Материал: 3996

16

Вопросы для самоконтроля:

1.Перечислите мономеры, используемые при ТХМ.

2.Какие олигомеры используются при ТХМ?

3.Какие растворители используются для синтетических смол?

4.Какие катализаторы используются при ТХМ?

5.Что такое степень конверсии мономера?

6.Как зависит доза радиации от мощности дозы?

7.По какой формуле рассчитывается степень наполнения древесины для стенок клеток и для полостей сосудов и клеток?

8.Какова структурно-технологическая схема ацетилирования древесины?

3.5 Пропитка, сушка и прессование древесины

При изучении этого раздела следует понимать, что пропитка с торца под давлением является важнейшей операцией при следующих видах обработки древесины: а) пластификация, б) антисептирование, в) антипирирование, г) крашение и изменение текстуры, д) придание антифрикционных свойств, е) увеличение теплопроизводности, ж) упрочнение.

Процессы пропитки постоянно совершенствуется и за последние 7 лет с момента выхода учебного пособия появились новые способы, которые приведены ниже:

Модель пропитки древесины с торца под давлением

Разработка оптимальных технологических режимов пропитки древесины с торца под давлением невозможна без учета макро и микроскопического строения древесины.

При производстве прессованной древесины (марки дестем) в качестве основы используют древесину главным образом мягких лиственных породберезы, ольхи, осины.

Древесина данных пород сложное пористососудистое строение, характеризующееся наличием сосудов, сердцевинных лучей и различного рода микро и макрополостей (полости клеток), соединенных между собой системами пор.

В процессе пропитки древесины первоначально происходит заполнение крупных, макроскопических полостей, непосредственно связанных с окружающей средой, а затем раствор проникает в микрополости, связанные с

17

макрополостями системами пор. Таким образом, на характер и степень пропитки основное влияние оказывают макрополости (сосуды).

Сосуды имеются только в древесине лиственных пород и представляют собой составленные из отдельных клеток – члеников длинные трубки с широкой полостью и относительно тонкими стенками. Эти элементы особенно хорошо приспособлены для передвижения воды вдоль ствола дерева.

Каждый сосуд слагается из отдельных клеток – члеников, у которых верхняя и нижняя стенки разрушились частично или полностью. Если образовалось одно (редко, два) круглое или овальное отверстие, то такая перфорация называется простой. При появлении ряда щелевидных отверстий перфорация называется лестничной. Сосуды с ярко выраженной лестничной перфорацией бывают у березы, ольхи. Сосуды с простой перфорацией бывают у осины.

Сосуды в стволе отклоняются от вертикали в тангенциальном и отчасти в радиальном направлениях. Благодаря концевым и промежуточным контактам сосудов создается единая пространственно разветвленная водопроводящая система.

Объѐм сосудов в древесине неодинаков; он зависит от породы древесины, плотности, условий произрастания и других факторов. Объѐм сосудов в древесине различных пород колеблется от 17 до 43%. Для древесных пород (березы, осины, ольхи) применяемых при производстве Дестама, объѐм сосудов в процентном соотношении в зависимости от плотности составляет для березы (плотность 640 кг/м3) – 24,7%, для осины (плотность 460 кг/м3) – 26,4%, для ольхи (плотность 540 кг/м3) – 29,0%.

Подробнее остановимся на особенностях строения древесины березы, осины, ольхи как основных элементов исследования.

БЕРЕЗА

Древесина березы рассеяннососудистая, белого цвета, с легким желтоватым или красноватым оттенком. Сосуды среднего диаметра, относительно немногочисленные, равномерно распределены по всей ширине годичного слоя. Членики сосудов длинные, с острыми короткими или удлиненными клювиками. Перфорационные пластинки сосудов лестничные, расположены на боковых или косопоставленных поперечных стенках. Перекладины перфораций сосудов тонкие, по 16...30 (в среднем по 20...25) перекладин в перфорации.

18

ОСИНА

Сосуды очень многочисленные, тонкостенные, округлые или угловатые, равномерно рассеянные без определенного рисунка по всей ширине годичного слоя. Иногда просвет сосудов (на поперечном срезе) занимают до 50% площади среза. Членики сосудов короткие, с небольшими тупыми клювиками или без клювиков. Перфорационные пластинки между члениками наклонные, простые с одним круглым отверстием.

ОЛЬХА

Древесина рассеяннососудистая. Сосуды одного типа, не очень многочисленные, равномерно распределены по годичному кольцу, слегка уменьшаются в количестве и размерах в направлении к внешней границы, одиночные или в небольших радиальных цепочках и группах по 2...4 (7), в поздней древесине цепочки могут состоять из большого числа (до 15) просветов и непосредственно примыкать к крупным сосудам ранней древесины следующего годичного кольца. Членики сосудов тонкостенные короткие и средней длины (300...500 мкм) с небольшими закругленными или тупыми клювиками, клювики могут отсутствовать. Перфорационные пластинки простые на поперечных, часто скошенных стенках, реже на боковых.

Для описания процесса пропитки и определения времени пропитки нами была создана техническая модель древесины березы, ольхи и осины.

Техническая модель разрабатывалась с учетом экспериментальных данных, опубликованных в работах В.Е. Вихрова, Н.И. Никитина, Л.М. Перелыгина и наших данных, полученных, а результате замеров анатомических элементов на микрофотографиях.

Замеры анатомических элементов производились с помощью лупы с 24-х кратным увеличением и ценой деления 5 мкм. После измерения относительные размеры с помощью масштаба увеличения переводились в фактические. Техническая модель древесины березы, ольхи и осины представлена в табл. 1.

Древесина обладает сложной структурой, которой нельзя дать четкое математическое описание, поэтому появилась необходимость в создании упрощенной модели структуры древесины. Сосуды древесины лиственных пород можно представить в виде трубок, в которых присутствуют, перфорации. Представим, что перфорации отсутствуют и движение жидкости осуществляется по трубам сосудов, а далее по порам, соединяющим сосуды (рис. 1).

19

Таблица 1 - Техническая модель древесины мягких лиственных пород

1 – сосуд; 2 – лестничные перфорации; 3 – поры Рисунок 1 - Схема пропитки древесины березы с торца под давлением

Существует ряд уравнений В.И. Патякина и П.С. Серговского для пропитки древесины под давлением, в которых за основу взято уравнение Дарси.

Вобщем, виде уравнение Дарси выглядит следующим образом:

i= kμ-1 dp/dx ,

где I – поток жидкости; к – коэффициент проницаемости; ар/ах – градиент даления.

На процесс пропитки древесины с торца под давлением влияние оказывают следующие факторы:

20

1)площади перфорации, диаметр и количества пор, длина заготовки;

2)вязкость пропитывающего раствора (выбор оптимальной вязкости способствует наиболее высокому и равномерному по всему объему наполнению древесины);

3)давление, при котором будет происходить процесс пропитки;

4)влажность древесины при пропитке: если влажность древесины высокая (равная или выше точки насыщения волокна), то влага, находясь в порах и сосудах древесины в жидкой и паровоздушной фазах, создает внутреннее гидростатическое противодавление, препятствующее продвижению пропитывающего раствора.

Т.е. τ = f(d, 1, Р, V).

При составлении уравнения мы использовали следующие ограничения:

1)пренебрегаем трением жидкости о стенки сосудов;

2)фронт пропитки движется строго по оси ствола;

3)принимаем поток ламинарным;

4)пропитка идет строго по сосудам и порам, соединяющие сосуды. Время пропитки древесины с торца определяют по эмпирической фор-

муле:

где к – коэффициент проницаемости древесины; μ- вязкость пропиточного раствора, Пас; 10 – длина сосуда, м; Sэф – эффективная площадь сосуда, м2 ; (dэф – диаметр пор, м; l1 толщина поры, равная двум толщинам стенки сосуда м; Р – давление, МПа.

Разность давлений при движении жидкости: (Ро – Рк)N = Рз – Ратм

где N – число повторяющихся элементов на длине образца;

P0 и Рз – заданное давление; Рк и Ратм – конечное и атмосферное давле-

ние.

N = L / (l + l1)

Тогда разность давлений

Ро – Рk = ((Рз – Ратм)(lо + l1))L