CC BY
10УДК 674 + 67.017+ 691.11
Соколов И.В.
студент магистратуры Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург, Россия)
ТЕРМОДРЕВЕСИНА: ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ, СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОБРУСА В ДЕРЕВЯННОМ ДОМОСТРОЕНИИ
Аннотация: в статье рассматривается история появления термомодифицированной древесины (термодревесины, ТМД, термодерева), сфера её использования, применение термобруса в деревянном домостроении, породы термодерева, классификация термодревесины.
Ключевые слова: термомодифицированная древесина, термодерево, ТМД, термическая обработка древесины, термобревно, термобрус, классификация термодревесины.
Ещё с древних времен люди, чтобы улучшить свойства древесины, занимались её термообработкой: обжигали на кострах колья и наконечники стрел, вываривали деревянную посуду в растительном масле...
Первые исследования по термической обработке древесины на научной основе проводились в 30-е годы прошлого века в Германии, затем в 40-е годы -в США, в 70-е - во Франции. Результаты были получены феноменальные. Так родилась термодревесина. Однако крупные промышленники всех Западных стран, в течение 20 лет игнорировали результаты экспериментов. Видимо, в связи с тем, что в то время в промышленных масштабах успешно использовалось модифицирование древесины химическими реагентами, и это всех устраивало.
В 90-е годы в странах Евросоюза стало набирать силу экологическое движение, в связи с чем, применение не безопасных для здоровья человека и для
окружающей среды химических средств модифицирования древесины стало снижаться. В это время финскими институтами УТТ и YTI была разработана и запатентована технология под названием «Termowood».
Сегодня производство ТМД находит всё более широкое распространение и в Европе, и в Америке, и на территории нашей страны.
Термическое модифицирование древесины производится при высоких температурах (от 180 °С) в специальных камерах в бескислородной среде, без использования химических добавок. В качестве защитной среды, предотвращающей воспламенение древесины, в зависимости от технологии, применяется насыщенный водяной пар, инертные газы, вакуум (откачка воздуха), органические масла и т.д.
Возможность проведения термомодифицирования древесины без использования химических средств объясняется тем, что древесина - это продукт биологического происхождения, имеющий сложный анатомический и химический состав, и вещества, образующиеся при термическом разложении наименее термостойких составляющих, являются катализатором для термического разложения более термостойких веществ.
В результате термомодифицирования происходит изменение структурного и химического состава древесины:
- практически полностью испаряется смола и другие экстрактивные вещества;
- значительно уменьшается объем веществ - гемицеллюлоз и практически полностью - пентозанов, которые в древесной структуре являются и главным водопоглощающим элементом, и питательной средой для грибков и бактерий, при их удалении древесина получает совершенно уникальные качества;
- уменьшается объем аморфной части целлюлозы и повышается кристалличность целлюлозы. При этом древесина становится более химически стойкой, еще в большей степени теряет способность впитывать влагу и,
соответственно, меньше поддается деформации, у неё увеличивается твердость, но незначительно (за счет частичного разрушения длинных полимерных цепочек целлюлозы) уменьшается прочность на изгиб.
- увеличивается объем лигнина, так же повышающего твердость и влагоустойчивость древесины.
Образованием в результате химических реакций разложения древесины таких продуктов окисления, как хиноны, обусловлено изменение её цвета. Древесина приобретает, причем по всей глубине, благородный темный оттенок, и по своей структуре становится похожа на ценные экзотические породы.
Термообработка позволяет исправить все типичные для обычной древесины недостатки (в частности, склонность к набуханию, гниению, покрытию плесенью), и получить материал, который сочетает в себе высокие физико-механические свойства, схожие со свойствами древесины, модифицированной химическими средствами, и экологичность натуральной древесины. По сравнению с обычной древесиной, термодревесина приобретает ряд уникальных свойств: геометрическая стабильность, прочность и износостойкость, устойчивость к резким изменениям температуры и влажности, низкая объемная плотность и низкая теплопроводность, повышенная огнестойкость, декоративный внешний вид. Термодревесина не поражается плесенью и насекомыми, не гниёт (даже в воде), и гораздо (в 15-25 раз) долговечнее обычной древесины.
Области применения термодревесины
Благодаря очень красивому внешнему виду и уникальным свойствам термодревесины ее можно использовать во многих областях, например:
- отделка бань и саун (рисунок 1). Для этих помещений это, безусловно, самый лучший материал: термодревесина практически не впитывает влагу, не трескается и не коробится, не выделяет смолу. Она приятная на ощупь, не теряет
первоначальный внешний вид и в отличие от обычной древесины, за счет низкой теплопроводности, даже в очень горячей сауне, - не обжигает;
- отделка ванных комнат, бассейнов и зон отдыха вокруг них, мостов, причалов и других объектов, имеющих непосредственный контакт с водой, яхто-и кораблестроение (палубные настилы, внутренняя отделка и мебель);
- плитка из термодерева для ванных комнат и кухонь - прекрасная альтернатива холодному кафельному покрытию;
- изготовление из массива красивых, удобных в использовании и долговечных цельных раковин и ванн;
- изготовление веранд, открытых террас, беседок, ограждений, различных игровых площадок, садовой мебели и дорожек, элементов ландшафтного дизайна и т.п.;
- внешняя отделка фасадов, для наружной обшивки строений, сайдинг домов и построек. Облицовка термодревесиной прослужит долгие годы и сохранит первозданный вид. Такой фасад, к тому же, не требует специального дорогостоящего ухода;
- изготовление дверей, окон, подоконников, наличников, других конструкционных элементов, где важна стабильность геометрии изделия;
- внутренняя отделка и декорирование помещений, любые дизайнерские решения;
- изготовление лестниц, полов (паркет, паркетная доска, фриз, половая доска), в том числе разнотонных и теплых полов. И не зависимо от того, какая влажность будет в доме, какая температура, - лестницы и паркет из термодревесины никогда не рассохнутся и не будут скрипеть;
- изготовление мебели, комплектующих изделий, музыкальных инструментов, детских игрушек и т.д.;
- абсолютная гигиеничность и экологическая чистота термодревесины позволяет применять её даже в медицине, - из термообработанной берёзы, например, изготавливаются костные протезы.
Использование в строительстве термомодифицированного бревна или цельного бруса, - учитывая их долговечность и возможность их использования в любых климатических зонах, высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики, красивый внешний вид и идеальное качество поверхности, не требующее ни дополнительной отделки, ни химической защиты от плесени, гнили и поражения насекомыми, повышенную огнестойкость, а также экологическую безопасность, - это прорыв в деревянном домостроении.
Дом из термобруса (рисунок 2) прослужит несколько столетий, он не сгниет и не потеряет внешний вид. Теплопроводность термодревесины на 30% меньше, чем у обычной древесины, поэтому она лучше удерживает зимой тепло, а летом - прохладу.
Рис. 2. Дом из термобруса
Комплект дома из ТМД на 30% легче, чем из обычной древесины, что позволяет осуществлять сборку дома на легком фундаменте, снизить транспортные затраты, а также даёт возможность доставлять домокомплекты в труднодоступные районы - малой авиацией, вездеходами или гужевым транспортом.
Устойчивость к биологическому воздействию позволяет домокомплекты из термомодифицированной древесины перевозить морем без специальной упаковки.
Отсутствие усадки исключает необходимость выдержки, а также монтажа «плавающих» коробок под окна и двери, что сокращает срок строительства, от начала монтажа дома до его заселения - всего один-два месяца.
Дом из ТМД можно разобрать и перевезти на новое место.
Домокомплекты из термодревесины могут без потери качества храниться на складе в любом регионе сколь угодно долго, а при необходимости, например, в случае возникновения чрезвычайных ситуаций - доставляться на место строительства.
Породы термодревесины
Для термообработки могут использоваться любые - как мягкие, так и твердые и даже экзотические породы древесины.
Наибольшим спросом (88% потребления) пользуется древесина мягких пород древесины (ель, сосна), которые применяются во внешней среде (фасады, садовая мебель и т.п.).
Твердые породы древесины отличаются красивым внешним видом (цветом, структурой) и качеством поверхности, поэтому их чаще используют внутри помещений, - в качестве напольных покрытий, материалов для отделки стен, элементов декора.
На практике при выборе конкретной породы термодревесины нужно исходить из того, что термическая обработка усиливает механические свойства, которыми изначально обладает исходный древесный материал. Например, термоясень будет прочнее, тверже и стабильнее чем термососна, так как и натуральный ясень превосходит по этим показателям натуральную сосну.
Классификация термодревесины.
В зависимости от уровня температуры, применяемого в процессе термообработки, можно получить термодерево, обладающее разными свойствами.
Согласно финскому стандарту EN 113 (а финская технология Thermowood в настоящее время в мире является самой распространенной), при классификации термодревесины выделяют два класса термообработки:
Thermo S - обработки твердых пород древесины ведется при температуре 185 °С, мягких пород - при 190 °С. Литера S - от английского «stability» -«стабильность», т.е. основным свойством древесины этого класса термообработки является стабильность размеров при перепадах температуры и влажности окружающей среды. Древесина этого класса не отличается высокой устойчивостью против биологических разрушителей, но прочностные качества при этом остаются довольно высокими. Она рекомендуется для использования внутри помещений с влажностью не более 18%.
Thermo D - температура обработки твердых пород древесины - 200°С, мягких пород - 212 °С. Литера «D» - от английского «durability» - «прочность, длительность», т.е. ключевое свойство этой древесины - высокая биологическая стойкость и долговечность. Она используется для внешней отделки, изготовлкния садовой мебели и т.д.
Для обоих классов термообработки содержание влаги в конечном продукте стабилизируется на уровне около 4 процентов, а среднее значение тангенциального набухания и усадки для обработанной древесины для класса Thermo-S составляет 6.. .8%, для Thermo-D - 5... 6%.
При более высоких температурах по технологии Thermowood обработка древесины не производится, так как древесина при этом сильно темнеет, а также несколько снижается её прочность на изгиб.
По современным европейским стандартам (стандарт прочности древесных изделий EN 335-1-2006), в зависимости от технологии производства выделяют три класса термообработки:
Классы 1 и 2 условно соответствуют, соответственно, классам Thermo S и Thermo D.
Обработка при более высоких температурах - выделена в Класс 3. Это самые высококачественные пиломатериалы. Используются в жестких климатических условиях и агрессивных средах.
Единственный существенный недостаток термодревесины - её довольно высокая стоимость. Но её долговечность (в десятки раз долговечнее обычной древесины) высокие механические и эстетические свойства обеспечивают высокий интерес потребителя. Объёмы производства и продажи термодревесины постоянно растут.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Сафин Р.Г. Специальные главы технологии деревопереработки: учебное пособие / Зиатдинова Д.Ф., Тимербаев Н.Ф., Мусин Х.Г.; Р.Г. Сафин . М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань : Изд-во КНИТУ, 2016. - 460 с.
2. Квиеткова М., Гашпарик М., Гафф М., Мифтиева Е. Применение термомодифицированной древесины //Деревообрабатывающая промышленность. 1915. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://dop1952.ru/catalogue-statue_id-138.html/ (дата обращения: 08.05.23).
3. Славин Е. И. История появления термодревесины// ЛесоБиржа. 2021. [Электронный ресурс]. URL: https://lesobirzha.ru/articles/istoriya-poyavleniya-termodrevesiny.html (дата обращения:02.05.23)
4. Достоинства и недостатки термодревесины// ЛесПромИнформ 2014. №23 (101), [Электронный ресурс]. URL: ttps://lesprominform.ru/jarticles.html?id=3659/ (дата обращения: 10.05.23)
Sokolov I.V.
Master's degree student Ural State Forestry University (Yekaterinburg, Russia)
THERMAL WOOD: HISTORY OF APPEARANCE, SCOPE OF APPLICATION. USING A THERMAL CABLE IN WOODEN HOUSING CONSTRUCTION
Abstract: the article discusses the history of the appearance of thermomodified wood (thermowoods, TMD, thermowoods), the scope of its use, the use of thermowoods in wooden house construction, the species of thermowoods, the classification of thermowoods.
Keywords: thermomodified wood, thermodree, TMD, heat treatment of wood, thermobrew, thermobrew, classification of thermodrew.
