CC BY
153
УДК 674.812.2 В.А. Шамаев
Шамаев Владимир Александрович родился в 1950 г., окончил в 1972 г. Воронежский государственные университет, доктор технических наук, профессор кафедры древесиноведения Воронежской государственной лесотехнической академии. Имеет более 160 печатных трудов в области древесиноведения и модифицирования древесины.
ПРОБЛЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Приведен анализ состояния вопроса химико-механической модификации древесины по технологии, предложенной Воронежской государственной лесотехнической академией.
Ключевые слова: древесины, мягкие породы, модифицирование, пропитка, прессование, технология, оборудования.
Модификация - внесение прогрессивных изменений, преобразование производства, техники, создание улучшенного варианта, новой методики.
Модифицированной называют такую древесину, которая обладает повышенными физико-механическими свойствами по сравнению с необработанной древесиной за счет воздействия на нее в процессе обработки температуры, давления и химических веществ.
Цель статьи - изучить возможность выпуска модифицированной древесины за счет улучшения качества исходного сырья, совершенствования технологии и др.
1. Перспективы выпуска модифицированной древесины.
Начало нынешнего столетия характеризуется оживлением спроса на изделия из модифицированной древесины. Если до 2000 г. производство модифицированной древесины не превышало 1 тыс. м3 в год (200 м3 - Россия, 200 м3 - Словакия, 300 м3 - Западная Европа, 250 м3 - США и Япония), то в настоящее время эта цифра приближается к 3 тыс. м3. По производству модифицированной древесины Россия вышла на уровень 1500 м3, став самым крупным производителем. Древесину термомеханического модифицирования выпускает Костеревский комбинат пластмассовых изделий Владимирской области (200 м3 в год), древесину химико-механического модифицирования марки Дестам - Воронежское ООО ОЛМИ (1300 м3 в год). Преимущества модифицированной древесины, разработанной в Воронежской лесотехнической академии и освоенной фирмой ОЛМИ:
высокое качество и стабильные физико-механические характеристики выпускаемого бруса и досок;
огне- и биостойкость модифицированной древесины;
возможность варьирования физико-механических и декоративных характеристик выпускаемого бруса в зависимости от требований покупателя; взаимозаменяемость исходного сырья; экологическая чистота производства и продукции; более низкая себестоимость по сравнению с аналогами; возможность получать за 1 цикл большие объемы заготовок (15,0 м3 против 1,5 м3 и менее по другим известным технологиям); низкий процент отходов.
Несомненным достижением в модифицировании древесины следует признать разработку технологии получения шпал, когда из сырой оцилинд-рованной заготовки древесины мягких лиственных пород диаметром 25 см за сутки получают готовую шпалу плотностью 800 кг/м3 в установке, где совмещены операции сушки, пропитки антисептиком и прессования. Себестоимость этой шпалы такая же, как у сосновой [2].
В настоящее время объемы производства модифицированной древесины в России малы по сравнению с объемами переработки древесины твердых лиственных (8,5 млн м3) и импортных (300 тыс. м3) пород. Это обстоятельство вызвано рядом нерешенных проблем как в технологии модифицирования, так и в свойствах получаемой модифицированной древесины.
В настоящей работе предпринята попытка сформулировать эти проблемы и наметить возможные пути их разрешения.
2. Качество исходного сырья.
В качестве исходного сырья применяют здоровую стволовую часть древесины мягких лиственных пород диаметром 12 ... 25 см, более крупные сортименты не используют, так как они имеют поражения гнилью в центральной части ствола. Так, при заготовке древесины диаметром до 25 см отбраковка по гнили составляет 20 %, диаметром 26 ... 50 см - уже 80 %. Поэтому для увеличения объемов вовлекаемой в переработку древесины необходимо при пропитке вводить в центральную зону ствола упрочняющие составы, например карбамидоформальдегидные смолы, позволяющие повысить прочность фаутной древесины до прочности здоровой. Известно, что древесина мягких лиственных пород, содержащая большое количество сучков, непригодна для использования в качестве конструкционного материала. Поэтому увеличение в 2-3 раза в результате модифицирования прочности самой древесины почти не увеличивает прочность на изгиб бруса длиной 4 м и более. Отсюда следует вывод, что для увеличения однородности бруса по прочности необходимо до стадии прессования вводить в сучки круглых оцилиндрованных пропитанных заготовок сшивающие составы, например поливиниацетатную дисперсию.
Такое решение позволит увеличить долю древесины, пригодной для модифицирования, с 30 до 80 % от объема заготавливаемой деловой древесины мягких лиственных пород (осина, ольха, тополь, береза и др.). На наш взгляд, стабильные сырьевые запасы древесины для модифицирования должны создаваться в плантационных хозяйствах, выращивающих за 10 лет
культуры тополей с диаметром ствола 30 см при ежегодной вырубке 10 ... 15 тыс. м3 тонкой древесины [4].
3. Совершенствование технологии.
Как известно, технология получения модифицированной древесины складывается из ряда последовательных операций (см. таблицу).
Как видно из таблицы, лимитирующей стадией является сушка пропитанной древесины. Совершенствование технологии будет заключаться либо в увеличении полезного объема сушильной камеры с 30 до 120 м3 (предельный объем сушилки модульного типа), либо в сокращении продолжительности сушки с 72 до 48 ч (теоретически минимальное время сушки -36 ч) за счет использования вакуумно-импульсного способа с энергией СВЧ либо за счет того и другого.
Состав технологического процесса
Этап Продолжительность этапа, ч, для выпуска 1 м3 продукции
Оцилиндровка круглого леса 0,50
Пропитка водным раствором карбамида 0,50
Сортировка и разрезание на полуцилиндры 0,15
Сушка и прессование заготовок 48,00
Строгание и калибровка 0,60
Калибровка 1,00
Обработка технической олифой 0,10
Маркировка и упаковка 0,50
4. Качество получаемой древесины.
Вопросы качества нового материала, т.е. совокупность его физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств остается широким полем деятельности для ученых и технологов. Какие свойства модифицированной древесины еще требуют улучшения?
Декоративные свойства модифицированной древесины пока остаются на низком уровне: узкая цветовая гамма (от светло- до темно-коричневого), невыразительная текстура. Можно задавать практически любой цвет древесины при наличии операции сквозной пропитки с торца под давлением и большого выбора красителей и отбеливателей. Сложнее обстоит дело с текстурой. Для имитации таких пород, как палисандр, карельская береза и др., необходимо селективное воздействие на отдельные компоненты древесинного вещества (лигнин, целлюлоза и т.д.) и отдельные структурные элементы (сердцевинные лучи, межклеточное вещество, сосуды, волокна, либриформ). Достичь направленного изменения текстуры можно как сочетанием химической обработки с введением избирательных красителей с разной величиной молекул сорбента и растворителя, так и при использовании неравномерного прессования древесины.
Не решенными остаются вопросы применения модифицированной древесины как материала для подшипников. Низкая теплопроводность древесины позволяет применять ее только в тихоходных машинах и механизмах. Однако некоторые сообщения [1] о пропитке древесины теплопроводными жидкостями указывают, что теплопроводность может быть повышена в 20 -30 раз и немного уступать теплопроводности металлов.
На уровне экспериментальных образцов решены вопросы увеличения прочности древесины до прочности стали [3]. Пластификация древесины аммиаком и последующее трехстороннее прессование в трех направлениях анизотропии до плотности древесинного вещества позволили получить материал с пределом прочности при сжатии до 220 МПа и статистической твердостью 250 МПа. Вопрос теперь сводится к организации мелкосерийного производства такой древесины.
Не получили решения и вопросы изготовления штампованных деталей из древесины. Хотя способы перевода древесины в сверхпластичное состояние известны, например обработка антигидридом масляной кислоты [4], они не вышли за рамки научных исследований. В таком же состоянии находятся разработки по приданию древесине «памяти формы», получению древесины с плотность бальзы в центрифуге [5].
В заключение хочется отметить, что разработанная в последние годы теория получения древесины с заданным набором свойств [5] позволяет с уверенностью говорить о том, что проблемы модифицирования древесины будут решены в ближайшие 10-20 лет, а производство модифицированной древесины создаст серьезную конкуренцию древесине твердых лиственных пород, в значительной мере вытеснив импорт особо ценной древесины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. с. 1729745 СССР, МКИ В 27 К 3/05. Способ получения заготовок для втулок / Шамаев В.А., Бурлов С.А., Скульский В.С. // Бюл. изобретений. - 1992. -№ 16. - С. 166.
2. Пат 2185958 РФ, МКИ Е 01 В 3/05. Способ получения деревянной шпалы / Шамаев В.А., Томин А.А., Сидельников А.И. // Бюл. изобретений. - 2002. - № 21.- С. 199.
3. Скориданов Р.В. Древесина с прочностью стали / Р.В. Скориданов // Технология и оборудование деревообработки в XXI веке: межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГЛТА, 2003. - С. 105-107.
4. Шамаев В.А. Модификация древесины / В.А. Шамаев. - М.: Экология, 1990. - 126 с.
5. Шамаев В.А. Химико-механическое модифицирование древесины / В.А. Шамаев. - Воронеж: ВГЛТА, 2003. - 260 с.
Воронежская государственная лесотехническая академия
Поступила 26.12.03
V.A. Shamaev
Problems of Producing Modified Timber
Analysis of the problem of chemical-mechanical wood modification according to the technology suggested by Voronezh Forest-technical Academy is provided.
