CC BY
38
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ
ДРЕВЕСИНЫ ЖИДКОСТЬЮ
В.А. ШАМАЕВ, проф. каф. древесиноведения ВГЛТА, д-р техн. наук,
Н.В. ГУБАНОВА, асп. каф. древесиноведения ВГЛТА
В настоящее время в области использования древесины на первый план выдвигаются задачи получения материалов из древесины с заданными свойствами, поскольку древесина является единственным природным возобновляемым материалом. Модифицированная древесина является полноценным заменителем древесины твердых лиственных и экзотических пород, пластмасс, черных и цветных металлов при изготовлении подшипников скольжения. Получение материалов для подшипников скольжения состоит из ряда последовательных стадий, важнейшей из которых является пропитка древесины мягких лиственных и хвойных пород антифрикционными составами.
Целью данной работы явилось изучение механизма проникновения жидкости в древесину и установление влияния основных параметров процесса пропитки (температура, давление) на эффективность пропитки.
Рис. 1. Изменение концентрации пропитывающей жидкости вдоль модельного фрагмента сосны с течением времени
Рис. 3. Изменение концентрации пропитывающей жидкости вдоль модельного фрагмента дуба с течением времени
В работе использована общепринятая стратегия теоретического исследования, которая состоит из следующих этапов:
- проверка работоспособности модели;
- изучение стадий и механизма пропитки древесины хвойных и лиственных пород;
- изучение влияния каждого из параметров на эффективность пропитки (при фиксированных значениях остальных параметров);
- оптимизация параметров процесса пропитки и пропитывающей жидкости.
Для проверки работоспособности модели пропитки древесины были проведены компьютерные эксперименты с моделью, в процессе которых жидкость двигалась по сосудам древесины, перетекая из сосуда в сосуд по порам. Таким образом, происходящие в модели процессы хорошо согласуются с представлениями о механизме пропитки древесины.
Рис. 2. Изменение давления пропитывающей жидкости вдоль модельного фрагмента сосны с течением времени
Рис. 4. Изменение давления пропитывающей жидкости вдоль модельного фрагмента дуба с течением времени
88
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА
Так как фрагмент древесины в модели имеет незначительную протяженность вдоль направления пропитки (порядка 100 мкм), модель наиболее точно позволяет исследовать начальные стадии пропитки.
Анализируя заполнение жидкостью фрагмента структуры сосны с течением времени, можно убедиться, что с увеличением диаметра сосуда dc жидкость движется быстрее, при этом зависимость приблизительно следующая
Vж +PV^
где гЖ - скорость движения жидкости;
v0 - скорость движения жидкости в самом малом сосуде;
в - коэффициент пропорциональности.
Объем жидкости, переходящей в соседние сосуды, составляет приблизительно 15 % от жидкости, движущейся вдоль сосуда.
Несмотря на то, что положение фронта жидкости зависит от диаметра сосуда, масса жидкости, находящейся в сосудах, практически не зависит от диаметра (за исключением очень малых диаметров сосудов поздней зоны). По-видимому, чем меньше диаметр сосуда, тем больше давление в нем, и жидкость находится в более сплошном состоянии.
Анализ профилей концентрации жидкости вдоль направления пропитки (рис. 1) показывает, что даже несмотря на то, что постепенно фрагмент древесины заполняется жидкостью, массовая концентрация уменьшается в направлении пропитки по приблизительно линейному закону.
При движении жидкости, вблизи фронта жидкости, существуют несколько характерных давлений (рис. 2). Первое характерное давление Рх (самое малое) заставляет жидкость двигаться свободно вдоль сосуда.
Рис. 5. Изменение скорости пропитки модельного фрагмента дуба в зависимости от температуры
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013
89
