CC BY
6ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ (TECHNICAL SCIENCES) УДК 679.049
Бекк П.А.
аспирант
Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург, Россия)
Агафонов А.С.
аспирант
Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург, Россия)
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА ТЕРМОМОДИФИКАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ
Аннотация: основным направлением развития страны является обеспечение и развитие экономики, в том числе и экономии лесоматериалов в строительной отрасли. На сегодняшний день в деревообрабатывающей промышленности существует ряд нерешённых и актуальных проблем, которые связанны с применением древесины и требуют своего совершенства. В данной статье будет рассмотрена оптимизация режима термомодификации древесины.
Ключевые слова: термомодификация, древесина, оптимизация, механический процесс, обработка, механические свойства, сосна, берёза, биостойкость.
Термомодификация представляет собой процесс обработки под высокотемпературным режимом. В результате данного процесса, древесина изменяет свои качественные свойства, т.е цвет, уровень набухания, биостойкость и, как правило, сорбционные характеристики. Первая термодификация была проведена и исследована в Германии ещё в 30-е годы прошлого века, далее прошла свои успешные испытания в США, Франции и Финляндии. В нашей
стране модификацию древесины осуществляют по способу зарубежных исследований. Стоит отметить, что себестоимость модификации обуславливается важностью разработки новых технологий.
В нашем исследовании приведём пример испытаний по модифицировании древесины, которое предполагает под собой способ формирования штабеля между 2 нагревательными компонентами так, чтобы подвод тепла осуществлялся в одно время с пластами древесного материала, обеспечивая, при этом, симметричное распределение температуры и влажности древесины. При этом, в качестве нагревательных элементов применялись плиты, состоящие из двух перфорированных пластин с установленными нагревательными компонентами между ними. Технологический процесс осуществлялся, начиная с прогрева высушиваемой древесины методом включения в механическое воздействие нагревательных компонентов. Данный процесс осуществлялся при давлении атмосферной среды с целью минимизации удаления из материала влаги, что крайне важно осуществлять его в зимний период. При достижении заданной температуры происходила стадия сушки древесины до сухого состояния.
Изначальная влажность древесных материалов, при этом, может быть различной:
- при наличии конвективных камер необходима традиционная сушка пиломатериалов;
- при отсутствии возможности предварительной сушки древесины, т.д.-удаление влаги из материалов возможно только при кондуктивной камере.
В конце осушительного процесса осуществлялась досушка - до сухого состояния, где осуществлялся подвод тепла к древесине. Стоит отметить, что процесс удаления влаги является важной для данного процесса стадией, так как конечное качество термодерева определяется отсутствием дефектов, возникающих на стадии сушки материалов. Испытания по модифицированию древесины показали отсутствие воздействия плотности древесины на работу
потока летучих элементов. Как показало исследование, химический состав древесины имеет зависимость между потоком массы летучих компонентов и содержанием пентозанов. В то же время, оценка воздействия толщины древесины и температурного режима выдала высокую зависимость продолжительности процесса.
Анализ химического состава пиломатериалов, подвергнутых модификации показал, что влияние температур до 160°С не вызывает химических изменений. Видные превращения начинали происходить при воздействии на материалы из сосны при температуре 200°С в режиме более 1 часа [3, с.145]. В данном случае, очевидно разложение гемицеллюлоз, температура, которых изменялась в пределах от 200 до 250°С.
Исследование механических качеств термомодифицированных материалов определялось снижением показателей при высокой температуре и продолжительностью времени при обработке. В результате исследования была установлена зависимость изменений цветовой гаммы древесины в зависимости от температуры и продолжительностью обработки: как правило - это сосна, дуб и береза. Компьютерная обработка древесины позволила выявить цветовую гамму по системе кодировки и разработать методику прогнозирования цвета термодревесины в зависимости от продолжительности обработки и температуры.
С экономической точки зрения было установлено, что исследуемая технология целесообразна для небольшого производства, так как позволяет минимизировать габариты и металлоемкость камеры. Кроме этого, ведение механического процесса в условиях кондуктивных устройств позволяет минимизировать энергозатраты на проведение термомодифицирование за счет отсутствия необходимости применения перегретого пара и отсутствия тепловых потерь более чем на 30% [2, с.22].
Результаты исследования показали усовершенствование технологии в направлении интенсификации процесса. Интенсификация механического
процесса была достигнута в результате снижения продолжительности стадии охлаждения термодревесины. Где, минимизация энергозатрат на ведение процесса термомодифицировании была реализована методом утилизации отработанной тепловой энергии. Стоит отметить, что сушильная камера функционирует по «импульсной» технологии.
Сущность данного процесса заключается в том, что процесс состоит из 2 стадий [1, с.16]:
- первая стадия сушки древесины осуществляется при пониженной влажности и повышенной температуры;
- вторая стадия предусматривает прекращение процесса циркуляции, теплоснабжения и воздухообмена.
В заключении стоит сделать вывод, что термомодификация древесины позволяет определить новые области технологии термодификации. В частности, термомодифицирование древесины позволило модернизировать процесс производства при пониженной влажности и повышенной температуры, а также позволило получить новый материал из сосны, дуба и берёзы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Ахметова Д.А. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесины / Д.А. Ахметова. - Казань, 2009. - 16 с.
2. Белякова Е.А. Выбор оптимального варианта технологического оборудования для деревообрабатывающего производства / Е.А. Белякова // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник -Москва. - 2009. - № 5. - 22 с.
3. Сафин P.P. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесины / P.P. Сафин // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. - 2009. - № 3. - 145 с.
Beck P.A.
Ural State Forestry Engineering University (Ekaterinburg, Russia)
Agafonov A.S.
Ural State Forestry Engineering University (Ekaterinburg, Russia)
OPTIMIZATION OF THERMOMODIFICATION MODE OF WOOD
Abstract: the main direction of the country's development is the provision and development of the economy, including the saving of timber in the construction industry. To date, there are a number of unresolved and urgent problems in the woodworking industry that are associated with the use of wood and require their perfection. In this article, the optimization of the thermomodification mode of wood will be considered.
Keywords: thermomodification, wood, optimization, mechanical process, processing, mechanical properties, pine, birch, biostability.
