Глубокая пропитка древесины: Глубокая пропитка древесины – какую выбрать, виды

В рубрику «Пожарная безопасность» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Огнезащита древесины. Проблемы и перспективы

А.Б. Сивенков, Академия ГПС МЧС России
Н.Н. Крашенинникова, В.С. Кулаков, ООО «Ловин-огнезащита»

Несмотря на появление большого количества используемых в строительстве синтетических веществ, древесина по-прежнему остается одним из самых распространенных стройматериалов. Различные сорта древесины находят самое широкое применение при постройке жилых, сельскохозяйственных, складских, промышленных, общественных и других зданий. Поэтому вопрос защиты ее от огня не теряет своей актуальности.

Способы пропитки древесины антипиренами

Одним из самых распространенных способов защиты древесины от огня является пропитка ее антипиренами. Сегодня существует несколько методов такой пропитки, но широкое распространение получили только три из них: поверхностная пропитка, пропитка в автоклаве и пропитка в горячехолодных ваннах. Способ поверхностной пропитки является самым простым и дешевым. Поэтому он получил довольно широкое распространение. К сожалению, надежную огнезащиту получить таким способом очень сложно. Прежде всего потому, что при поверхностной пропитке раствор антипирена проникает в древесину недостаточно глубоко. Обеспечить более эффективную огнезащиту древесины можно только с помощью методов глубокой пропитки в автоклаве или в горячехолодных ваннах. Причем при правильно подобранном составе антипиренов и режимах пропитки древесину можно перевести из группы сильногорючих в группу трудногорючих материалов. Остановимся на этих методах подробнее.

Методы глубокой пропитки древесины

Способы глубокой пропитки древесины известны давно. Так, метод горячехолодных ванн был запатентован еще в 1867 г. , а пропитка в цилиндрах под давлением (автоклавы) в 1898 г. В России массовое строительство заводов и установок для глубокой пропитки древесины пришлось на 30-40 гг. XX века [2].

В настоящее время у нас в стране эта отрасль промышленности испытывает ряд трудностей. Часть заводов и установок для глубокой пропитки древесины пришли в частичную негодность из-за износа оборудования или перепрофилирования, другие остались в новообразованных странах. С другой стороны, доступная отечественным производителям информация об эффективности различных антипиренов и оптимальных режимах пропитки очень ограничена. Сегодня, в условиях роста цен на основные энергоносители, предприятия начинают уделять больше внимания тем производственным процессам, которые не требуют значительных энергозатрат. Осуществляя глубокую пропитку древесины, технологи стремятся максимально уменьшить температуру, давление и время процесса обработки. К сожалению, эта экономия часто приводит к снижению огнезащитных свойств материала.

Поэтому одной из самых важных задач, стоящих перед научными коллективами, работающими над проблемой защиты древесины от огня, является подбор таких режимов глубокой пропитки при которых: а) гарантировались заданные огнезащитные свойства материала; б) максимально экономилась энергия, необходимая для реализации процесса.

Метод пропитки древесины под давлением в закрытых цилиндрах (автоклавах)

На сегодняшний день методы пропитки древесины под давлением в закрытых цилиндрах являются самыми эффективными способами пропитать дерево антипи-ренами. Этот способ позволяет добиться глубокого и равномерного проникновения антипирена в структуру дерева, что обеспечивает наиболее эффективную защиту древесины.

С целью выбора оптимального режима глубокой пропитки древесины огнебиоза-щитным составом КСД-А (марка 1) были исследованы зависимости скорости пропитки и количества сухих солей в древесине от давления в автоклаве, температуры раствора и времени выдержки древесины под давлением.

В результате исследований установлено, что повышение температуры состава до 60°С и увеличение давления свыше 8 атмосфер практически не улучшают условий пропитки. Наиболее экономичным является режим пропитки, проходящий при комнатной температуре и давлении 7-8 атмосфер без предварительного вакуумирования древесины. При повышении температуры раствора привес сухих солей антипирена в древесине увеличивается. Так, при температуре раствора 20°С, давлении в автоклаве 8 атмосфер и времени пропитки 1,5 часа привес солей антипирена составляет 50 кг/м3, а при увеличении температуры раствора до 60°С возможно незначительное увеличение привеса сухих солей до 57 кг/м3. После 4-6 часов пропитки в автоклаве наблюдается увеличение сухого привеса антипирена с 73 до 92 кг/м3.

Исследование состава, остающегося в автоклаве после окончания процесса пропитки древесины, показали, что его свойства (физические, химические, огнезащитные) не претерпевают каких-либо изменений. Состав КСД-А (марка 1) можно использовать для пропитки многократно, до полного израсходования. При необходимости в уже использованное вещество можно добавлять свежий состав.

Результаты исследования зависимости потери массы от содержания сухих солей антипиренов в обработанной древесине показали, что 1-я группа огнезащитной эффективности (потеря массы менее 9%) по ГОСТ 16363-98 [3] может быть получена уже при содержании сухих солей 20 кг/м3. При содержании сухих солей 40 кг/м3 обеспечивается получение устойчивой 1-й группы огнезащитной эффективности (потеря массы менее 7%). При дальнейшем увеличении содержания сухих солей потеря массы снижается не значительно. Так, при привесе сухих солей от 60 до 100 кг/м3 потеря массы изменяется от 5,5 до 4,0% соответственно.

Исследования горючести древесины по ГОСТ 12.1.044-89 [4] п. 4.3. показали, что древесина становится трудногорючим материалом, когда содержание сухих солей антипиренов превышает 40 кг/м3. Учитывая характер зависимости горючести от содержания сухих солей, обеспечение гарантированных результатов следует ожидать при привесе сухих солей от 50 кг/м3 и выше. Необходимое содержание сухих солей антипиренов (50 кг/м3) обеспечивается глубокой пропиткой древесины в автоклаве при давлении 8 атмосфер и температуре 20°С за 1,5-2 часа.

Кроме того, установленный привес сухих солей антипиренов позволяет перевести древесину из группы материалов Г4 (сильногорючие) в группу материалов Г1 (слабогорючие) при испытаниях по ГОСТ 30244-94 [5], что является серьезным аргументом в пользу применения методов глубокой пропитки древесины. Поверхностной пропиткой древесины антипире-нами данный результат практически недостижим. На рис. 1 и 2 представлены образцы древесины сосны с глубокой пропиткой составом КСД-А (марка 1) с привесом сухих солей 50 кг/м3 до и после испытаний по ГОСТ 30244-94.

Используя данный состав при глубокой пропитке древесины, можно получить группы материалов РП1 (нераспространяющие пламя по поверхности) по ГОСТ Р 51032-97 [6] и группы материалов В1 (трудновоспламеняемые) по ГОСТ 30402-96 [7]. На рис. 3 представлен образец древесины с глубокой пропиткой составом КСД-А (марка 1) после испытаний по ГОСТ Р 51032-97. На 30% поверхности образца наблюдается обугливание от действия радиационной панели, однако распространение пламени по поверхности древесины при испытаниях отсутствует. На рис. 4 для сравнительного анализа степени повреждения образцов древесины представлены (слева направо): исходный образец древесины до испытания, исходный образец древесины после испытания, образец древесины с глубокой пропиткой составом КСД-А (марка 1) с привесом сухих солей 50 кг/м3 после испытаний по ГОСТ 30244-94 и образец древесины с глубокой пропиткой после испытаний по ГОСТ Р 51032-97.

На рис. 5 и 6 представлены образцы древесины с глубокой пропиткой в автоклаве до и после испытаний по ГОСТ 30402-96. Данный образец не воспламенился в течение 15 минут при воздействии внешнего радиационного теплового потока 35 кВт/м2.

Метод пропитки древесины в горячехолодных ваннах

Метод пропитки в горячехолодных ваннах заключается в следующем. Сначала древесину помещают в ванну с горячим раствором антипирена и выдерживают на протяжении нескольких часов. Древесина нагревается, становится гигроскопичной и пропитывается раствором антипирена. Затем ее перекладывают в ванну с холодным антипиреном.

В настоящее время способ горячехолодных ванн получил широкое промышленное применение в качестве основного способа пропитки строительных деталей на ряде крупных деревообрабатывающих комбинатов. Данный способ оказался весьма рациональным при различных мощностях пропиточной установки (от 5 до 30 тыс. м3 древесины в год) и в тех случаях, когда требуется хорошо пропитать различные количества древесины на местах строительства, не перевозя ее для пропитки на деревопропиточные заводы. При пропитке древесины методом горячехолодных ванн защищаемый материал приобретает свойства трудногорючего при привесе сухих солей не менее 55 кг/м3. Однако устойчивый результат можно ожидать только при привесе сухих солей 70 кг/м3. В результате испытаний выяснилось, что 2-я группа огнезащитной эффективности достигается при содержании сухих солей не менее 12 кг/м3. Данный сухой привес обеспечивает древесине свойства трудновоспламеняемо-го материала. При увеличении содержания солей до 30 кг/м3 обеспечивается 1-я группа огнезащитной эффективности, однако материал по-прежнему остается в группе трудновоспламеняемых. При повышении привеса сухих солей антипирена более 40 кг/м3 результат практически не улучшается, и только после того, как содержание сухих солей достигает 55-60 кг/м3, древесину можно считать трудногорючим материалом. Причем уличение привеса сухих солей антипирена достигается только при повышении температуры раствора в горячей ванне. Например, при повышении температуры раствора с 50 до 80°С значение привеса сухих солей увеличивается с 12 до 60 кг/м3. Время пропитки на содержание в древесине антипирена существенно не влияет.

Выбор метода пропитки

Метод горячехолодных ванн, по сравнению с методом глубокой пропитки в автоклаве, представляется более трудоемким. Во-первых, потому, что общее время пропитки для достижения трудногорючести древесины методом горячехолодных ванн составляет 24 часа, а для того чтобы получить аналогичный результат методом автоклавной пропитки достаточно 1-1,5 часов. Во-вторых, при пропитке методом горячехолодных ванн необходимо на протяжении 8 часов поддерживать температуру раствора равной 80°С. Часто это бывает сопряжено с определенными трудностями. Пропитывать древесину в горячехолодных ваннах целесообразно только тогда, когда автоклавы не доступны или находятся очень далеко, и расходы, связанные с транспортировкой материала к месту пропитки, могут перекрыть издержки этого метода.

Заключение

Результаты проведенного исследования показали, что для того чтобы легкогорючая древесина стала трудногорючим материалом или материалом групп Г1, В1 и РП1, привес сухих солей антипиренов в ней должен составлять не менее 50 кг/м3. Легче всего этого можно добиться пропитывая древесину в автоклаве составом КСД-А (марка 1). Пропитка должна длиться от 1,5 до 2 часов и проходить при давлении в 8 атмосфер и температуре +200 °С. Предварительно вакуумировать древесину не надо.

ЛИТЕРАТУРА

1. Павлов А. Об экспорте продукции лесопромышленного комплекса России // Журнал для работников лесопромышленного комплекса «Форест-лайф», № 2, декабрь, 2001 г. — 2-4 с.
2. Лекторский Д.Н. Защитная обработка древесины. — М. — Л.: Гослесбумиздат, 1961 г. — 216 с.
3. ГОСТ 16363-98 Средства огнезащитные для древесины. Метод определения огнезащитных свойств.
4. ГОСТ 12.1044-89 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
5. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытания на горючесть.
6. ГОСТ Р 51032-97 Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени.
7. ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Методы испытания на воспламеняемость.

Опубликовано: Журнал «Противопожарные и аварийно-спасательные средства» #2, 2004
Посещений: 8535

В рубрику «Пожарная безопасность» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Пропитки под вакуумом | WTMVAGLIO

Этот тип пропиток ( APV модель ) используется для обработки древесины класса использования 4 (согласно UNI EN 335-1), то есть древесина, обработанная этими системами, может постоянно контактировать с почва и пресная вода.

ТЕХНОЛОГИЯ WTM VAGLIO: ВАКУУМ И ДАВЛЕНИЕ

Структура древесины похожа на структуру губки, с полостями и стенками.

Целью пропитки древесины является покрытие стенок этих полостей пропиточным средством для защиты их от гниения, вызванного грибками и насекомыми.

Консервант глубоко проникает в древесину благодаря действию давления и вакуума. Первоначально вакуум удаляет воздух из полостей, чтобы создать пространство для пропиточного раствора, который под сильным давлением вдавливается глубоко в древесину (процесс Бетелла или «полные ячейки»).

Избыток пропиточного раствора удаляется с поверхности древесины путем окончательной сушки.

Установки оснащены системой управления, которая автоматически контролирует все этапы очистки.

В конце каждого цикла также создается отчет, в котором записываются все важные данные, включая абсорбцию (литры консервирующей жидкости, абсорбированные древесиной), чтобы обеспечить отслеживаемость каждой загрузки и соответствие обработок нормативным требованиям.

Наши напорные системы спроектированы, изготовлены и испытаны в соответствии с Директивой по оборудованию, работающему под давлением (PED).

Мы предлагаем различных опций для удовлетворения различных потребностей наших клиентов:

• автоматическое извлечение тележки
• автоматическая дверь
• резервуар для приготовления консервантов
• автоматическая система дозирования
• внутренняя окраска эпоксидными эмалями

Наша команда инженеров и техников всегда готова изучить решение для самых разнообразных запросов !

СТАНДАРТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДЛЯ ПРОПИТКОВ APV

Длина (полезная): от 6 м до 18 м

Специальные нестандартные размеры доступны по запросу.

ПРЕИМУЩЕСТВА ВАКУУМА И ДАВЛЕНИЯ

Разработка метода физической подготовки древесины антипиреновой пропиткой :: BioResources

Abstract

Для достижения более глубокой и однородной пропитки водорастворимыми антипиренами на основе фосфора (WPFR) в этой работе были разработаны несколько методов предварительной физической обработки, включая пропил, растачивание и их комбинацию для строительной квадратной древесины. столбы в деревянных постройках.Исследования проводились на трех древесных породах: суги ( Cryptomeria japonica ), лиственнице ( Larix olgensis ) и пихте Дугласовой ( Pseudotsuga menziesii Franco), которые обычно считаются тугоплавкими породами древесины. Было оценено влияние метода предварительной обработки на химическое поглощение, химическое проникновение и механические свойства. Эти методы сравнивались с методом надрезания, традиционным методом, используемым для защиты древесины. Результаты показали, что предварительная обработка эффективно увеличила поглощение и проникновение химических веществ, особенно в древесину лиственницы.Хотя традиционный метод надрезания также увеличивает поглощение химикатов, он снижает модуль разрыва (MOR) и прочность на сжатие. Для пропитки древесины WPFR рекомендуется расточный и комбинированный методы с диаметром растачивания менее 12 мм.

Полная статья

Разработка метода физической предварительной обработки для антипиреновой пропитки древесины

Hee-Jun Park, ^{a , b} Ming-Yu Wen, ^b, * Chun-Won Kang, ^a и Yao-Xing Sun ^b

Для достижения более глубокой и однородной пропитки водорастворимыми антипиренами на основе фосфора (WPFR) в этой работе было разработано несколько методов предварительной физической обработки, включая пропил, растачивание и их комбинацию для деревянных стоек из квадратных деревянных конструкций. .Исследования проводились на трех древесных породах: суги ( Cryptomeria japonica ), лиственнице ( Larix olgensis ) и пихте Дугласовой ( Pseudotsuga menziesii Franco), которые обычно считаются тугоплавкими породами древесины. Было оценено влияние метода предварительной обработки на химическое поглощение, химическое проникновение и механические свойства. Эти методы сравнивались с методом надрезания, традиционным методом, используемым для защиты древесины. Результаты показали, что предварительная обработка эффективно увеличила поглощение и проникновение химических веществ, особенно в древесину лиственницы.Хотя традиционный метод надрезания также увеличивает поглощение химикатов, он снижает модуль разрыва (MOR) и прочность на сжатие. Для пропитки древесины WPFR рекомендуется расточный и комбинированный методы с диаметром растачивания менее 12 мм.

Ключевые слова: огнезащитная пропитка; Метод физиотерапии; Механические свойства

Контактная информация: a: Департамент жилищного экологического проектирования и Научно-исследовательский институт экологии человека, Колледж экологии человека, Национальный университет Чонбук, Чонджу 561-756, Корея; b: Ключевая лаборатория материаловедения и инженерии древесины, Университет Бэйхуа, провинция Цзилинь, Цзилинь, Китай, 132013 г .; * Автор, ответственный за переписку: jlwenmingyu @ 163.com

ВВЕДЕНИЕ

Древесина, используемая для строительных целей, обрабатывается консервантами для древесины, антипиренами, стабилизаторами или водоотталкивающими добавками. Во всех случаях успех обработки древесины зависит от глубины и равномерности распределения. Одним из факторов, влияющих на пропитку, является возможность обработки древесных пород этими химическими веществами, что, в свою очередь, влияет на качество продукции (Rice 1996; Lande et al. 2010).

Пропитка древесины с низкой проницаемостью химическими растворами крайне затруднительна.Кроме того, низкая проницаемость многих пород древесины вызывает длительное время сушки, большие потери материала после сушки и дорогостоящие процессы сушки (Comstock 1970; Flynn 1995; Chuang and Wang 2002;). Суги ( Cryptomeria japonica (L. f.) D. Don), пихта Дугласа ( Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco) и лиственница ( Larix olgensis Henry) относятся к категории чрезвычайно сложных для обработки пород хвойных пород. определяется как огнеупорная древесина. Аспирация ямы и включение веществ сердцевины древесины приводит к снижению проницаемости пихты Дугласа (Islam et al. 2007а, б; 2009, 2014). Некоторые исследователи предположили, что древесина лиственницы имеет плохую проницаемость, ее трудно сушить и имеет тенденцию к раскалыванию из-за большого количества смолы и камеди внутри (Bao et al. 1984, 1999; Bao and Lu 1992). Для древесины лиственницы характерны узкая заболонь и просторная сердцевина. Хотя площадь сердцевины древесины занимает большую часть бревна, участки окаймленных ямок в сердцевине древесины оказывают огромное влияние на миграцию влаги во время периодов сушки и пропитки (Kim and Park 1991; Chun and Ahmed 2006).Суги — вид с низкой проницаемостью. Он имеет высокий коэффициент аспирации ямок до 80% до тех пор, пока содержание влаги не снизится до точки насыщения волокна, а затем приведет к значительному снижению проницаемости (Кумар и Моррелл, 1989).

Одна из идей практического увеличения проницаемости этих пород — обработка образцов древесины перед пропиткой для увеличения доступной площади пропитки. Пропиливание и растачивание — это два метода, которые наиболее часто используются для ускорения высыхания и уменьшения количества проверок на консерванты древесины.Для сушки пиломатериалов за короткое время и с небольшим количеством дефектов или без них были разработаны различные методы сушки, химические модификации и предварительная физическая обработка (Lee et al. 2012; Lee and Shin 2012, 2014). Указанные авторы разработали новый концептуальный материал под названием «кожа-древесина», в котором в центре каждой деревянной детали просверливается большое отверстие. Для облегчения сушки и консервирования круглого леса Evans et al. (2000) и Yeo et al. (2007) предложил использовать метод центрирования, при котором просверливается отверстие от одного конца бруса до другого конца (Lim et al. 2013). Они сообщили, что метод центрирования может снизить потребление энергии без потери структурной целостности. Однако эти обработки применялись только при сушке древесины, чтобы предотвратить засыхание. Проволока — это одна из видов обработки перед сушкой, которая состоит из надрезов вдоль продольной оси и поперек обеих сторон квадратной стойки, и она имеет потенциал для значительного сокращения времени сушки и деформации (Ruddick and Ross 1979; Morrell and Newbill 1986; Rozas и Steinhagen 1996; Mallo et al. 2014). Эванс и др. . (2000) применили одинарную и двойную пропилку, растачивание по центру и надрез для зеленых, очищенных и надрезанных столбов корейской сосны, чтобы уменьшить количество проверок при обработке консервантами. Они сообщили, что методы пропиловки и центрирования были эффективны в сокращении количества проверок в стойках, обработанных консервантом. Канг и др. (2015) исследовали влияние продольной пропилки на сушильные свойства больших квадратных пиломатериалов из корейской красной сосны с предварительной обработкой при высокой температуре и низкой влажности (HTLH) с последующей сушкой на воздухе или сушкой в ​​высокочастотном / вакуумном (RF / V) режиме.

В этом исследовании мы предлагаем метод улучшения проницаемости некоторых огнеупорных пород древесины путем обработки перед пропиткой за счет увеличения площади контакта пропитки с использованием пропилов, растачивания и комбинации предварительных обработок. Затем было исследовано влияние этих предварительных обработок на проницаемость и проникновение, а также влияние на механические характеристики.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Подготовка образцов древесины

Для этого исследования были выбраны три тугоплавких породы дерева: суги, лиственница и пихта Дугласа.Плотность суги, лиственницы и пихты дугласовой составляла 0,34, 0,51 и 0,45 г / см ³ соответственно. Для каждого вида небольшие образцы размером 30 мм (радиальный) × 30 мм (тангенциальный) × 500 мм (продольный) были приобретены у Happy Home Wood Tech. Co., Ltd. (г. Мокпхо, Корея). Образцы древесины были высушены до содержания влаги приблизительно от 8% до 12% и отсортированы, чтобы исключить образцы с видимыми трещинами и сучками. Доля сердцевины образцов суги составила 90%, для пихты Дугласа она составляла 70%, а для лиственницы — 100%.Основными компонентами водорастворимого раствора антипирена были полимер фосфата аммония (APP), гуанил, фосфат мочевины (GUP), фосфоновая кислота и небольшое количество добавок с концентрацией антипирена 25%, удельный вес 1,13 (20 ± 2 ° C) и pH 7,6 (20 ± 2 ° C).

Разработка и обработка методов

Следующий метод предварительной обработки для улучшения проницаемости для пропитки был применен к образцам с квадратными штифтами перед пропиткой под вакуумом:

(1) Контроль : Без обработки или обработки

(2) Врезка : Обработка проводилась на деревообрабатывающей фабрике с обычным рисунком, используемым для консервирования изделий из дерева.Используемая частота стволов была приблизительно 6600 стволов / м ² ; каждое отверстие имело длину 13 мм и глубину 3 мм. В направлении ширины расстояние между отверстиями составляло 8 мм. Четыре стороны каждого образца надрезали одновременно в надрезном станке.

(3) пропил : Образцы размером 30 × 30 × 500 мм (радиальные × тангенциальные × продольные) распиливали в центре каждой стороны на глубину 5 мм при ширине 3,5 мм по всей длине.

(4) Растачивание : Образцы размером 30 × 30 × 500 мм просверливали по центру с отверстиями диаметром 6, 8, 10 или 12 мм на глубине 1/4 длины с каждой поперечной стороны.

(5) Комбинация растачивания и пропила : Используя образцы для растачивания, пропил проводился по той же схеме, что и для образцов размером 30 × 30 × 500 мм.

Выборки были определены следующим образом:

C: Контроль; I: надрезание; K: пропил; B-6, -8, -10 и -12: метод растачивания диаметром 6, 8, 10 и 12 мм соответственно; BK-6, -8, -10 и -12: комбинированный метод растачивания и пропила диаметром 6, 8, 10 и 12 мм.

Оценка M механическая P roperties

Из образцов размером 30 × 30 × 500 мм было приготовлено 10 образцов для каждого метода, и всего 110 образцов для каждого вида были испытаны на модуль разрыва (MOR) на универсальной испытательной машине (AGS-10 KN, Shimazu Corporation. , Киото, Япония) в соответствии с методом испытаний KSF 2208 (2004).Образцы размером 30 × 30 × 60 мм были подготовлены для испытаний на прочность при сжатии и были испытаны в соответствии с KSF 2206 (2004).

Оценка проницаемости и проникновения

Из образцов размером 30 × 30 × 500 мм было приготовлено пять повторов для каждого метода и всего 55 образцов для каждой породы древесины. Растворимый в воде раствор антипирена на основе фосфора (WPFR), который был приготовлен в лаборатории, был смешан с синими чернилами перед пропиткой, чтобы облегчить наблюдение за проникновением и распределением.Образцы вакуумировали при -0,098 МПа в течение 5 мин и прикладывали давление 15 кгс / см ² в течение 1 часа. До и после пропитки образцы взвешивали и рассчитывали поглощение. После пропитки образцы сушили на воздухе в течение двух недель, а затем сушили при 60 ° C до влажности 12%. Затем образцы были разрезаны на небольшие образцы со средней длиной интервала 5 см для наблюдения за проникновением и распределением.

Статистический анализ

Механические данные анализировали с помощью статистической программы IBM SPSS Statistics (SPSS 19.0, Нью-Йорк, США). Чтобы определить, существует ли значительная разница в механических свойствах между различными методами, данные MOR и прочность на сжатие были проанализированы с использованием однофакторного дисперсионного анализа. Чтобы сравнить и оценить разницу между методом бурения и комбинированным методом, было проведено независимое испытание t на уровне 95% с использованием данных MOR.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние образца метода на химическое удерживание

Химические поглощения образцов суги, пихты дугласовой и лиственницы размером 30 × 30 × 500 мм представлены на рис.1. Поглощение суги было самым высоким среди трех пород древесины, а среднее химическое поглощение каждого метода превышало 0,53 г / см ³ . Диапазон поглощения пихты Дугласовой составлял от 0,17 до 0,40 г / см ³ , а поглощение лиственницы было самым низким, в пределах от 0,16 до 0,30 г / см ³ .

Рис. 1. Влияние схемы метода на химическое поглощение суги, пихты Дугласовой и лиственницы

В суги все изученные методы увеличивали поглощение химикатов незначительно, на 4–22%, что может быть связано с внутренним лучшим проникновением и более высоким поглощением видов саги.Однако у пихты Дугласа было сложно определить тенденцию увеличения диаметра расточки. Это может быть связано с различиями в проницаемости заболони и сердцевины, что делает улучшение, полученное с помощью этого метода, менее заметным и даже компенсируется разницей между сердцевиной и заболонью. Комбинированный метод растачивания и пропила, включающий ВК-8, ВК-10 и ВК-12, увеличил потребление на 46% до 76%. В случае лиственницы, по сравнению с контролем, обработка методом бурения, включая Б-6, Б-8, Б-10 и Б-12, увеличила поглощение на 42% до 71%; комбинированный метод растачивания и пропила, включающий ВК-6, ВК-8, ВК-10 и ВК-12, увеличил поглощение химикатов на 49% до 83%, что немного выше, чем при методе растачивания.Эти данные показывают, что все методы эффективно улучшали водопроницаемость лиственницы; возможно, это связано с его плохой проницаемостью, благодаря которой даже небольшие улучшения становятся очень заметными.

В целом, что касается влияния различных моделей метода на поглощение химикатов, метод пропиловки увеличивал поглощение на 5,1%, 61% и 42% для суги, пихты Дугласа и лиственницы, соответственно. Метод ВК-12 увеличил потребление лиственницы больше всего на 83,6%, далее идет пихта Дугласа на 75% и суги на 22%.Таким образом, ВК-12 является рекомендуемым методом для всех древесных пород.

Влияние шаблона метода на проникновение

Морфология проникновения на поперечном сечении образца древесины показана на рис. 2. При поглощении химиката более 0,53 г / см ³ раствор проникал почти на 100% в каждое поперечное сечение суги, вырезанного из образцов на глубине 5 см. интервалов длины, и не было обнаружено различий между различными методами. Что касается пихты Дугласа, из-за заметного несоответствия между сердцевиной и заболонью определить и различить разницу в проникновении между различными методами было сложно.В случае лиственницы растачивание и комбинированный метод увеличили площадь проплавления, что явилось результатом увеличения площади контакта химического раствора и древесины из-за процессов предварительной обработки. По сравнению с контрольными образцами из лиственницы образцы L-BK-12 и L-B-12 продемонстрировали более глубокое проникновение в древесину с внешней поверхности и поверхности расточки и пропила. Проникновение достигало глубины 15 см от края образцов древесины. Напротив, проникновение в контрольные образцы происходило лишь незначительно с внешних поверхностей.

Рис. 2. Морфология проникновения поперечных срезов, срезанных с интервалом 5 см в суги, пихте Дугласовой и лиственнице

Влияние рисунка метода на механические свойства

ANOVA-анализ MOR

ANOVA показали, что различия (P <0,05) между группами образцов были значительными. Для определения разницы между средними значениями MOR при заданном уровне α = 0,5 использовался критерий множественного диапазона Дункана.Результаты теста Дункана для суги, пихты Дугласовой и лиственницы показаны в таблицах 1–3, а значения MOR всех методов представлены на рис. 3.

Рис. 3. MOR суги, пихты Дугласовой и лиственницы

Таблица 1. Результаты теста Дункана для MOR Суги

Таблица 2 . Результаты теста Дункана для MOR пихты Дугласа

Таблица 3 . Результаты теста Дункана для MOR лиственницы

Для суги метод надрезания и метод B-10 значительно отличались от других методов. Значение MOR метода надрезания было самым низким, что указывает на отрицательное влияние на MOR. Это могло быть связано с высоким давлением сжатия резательного станка во время обработки, которое могло бы вызвать более серьезные повреждения поверхностей с четырех сторон. Тем не менее, MOR B-10 был выше, чем у контрольной группы, что позволяет предположить, что метод сверления не влияет на MOR суги.

В случае пихты Дугласа, как показано в Таблице 2, по сравнению с методом надрезания метод надрезания показал MOR, который был значительно снижен на 33,6% по сравнению с контрольными. Другой метод не показал каких-либо значительных отличий друг от друга, что указывает на то, что другой метод не оказал отрицательного влияния на силу MOR по сравнению с контролем.

В случае лиственницы метод надрезания и метод ВК-12 существенно отличался от других методов.По сравнению с контролями, метод надрезания и метод BK-12 показали снижение MOR, в то время как другой метод не оказал отрицательного влияния на значения MOR. Метод BK-12 показал самое низкое значение MOR, которое можно отнести к наибольшей степени обработки из-за комбинации процессов пропила и растачивания при наибольшем диаметре 12 мм.

Независимый t-тест растачивания и комбинированный метод

Для дальнейшего изучения разницы между растачиванием и комбинированным методом был проведен независимый t-тест.Результаты показаны в Таблице 4. Не было обнаружено значительных различий между растачиванием и комбинированным методом в образцах пихты Суги и Дугласа, что согласуется с приведенным выше утверждением. В случае лиственницы значительная разница была обнаружена только между методом Б-12 и ВК-12. Это также согласуется с результатами теста Дункана; Помимо надрезания, ВК-12 также значительно снизил значение MOR лиственницы на 26,4% по сравнению с контролем.

Таблица 4. MOR Независимые результаты t-теста между расточным и комбинированным методами

ANOVA анализ прочности на сжатие

На основании приведенного выше обсуждения для анализа прочности на сжатие были выбраны методы контроля, надрезания, надрезов, растачивания и комбинации с диаметром 12 мм, результаты показаны на рис. 4.

Рис. 4 Прочность на сжатие суги, пихты Дугласа и лиственницы

Для суги, метод контроля прочности на сжатие значительно отличался от другого метода.Комбинированный метод показал прочность на сжатие, которая снизилась примерно на 36,5%, а методы надрезания, растачивания и пропила продемонстрировали снижение на 31,3%, 23,4% и 14,3% соответственно. Для лиственницы комбинированный метод значительно отличался от контрольного и показал снижение прочности на сжатие на 13,3%. Для пихты Дугласа на основании анализа однофакторного дисперсионного анализа не наблюдалось значительных различий между группами (P> 0,05), что указывает на то, что метод предварительной обработки не повлиял на прочность на сжатие пихты Дугласа.Следовательно, анализ Дункана проводился только на суги и лиственнице, как показано в таблицах 5 и 6.

Таблица 5. Результаты испытаний Дункана на прочность на сжатие Sugi

Таблица 6. Результаты испытаний Дункана на прочность на сжатие лиственницы

ВЫВОДЫ

1. Метод, разработанный в настоящем исследовании, увеличил химическое поглощение древесины суги и лиственницы по сравнению с контролем. В частности, метод B-K-12 значительно увеличил химическое поглощение всех трех пород древесины.Кроме того, предварительная физическая обработка наиболее эффективно увеличивала химическое поглощение лиственницы. Что касается определения глубины проникновения, методы растачивания и комбинированные методы улучшили площадь проникновения лиственницы и пихты Дугласа, особенно при увеличенном диаметре растачивания.
2. На основании анализа ANOVA MOR метод надрезания, распространенный метод, используемый на фабриках, значительно снизил MOR суги и лиственницы. Согласно множественному тестированию Дункана, помимо метода надрезания суги и метода надрезания пихты Дугласа, не наблюдалось значительных различий между контрольными, растачивающими и комбинированными методами для трех древесных пород, что указывает на то, что метод не оказал отрицательного воздействия. значения MOR древесины.Однако методы растачивания и комбинированные методы с использованием отверстия диаметром 12 мм (самый большой размер отверстия) снизили прочность на сжатие.
3. Таким образом, после всесторонней оценки химического поглощения, проникновения и механической прочности рекомендуется использовать методы растачивания и комбинированные методы с диаметром растачивания менее 12 мм.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Эта статья была поддержана исследовательскими фондами Чонбукского национального университета в 2015 году. Также выражается благодарность за поддержку «Ключевая лаборатория древесных материалов и инженерии проекта Открытого фонда провинции Цзилинь» и «Фонд докторских научных исследований Университета Бэйхуа. »Проект №101416034.

ССЫЛКИ

Бао Ф. и Лу Дж. (1992). «Исследование контролируемого принципа проницаемости древесины», Scientia Silvae Sinicae 7 (4), 336-341.

Бао Ф., Тан О. и Чанг X. (1984). «Проницаемость древесины и влияние леса на нее», Scientia Silvae Sinicae 20 (3), 277-290.

Бао Ф., Лу Дж. И Аврамидис С. (1999). «О проницаемости основных пород древесины в Китае», Holzforschung 53 (4), 350-354.

Чуанг, Х. Б., и Ван, С. Ю. (2002). «Влияние удерживающего распределения антипирена на характеристики древесины китайской пихты ( Cunninghamia lanceolata ), обработанной антипиреном», Holzforschung 56 (2), 209-214. DOI: 10.1515 / HF.2002.034

Чун, С. К., и Ахмед, С. А. (2006). «Феномен проницаемости и мениска у четырех корейских пород древесины хвойных пород», Исследования лесного хозяйства в Китае 8 (3), 56-60. DOI: 10.1007 / s11632-006-0026-3

Комсток, Г.Л. (1970). «Направленная проницаемость древесины хвойных пород», Wood Fiber Sci. 1 (4), 283-289.

Эванс, П. Д., Вингейт, Х. Р. и Барри, С. С. (2000). «Влияние различных пропилов и просверливания на проверку столбов корейской сосны, обработанных ACQ, подверженных погодным условиям», Forest Prod. J. 50 (2), 59-64.

Флинн, К. А. (1995). «Обзор проницаемости, потока жидкости и анатомии ели ( Picea spp.)», Wood Fiber Sci. 27 (3), 278-284.

Ислам, М. Н., Андо, К., Ямаути, Х., Кобаяши, Ю. и Хаттори, Н. (2007a). «Сравнительное исследование между полноклеточными и пассивными методами пропитки консервации древесины для пиломатериалов из пихты Дугласа с лазерной резкой», Wood Sci. Technol. 42 (4), 343-350.DOI: 10.1007 / s00226-007-0168-z

Ислам, М. Н., Андо, К., Ямаути, Х., Кобаяши, Ю. и Хаттори, Н. (2007b). «Пассивная пропитка жидкостью непроницаемых пиломатериалов, разрезанных лазером», J. Wood Sci. 53 (5), 436-441.DOI: 10.1007 / s10086-006-0878-0

Ислам, М. Н., Андо, К., Ямаути, Х., и Хаттори, Н. (2009). «Влияние пород и содержания влаги на проникновение жидкости в пиломатериалы с лазерной резкой методом пассивной пропитки», евро. J. Wood Prod. 67 (2), 129-133. DOI: 10.1007 / s00107-008-0292-y

Ислам, М. Н., Андо, К., Ямаути, Х., Камикава, Д., Харада, Т., Халил, Х. П. С. А. и Хаттори, Н. (2014). «Пропитка резаной лазером древесины пихты дугласовой и японского кедра путем погружения (пассивная пропитка) в растворы азола меди (CuAz-B) и антипирена (PPC)», Holzforschung 68 (3): 353-360.DOI: 10.1515 / hf-2013-0140.

Канг, К. В., Шин, И. Х., Кан, Х. Ю., Ли, Ю. Х., и Фудзимото, Н. (2015). «Влияние HTLH и предварительной обработки пропилом на характеристики сушки большой квадратной древесины красной сосны», Журнал сельскохозяйственного факультета Университета Кюсю, 60 (2), 451-456.

Ким Ю. и Парк С. (1991). «Анатомическое исследование проникновения жидкости и путей проникновения в древесину», J. Korean Wood Sci. Technol. 19 (3), 7-18.

KSF 2208 (2004 г.).«Метод испытания древесины на изгиб», Корейское агентство технологий и стандартов, Ымсонгун, Чхунчхонпукто, Корея.

KSF 2206 (2004 г.). «Метод испытания древесины на сжатие», Корейское агентство технологий и стандартов, Ымсонгун, Чхунчхон-Пукто, Корея.

Кумар, С., и Моррелл, Дж. Дж. (1989). «Проникновение и поглощение различных составов ХАК в 6 западных хвойных породах», Forest Products Journal 39 (10), 19-24.

Ланде, С., Хёйбо, О., и Ларнёй, Э.(2010). «Изменение обрабатываемости сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris ) химическим модифицирующим агентом фурфуриловым спиртом, растворенным в воде», Wood Sci. Technol. 44 (1), 105-118. DOI: 10.1007 / s00226-009-0272-3

Ли, Н. Х., и Шин, И. Х. (2012). «Характеристики полой круглой стойки с циркуляцией воздуха для сушки основных корейских хвойных пород. Часть 2: для полой круглой стойки корейской красной корейской сосны», J. Korean Wood Sci. Technol. 40 (2), 61-70.

Ли, Н.Х., Шин И. Х. (2014). «Характеристики сушки в печи с циркуляцией воздуха полого круглого столба для основных корейских пород хвойных пород — Часть 3: Влияние обработки водяным паром и обработкой покрытия сердцевины древесины», J. Korean Wood Sci. Technol. 42 (2), 101-111.

Ли, Н. Х., Чжао, Х. Ф., Шин, И. Х., и Ли, К. Дж. (2012). «Характеристики сушки полой круглой стойки с циркуляцией воздуха в печи для основных корейских хвойных пород. Часть 1: Для полой круглой стойки корейской красной корейской сосны», J.Korean Wood Sci. Technol. 40 (1), 44-52.

Лим, Дж., О, Дж. К., Йео, Х. и Ли, Дж. Дж. (2013). «Поведение круглых деревянных балок с центральным отверстием при испытании на изгиб в центральной точке», J. Wood Sci. 59 (5), 389-395.
DOI: 10.1007 / s10086-013-1346-2

Mallo, M. F. L., Espinoza. О. и Эриксон. Р. (2014). Обработка зеленым пропилом для улучшения сушки пиломатериалов хвойных пород: обзор », Drying Technology 32 (5), 606-613. DOI: 10.1080 / 07373937.2013.852107

Моррелл, Дж.Дж. И Ньюбилл М. (1986). «Пропила для предотвращения гниения опор из ели Дугласа — обновленная информация», Forest Products Journal 36 (5), 46-48.

Райс, В. Р. (1996). «Измерение продольной газопроницаемости из сосны восточной, ели красной», Wood Fiber Sci. 28 (3), 301-308.

Розас К. и Стейнхаген Х. П. (1996). «Влияние пропила с последующей пропаркой на ослабление напряжений роста в древесине эвкалипта», Holz Als Roh-Und Werkstoff 54 (5), 312-312.DOI: 10.1007 / s001070050192

Раддик, Дж. Н. Р. и Росс, Н. А. (1979). «Влияние пропила на проверку необработанных секций шеста из пихты Дугласа», Forest Products Journal 29 (9), 27-30.

Йео, Х., Эом, К. Д., Смит, В. Б., Шим, К. Б., Хан, Ю., Парк, Дж. Х., Ли, Д. С., Ли, Х. У., Мун, Дж. П. и Парк, Дж. С. (2007). «Влияние центрального растачивания и обработки пропила на сушку в печи бруса и круглого бруса из лиственницы», Forest Prod. J. 57 (11), 85-92.

Статья подана: 8 ноября 2016 г .; Рецензирование завершено: 29 декабря 2016 г .; Исправленная версия получена и принята; 29 марта 2017 г .; Опубликовано: 6 апреля 2017 г.

DOI: 10.15376 / biores.12.2.3778-3789

Механические свойства и прочность и надежность пропитанной древесины в условиях высоких температур

Материалы (Базель). 2020 Dec; 13 (23): 5521.

Krzysztof Przystupa

¹ Кафедра автоматизации, Люблинский технологический университет, Nadbystrzycka 36, ​​20-618 Люблин, Польша

Waldemar Samociuk

³ atics, Кафедра машиностроения и автоматики Университет естественных наук в Люблине, 20-612 Люблин, Польша; [email protected]

Гжегож Бартник

⁴ Факультет транспорта и информатики, Университет экономики и инноваций в Люблине, Projektowa 4, 20-209 Люблин, Польша; [email protected]

¹ Кафедра автоматизации, Люблинский технологический университет, Nadbystrzycka 36, ​​20-618 Люблин, Польша

Поступило 10.11.2020 г .; Принято 30 ноября 2020 г.

Abstract

В статье представлены результаты исследования влияния пропитки древесины на ее прочность на изгиб и модуль упругости при нормальных условиях и после термической обработки, а также исследована ее структурная надежность.В исследовании использовалась непропитанная древесина сосны, пропитанная под давлением раствором с наночастицами SiO ₂ . Использование наночастиц, в частности, снижает воспламеняемость древесины. Некоторые из испытанных образцов обрабатывали при 250 ° C. Эта температура соответствует границе самовоспламенения древесины. Предполагалось, что эта повышенная температура достигается при заданной скорости нагрева в течение 10 мин, а затем образцы хранились в этих условиях в течение 10 и 20 мин.Испытания показывают, что прочность пропитанной древесины на изгиб немного улучшилась, пропитка не повлияла на модуль упругости материала во всех таких условиях, а остаточная прочность снизилась меньше для пропитанной древесины после воздействия повышенных температур. Анализ надежности доказывает положительное влияние пропитки раствором SiO ₂ на долговечность древесины как после воздействия обычных, так и повышенных температур. Распределение интенсивности отказов указывает на более интенсивную деградацию непропитанной древесины.Распределение функции выживаемости свидетельствует о более вероятном неразрушении пропитанной древесины в условиях повышенных температур.

Ключевые слова: пропитка древесины, прочность на изгиб, прочность на прочность

1. Введение

Древесина издревле была одним из самых популярных строительных материалов и материалов для художественных произведений [1]. Дерево — это природный композитный материал, состоящий в основном из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина [2], и демонстрирует множество преимуществ в качестве строительного материала.Древесина демонстрирует полезные физические и технологические свойства, имеет относительно высокое удельное весовое соотношение и низкую плотность. Дерево — возобновляемый и экологичный материал, легко обрабатывается, доступен во многих размерах, формах и цветах [2,3]. Он имеет низкий объемный вес, плохую теплопроводность и электропроводность, а также хорошую звуковую проводимость [3]. Прежде всего, древесина показывает хорошие физико-механические свойства [4]. Однако следует подчеркнуть, что прочность древесины зависит от многих факторов, включая типы древесины, направление сил, действующих на волокна, влажность и удельный вес, анатомическую структуру и дефекты древесины [5].

Долговечность древесины зависит от нескольких факторов, таких как влажность, наличие грибков и насекомых и многих других. Чтобы избежать деградации древесины, ее следует ремонтировать, обслуживать или заменять до истечения ее срока службы [6]. Один из доступных методов — конструктивная защита древесины. Если он только окрашен или покрыт лаком, но не пропитан, его поверхность будет защищена только от фотохимической деградации, изменения размеров, биологических факторов и пожара не более 2 лет [7], поэтому химические вещества для улучшения физических, механических, биологических и огнезащитных свойств. свойства древесины в последнее время все более охотно исследуются [4,8].Древесина содержит целлюлозу, состоящую из углерода, поэтому она легко горит в огне или под воздействием теплового потока [4]. Термическое разложение высушенной целлюлозы происходит при температуре около 300 ° C, но разложение гемицеллюлозы начинается уже в диапазоне температур от 150 до 200 ° C. Лигнин, который делает структуру древесины когезионной, разлагается при температуре от 220 ° C до 250 ° C и обезвоживается при 200 ° C. Механизм горения начинается при температуре около 105 ° C именно тогда, когда из дерева испаряется свободная вода.При температуре выше 200 ° C происходит интенсивное выделение газа, поскольку начинаются экзотермические реакции, и древесина сильно обесцвечивается и становится темно-коричневой. Этот процесс ускоряется при превышении температуры ~ 250 ° C [9]. При горении дерева вредные вещества не выделяются, но образуется обугленный слой, который с течением времени становится все толще и толще. Обугленный слой — это своего рода барьер для фронта тепла, проникающего в структуру строительного элемента, поэтому древесина горит медленнее, пока этот обугленный слой не повредится или не потрескается [10,11].Образование такого обугленного слоя приводит к уменьшению эффективного поперечного сечения этой обугленной части [12]. Участок в деревянном сердечнике отвечает за остаточную несущую способность древесины. Однако огонь не может быть нейтральным по отношению к секции деревянного сердечника. Температура древесины на необугленном участке может достигать 120–250 ° C в зависимости от вида и мощности пожара и степени его развития [13]. Огнестойкие пропитки — самые распространенные пропитки для защиты древесины от высоких температур. Такие пропитки должны предотвращать потерю несущей способности за счет ускорения образования обугленного слоя, защищающего деревянную сердцевину и ограничивающего распространение пламени.Пропитки делятся на две группы в зависимости от способов их применения [14]. Первая группа — это проникающие в древесину пропитки, которые чаще всего содержат солевые агенты. Такие огнезащитные пропитки представляют собой концентрированные водные растворы, используемые для глубокого пропитывания деревянного элемента с помощью вакуумного или вакуумно-напорного метода. В эту группу входят агенты, состоящие из соединений фосфора, бора, магния, аммония, азота и мочевины. Последняя группа представляет собой пропитки поверхностного действия в виде красок, лаков, водных растворов и тонких пластин.Эти агенты образуют защитный слой на деревянной поверхности [15]. Несмотря на растущий интерес к химическим консервантам для древесины, их влияние на механические свойства практически не описано. Предыдущие исследования показывают, что солевые пропитки улучшают прочность на сжатие с 4,6 до 9,6% и снижают прочность на изгиб с 2,9% до 16% [16]. Исследования Бендтсена показывают, что аммиачный арсенат меди (АСА) и арсенат меди-хрома существенно не изменяют модуль упругости [17]. Как правило, влияние пропитки на механические свойства зависит от типа пропитки, пропитываемого материала, методов пропитки и времени.

Конструкционная надежность в условиях пожара зависит, например, от того, насколько долго не обугленный сердечник строительных элементов способен сохранять свою несущую способность и жесткость. Повышенная надежность может означать больше времени для эвакуации, спасения и тушения пожара, включая временную стабилизацию строительных элементов [18]. В строительной отрасли используется концепция структурной надежности. Структурная надежность определяется как способность конструкции функционировать без сбоев в течение ожидаемого срока службы; договорная вероятность выживания конструкции.Постулируемая надежность конструкции достигается за счет выполнения критериев проектирования и технических требований к данной конструкции, указанных в соответствующих нормативных документах [19]. Согласно этому определению строительный материал должен соответствовать заранее определенным критериям. Несовместимость с этими критериями означает, что такие материалы ненадежны. Понятие несовместимости является мульти-категориальным и применяется к категориям, охватывающим различные типы биологической, прочности, долговечности, функциональной, эстетической и другой несовместимости.Несовместимость как одна из категорий неспособности может возникать не только при использовании объекта, но и на всех других этапах его жизненного цикла [20]. Структурную надежность можно рассматривать с точки зрения воздействия отдельных элементов конструкции и их свойств, которые являются фундаментальными для пользователя [21,22,23,24]. Существует три уровня анализа: уровень точек — точнее, частицы конструкционного материала, уровень секций, то есть поперечное сечение структурного элемента, и уровень объектов или структурной системы (конструкции).[25,26]. Надежность материалов на механическую прочность обсуждалась в статьях [27,28]. М. Варшинский [29] определяет надежность объекта или элемента как его способность нести нагрузки в определенных условиях и в течение определенных периодов времени при сохранении необходимой прочности. Как правило, конструкции защищены стабилизирующими конструктивными элементами.

Принимая во внимание вышеизложенное, в данном исследовании оценивается влияние вакуумной огнезащитной пропитки на прочность и модуль упругости.Эти испытания относятся к общей цели работы — оценке прочности массивной древесины сосны после высокотемпературных условий.

2. Материал и метод исследования

Образцами для испытаний на прочность служила сосна обыкновенная (латинское: Pinus sylvestris). Это была однородная древесина без сучков и других дефектов. Все образцы были обработаны одним и тем же механическим способом в одинаковых условиях обработки. В исследовании использовалось 90 образцов. В каждой группе было протестировано по 15 образцов.Половину образцов пропитывали раствором воды 400 мг / л и наночастицами SiO ₂ (Sigma-Aldrich, Дармштадт, Германия) (). Раствор переливали в глубокую емкость до полного покрытия образцов на 20 мин. Образцы были защищены от пламени методом пропитки под давлением. Пропитку проводили в вакуумной сушилке СПУ-200 в диапазоне рабочих температур от температуры окружающей среды до 200 ° С и допустимом вакууме 0,099 МПа. Образцы выдерживали в камере 15 мин при вакууме 0 ° С.6 атм. Такие подготовленные образцы затем сушили до температуры окружающей среды.

Таблица 1

Подробные физические и химические свойства SiO ₂ огнезащитной пропитки.

Половина пропитанных и непропитанных образцов подвергалась высокотемпературной обработке. Температурный диапазон эксперимента и минимальный период выдержки образцов при повышенных температурах были определены в предварительных испытаниях. Этот период времени необходим для получения равномерной температуры в объеме образца. Температура внутри материала задавалась термопарой, помещаемой в отверстие, просверленное в образцах. Это был метод измерения температуры в геометрическом центре образца.Минимальное время нагрева образца определялось как время, по истечении которого термопара, помещенная внутри образца, позволяла измерить температуру, указанную в плане исследования. Температура окружающей среды 20 ° C была принята в качестве отправной точки для предварительных испытаний. Граничная температура была установлена ​​равной 250 ° C.

Базовым прибором стенда для нагрева служила камерная среднетемпературная печь ПК 1100/5 (). Образцы помещались внутри топочной камеры, а измерительные термопары устанавливались на внешних поверхностях двух отобранных образцов.Температура вокруг образцов внутри печи также измерялась во время испытаний на основе стандартной кривой температура – ​​время.

Схема испытательного стенда на обогрев.

Нагрев образцов происходил в две фазы. В течение первой 10-минутной фазы образцы нагревали до 250 ° C. После этого последовала вторая фаза. Половина образцов была отожжена при заданной температуре в течение 10 мин. Это время было минимальным для достижения температуры 250 ° C во всем объеме образца.Вторая половина образцов нагревалась во второй фазе при 250 ° C в течение 20 мин, что значительно дольше, чем при температурном равновесии во всем объеме первой группы образцов. Высокотемпературные обработки обеих групп образцов изображены на диаграмме температура – ​​время ().

Температура – ​​время, измеренная термопарами, установленными на поверхности образцов.

После нагрева в обоих случаях образцы вынимались из печи и охлаждались естественным образом вне камеры для достижения температуры окружающей среды в лаборатории прибл.20 ° С.

Испытание на прочность на изгиб проводилось на универсальной испытательной машине Zwick / Roell Z100 (Ульм, Германия) с головкой номинальным усилием 10 кН. Испытание на четырехточечный изгиб волокон было проведено для образцов размером 200 мм × 10 мм × 10 мм (). Размер образца подбирался таким образом, чтобы можно было пропитать весь объем образца. Были измерены размеры поперечного сечения образцов во всех опытных группах. Испытание проводилось при квазистатических нагрузках со скоростью 1 мм / мин и для модуля упругости, указанного в диапазоне от 10 до 40% от максимальной силы.

Испытание древесины на четырехточечный изгиб.

Время анализа надежности измерялось от момента первого разрушения балки до момента ее разрушения. Это время важно при проведении аварийно-спасательных, противопожарных и защитных мероприятий в послепожарный период [11]. Появление трещины проявлялось в скачкообразном падении силы на кривой растяжения и характерном акустическом эффекте. Анализ надежности был многоступенчатым с использованием сетки Вейбулла.Параметры двухпараметрического распределения Вейбулла оценивались методом максимального правдоподобия [30,31]. Параметры формы и масштаба распределения определялись по сеткам. Параметр масштаба — это период времени до тех пор, пока 63,2% образцов не будут разрушены, а параметр формы определяет сохранение вероятности разрушения во времени.

Оценка Каплана – Мейера (функция выживаемости) — это отношение количества наблюдаемых объектов, оставшихся в состоянии неразрушимости за время t, к исходному количеству объектов (выборок).Это совокупная доля случаев (CPS — кумулятивная вероятность выживания), которые не достигли граничного состояния с момента появления первых чистых трещин до рассматриваемого времени [32]. В уравнении (1) S (t) — это оценочная функция выживаемости, n — общее количество случаев, а Π — произведение всех случаев, меньшее или равное t ; δ (j) — константа, равная 1 [32].

Интенсивность отказов, то есть интенсивность повреждения [33], относится к уравнению Вейбулла.Функция h (t) для распределения Вейбулла вычисляется из уравнения (2) (с положительными параметрами b , c и θ) [34]:

ht = ftRt = ct − θc − 1bc

(2)

где:

• t — обобщенное время,

• b — параметр масштаба,

• c — параметр формы,

• θ — параметр положения, (0 для 2-параметрическое распределение Вейбулла, которое объясняется в обсуждении результатов исследования).

Значения совокупной интенсивности отказов были определены из уравнения (3):

где:

• t — обобщенное время,

• b — параметр масштаба,

• c — параметр формы.

3. Результаты исследований и обсуждения

3.1. Результаты испытаний на прочность и упругость при растяжении

показывает результаты исследования модуля упругости (E — модуль Юнга) и значения изгибающих напряжений в момент разрушения (σ _B ) непропитанные (сосна) и пропитанные (сосна i.) образцы древесины сосны. Различия в среднем значении для каждого из типов образцов указывают на более высокие значения модуля Юнга и более низкие значения коэффициента переменной для импрегнированных образцов. С другой стороны, испытания на изгиб непропитанных образцов показывают, что различия в испытанных значениях при разных температурах выше, чем для импрегнированных, и разброс результатов также больше. Как и ожидалось, полученные результаты указывают на снижение прочности на изгиб и значений модуля Юнга в образцах, нагретых до 250 ° C, по сравнению с образцами, испытанными при 20 ° C.Значения прочности также уменьшаются с увеличением времени высокотемпературной обработки, но эти расхождения незначительны. Во время испытаний влажность образцов и их плотность не измерялись. Между измерениями образцы хранились в лаборатории при постоянной температуре 20 ° C. A ₀ [мм ² ] — это поперечное сечение образцов, это зарегистрированная мера, определяющая геометрические свойства образцов до и после термообработки.Сокращенные обозначения в «s.dev» и «c.var» обозначают стандартное отклонение и коэффициент вариации соответственно.

Таблица 2

Статистика результатов испытаний прочности на четырехточечный изгиб.

3.2. Результаты испытаний на надежность конструкции.

показывает значения параметров формы и масштаба, полученные с помощью сеток Вейбулла. Параметры двухпараметрического распределения Вейбулла оценивались методом максимального правдоподобия [30]. Метод максимального правдоподобия предполагает, что надежность теста L для n наблюдения x1 , x2 , … , xn является функцией полной вероятности p (x1 , x2 , … , xn) , где x1 , x2 , … , xn — дискретные случайные величины. Если x1 , x2 , … , xn являются непрерывными случайными величинами, надежность теста L для n наблюдений x1 , x2 , … , xn — общая функция плотности вероятности f (x1 , x2 , … , xn) [35].Параметры двухпараметрического распределения Вейбулла считывались с графиков. Параметр формы равен коэффициенту наклона согласованной прямой, а параметр масштаба можно рассчитать как exp (постоянный член / наклон).

Таблица 3

Параметры формы и масштаба в распределении Вейбулла.

Результаты для параметра формы указывают на небольшие различия между пропитанной и непропитанной древесиной для образцов, испытанных как при 20 ° C, так и при 250 ° C. Значения параметра масштаба демонстрируют четкую разницу между пропитанной и непропитанной древесиной в пользу пропитанной, так как результаты показывают, что сохранение прочностных параметров исследуемого материала гораздо более предсказуемо.

показывает распределение кривой выживаемости Каплана – Мейера.Ход корреляций показывает более благоприятные значения функции выживаемости пропитанной древесины для каждого типа испытаний (при 20 ° C и 250 ° C в течение двух периодов нагрева), особенно для более длительного периода времени до разрушения.

Распределение совокупной вероятности выживания как функция времени до разрушения.

показывает распределение частоты отказов. Курсы корреляций показывают, что с общей тенденцией к увеличению интенсивности отказов по мере увеличения периода времени до разрушения, слои лучше для пропитанной древесины, особенно при нагревании до 250 ° C, когда риск разрушения определенно выше для необработанной древесины. -пропитанная древесина.

Распределение риска (совокупная интенсивность вероятности разрушения) как функция времени до разрушения.

3.3. Обсуждение

Деревянные конструкции часто рассматриваются как временные сооружения для восстановления муниципальной инфраструктуры, поврежденной наводнениями и другими стихийными бедствиями [36]. Древесина также использовалась вместо других, более прочных и прочных строительных материалов, если не хватало средств. Древесина также более распространена из-за ее многочисленных преимуществ и экологических причин.Эти факторы способствуют постоянному улучшению свойств древесины, то есть ее долговечности, прочности и огнестойкости [37,38,39]. Таким образом, данное исследование предпринято из-за его практичности.

Исследование продемонстрировало небольшое влияние пропитки на улучшение прочности древесины на изгиб и влияние нагрева на прочность древесины. Было зафиксировано снижение силы. Следует отметить, что увеличение времени высокотемпературной обработки во второй фазе с 10 до 20 мин приводит к снижению стандартного отклонения прочности на изгиб.Это противоположно исследованию Soti et al. в котором изменение значения прочности увеличивается с увеличением времени воздействия повышенных температур [40]. Остаточная прочность пропитанной древесины после воздействия повышенной температуры была выше. Этот эффект поясняется в специальной литературе. Такое снижение прочности может быть следствием снижения влажности из-за термической деградации древесины. В пропитанной древесине это явление протекает медленнее, вызывая укорачивание водородных связей полимерной целлюлозы [41].Целлюлоза составляет самую большую долю объема древесины. Этот полимер отвечает за механическую прочность древесины [42,43]. Гемицеллюлоза, одно из производных целлюлозы, состоит из разветвленных аморфных полимеров и заполняет область между целлюлозой и лигнином в структуре древесины. Высушенная целлюлоза разлагается примерно при 300 ° C, тогда как гемицеллюлоза уже при 150–200 ° C [9,44]. Шаффер [45] утверждает, что прочность древесины также зависит от лигнина, изолирующего древесные волокна. Лигнин — аморфный полимер, отвечающий за сплоченность структуры древесины.

Статистический тест Краскела – Уоллиса был проведен в связи с небольшими различиями в средних значениях модуля упругости в группах непропитанных и пропитанных образцов. Этот ранговый статистический тест не предполагает нормального распределения. Иногда его рассматривают как непараметрическую альтернативу однофакторному дисперсионному анализу между группами [34]. Этот тест не показал статистически значимых различий модуля упругости по сравнению с группами с одинаковыми параметрами нагрева ( p > 0.05). Анализ показывает, что метод пропитки, примененный в наших собственных исследованиях, не влияет на эластичность древесины, и наблюдается влияние повышенных температур.

Уровень анализа надежности является критическим вопросом при анализе надежности конструкций. Такой анализ может быть проведен для детерминированной оценки статической прочности и вероятностной оценки надежности конструкции. Три уровня этого анализа включают: уровень точки, точнее небольшой объем конструкционного материала, уровень сечения, т.е.е., сечение структурного элемента и уровень объекта, то есть структурная система [46] в отношении периода времени от явного повреждения до разрушения. Анализ Вейбулла был использован для исследования надежности древесины, подвергшейся высокотемпературной обработке, соответствующей состоянию в секции активной зоны, подверженной тепловому воздействию, вызванному огнем. Параметры распределения Вейбулла позволяют гибко формировать кривую распределения и оценивать вероятность разрушения или неразрушения по относительно небольшому количеству образцов [47].Здесь использовалось двухпараметрическое распределение Вейбулла. Параметр местоположения в трехпараметрическом распределении Вейбулла можно определить как наивысшее неразрушающее напряжение. Это значение неизвестно, поэтому параметр местоположения часто принимается равным 0 и, следовательно, применяется двухпараметрическое распределение Вейбулла [48]. Такой же подход использовался при анализе надежности, обсуждаемом в этой статье. Показано положительное влияние пропитки SiO ₂ на стойкость к разрушению.Пропитанные балки были более надежными и были получены более высокие параметры формы как при нормальной температуре, так и после высокотемпературной обработки. Особого внимания заслуживают значения распределения Вейбулла параметра накипи, полученные для пропитанной древесины после нагрева. Значения этого параметра в несколько раз выше, чем у непропитанной древесины. На такую ​​корреляцию также указывает распределение выживаемости и частоты отказов. Показана более высокая интенсивность разрушения непропитанной древесины.

Применяемая пропитка выполняет свои функции, сохраняя при этом более высокую деформационную способность и более длительное время сохранения несущей способности древесины по сравнению с разрушающим процессом. Положительные результаты испытаний пропитанных образцов можно объяснить, наблюдая за распределением частиц пропитки на поверхности деревянных балок. Пропитка, заполняющая поры древесины, и пропитка, которая также прилипает к стенкам ячеек древесины, способны обеспечивать изоляцию и герметизацию и, следовательно, могут замедлять термическую деградацию конструкций в глубине деревянного элемента и ограничивать выделение горючих газов ( а также ).

СЭМ-изображения непропитанной пористой структуры древесины при увеличении 500 ×.

СЭМ-изображения пропитанной пористой структуры древесины при увеличении 430 ×.

Обсуждаемый анализ ограничен выводом, сделанным только на основании специальных прочностных свойств образцов без их истории нагружения. Инженеры-строители обычно знают, что долговременная прочность древесины намного ниже краткосрочной. Еще одно ограничение — размер образцов, соответствующих условиям лабораторных испытаний.Деревянный элемент теряет прочность из-за большего количества дефектов при увеличении его размеров [49]. В исследовании [50] показано, что прочность материалов увеличивается по мере увеличения характерных размеров микроструктур до размеров конструктивных элементов из этого материала, что зависит от размера и расстояния нагроможденных локальных зон напряжений.

Несмотря на эти ограничения, результаты и анализ позволили нам достичь наших исследовательских целей.

4. Выводы

Из исследований и анализов сделаны следующие выводы:

1. Результаты этого типа исследований определяют влияние пропитки и метода пропитки на характеристики древесины.Прочность и надежность древесины, пропитанной агентом в виде наночастиц, выше, вероятно, из-за пропитки от верхнего слоя древесины к сердцевине, а также ее герметизации. Разложение диоксида кремния длится долго, но это неорганическое соединение, которое обычно встречается на Земле в качестве минерала, составляющего горной породы и оказывает незначительное воздействие на окружающую среду.

2. Термические свойства кремнезема не являются незначительными в противопожарной защите, например, его высокая температура плавления, низкая теплопроводность.

3. Применяемая пропитка повышает прочность и надежность массивной древесины, испытанной в наших исследованиях.

Вклад авторов

Все авторы внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования; методология, К.П., Д.П., Г.Б. и M.S .; формальный анализ и исследование, D.P., K.P., W.S. и M.S .; написание оригинальной предварительной подготовки, D.P., A.W. и Р.К.-Б .; написание рецензии и редактирование, Г. и Р.К.-Б .; финансирование приобретения K.P. и М.С. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Эта работа финансировалась в рамках проекта Люблинский технологический университет — Региональная инициатива передового опыта, финансируемого Министерством науки и высшего образования Польши (контракт № 030 / RID / 2018/19).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Спонсоры не принимали участия в создании статьи.

Сноски

Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​филиалов организаций.

Ссылки

(PDF) Оценка осевой пропитки как альтернативы классическому методу вакуумной пропитки древесины под давлением (бумага AOP)

Мадерас. Ciencia y tecnología 17 (4): 883 — 892, 2015

883

ISSN impresa 0717-3644

ISSN online 0718-221X

ОЦЕНКА АКСИАЛЬНОГО ВПЕЧАТЛЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ВИДА ДАВЛЕНИЯ

КЛАСС ДАВЛЕНИЯ

Жереми Даме

1,3,4

, Эммануэль Фредон

1,2

, Филипп Жерардин

1,3, ♠

, Филипп Лемменс

4

РЕФЕРАТ

Эволюция законов Использование биоцидных продуктов привело к важным изменениям в сохранении поля древесины

, что привело к растущему интересу к небиоцидным обработкам, таким как термические или химические модификации

.В то время как термические модификации становятся все более и более распространенными в промышленных масштабах,

разработка химических модификаций продвигается медленно. Одной из причин возникновения проблем является

, вероятно, трудность использования фактической вакуумной установки под давлением для пропитки древесины растворами реактивных химикатов

, предназначенных для взаимодействия с древесиной или внутри нее. В этом контексте представленное исследование фокусируется на новой альтернативе

, называемой осевой пропиткой, полученной на основе процесса Бушери, для пропитки поддающихся обработке

недолговечных пород древесины твердых пород.Этот процесс заключается в пропитке сырых бревен

под низким давлением через нижнюю часть обрабатывающим раствором, проходящим через естественные пути сосудов. Для того чтобы оценить осуществимость метода, бревна различных пород твердой древесины пропитывали раствором консерванта на основе меди

и определяли распределение меди в древесине. Результаты

показали, что обрабатываемые породы древесины, такие как бук, граб и береза, могут быть легко и однородно обработаны методом осевой пропитки

, в то время как зола, известная своей слабой пропиткой, осталась необработанной.

Ключевые слова: пропитка, медь, консервация, обрабатываемость, дерево.

ВВЕДЕНИЕ

Древесина естественным образом разлагается многочисленными агентами, включая микроорганизмы, насекомых и УФ-излучение.

В зависимости от породы естественная долговечность древесины может быть более или менее важной, что определяет

использование или отсутствие метода консервации для данного применения. Однако защита недолговечных пород древесины

остается необходимостью для обеспечения их использования в условиях, когда они подвергаются

разложению, вызванному абиотическими и биотическими агентами, вызывающими разрушение зараженной древесины (Rayzal 2002).Таким образом,

, чтобы продлить срок службы деревянной конструкции, следует тщательно выбирать породу древесины и соответствующую защитную обработку в отношении как консерванта

, так и способа его применения.

Для защиты древесины можно использовать разные методы. Пропитка древесины биоцидами

в настоящее время все еще является наиболее распространенным методом, хотя новые процессы, такие как термическая обработка (Hakkou

и др., 2006) или химическая модификация, переживают большой бум (Rowell et al.2009, Хилл 2006).

Что касается пропитки древесины, существует множество методов, в зависимости от типа продукта, который может быть нанесен

, необходимой глубины проникновения и конечного использования обработанной древесины. Самые поверхностные обработки

отличаются от обработок, допускающих глубокую пропитку. Поверхностная обработка

может быть достигнута щеткой, распылением, погружением и вытеснением сока, в то время как обработка в автоклаве

с использованием вакуума и давления обычно требуется для более глубокой пропитки.Тип лечения и

DOI: 10.4067 / S0718-221X2015005000077

1

Laboratoire d’Etudes et de Recherche sur le Matériau Bois (LERMaB), EA 4370 — Université de Lorraine, Нанси, Франция.

2

ENSTIB, Эпиналь, Франция. [email protected]

3

Faculté des Sciences et Technologies, BP 70239–54506, Vandœuvre-lès-Nancy, [email protected]

4

Centre du Bois de Thiérache — 59132 Трелон, Франция. [email protected]

♠

Автор для переписки: [email protected]

Поступило: 17.12.2014 Принято: 08.08.2014. 2015

Способ глубокой пропитки древесины

Изобретение относится к технологическим процессам.

Сущность: осуществляют предварительное вакуумирование при давлении 0,05-0,08 МПа, а также нагрев пропиточного раствора и древесины в одном вакуумном устройстве, погружая древесину в пропиточный раствор или в отдельные вакуумные устройства с последующим переносом пропиточного раствора в вакуум. устройство с древесиной с сохранением вакуума, древесина, погруженная в пропиточный раствор, выдерживается в вакууме, после чего в вакуумном устройстве повышается давление до атмосферного или снимается избыточное давление, пропиточный раствор удаляется, после ухода за деревом сушится, Компоненты пропиточного раствора фиксируются в древесине с помощью фиксирующего состава, который при взаимодействии с пропиточным раствором образует термостойкие и водонерастворимые вещества.При этом обработка закрепляющим составом производится методом «горячих и холодных ванн», а сушку древесины проводят до остаточной влажности 20-25%.

ЭФФЕКТ: улучшение физико-химических потребительских характеристик.

3 фл., 3 пр.

Изобретение относится к разработке защитных армирующих составов и технологий глубокой пропитки древесины преимущественно твердых пород с целью улучшения ее физико-химических и потребительских характеристик.

Преимущества древесины как строительного и строительного материала хорошо известны.Однако древесина гигроскопична, легко поддается разрушающему воздействию атмосферы, имеет низкую стойкость к гниению и высокую пожароопасность.

Известно, насколько глубокая пропитка древесины является наиболее эффективным и важным автоклавно-диффузионным методом (Иггноранс, Неисправности. Противопожарная защита строительных конструкций. М., Стройиздат, 1991, с.129-131). При реализации типового варианта автоклавно-диффузионной пропитки удается достичь глубины пропитки водных растворов здоровой заболони древесины до 5 мм. Более глубокое проникновение пропиточного состава в древесину препятствует растворению газов и, в первую очередь, диоксида углерода, растворимость которого в один объем воды при 20 ° C равен 0.88 том. В концентрированных пропиточных растворах могут содержаться другие растворенные газы. При выходе из рабочей емкости в вакуумированном автоклаве пропиточный раствор для древесины сразу «закипает» от быстро выделяющегося из него газа. На фазовой границе между пропиточной жидкостью и древесным материалом, прошедшим предварительную вакуумную очистку, образует газовую подушку, предотвращая или резко снижая способность проникновения жидкости в поры древесины. Часть раствора, входящая в ячейки и полости древесины, продолжает обеспечивать в них остаточное количество газа, поскольку древесина предварительно вакуумируется.Газовые трубки, образующие ячейки и полости древесины, еще сильнее тормозят процесс пропитки. Операции необходимо повторять много раз, что увеличивает не только время и энергозатраты на пропитку древесины, но также приводит к плохим характеристикам, а в случае использования в пропиточных композициях термически или гидролитически нестабильные соединения могут варьироваться от одного цикл вакуумной пропитки к другому.

В патенте RU 2011511 реализован принцип создания градиента давления между пропиточной жидкостью и древесиной.Процесс пропитки осуществляется в герметично закрытой пропиточной камере, заполненной материалом и пропиточной жидкостью и соединенной с резервуаром, создающим глубокий вакуум. При быстром (импульсном) соединении вакуумной камеры и пропиточной емкости с помощью специального устройства в пропиточной камере происходит резкое снижение давления. Как следует из таблицы данных, приведенной в этом абзаце, палатка, В результате реализации предложенной технологии абсорбция защитного и / или красящего раствора (% от массы древесины) составляет от 4,36% до 63.8%, в среднем 30-31%), что совершенно недостаточно для придания древесине необходимого уровня огнестойкости, биологической стойкости, механической прочности и других характеристик. Как известно (Iggnorance, Неисправности. Противопожарная защита строительных конструкций. Москва, Стройиздат, 1991, с-131) для перевода древесины в 1-ю группу пожаробезопасности (ГОСТ 13363, НПБ-251) необходимо ввести не менее 90-120 кг высота: 1 м ³ материал, который максимизирует концентрации наиболее часто используемых антипиренов 20-22% должен быть 500-600 кг пропиточного раствора на 1 м ³ древесины, т.е.е. порядка 100-110%.

Как показано на примерах практического применения предложенного способа в пилотном варианте, уровни абсорбции пропиточного раствора достигают 120-150% от веса обработанной древесины, что намного выше средних нормативов, обеспечивая максимальное возгорание. защита.

В патенте FR 2658445, выбранном в качестве прототипа, описывающем способ и технологию обработки древесины или других пористых материалов для стабилизации их геометрических параметров, снижения пористости и гигроскопичности, также реализован принцип разности давлений между обрабатываемым материалом. и пропиточная жидкость, хорошо известны и используются на практике, например, антисептик и консервация древесины.Химическая природа пропиточных составов и их поведение в условиях, создаваемых в вакуумном аппарате (мономеры диаллилфталата, стирола и инициатора реакции полимеризации), не требуют вакуумной обработки с целью дегазации, так как изначально не содержали растворенных газов. препятствующие пропитке. В то же время необходимая стадия прогрева древесины и пропиточной жидкости перед пропиткой, требуемая в предлагаемом способе, противопоказана в технологии пропитки мономеров древесины диаллилфталатом, стиролом, инициаторами их полимеризации, применяемыми органическими растворителями, так как повышение температуры ускоряет процесс пропитки. процесс полимеризации.

Задачей изобретения является повышение качества и долговечности пропитки древесины, увеличение глубины и однородности закрепления компонентов пропиточных растворов.

Технический результат достигается способом глубокой пропитки древесины, включающей предварительную дегазацию и нагрев пропиточных растворов, предварительное вакуумирование и нагрев древесины, пропитку древесины, обработку, закрепляющие составы. При этом предварительную дегазацию и нагревание пропиточных растворов и древесины переносят в том же вакуумном аппарате, погружение древесины в пропитывающий раствор или в отдельные вакуумные устройства, перевод затем пропитка раствора в вакуумный аппарат с сохраняющим древесину вакуумом.Предварительная дегазация проводится при давлении 0,05-0,08 МПа. Подставку из дерева погружают в пропитывающий раствор в вакууме, после чего повышают давление в вакуумном аппарате до атмосферного или создают избыточное давление. По окончании пропитки удаляют пропиточный раствор, проводят сушку древесины, изготавливают подпорные конструкции древесины методом «горячекатных ванн». В качестве фиксаторов используют составы, образующиеся при взаимодействии с пропиточными растворами термостойких и нерастворимых в воде веществ.Сушка древесины проводится до остаточной влажности 20-25% после кондиционирования древесины.

Метод заключается в следующем.

Предварительная дегазация

Пропитка вакуумным раствором в отдельном вакуумном устройстве для создания постоянного, не изменяющегося во времени давления порядка 0,05-0,08 МПа, раствор нагревают и, поддерживая вакуум, переводят в вакуум. Аппарат с древесиной, аналогично предварительно пропахолсерофеном и разогретой. Предварительный вакуумный пропиточный раствор и изделия из дерева должны быть очищены и очищены в одном и том же вакуумном аппарате. этот брус погружают в горячий пропиточный раствор, а затем создают вакуум.

Результатом является дегазация пропиточных растворов и древесины, что исключает возможность образования «газовой пробки» в древесине при последующем процессе вакуумной пропитки и обеспечивает полную (сквозную) пропитку за один цикл.

Этап пропитки

После заливки древесины правахолцерофеном расчетное количество дегазированного пропиточного раствора подачу в него прекращают, пропиточный аппарат отключают от вакуумного аппарата с деревом. Поддерживайте вакуум в течение 3-4 часов.Затем разрежение падает до атмосферного или создают избыточное давление пропиточной жидкости (до 2 атмосфер) и проводят пропитку древесины до прекращения опускания раствора, т.е.до истечения срока его поглощения древесиной. Перед окончанием пропитки брус все время должен находиться под слоем пропиточной жидкости. После пропитки пропиточный раствор удаляется.

Стадия отверждения и сушки

Во время пропитки пропиточный раствор не успевает проникнуть и равномерно распределяется по всем анатомическим структурам обрабатываемого материала.Таким образом пропитанное дерево выдерживалось в течение суток при комнатной температуре, после чего следовала его камера, с которой установлен шкаф.

Как известно, необработанная древесина березы (доски, пиломатериалы) практически не подвергается «принудительной» сушке, подвергается растрескиванию, короблению, продольным поперечным деформациям. Даже при соблюдении самых мягких режимов сушки в сушильных камерах процент брака составляет 50-60%.

Обработанные предлагаемые способы березы, ольхи, тополя и других твердых пород древесины легко и без дефектов сушатся при сушке любого типа, даже в самых суровых температурных условиях.На самых ранних стадиях сушки путем испарения воды из обработанной древесины в ячейках, полостях, токопроводящих балках и других структурно-анатомических ее элементах концентрация пропиточного раствора достигает своего насыщения и начинается процесс микрокристаллизации вводимых в древесину веществ. Является армированием, своеобразным «скрепляющим» клеточными стенками, микрокристаллами древесных волокон целлюлозы, составляющими пропитывающего состава. Материал затвердевает, теряет способность к растрескиванию, короблению, продольным и поперечным деформациям.По сути, уже на промежуточных этапах сушки древесина становится качественно новым материалом. Дальнейшую сушку (требующуюся для технологического режима 25-30% влажности) можно проводить в жестких режимах, с Красным временем и экономией энергии в 3-4 раза.

После конвективной сушки до уровня влажности 25-30% древесина подвергается новейшим технологическим операциям — записывается в компонент.

Этап фиксации

Древесину загружают в пропиточную ванну, заливают горячим раствором фиксирующую часть и проводят пропитку в режиме «горячекатных ванн».Количество впитанного раствора определяет завершение процесса фиксации.

Суть фиксации сводится к пикированию, извлеченному из конвективной сушильной камеры горячей (t˜70 ° (C) древесины, сразу же перенесенной в холодную ванну с фиксирующим раствором.

Типичный состав фиксирующего раствора f-1 »

Из-за резкого охлаждения горячей древесины при погружении в холодную ванну раствора Ф-1 »в полостях В дереве действует отрицательное давление, т.е. применяется вакуум. Его глубина не так значительна, как при вакуумной пропитке, однако достаточна для поглощения 60-80 кг фиксирующего раствора на 1 м древесины ³ . Вступление в химическую реакцию с ранее введенными веществами (мофос, фосфат мочевины) компоненты фиксирующего раствора на практически нерастворимые, химически стойкие и тугоплавкие соли: фосфат алюминия, фосфат магния-аммония, оксалаты магния.Все эти вещества являются эффективными антипиренами, консервантами и «вяжущими» материалами. Эти нерастворимые соединения, образующиеся в древесине, создают непреодолимые преграды на пути выхода изначально внесенных компонентов, а также на пути атмосферной влаги, осадков и других разрушающих компонентов атмосферы внутри дерева, т.е. выполняют роль защитного экрана, при этом цемент, пропитанный древесиной, защищая ее от огня и биоразложения. Древесина подвергается дальнейшей окончательной сушке.

При выборе химических веществ для пропитки и удерживающих жидкостей, подходящих для вакуумной пропитки древесины, должны соблюдаться следующие условия и требования: химическая совместимость и стабильность растворов с точки зрения их хранения и использования; экологическая чистота и безопасность как компонентов, так и соединений в готовом виде; высокие функциональные свойства составов; доступность и относительно невысокая стоимость комплектующих; высокая растворимость основных компонентов составов и их гидролитическая стабильность; термический с решениями eucast отсутствие летучих и газообразных продуктов при работе с растворами и в процессе эксплуатации обработанной древесины; сохранение цвета, текстуры, эстетических свойств пиломатериалов; нефроскопы; без запаха; совместимость с клеевыми композициями и лакокрасочными материалами.

С учетом вышеперечисленных требований может быть предложен, например, следующий пропиточный состав и фиксирующий состав:

— пропиточный состав: 1 — карта 2 — фосфорнокислая мочевина, 3 — антисептики, 4 — пеногасители (ПАВ), 5 — воды;

— фиксирующий состав: 1 — бишофит, 2 — сульфат алюминия, 3 — щавелевая кислота, 4 — вода. В зависимости от назначения модифицированной древесины (с назначением сопутствующих характеристик древесины: горючесть, твердость, способность к деревообработке, совместимость с клеями и лакокрасочными материалами, водопоглощение, стойкость к ультрафиолетовому излучению, влагостойкость, биретросталь и т. Д.) Могут быть подобраны и другие рецепты пропитки. и фиксирующие составы (см. Примеры).Изменяя химический состав пропиточных и фиксирующих растворов, их концентрацию, режимы и время обработки и другие параметры процесса, можно получить древесину с заданными свойствами.

В результате обработки фиксирующим раствором капли выщелачиваются из древесины функциональные компоненты пропиточных растворов. достигается усиление и укрепление клеточных стенок и других элементов анатомической структуры древесины, резко повышаются ее прочностные свойства, снижается абсорбция, повышается биостойкость и т. д.Более четверти всей массы получаемой древесины приходится на содержание минералов. По сути, таким образом на основе древесины создается «минерализованная древесина» — новый строительный и строительный материал.

Наиболее полная и равномерная пропитка по предлагаемой технологии достигается при обработке древесины лиственных пород (береза, липа, дуб, осина, тополь, ольха). Зона дегтя, занимающая значительную часть массы древесины хвойных пород, затрудняет проникновение пропиточного раствора в древесину.

Предлагаемый способ глубокой (поперечной) пропитки древесины обеспечивает огнестойкость, огнестойкость древесины на уровне I группы (по ГОСТ 16363 (НПБ-251)), биологическую стойкость влияет на действие паразитических грибов и насекомых. , атмосферостойкость, нефроскопы, высокие прочностные характеристики. Обработанная нашим методом и технологиями древесина мягких и малоценных пород (ольха, тополь и другие) превращается в прочный высококачественный строительный и конструкционный материал, пригодный для изготовления огнестойких дверей, которые лестницы, арочные потолки, паркетная плитка и т. д.

Пример 1. В автоклав кладут расчетное количество пиломатериалов с относительной влажностью 18-25%, прибор герметизируют и вакуумируют до остаточного давления 0,08-0,05 МПа. Одновременно проводят вакуум и нагрев пропиточного раствора до завершения дегазации аппарата, сообщаем с пропиточным автоклавом с вакуумированным деревом. Процесс считается завершенным, если достигнутый вакуум остается неизменным в течение 20-30 минут.

Затем горячий пропиточный раствор переносят, поддерживая вакуум в системе в автоклаве с древесиной в таком количестве, чтобы пропиточный материал все время находился под слоем пропиточной жидкости.Поддерживая температуру раствора в пределах 60-70 ° и вакуум в течение 3-5 часов, пиломатериалы нагревают, после чего сливают в автоклав вакуумной пропиткой, повышают давление до 1,6-2,0 атм и проводят процесс пропитки. до прекращения впитывания раствором консерванта для древесины, которое занимает от 3 до 6 часов.

В конце этой стадии пропитки давление в автоклаве приводит к атмосферному, избыток пропиточного раствора перекачивается в резервную емкость, древесина извлекается и инкубируется для выравнивания концентрации пропиточного раствора в древесной массе при температуре в течение дня.Затем проводят камерную сушку пропитанной древесины.

В камере сушки древесины, пропитанной, влажностью до 23%, после обработки ее фиксирующим раствором методом «горячекатных» ванн и окончательной сушки до 8% влаги получена «минерализованная» древесина березы, с плотность 0,78 г / см ³ (780 кг / м ³ ).

Сохраняя внешний вид, текстуру, более выраженный рисунок годовых колец, модифицированная древесина березы практически негорючая, имеет высокую твердость, но может быть любой породы дерева, хорошо отполирована и отполирована , совместим с клеями и покрывающими материалами, негигроскопичен, устойчив к действию ультрафиолета, атмосферной влаги, биретросталь.

Пример 2. В вакуумный аппарат загружают 1 м ³ (645 кг) пиломатериалов из березы размером 60 × 80 × 3400 мм и исходной влажностью 27%. Куча бруса закреплена зажимными приспособлениями, машина запечатана и залита ˜2 м ³ пропиточным раствором, приготовленным по рецептуре №1- «П».

Пропиточный раствор готовят путем последовательного разбавления в воде указанных компонентов веществ и добавления недостающего количества воды до достижения концентрации пропиточного раствора в пределах 23-26% (мас.). плотность растворов ˜1,14-, 17 г / см ³ .

После заливки, пропитки раствора в автоклав с древесиной включают нагревательное устройство и доведение температуры раствора до 75-80 ° С. Древесину нагревают в горячем пропиточном растворе в течение 3-5 часов, в результате чего структурно-анатомические элементы древесины размягчаются, включается вакуумный насос и запускается процесс одновременной дегазации древесины и консервантов.Постепенно увеличивая вакуум, регулируют интенсивность кипения пропиточного раствора и охлаждая его, доводят давление в пропиточной камере до уровня 0,05-0,08 МПа. Процесс откачки длится 3-4 часа. По окончании дегазации пытались остановить падение вакуумной системы после закрытия вакуумных клапанов и отключения вакуумного насоса. С этого момента начинают процесс пропитки древесины, для чего сбрасывают разрежение, повышают давление в аппарате до 1,2-1.3 МПа и проводят пропитку древесины до окончания нижнего уровня пропиточного раствора (контроль — водомерный прибор). Процесс занимает 4-5 часов. После пропитки древесины перед окончанием нижнего уровня пропиточного раствора, закачанного сверх резервной мощности, дать слить остаток пропиточного раствора, отделившегося от обработанной древесины, устройство разгружается, древесина переводится в конвективную. вторая сушильная камера.В результате вышеуказанных операций по разнице между начальным и конечным объемом пропиточного раствора находят количество раствора, поглощенного древесиной.