и их сравнения можно сделать следующие выводы.
1. Механические свойства (предел прочности при статическом изгибе и скалывании вдоль волокон) значимо снижаются. Предел прочности при статическом изгибе натуральной древесины березы в 2,33 раза больше, чем у термомодифицированной древесины березы, обработанной при температуре 185°С. Предел прочности при скалывании вдоль волокон
(в радиальной плоскости) натуральной древесины в 2,21 раза больше, чем у термомодифи-цированной при t = 185°С. Следовательно, тер-момодифицированная древесина обработанная при температуре 185°С не может быть использована как конструкционный материал и может быть рекомендована только как отделочный.
2. Статическая твердость термомодифици-рованной древесины березы, обработанной при температуре 185°С, ниже, чем у натуральной древесины. Изменение твердости, в сторону ее снижения, как правило, приводит к уменьшению его износостойкости. Следовательно, изделия, изготовленные из термомодифициро-ванной древесины, быстрее истираются и изнашиваются.
3. Линейное разбухание древесины после 6 ч. вымачивания термообработанной древесины меньше, чем у необработанной, что является положительным эффектом для термообработанной древесины. Наиболее полно данный показатель проявляется вне жилых помещений. В связи с чем термообработанная древесина в основном используется для пола веранд и дорожек.
Литература
1. Древесина. Метод определения плотности: ГОСТ 16483.1-84. Взамен 16483.1-73;
Введ. с 01.07.85 по 01.07.90. М.: Изд-во стандартов, 1999. 5 с.
2. Древесина. Метод определения разбухания: ГОСТ 16483.35-88. Взамен 16483.35-80; Введ. с 01.01.90 по 01.01.95. М.: Изд-во стандартов, 1999. 5 с.
3. Древесина. Метод определения предела прочности при статическим изгибе: ГОСТ 16483.3-84. Взамен ГОСТ 16483.3-73; Введ. с 01.07.85 по 01.07.90. М.: Изд-во стандартов, 1999. 6 с.
4. Древесина. Методы определения предела прочности при скалывании вдоль волокон: ГОСТ 16483.5-73. Взамен ГОСТ 16483.5-70; Введ. с 01.07.74 по 01.07.79. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. 6 с.
5. Древесина. Метод определения статической твердости: ГОСТ 16483.17-81. Взамен ГОСТ 16483.17-72; Введ. с 01.01.83 по 01.01.88. М.: Изд-во стандартов, 1999. 5 с.
6. Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям: ГОСТ 16483.0-89. Взамен ГОСТ 16483.0-78; Введ. с 01.07.90 по 01.07.95. М.: Изд-во стандартов, 1999. - 10 с.
7. Древесина. Показатели физико-механических свойств малых чистых образцов: ГСССД 69-84. М.: Изд-во стандартов, 1985. 29 с.
Поступила 28.02.2014
