Библиографическое описание:

Губанова Н. В. Исследование технологических режимов получения модифицированной древесины // Молодой ученый. — 2010. — №12. Т.1. — С. 17-19.

Пропитка модифицированной древесины расплавом Biol позволяет значительно улучшить ее физико-механические свойства: повысить водостойкость, влагостойкость, снизить коэффициент трения.

На качество и физико-механические свойства модифицированной древесины большое влияние оказывают режимы пропитки. Поэтому целью данной работы явилось исследование процесса пропитки модифицированной древесины в зависимости от следующих технологических параметров:

- начальной влажности и плотности древесины;

- температуры пропитки;

- предварительного вакуума;

- величины избыточного давления;

- продолжительности выдержки под давлением.

Эксперименты по пропитке проводились на специальной пропиточной установке (рис. 1).

1 – автоклав; 2 – вакуумный насос; 3 – баллон со сжатым воздухом; 4 – крышка автоклава; 5 – фиксирующие стержни; 6 – маховик; 7 – редукционный клапан; 8 – манометр; 9 – вакуумметр; 10 и 11 – краны; 12 – электронагреватели; 13 – потенциометр; 14 – подъемник; 15 – держатель образцов; 16 – образцы из модифицированной древесины; 17 – емкость с наполнителем.

Рис. 1. Схема лабораторной установки для исследования режимов наполнения модифицированной древесины

Эксперименты проводились на лабораторной установке, которая позволяла производить пропитку под действием вакуума до 10 мм рт. ст. и давления до 15 МПа. Основой установки являлся автоклав высокого давления. В качестве рабочего тела использовался сжатый воздух. В рабочей камере возможно было поддерживать температуру на заданном уровне в пределах от + 20 до + 250оС с погрешностью + 2о С.

Пропиточная установка (рис. 1) включает в себя автоклав 1, вакуумный насос 2 и источник высокого давления 3. Герметичность в сосуде высокого давления достигается за счет специальной составной крышки 4, имеющей резиновое уплотнительное кольцо. В момент установки крышка нижней частью опирается на буртик, образованный вследствие различия диаметров загрузочного отверстия и рабочей камеры. От перемещения вверх крышка фиксируется двумя стержнями 5, которые вставляются в отверстия, просверленные в стенке автоклава. Нижняя часть 4рышки имеет шток с резьбой, который проходит через отверстие в верхней половине и снабжен маховиком 6. Вращением маховика нижняя часть крышки распирает резиновое кольцо, создавая тем самым герметичность в сосуде.

Автоклав имеет редукционный клапан 7, позволяющий отрегулировать давление до строго заданной величины, и снабжен манометром 8 и вакуумметром 9. Для перекрытия вакуумной системы в момент создания избыточного давления и для выпуска газа предусмотрены краны 10 и 11.

По наружному диаметру автоклава намотаны электронагревательные спирали 12 и изолированы от него слоем электроизоляционного материала, а снаружи нагреватели закрыты асбестом. Требуемая температура в рабочей камере поддерживается электронным потенциометром 13 с хромель-копелевой термопарой, которая введена в сосуд высокого давления. С целью сокращения времени пропитки или наполнения до минимума автоклав снабжен приспособлением для быстрого опускания и подъема образцов. Приспособление выполнено в виде штока 14, к которому прикреплен держатель образцов 15 с образцами 16. Шток проходит через отверстие в крышке автоклава, имеет два ограничителя для фиксации держателя образцов в крайних верхнем и нижнем положениях и может вертикально перемещаться. В автоклав устанавливается емкость 17 с наполнителем. Вакуумный насос 2 соединен с автоклавом трубопроводом низкого давления. Источником высокого давления служит баллон 3 со сжатым воздухом, который соединен с автоклавом трубопроводом высокого давления.

Установка работает следующим образом. В автоклав 1, обогреваемый электронагревателями 12, устанавливают емкость 17 с пропиточной жидкостью, а в держатель образцов 15 помещаются исследуемые образцы 16 из древесины. Затем автоклав закрывают крышкой 4, фиксируют ее стержнями 5 и герметизируют с помощью маховика 6. Далее открывают кран 10, который перекрывает газовод низкого давления, и включают вакуумный насос 2. Степень разрежения в сосуде контролируется вакуумметром 9. После выдержки образцов из древесины 16 под вакуумом в течение определенного времени кран 10 закрывают и шток 14 опускают вниз до упора, при этом держатель с образцами 16 погружается в пропиточный раствор. Затем открывают вентиль на баллоне 3 и сжатый воздух, поступая по трубопроводу высокого давления в сосуд, создает в нем избыточное давление, под действием которого наполнитель проникает в древесину. Величина рабочего давления контролируется манометром 8. После окончания пропитки шток 14 поднимают вверх до упора, причем держатель 15 с образцами 16 извлекается из пропиточного раствора и занимает крайнее верхнее положение. После этого открывают кран 11 и выпускают газ. Затем, с помощью маховика 6, производится разгерметизация автоклава, вынимаются фиксирующие стержни, снимается крышка 14, и извлекаются образцы 16.

Для пропитки использовались образцы из модифицированной древесины березы с размерами 20х20х30 мм и плотностью 900 – 1200 кг/м3. Выбор древесины березы обусловлен тем, что береза является недефицитной и широко распространенной древесной породой, обладающей к тому же хорошей проницаемостью вследствие равномерного распределения сосудов по всему объему древесины. Наполнителем являлась смазка Biol. Качество пропитки характеризовалось количеством поглощенного наполнителя, глубиной его проникновения и равномерностью распределения по сечению образца. Количество поглощенного древесиной наполнителя определялось по формуле:

р = 100 ,

где р – степень наполнения, %;

   m – масса образца после пропитки, г;

   m - масса образца до пропитки в абсолютно сухом состоянии, г.

Теоретически возможное и фактическое количество наполнителя, поглощаемого единицей объема древесины, в г/см3 определяли по формулам:

Qт = (1 - )н ,

Qф =  ,

где Qт - теоретически возможное количество наполнителя, поглощаемое единицей объема  древесины, г/см3;

Qф – фактическое количество наполнителя, поглощаемое единицей объема древесины, г/см3;

– плотность древесины в абсолютно сухом состоянии до пропитки, г/см3;

– плотность древесинного вещества, г/см3;

 – плотность наполнителя, г/см3;

V – объем образца, см3.

            Полученная путем пропитки древесины смазкой Biol модифицированная древесина имеет следующие физико-механические показатели:

            плотность, кг/м3                                   1200 ….. 1300

            предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа       140 ….. 170

            влагопоглощение за 24 часа, %                         1,5 ….. 2,0

            коэффициент трения на самосмазке                    0,05 ….. 0,08

     

1 - = 940 кг/м3; 2 - = 1090 кг/м3; 3 - = 1240 кг/м3.

Рис. 2. Зависимости коэффициента степени наполнения () от избыточного давления (q) для модифицированной древесины с различной исходной плотностью

            На основании проведенных исследований получены следующие результаты.

            С повышением влажности и плотности древесины ее поглощающая способность снижается, причем с уменьшением плотности диапазон предельного влажностного состояния расширяется.

            Пропитку модифицированной древесины необходимо проводить при влажности, не превышающей 6 – 10 %, учитывая ее плотность и время выдержки. Качественную пропитку имеет модифицированная древесина, имеющая плотность не более 1100 – 1150 кг/м3.

            Температура пропитки в исследуемом диапазоне 100 – 150о С не оказывает существенного влияния на поглощающую способность древесины.

            Величина избыточного давления существенно влияет на процесс пропитки. В начальный период, с повышением давления до 20 – 40 бар, степень наполнения возрастает с интенсивностью обратно пропорциональной плотности модифицированной древесины. Дальнейшее повышение давления до 40 – 60 бар практически не изменяет степени наполнения модифицированной древесины (рис. 2).

            Продолжительность выдержки под давлением не превышает 1 – 2 мин., после чего давление не оказывает заметного влияния на процесс пропитки.

            Предварительное вакуумирование при пропитке увеличивает привес образцов на 3 – 5 %.

Модифицированная древесина, наполненная смазкой Biol, может использоваться, например, в качестве подшипников скольжения в узлах трения машин и механизмов, работающих без смазки или с ограниченной подачей смазки. Применение самосмазывающихся втулок из модифицированной древесины позволит упростить техническое обслуживание оборудования, снизить расход смазочных материалов и в ряде случаев увеличить долговечность подшипниковых узлов.

 

Литература:

1. Чаадаев А.Е. Исследование технологических параметров получения антифрикционной прессованной древесины [Текст]: межвуз. сборник Модифицированная древесина и ее использование в народном хозяйстве/ А.Е.Чаадаев.-Воронеж: ВГУ, 1978.-С.51-55.

2. Чубов Н.И. Модификация прессованной древесины [Текст]: /Н.И.Чубов.-Воронеж: ВГУ, 1979.-104 с.

Основные термины (генерируются автоматически): модифицированной древесины, высокого давления, наполнения модифицированной древесины, избыточного давления, пропитки модифицированной древесины, модифицированной древесины расплавом, модифицированной древесины большое, получения модифицированной древесины, держатель образцов, модифицированной древесины березы, Пропитку модифицированной древесины, автоклав высокого давления, вакуумный насос, прессованной древесины, плотности модифицированной древесины, низкого давления, технологических параметров, сосуде высокого давления, процесс пропитки, величины избыточного давления.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос