CC BY
224
УДК 674.812.2 UDC 674.812.2
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА И PROSPECTS OF PRODUCTION AND
ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ APPLICATION OF MODIFIED WOOD
ДРЕВЕСИНЫ
Шамаев Владимир Александрович Shamaev Vladimir Alesandrovich
д.т.н., профессор Dr.Sci.Tech., professor
Воронежская государственная лесотехническая Voronezh State Forest Technical Academy, Voronezh,
академия, Воронеж, Россия Russia
В статье анализируются вопросы производства The matters of production of modified wood from
модифицированной древесины из древесины wood of little value and manufacturing from articles
малоценных пород и получения из нее изделий, substituting valuable hardwood and exotic species are
заменяющих ценную древесину твердых analyzed in this work
лиственных и экзотических пород
Ключевые слова: ДРЕВЕСИНА, КАРБАМИД, Keywords: WOOD, COMPACTION,
МОДИФИЦИРОВАНИЕ, ПРОПИТКА, СУШКА, MODIFICATION, WOOD IMPREGNATION,
ПРЕССОВАНИЕ, ОКНA, ДВЕРИ, ТЕХНОЛОГИИ DRYING, WINDOWS, DOORS, TECHNOLOGIES
3
В Российской Федерации ежегодно заготавливается около 900 тыс.м древесины ценных пород (дуб, бук, клен, ясень) и импортируется свыше 100 тыс.м экзотических пород (черное и красное дерево, бакаут, палисандр и др.). За последние 10 лет из-за дефицита такой древесины цена за нее выросла в 3 раза и составляет для отечественной древесины в виде сырых бревен 4 тыс.руб./м , для импортной древесины 520-560 долл.США/м [1-4]. Если учесть, что средний возраст рубки такой древесины колеблется от 200 до 300 лет, а ее запасы постоянно сокращаются, становится очевидным, что ее дефицит будет только увеличиваться. Это привело к значительному удорожанию древесины ценных пород как в России, непосредственно располагающей ее запасами, так и в других странах, активно перерабатывающих данную древесину развитых стран Европы и Америки, куда она завозится из развивающихся стран Африки, Азии и Латинской Америки. В тоже время только в европейской зоне РФ в лесах остается неиспользованной 16 млн.м древесины мягких лиственных пород. В Воронежской лесотехнической академии разработана технология превращения малоценной древесины тополя, ольхи, осины в полноценный заменитель древесины твердых пород
путем ее модифицирования. Некоторые сорта тополей достигают возраста рубки за 10 лет (в Китае за 5 лет) и еще 3 дня требуется, чтобы превратить эту древесину в материал, превосходящий по своим декоративным, прочностным и иным характеристикам древесину дуба [5-7].
Прочностные характеристики модифицированной древесины имеющей товарный знак «Дестам» равны или превышают аналогичные характеристики древесины дуба, водо-влагопоглощение вдвое ниже, а формоизменяемость остается на уровне натуральной древесины.
Проведенный исследования на внутреннем и внешнем рынке показали, что спрос на продукцию из твердых древесных пород, аналогом которых является «Дестам» в ближайшее десятилетие будет возрастать. Прежде всего, это касается высококачественной мебели, паркета, отделочных и конструкционных материалов.
Прогнозируемая потребность в модифицированной древесине в России до 2020 г. приведена в таблице 1.
Сочетание высоких экологических и физико-механических свойств модифицированной древесины с относительной дешевизной делают этот материал незаменимым при строительстве коттеджей, теплиц нового поколения, зимних садов, а также производстве столярных изделий, отделочных материалов, дверных и оконных блоков без применения вредных пластиков в интересах ЖКХ.
Основная номенклатура изделий из «Дестама»:
• оконных блоков высокого качества различной конфигурации, застекленных стеклопакетами нового поколения с вакуумной теплоизоляцией;
• дверных блоков высокого качества различной конфигурации и назначения;
• евровагонки марки «Орех»;
• штучного паркета четырех цветов различного размера и форм (в том числе и художественного), а также, при необходимости, производство щитового паркета;
• массивной половой доски марки «Дуб»;
Таблица 1 - Области применения изделий из «Дестама»
Отрасль промышленности Изделия Планируемый выпуск, тыс. м3
Деревопереработка мебель, паркет, паркетная доска, декор 62
Строительство двери, окна, балки, погонаж 110
Судо- и вагоностроение отделочные панели, сидения 14
Угольная промышленность элементы крепежа шахт (анкера, верхняки) 55
Музыкальная промышленность деки, мудштуки 8
Спортинвентарь кии, биты, оружейные ложи, кегли, клюшки 15
Тарное производство бочки, ящики, купели 35
Металлургия модели литья 43
Сельхозмашиностроение подшипники скольжения, втулки, вкладыши 12
ИТОГО 354
Дополнительной продукцией предприятия будут являться изделия из
отходов производства основной продукции:
• изделий ширпотреба (рукояток ножей, вилок, мундштуков, музыкальных инструментов);
• формы для обувной промышленности;
• сувениры, бижутерия, музыкальные инструменты
• специальные изделия (приклады для оружия и т. д.)
Существо технологий реализуемых в данном проекте, заключается в пропитке с торца под давлением оцилиндрованной заготовки свежесрубленной древесины мягких лиственных пород в растворе карбамида (мочевины), вымачивании и последующей сушке под
механическим давлением 0,6 - 1,2 МПа в стандартных сушильных камерах, оборудованных гидроцилиндрами.
Исходным сырьем служит древесина ольхи, березы, осины, тополя.
Получаемый материал: модифицированная древесина, имеет цвет от светло до темно-коричневого, напоминая текстурой грецкий орех.
Отличительная особенность данного способа модифицирования древесины - его малоотходность. В качестве исходных заготовок используется окоренная часть дерева, конечная продукция после пластификации карбамидом и сушки под давлением имеет вид брусков прямоугольного сечения или профиля будущего изделия, например, плинтуса, мебельной заготовки и т.д.
Впервые удалось получить модифицированную древесину по себестоимости дешевле древесины твердых лиственных пород.
Модифицированная древесина выпускается по цене 18-22тыс.руб. за 1м3, т.е. в среднем на 10 тыс.руб. дешевле древесины твердых лиственных пород. Экономический эффект по уже апробированным позициям составит 700 млн.руб. в год.
Кроме того, внедрение новой технологии модификации позволит вдвое сократить импорт древесины ценных пород (бакаут, черное дерево и др.), составляющей в настоящее время 100 тыс.мз и приобретаемой по цене 800-1000 ШБ.
Сравнительные физико-механические свойства «Дестама», а также физико-механические свойства его аналогов представлены в таблице 2.
Технология получения «Дестама» защищена патентом РФ №2238844.
Таблица 2 - Физико-механические свойства древесины твердых пород
Порода Плотность Предел прочности, МПа Твердость торц. Модуль упругости
Сжатие вдоль волокон стат. изгиб в радиальном направлении при растяжении вдоль волокон
Красное дерево 822 73,5 186,8 97,2 16,7
Черное дерево 970 85,2 147,1 110,0 17,1
Дуб европейский (каштанолистный) 871 61,0 163,6 107,2 16,1
Железное дерево 822 58,9 109,8 83,3 10,4
Самшит 960 83,6 117,2 215,3 -
Береза железная (Шмидта) 970 85,2 125,1 110,0 17,1
Бакаут 1350 106,9 210,1 166,0 22,7
Дестам березы 800 110 170 95 20
1000 130 220 102 29,6
1200 160 270 160 37,0
Дестам осины 800 100 160 90 24,9
1000 120 200 98 34,1
1200 150 250 150 42,6
Дестам 800 100 140 90 18,2
сосны 1000 120 190 100 23,5
1200 150 240 160 30,1
Промышленная технология производства «Дестама»
В настоящее время по-прежнему в больших объемах используется древесина твердых лиственных пород, обладающая высокими прочностными и декоративными свойствами. Следует отметить, что с каждым годом более чувствительно выявляется дефицит древесины этих пород, полноценным заменителем которых является модифицированная древесина, не уступающая по физико-механическим и декоративным показателям древесине твердых лиственных пород. Поэтому остро стоит вопрос тиражирования промышленной технологии производства прессованной древесины.
Разработка и внедрение промышленной технологии и комплекта оборудования для производства прессованной древесины марки «Дестам» ведется ООО «Модификация» совместно с учеными Воронежской лесотехнической академии.
Производство прессованной древесины состоит из следующих этапов:
1. Подготовка древесного сырья.
2. Пропитывание карбамидом.
3. Сортировка заготовок по диаметрам.
4. Разрезание заготовок диаметром 150, 180, 219 мм на
полуцилиндры.
5. Сушка и прессование заготовок.
6. Строгание.
7. Калибровка.
8. Обработка торцов технической олифой.
Технологический процесс производства прессованной древесины заключается в следующем. Привезенные свежесрубленные балласты складываются на площадке. Кругляк сортируют на 4 группы по диаметрам и оцилиндровывают на оцилиндровочном станке С Д-2.
После оцилиндровки получают цилиндры 4-х диаметров (120, 150, 180, 210) которые тельфером подаются на пропиточную установку, где они пропитываются с торца под давлением 0,9 МПа, в течение 40 мин. 30%-ным раствором карбамида с добавками стабилизатора размеров древесины.
После этого цилиндры диаметром 150, 180, 210мм перемещаются к ленточнопильному станку, где раскраиваются на два равных полуцилиндра (в случае горизонтального размещения плоскости распила цилиндры получаем после сушки и прессования две доски толщиной равной радиусу и шириной равной двум радиусам цилиндра) и укладываются в пресс-формы. Собранные пресс-формы тельфером устанавливаются в контейнер,
установленный на тележке. Тележка с помощью лебедки по рельсам закатывается в сушильно-прессовую установку УПС-7. С помощью прессового устройства контейнер снимается с тележки и устанавливается на фундаментное основание. Тележка выкатывается, дверь камеры закрывается.
Включается вентилятор и нагреватели, установленные в торцовой стенке установки. Температура сушки составляет 1200С, контролируется с помощью термопар, установленных в боковых стенках установки, и показания которых выведены на пульт управления. После операции прогрева древесины, составляющей 8 часов, к цилиндрам прикладывается давление 0.6-1,2 МПа. В воздуховодах установлен холодильник для сбора выделяющейся влаги.
После операции сушки и прессования открываются двери, закатывается тележка, контейнер ставится на нее и с помощью лебедки выкатывается. Контейнер разбирается.
Полученный брус с размерами 60х120х2300 мм (при исходном диаметре 120 мм) подается на 4-х сторонний фрезерный станок С26-2, где обрабатывается до размеров сечения 50х110 мм.
Далее брус поступает на операцию калибровки на концеравнитель нестандартного исполнения, где торцуется на длину 2200 мм и поступает на склад готовой продукции с укладкой в штабель. Торцы штабеля покрываются слоем олифы для консервации.
На рисунке 1 представлена структурная схема технологического процесса промышленного производства продукта марки «Дестам».
Основной режим работы цеха производства бруса из «Дестама» односменный с пятидневной рабочей неделей, продолжительностью смены 8 часов. Годовой эффективный фонд работы оборудования - 1920 часов (240 дней). В три смены работает сушильно-прессовая камера и в две смены пропиточная установка. Годовой фонд времени работы камеры и
пропиточная установки - 333 дня (7992 час.). 32 дня (766 час.) отводится на профилактический осмотр, ремонт сушилки и праздничные дни. Эффективный годовой фонд времени рабочих - 1920 часов.
Складирование и сортировка древесного сырья
Переработка
отходов
Приготовление раствора карбомида
Переработка
отходов
Оцилиндровка
1
Проп раствором итка
карбомида
1
Сортировка по диаметрам
г
Сушка и прессование
г
Четырехстороннее фрезерование
Г
Калибровка
г
Штабелирование
Г
Обработка технической олифой
’ г
Складирование, упаковка маркировка ГП
Приготовление красителя и стабилизатора
Разрезание заготовок на полуцилиндры
Изготовление Изготовление дверей,
потшипников окон, вагонки, паркета
скольжения - V Т‘ П.
Рисунок 1 - Схема производства изделий из «Дестма» Шр ://е| kubagro .ги/2012/04/рё!714.pdf
Сырьем для изготовления бруса из «Дестама» являются круглые лесоматериалы древесины ольхи, осины, березы, тополя диаметром 13 -28см без гнили, длиной 2,3м.
Процесс производства «Дестама» и сам продукт являются экологически чистыми, поэтому затраты на сохранение окружающей среды предусматриваются в размере 1% от себестоимости. Образующиеся отходы в виде коры, стружки, опилок и кусковых отходов на первом этапе предполагается утилизировать в котельной.
Для организации производства необходимо приобретение стандартного деревообрабатывающего и сушильного оборудования в количестве 9 единиц и изготовление нестандартного оборудования в количестве 14 единиц. Состав оборудования приведен в таблице 3 и 4.
Стандартное оборудование приобретается на указанных в таблице заводах деревообрабатывающего оборудования, нестандартное -изготавливается по имеющимся чертежам фирмой изготовителем оборудования - ООО «Олми».
Таблица 3 - Состав оборудования для производства «Дестама»
нестандартное
№ Оборудование Цена за единицу Сумма все количество
Кол-во Цена Кол-во цена
1 Загрузочное устройство 1 127739 5 638 699
2 Устройство для выгрузки 1 127739 5 638 699
3 Пропиточная установка 1 835 000 3 2 505 000
4 Кран-укосина 1 71257 5 356 287
5 Смеситель 1 31683 5 158 416
6 Емкость для раствора 1 85357 5 426 786
7 Г азогенератор 1 426 786 1 426 786
8 Г идростанция 1 470 000 5 2 350 000
9 Электрооборудование 1 450864 5 225 320
10 Сушильная камера 1 1 450 000 5 7 250 000
11 Контейнер 1 43384 10 433849
12 Тележка 1 20355 5 101 778
13 Комплект пресс-форм 1 260 000 20 5 200 000
14 Оцилиндровочный станок 1 250 322 5 1 251 610
Итого: по нестандартному оборудованию 21 963 230
Таблица 4 - Состав оборудования для производства «Дестама»
стандартное
№ Наименование оборудования марка Кол- во Наименование операции Завод- изготовитель Стоимость руб.
15 Насос 3Х-9Д 10 Перекачка раствора Курганский з-д “Химмаш” 160 000
16 Смеситель СС-18 5 Приготовление раствора Курганский з-д “Химмаш” 57 500
17 Кран-балка(5т) ТЭЗ- 631 1 Транспортировка контейнеров и прессформ Учреждение УЛ314/13 г.Коммунарск Украина 405 500
18 Транспортер цепной ПРД3 -6-4-4 5 Транспортировка чураков досок и бруса З-д “Северный коммунар” г. Архангельск 57 000
19 Четырехсторонн ий строгальный станок 4СД- 25 2 Фрезерование бруса Боровичский з-д д/о станков 1 455 500
20 Концеравнитель Ц2К1- 2Ф 2 Обрезка торцов МЗДС г. Москва 530 000
21 Скребковый транспортер ТОП 16/5 5 Подача карбамида в смеситель Кувшинский з-д д/о станков 134 500
22 Электрокара ЭК-2 2 Транспортировка штабеля В розничной торговле 506 500
23 Котел газогенераторный Булле рьян 1 Нагрев камеры В розничной торговле 357 000
Итого по стандартному оборудованию 3 663,000
Итого по всему оборудованию 25 626 230
Установленная мощность токоприемников цеха -250 кВт. Годовое потребление электроэнергии 955 тыс. кВт/ч.
Выводы:
1. Разработанная и запатентованная технология получения модифицированной древесины позволяет получить древесину, превосходящую по свойствам ценную древесину твердых пород, но имеющую более низкую стоимость.
2. Себестоимость 1м «Дестама» составляет 8-10 тыс.руб. при отпускной цене 18-22 тыс.руб./м3, т.е. производство такого материала является высокорентабельным.
3. Экономический эффект от внедрения изделий из «Дестама», таких как паркет, евровагонка, стеклопакеты, двери при производстве
бруса и доски составит порядка 2 млрд. руб. и резко сократит импорт древесины из-за рубежа.
4. Социальный эффект от реализации данной технологии заключается в том, что российские дубовые и буковые леса сохранятся нашим потомкам.
Список литературы
1. Пат. 2058889 РФ. МПК В27 М1/02. Устройство для прессования древесины. Винник Н.И., Винник В.М., Шамаев В.А., Цыхманов М.В. - № 5020842/15; заявл. 03.01.1992, опубл. 27.04.1996.
2. Шамаев В.А. Современное состояние и пути развития модифицированной древесины // Матер. межд. науч.-практ. конф. «Современные проблемы механической технологии древесины». С.Петербург, 2010. С.11-17.
3. Шамаев В.А. Модифицирование древесины для деревянного домостроения // Тр. V межд. евразийского симп. «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века». Екатеринбург, 2010. С. 167-171.
4. Шамаев В.А. Модифицированная древесина нового поколения для деталей трения // III Межд. науч.-практ. конф. «Полимерные композиты». Гомель, 2011. С.106-109.
5. Пат. 2346809 РФ. МПК В27 К3/02. Способ получения модифицированной
древесины. Шамаев В.А., Медведев И.Н., Анучин А.И., Златоустовская В.В. - № 2007112593/04; заявл. 04.04.2007, опубл. 10.10.2008. Бюл. - №1.
6. Пат. 2391202 РФ. МПК В27 К3/08. Способ получения модифицированной
древесины. Шамаев В. А., Медведев И.Н., Рахманов В.Г., Долгих Е.А., Попова Л.Ф. - № 2009108587/04; заявл. 26.03.1997, опубл. 10.06.2010. Бюл. - №6.
7. Пат. 2401195 РФ. МПК В27 К3/50. Способ получения модифицированной
древесины. Шамаев В.А., Бурындин В.Г., Трубников Н.А. - № 2008139647/05; заявл.
27.03.1999, опубл. 10.10.2010. Бюл. - №28.
