Совершенствование центробежного способа пропитки лиственной древесины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Григорьев, Глеб Владимирович

• Григорьев, Глеб Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Григорьев, Глеб Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Пропитка как способ повысить эксплуатационные свойства древесины мягколиственных пород

1.2.1. Общие сведения о способах пропитки древесины

1.2.2. Центробежная пропитка древесины

1.3. Модели пропитки древесины жидкостью

1.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ МЯГКОЛИСТВЕННЫХ ПОРОД

2.1. Общая часть

2.2. Математическая модель центробежной пропитки при нелинейном законе фильтрации пропиточной жидкости

2.3. Влияние параметра нелинейного закона фильтрации жидкости на кинетику центробежной пропитки древесины

2.4. Составление методики определения параметра нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости

2.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

3. МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Общие положения

3.2. Аппаратура экспериментальных исследований

3.3. Методика проведения экспериментальных исследований

3.4. Методика обработки результатов экспериментальных исследований

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Результаты экспериментальных исследований центробежной пропитки древесины мягколиственных пород

4.1.1. Результаты экспериментальных исследований центробежной пропитки осины

4.1.2. Результаты экспериментальных исследований центробежной пропитки березы

4.2. Практические рекомендации по определению рациональных режимов работы и конструктивных параметров оборудования для центробежной пропитки мягколиственных пород древесины

4.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование центробежного способа пропитки лиственной древесины»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Пропитка древесины мягколиственных пород различными химическими соединениями как способ повысить ее эксплуатационные свойства нашла широкое применение как в нашей стране, так и за рубежом [1], [2]. Известны различные способы пропитки древесины, среди них особый интерес представляет способ пропитки в поле центробежных сил. Этот способ отличается сравнительно низкой энергоемкостью [3], позволяет достичь высокой степени насыщения древесины жидкостью за короткое время [3], [4].

Исследованию и совершенствованию процесса центробежной пропитки древесины посвящено значительное количество научных работ. К настоящему времени разработаны технические решения по балансировке платформ центрифуг [5], [6], [7], позволяющие осуществлять на центрифугах пропитку достаточно длинных (до нескольких метров) образцов древесины. Проведены обширные экспериментальные исследования, касающиеся процесса насыщения древесины жидкостью; разрабатываются новые составы для пропитки древесины на основе синтетических и органических олигомеров, например [8], [9].

Вместе с тем, дальнейшее совершенствование процесса центробежной пропитки древесины требует более детальных исследований. Анализ литературных источников по теме работы показывает, что существующие на сегодняшний день модели пропитки древесины в поле центробежных сил описывают кинетику центробежной пропитки с позиции линейного закона фильтрации Дарси, то есть связь напора пропиточной жидкости и скорости движения фронта пропитки считается прямо пропорциональной. Однако на практике это справедливо далеко не при всех параметрах процесса пропитки и свойствах пропиточной жидкости, что подтверждено экспериментально [10], [11]. Модели, построенные на основании зависимостей, учитываю-

щих отклонение закономерности фильтрации жидкости образцом древесины, от соотношений, следующих из закона Дарси (далее - при нелинейных законах фильтрации), пригодные для практического применения, отсутствуют, что затрудняет или же делает невозможным научно обоснованный подбор рациональных конструктивных параметров, а также режимов работы центрифуг для пропитки древесины.

Таким образом, дальнейшее исследование процесса центробежной пропитки древесины представляется актуальной практической задачей.

Степень разработанности темы исследования. Теоретическое описание процесса центробежной пропитки древесины основано на использовании положений линейного закона фильтрации Дарси. Накоплены экспериментальные сведения, подтверждающие некорректность применения линейного закона фильтрации при ряде значений параметров процесса центробежной пропитки. Нелинейные законы фильтрации пропиточной жидкости в древесине применительно к центробежной пропитке ранее не рассматривались.

Цель работы: обоснование рациональных режимов технологического процесса центробежной пропитки древесины мягколиственных пород с учетом нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости. Задачи исследования:

1. провести теоретические исследования процесса центробежной пропитки древесины в условиях нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости;

2. составить модель, раскрывающую кинетику пропитки образца древесины при нелинейном законе фильтрации пропиточной жидкости;

3. составить методику экспериментального определения параметров нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости образцом древесины;

4. экспериментально определить влияние свойств древесного образца и параметров процесса центробежной пропитки на закон фильтрации пропиточной жидкости;

5. экспериментально определить параметры нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости при центробежной пропитке древесины осины и березы;

6. дать рекомендации по определению режимов работы и конструктивных параметров оборудования для центробежной пропитки древесины осины и березы. Научная новизна. Модель фильтрации пропиточной жидкости образцом древесины при центробежной пропитке, отличающаяся учетом нелинейной связи скорости движения фронта пропитки и напора пропиточной жидкости, расширяющая научные представления о процессе центробежной пропитки древесины и позволяющая подобрать рациональные конструктивные параметры и режимы работы оборудования для центробежной пропитки древесины в условиях нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости древесным образцом.

Теоретическая значимость работы. Построенная модель насыщения древесины жидкостью в ходе пропитки на центрифуге расширяет теоретические представления о движении пропиточной жидкости в древесине. Полученные на основе реализации модели соотношения устанавливают в общем виде влияние параметров процесса центробежной пропитки на время пропитки.

Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные значения параметров нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости древесным образцом могут быть использованы на практике при определении рациональных с точки зрения времени режимов пропитки древесины осины и березы центробежным способом.

Положения, выносимые на защиту:

1. модель, раскрывающая кинетику центробежной пропитки древесины при нелинейном законе фильтрации пропиточной жидкости образцом;

2. методика экспериментального определения параметров нелинейного закона фильтрации жидкости образцом древесины при центробежной пропитке;

3. результаты экспериментальных исследований по определению влияния влажности древесины осины и березы на параметры нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости;

4. полученные на основе реализации модели пропитки древесины в поле центробежных сил зависимости, устанавливающие рациональные с точки зрения времени обработки режимы работы и конструктивные параметры центрифуг при пропитке древесины осины и березы.

Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных ученых по тематики пропитки древесины. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, гидравлики, измерения и обработки экспериментальных данных.

Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы ученых в области теории и технологии пропитки древесины - В.И. Патякина, П.С. Серговско-го, И.В. Кречетова, H.A. Оснача, С.М. Базарова, А.К. Редькина, Б.Н. Уголева, А.И. Расева, В.И. Соколова, А.И. Мигачева, В.И. Маркова, В.А. Баженова, В.А. Шамаева, O.A. Куницкой, Б.С. Чудинова, В.П. Кожина и других ученых МГУЛ, СПбГЛТУ, ВГЛТА, УГЛТУ, ПетрГУ, С(А)ФУ, БрГУ, ЦНИИМЭ.

Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных методов исследования, обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и моделирования, а также подтверждается экспериментальными исследованиями процесса пропитки древесины центробежным способом.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: IX международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2012 г.); МНТК «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2012 г.); МНТК молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПб, 2011 г.); МНТК

«Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2012 г.); и ежегодных НТК СПбГЛТУ в 1997 - 2013 гг. Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства».

Исследования выполнялись в створе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ, (от 07.07.2011 г.) пункт «Рациональное природопользование». Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства».

Результаты работы прошли успешную апробацию и используются в технологическом процессе ГП «Борзнянское лесное хозяйство», что подтверждается Актом внедрения.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Пропитка как способ повысить эксплуатационные свойства древесины

мягколиственных пород

Актуальность задачи повышения эксплуатационных свойств древесины, в особенности - древесины мягколиственных пород, менее стойких к гниению (таблица 1.1), доказана в работах многих ученых, например [12], [13], [14].

Таблица 1.1

Классы пород древесины по стойкости к гниению [15]

Класс Порода древесины

заболонь ядро

Стойкие Обыкновенная сосна, ясень Сибирская сосна (кедр), лиственница, обыкновенная сосна, дуб, ясень

Среднестойкие Ель, сибирская сосна (кедр), лиственница, пихта Ель, пихта, бук

Малостойкие Береза, бук, вяз, граб, дуб, клен Вяз, клен

Нестойкие Липа, ольха, осина Береза, липа, осина, ольха

Методы модифицирования древесины (под модифицированием понимается целенаправленное изменение ее свойств), условно подразделяют на два класса: физические и химические методы [1].

К физическим методам относится, например, введение в древесину инертных материалов, не проникающих в клеточную стенку (moho-, олиго-, полимеров, масел, металлов и др.).

Химические методы заключаются в изменении состава и свойств материала клеточных стенок за счет воздействия на древесину аминов, ангидридов карбоновых кислот, альдегидов и других веществ, в том числе мономеров и олигомеров.

Оба класса методов предусматривают введение в древесину модификаторов, что может быть осуществлено в результате пропитки. Например, в институте леса и древесины Сибирского отделения Академии наук СССР [16] получена модифицированная фурфуриловым спиртом древесина, имевшая разбухание в 5-6 раз меньше, чем натуральная; при этом значительно снижалось водопоглощение и улучшались потребительские свойства древесины.

Известны исследования по модифицированию древесины термохимическим и радиационно-химическим способами, показавшие, что древесина, модифицированная фенолспиртами, смолой марки 248 и ПН-1 [16] обладает лучшими, по сравнению с натуральной, физико-механическими свойствами. Получило распространение модифицирование древесины термохимическим способом с применением различных синтетических смол и составов на их основе. Модифицированная древесина в 7-10 раз меньше разбухает, чем натуральная [17].

Проведен ряд исследований по модифицированию древесины различных пород фенолоспиртами с последующей их поликонденсацией в древесине под действием повышенной температуры [18], [19], [20]. Исследования показали, что разбухание составило 1,4 и 2,1%, а натуральной (контрольные образцы) - 9 и 12% соответственно в радиальном и тангенциальном направлениях. Климатические испытания модифицированной фенолоспиртами древесины на открытом воздухе в условиях г. Мин-

ска показали хорошие результаты [20]. Древесина достигла влажности 5-8%, размеры поперечного сечения увеличились на 1,2 - 2,0%. Полученные результаты подтвердили возможность эксплуатации ее в открытых атмосферных условиях.

При этом практически все исследователи подчеркивают, что качественные показатели модифицированной древесины в существенной степени будут определяться такими параметрами, как глубина пропитки и количество введенного вещества [1], [17].

1.2.1. Общие сведения о способах пропитки древесины

Классификация существующих способов пропитки капиллярно-пористых структур, к которым относится и древесина, основана на трех основных физических явлениях, происходящих при пропитке: перемещение жидкости под действием капиллярных сил, диффузное перемещение молекул пропитывающего вещества; перемещение жидкости под действием внешнего избыточного давления [21], [22], [23], [24].

Государственными стандартами регламентированы следующие способы пропитки древесины (см. таблицу 1.2).

Таблица 1.2

Способы пропитки древесины [25]

Способ пропитки Варианты способа и условное обозначение Предпропиточная влажность изделий из древесины, %

Нанесение защитных средств на поверхность Погружение - НПп (индекс п -продолжительность погружения в секундах или минутах); Не более 30

нанесение кистью - НКк (индекс к - кратность обработки);

опрыскивание - НОк (индекс к - кратность обработки)

Вымачивание Вп (индекс п - продолжительность выдержки в часах) Не более 30

Прогрев -холодная ванна I - прогрев и пропитка осуществляются в одной ванне с заменой горячего раствора защитного средства холодным без обнажения изделий из древесины (ПВ) или заполнением ванны холодным раствором защитного средства после прогрева паром (1111В); Не более 30 при пропитке водорастворимыми защитными средствами и не более 25 - при пропитке маслами и органикорас-творимыми защитными средствами

II - прогрев и пропитка осуществляются в одной ванне с оставлением изделий из древесины в горячем растворе защитного средства до остывания (ПВ);

III - прогрев и пропитка осуществляются в двух ваннах с переносом пропитываемых изделий из одной ванны в другую (ПВ)

Вакуум - ВАДВ Не более 30 при про-

Способ пропитки Варианты способа и условное обозначение Предпропиточная влажность изделий из древесины, %

атмосферное давление - вакуум питке водорастворимыми защитными средствами и не более 25 - при пропитке маслами и органикорас-творимыми защитными средствами

Автоклавная пропитка водорастворимыми защитными средствами под давлением ВДВ Не более 30

Диффузионный I - нанесение защитного средства на поверхность изделий -диффузионная выдержка (НОб-Дв); Не нормируется

II - нанесение на поверхность - гидроизоляция (НОб-Г);

III - нанесение на поверхность без диффузионной выдержки (НОб);

IV- пропитка бандажированием (Б)

Автоклавно-диффузионный I - пропитка в автоклаве способом ВДВ - диффузионная выдержка (ВДВ-Д); Не менее 50 для I варианта, не менее 80 - для II и III вариантов

II - паровакуумная подсушка -пропитка в том же автоклаве способом ДВ - диффузионная выдержка (ПВП-ДВ-Д);

III - паровакуумная подсушка - пропитка в том же автоклаве

Способ пропитки Варианты способа и условное обозначение Предпропиточная влажность изделий из древесины, %

способом ДВ - послепропи-точная тепловая обработка в том же автоклаве - выдержка в вакууме (ПВП-ДВ-ТВ)

Сушка-пропитка I - сушка в автоклаве пропиточной жидкостью под вакуумом - пропитка в том же автоклаве (СВ-ДВ); Для I и II вариантов не нормируется, для III варианта - не более 25 после сушки петрола-тумом

II - сушка в автоклаве пропиточной жидкостью при атмосферном давлении - пропитка в том же автоклаве (СА-ДВ);

III - сушка в ванне петролату- мом - пропитка в автоклаве пропиточной жидкостью (СП- ДВ)

Рассмотрим основные из них подробнее.

В строительстве, а также при проведении ремонтных работ, получила распространение пропитка путем нанесения раствора на поверхность сортимента либо детали. Раствор наносится кистью или распрыскивается, при этом древесина должна быть сухой. Проникновение жидкости в древесину обеспечивается за счет капиллярных сил. Глубина пропитки составляет 1-2 мм для здоровой и до 5 мм для старой, разрыхленной древесины. При пропитке погружением в ванну с кратковременной выдержкой в ней сортиментов проникновение жидкости происходит под действием капиллярных сил и, в меньшей степени, гидростатического давления. Глубина пропитки зависит от проницаемости древесины (таблица 1.3) и срока выдержки. Для повышения интенсивности пропитки пропиточные жидкости подогревают.

Таблица 1.3

Группы породы древесины по пропитываемости защитными средствами [25]

Группа Порода древесины

заболонь ядро

легко пропитываемые Обыкновенная сосна, береза, бук -

умеренно пропитываемые Сибирская сосна (кедр), европейская лиственница, граб, дуб, клен, липа, ольха, осина Сибирская сосна (кедр), обыкновенная сосна, осина, ольха

трудно пропитываемые Ель, сибирская лиственница, пихта Ель, европейская лиственница, сибирская лиственница, пихта, береза, дуб, вяз, бук, ясень

Для защитной обработки уникальных деревянных построек без их разборки применяется панельная пропитка. К вертикальной или наклонной поверхности обрабатываемого объекта прикрепляют пропиточную панель, состоящую из плотно примыкающего к древесине внутреннего слоя (листов мягкого пористого материла, например фильтровальной бумаги) и наружного водонепроницаемого слоя. Верхний конец внутреннего слоя опускают в раствор пропитывающего вещества, который находится в резервуаре над панелью. Раствор движется сверху вниз по панели и смачивает древесину. Пропитка происходит в основном под действием капиллярных сил. Продолжительность панельной пропитки зависит от требуемой ее глубины, состояния древесины (плотная, рыхлая), свойств пропитывающей жидкости и температуры окружающей среды. В среднем она колеблется от 15 до 30 суток.

К недостаткам капиллярных способов пропитки можно отнести их длительность и сравнительно небольшую глубину проникновения жидкости, что исключает последующую механическую обработку лесоматериалов. Область применения панельной пропитки ограничена неразборными конструкциями [1], [17].

Диффузионная пропитка вымачиванием в растворе отличается от капиллярной пропитки с погружением в раствор начальной влажностью древесины и длительностью ее выдержки в ванне. В ванну с раствором антисептика загружают влажные сортименты, в этом случае проникновение защитного средства в древесину происходит путем диффузии. Длительность выдержки определяется в зависимости от требуемого уровня защищенности в соответствии с классом условий службы и колеблется от 2 - 3 часов до нескольких недель. Производительность ванн при этом способе пропитки невелика [1].

Пропитка нанесением паст применяется для консервирования небольших партий столбов (деталей опор линий электропередачи и связи.) Сырые окоренные сортименты обмазывают со всех сторон пастой, содержащей водорастворимый антисептик; затем их укладывают в плотные пакеты, тщательно укрывают гидроизоляционными чехлами из толя, рубероида или полиэтиленовой пленки и выдерживают (в теплое время года) в течении 2-3 месяцев. Затем пакеты раскрывают, столбы подсушивают на открытой площадке (5-7 суток) и отправляют потребителю.

Бандажную пропитку применяют для консервирования столбов различного назначения. Ее особенность состоит в том, что она происходит во время эксплуатации. При установке столбов в грунт их часть, наиболее подверженную загниванию (в зоне границы земля- воздух), обвертывают бандажом, т.е. лентой гидроизоляционного материала, на внутреннюю поверхность которой нанесена антисептическая паста.

Недостатки диффузионных способов пропитки аналогичны недостаткам капиллярных способов [26].

Пропитка в ваннах с предварительным нагревом имеет несколько технологических вариантов. Наиболее распространен вариант с использованием двух (горячей

и холодной) ванн. Пакет пропитываемых сортиментов нагревают в ванне с горячей пропитывающей жидкостью, после чего перегружают в ванну с холодной жидкостью, при выдержке в которой и происходит непосредственно пропитка.

Реже применяют вариант с использованием одной (горяче-холодной) ванны [17]. После прогрева загруженного в ванну пакета горячую жидкость в ней быстро заменяют холодной путем перекачки насосами. Качество пропитки здесь несколько выше, чем в первом варианте, что объясняется отсутствием контакта нагретой древесины с воздухом во время перегрузки, при которой в открытые полости клеток попадают воздушные включения, замедляющие движение жидкости в древесине.

Представляет интерес вариант с совмещением нагревания и камерной сушки. Штабель пиломатериалов или заготовок сразу после сушки в камере до требуемой для пропитки влажности (25 - 30 %) помещают в ванну с холодным пропитывающим раствором. После выдержки в ванне штабель вновь помещают в камеру и сушат до конечной (эксплуатационной) влажности [27], [28].

Существуют и другие варианты рассматриваемого способа пропитки: нагревание и медленное охлаждение древесины в одной ванне без перекачки жидкости; пропитка в холодной ванне с предварительным диэлектрическим нагреванием древесины или нагреванием насыщенным паром в пропарочной камере. Эти варианты, однако, широкого промышленного распространения не нашли [26].

Пропитку древесины в ваннах с предварительным нагревом проводят преимущественно водорастворимыми веществами. Температуру горячей ванны поддерживают на уровне 90 - 95 °С, а холодной 20 - 30 °С. Продолжительность нагревания зависит от размеров сортиментов. Продолжительность выдержки в холодной ванне для сортиментов различной толщины составляет 1,5-4 часа [29].

Все рассмотренные выше способы по ряду причин имеют ограниченное промышленное применение. Диффузионная пропитка чрезвычайно длительна и требует больших затрат ручного труда. Кроме того, она возможна при использовании только неорганических водорастворимых пропитывающих веществ. Капиллярные способы

пропитки малоэффективны, так как обеспечивают только поверхностную пропитку. Способ горячих и холодных ванн эффективнее капиллярных способов и применялся в прошлом достаточно широко. Однако, этот способ из-за малого избыточного давления не обеспечивает достаточной глубокой, а тем более сквозной пропитки, требуемой в ряде случаев для надежного консервирования и других технологических целей.

Одним из способов обработки древесины защитными составами является автоклавная пропитка. Схема установки для пропитки древесины под давлением представлена на рисунке 1.1. После загрузки установки древесиной выполняют следующие технологические операции: 1) создают вакуум; 2) выдерживают древесину в вакууме; 3) заполняют цилиндры жидкостью; 4) создают давление жидкостью; 5) выдерживают древесину в жидкости под давлением; 6) сбрасывают давление до атмосферного; 7) сливают жидкость из цилиндра; 8) создают воздушный вакуум; 9) выдерживают древесину в вакууме; 10) сбрасывают давление и выгружают [1], [26], [29], [30].

Рисунок 1.1. Схема установки для пропитки древесины под давлением: 1 - цистерна с антисептиком; 2 - хранилище антисептика; 3 - баки предварительного подогрева; 4 - бак-смеситель; 5 - мерники; 6 - пропиточные цилиндры; 7 - маневренный цилиндр; 8 - конденсатор; 9 - компрессор

Процесс пропитки происходит в основном в период выдержки древесины под давлением. Вакуум в начале процесса способствует выходу из древесины воздуха, препятствующего продвижению жидкости и тем самым увеличению глубины пропитки. Вакуум в конце процесса предназначен для подсушки древесины.

Способ ВДВ применяют преимущественно для пропитки древесины водорастворимыми веществами, а также маслами, когда необходима насыщенность пропитывающими веществами. Этот способ является основным при огнезащитной обработке древесины антипиренами, когда требуется высокое удельное поглощение состава (50-80 кг сухого вещества на кубический метр древесины).

Глубина пропитки и расход пропиточного состава [31] определяется свойствами пропитывающей жидкости и режимом пропитки: уровнем давления и температуры и продолжительностью основных операций.

Автоклавный метод имеет ряд недостатков: большую продолжительность процесса и неравномерность распределения пропитывающего состава (наибольшее содержание состава - в поверхностной области пропитанной заготовки) [1], [26].

При использовании автоклавного метода пропитки рекомендуется просушивать древесину, поскольку высокое содержание влаги может препятствовать проникновению защитного состава. Считается, что предпропиточная влажность древесины при таком способе пропитки не должна превышать 30% [29].

Под перистальтическим способом обезвоживания и пропитки древесины подразумевается ее обезвоживание и пропитка с использованием пары вальцов, перемещающихся по заготовке [26].

Зазор между вальцами меньше толщины заготовки. Этот способ на более высоком качественном уровне объединяет известные методы — прессовый (обезвоживание) и обратных деформаций (пропитка) [32], [33].

Идея перистальтического способа пропитки древесины основана на возможности одновременного механического удаления свободной влаги и создания разрежения во внутренней пористой структуре древесины. Это позволяет удалять свобод-

ную влагу и пропитывать древесину, используя эффект быстрого заполнения пропитывающим раствором вакуумированной древесины.

К недостаткам способа, помимо неравномерности заполнения внутреннего пространства пропиточной жидкостью, нужно отнести также установленный в результате экспериментальных исследований факт образования поверхностных трещин при малой влажности древесины и при ее значительных деформациях [33]. При этом в середине образцов трещины практически не возникают. Образование их происходит в основном на торцах (в большей степени на заднем). При больших деформациях (до 20 %) у образцов с малой влажностью (10 - 20 %) не только толщина появлялась трещина, но и изменялась форма поперечного сечения. Изменения эти зависят в основном от расположения годичных слоев древесины и выражаются в отклонении сечения от прямоугольной формы [1], [32].

1.2.2. Центробежная пропитка древесины

Пропитка центробежным способом основывается на взаимодействии находящихся в поле центробежных сил пропитывающей жидкости и капиллярно-пористой структуры. При использовании центробежного способа значительно, по сравнению с остальными способами, сокращается продолжительность пропитки [34]. Способ центробежной пропитки на центрифуге известен, апробирован и дает при обработке древесины хорошие результаты [1], [35], [36], [37]. Указанный способ характерен тем, что обеспечивает равномерную сквозную пропитку [33].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Григорьев, Глеб Владимирович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 300 с.

2. Костин И.В. Повышение эффективности использования тонкомерной мягко-лиственной древесины путем обоснования технологии центробежного обезвоживания и пропитки. Автореферат дисс. к.т.н., Архангельск, 2011 - 20 С.

3. Куницкая O.A., Костин И.В., Бурмистрова С.С. Экспериментальные исследования показателей процесса центробежной пропитки лиственной древесины. -Братск: Системы.Методы.Технологии, 2012 № 2(14), С. 106-113

4. Куницкая O.A. Моделирование различных способов пропитки древесины полимерами. - Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник-. 2011. № 3, С. 131-135.

5. Коршак A.B., Бирман А.Р., Коркка A.A., Селимов A.M. К вопросу повышения надежности оборудования лесоперерабатывающего комплекса. Известия Санкт-Петербургской Лесотехнической академии. Вып. № 191. СПб: ЛТА, 2010 г. С. 205213.

6. Бирман А.Р., Белоногова H.A., Базаров С.М., Коркка A.A., Куницкая O.A. Устройство для пропитки лесоматериалов. Патент на полезную модель №95590. опубл. 10.07.2010 Бюл. № 19.

7. Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Машиностроение, 1994, 398 С.

8. Глазков С.С. Особенности механизма адсорбции олигомеров при модификации древесины методом пропитки. Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т.8. Вып.З С. 447 - 453.

9. Глазков С.С. Применение олигомерных композиций для стабилизации формо-устойчивости древесины низкосортных пород. - Интеграция фундаментальной науки

1

и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины: Материалы Междунар. научн.-практ. конф., 13-16 июня 2000 г.: В 2-х т.-Воронеж: ВГЛТА, 2000.-Т.2.-С. 124-127.

10. Bramhall, G. The validity of Darcy's law in the axial penetration of wood. Wood Sei. Technol. 5 (2): 121-134, 1971.

11. Drain, A.; Taverdet, J. L.; Vergnaud, J. M. 1988. Modeling the kinetics of moisture adsorption by wood. Wood Sei. Technol. 22: 11-20, 1974.

12. Барташевич A.A., Богомазов B.B. Технология изделий из древесины. -Минск: Вышэйшая школа, 1995.- 362 С.

13. Гусев Б.П. Стойкость деревянных конструкций, эксплуатируемых в производствах с химически агрессивными средами. Сб.: Повышение эффективности конструкционного использования древесины в строительстве. М.: Стройиздат, 1988. - С. 39-45

14. Ковальчук Л.М., Турковский С Б., Пискунов Ю.В. и др. Деревянные конструкции в строительстве. - М.: Стройиздат, 1995.- 246 С.

15. ГОСТ20022.2-80.

16. Завьялов А.Н. Проблемы и достижения в области химии и технологии древесного активного угля. (Обзорная информация). М.: ВНИПИЭлеспром, Лесохимия и подсочка, вып. 3, 1979, С.32.

17. Шамаев В. А. Модификация древесины. М.: Экология, 1991. - 128 С.

18. Шутов Г.М. Модифицирование древесины термохимическим способом (обзор, информ.) Минск: БелНИИНТИ, 1982.- 62 С.

19. Хрулев В.М., Машкин H.A., Маныпин А.Г. Облагороженная древесина для отделки зданий: Методические указания. Новосибирск: НИСИ, 1989.- 80 С.

20. Хрулев В.М., Машкин H.A., Дорофеев Н.С. Модифицированная древесина и ее применение. Кемерово: Кем. кн. изд-во, 1988.- 120 С.

21. Расев А.И. Некоторые задачи в области исследования процессов пропитки древесины. В кн. Химическая модификация древесины. - Рига: Знание, 1975. - С. 161-180.

22. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. Пер. с англ. - М.: Мир, 1979. - 568 С.

23. Гусев Н.Ф. Движение жидкости в древесине. - В кн.: Труды МЛТИ. Т.1. Вып. 1. -М., 1950.-48 С.

24. Чудинов Б.С. Вода в древесине. - Новосибирск: Наука, 1984. - 270 С.

25. ГОСТ 20022.6-93

26. Базаров С.М. Совершенствование технологических процессов обезвоживания и пропитки лесоматериалов силовыми полями различной физической природы. Дисс. докт. техн. наук, СПб: ЛТА, 1999.

27. Базаров С.М. и др. К обезвоживанию и пропитке древесины в силовом механическом поле. — М.:ВНИПИЭИ, №2568, 1989.

28. Иванов Ю.М. и др. Ускоренный способ пропитки древесины в горяче-холодной ванне. —М.:Госстройиздат, 1958.

29. Ли Хунда. Повышение качества отделочных и конструкционных материалов из берёзы объёмной импульсной пропиткой водорастворимыми антипиренами и красителями. Дисс. канд. техн. наук, Томск: 2010. 112 С.

30. Rashmi R., Maji Т.К. Studies of properties of rubber wood with impregnation of polymer. Bull. Mater. Sei., Vol. 25, No. 6, November 2002, pp. 527-531. Indian Academy of Sciences.

31. Домбург Г.Э., Скрипченко T.M. и др. Взаимодействие древесины и ее компонентов с борной кислотой. Химия древесины. Рига: Знание, 1982. №3. - С. 110-125.

32. Базаров С.М. и др. К обезвоживанию и пропитке древесины в силовом механическом поле. — М.:ВНИПИЭИ, №2568, 1989

33. Базаров С.М. К вопросу определения параметров пропитки в силовом упруго-механическом поле. — М.:ВНИПИЭИ, №2701,1990

34. Кацадзе В.А., Виноградов Д.В. Центробежная пропитка древесины. Архангельск.: Лесной журнал, №3, 2007, с. 17-21.

35. Базаров С.М., Марков В.И., Патякин В.И. Элементы теории центробежной пропитки древесины. — М.:ВНИПИЭИ, №6,1989.

36. Патякин В.И. Проблема повышения плавучести круглых лесоматериалов. — М.: Лесная промышленность, 1976. 263 с.

37. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины.

— М.: Лесная промышленность, 1975. - 400 С.

38. Александров П.А. Экспериментальное исследование пропитки древесины. — В кн.:Новое в технике и технологии лесосплава. Под ред. В.И.Патякина. Л.:ЛДНТП, 1976. С. 36-38.

39. Базаров С.М., Вараварин С.В., Меньшиков В.Н. К эволюции лесных ресурсов и заготовительных производств. — СПб.:ЛТА, вып.3/161, 1995. С. 65 - 71.

40. Макаров Н.М. Продолжительность пропитки древесины водой и водными растворами красителей и солей. — Воронеж, 1957.

41. Баженов В.А. Водопроницаемость древесины. - В кн.: Труды Института леса. Т.9

- 1953.-с. 186-204.

42. Baily P.J., Preston R.D. Some Aspects of Softwood Permeability. II Flow of Polar and Non Polar liquids Sapwood and Heartwood of Douglas Fir. // Holzforschung. 1970. В 24, H 2, P. 34-45.

43. Stamm A.J. Penetration of Hardwoods by Liquids. - Wood Sci. and Tehnol. 1973/ V 7, №4, p. 285-296.

44. Харук E.B. Проницаемость древесины газами и жидкостями. - Новосибирск: Наука, 1976.- 190 С.

45. Kelso W.C., Gertjejausen R.O., Mossfeld R.L. The effect of air blockade upon the Permeability of Wood to liquids. - Univ. Minn. Agr. Exp. Sta. Teach. Bull/ №242. 1963, p. 210.

46. Stamm A.J. Penetration of Hardwoods by Liquids. - Wood Sci. and Tehnol. 1973/ V 7, №4, p. 285-296.

47. Аравин В.И., Нумеров С.М. Теория движения жидкостей и газов в недеформиру-емой пористой среде. - М., 1953. - С. 45-58.

48. Sucoff E.J., Chen P.Y. S., Hossfeld R.L. Permeability of Unseasoned Xylem of Northern white cedar. Forest. Prood. J. 1965, V 15, №8, p. 321-324.

49. Sian J. F. Flow in Wood Syracuse. 1971, p. 41-55.

50. Prak A.L. Unsteady - State Gas Permeability of Wood. - Wood Sci. and Technol. 1970. V4, №1, p.50-69.

51. Resch A. Unsteady - State Flow of Compressible Fluid through Wood. - For. Prood. J. 1967. V17,№3,p.48-54.

52. Миронов В.П. Исследование закономерностей перемещения влаги в древесине в зависимости от температуры и влажности. Труды ЦНИИМОД. — М.:ГЛБИ, 1950.

53. Самойленко, П.И. Сборник задач по физике с решениями для техникумов Текст. / П.И. Самойленко.- М.: Изд-во «Мир и образование», 2003.- 256 С.

54. Никитенко, В.А. Конспект лекций по физике для поступающих в вуз Текст. / В.А. Никитенко, А.П. Прунцев. М.: Изд-во МИИТ, 2002.-161 С.

55. Соболев, А.В. Исследование коэффициентов диффузии антипиренов в шпоне разных пород: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.В. Соболев. М., 2004. —17 С.

56. Справочник по высшей математике / Сост. М.Я. Выгодский. М.: Наука, 1966.872 с.

57. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям / Э. Камке. М.: Наука, 1976. - 576 с.

58. Давыдов А.Ю. Теория капиллярных явлений. — М., 1951.

59. Де Уист Р. Гидрогеология с основами гидрологии суши. — М.:Мир, 1969.

60. Сивухин, Д. В. Общий курс физики Текст. / Учебное пособие. В 5-ти кн. / Д.В. Сивухин. -М.: Физмалит, 1989

61. Демидович Б. М. Краткий курс высшей математики -М.: Наука,-1986. - 575 С.

62. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, Физматлит, 1973. - 832 с.

63. Богунов H.A., Бондарев A.C., Боревич Е.З., Доценко M.JI. Методические указания к выполнению типовых расчетов по курсу «Высшая математика» (Ряды. Дифференциальные уравнения). JI., 1987.

64. Базаров С.М., Дмитриева И.Н., Патякин В.И. Построение и совершенствование теоретической модели течения жидкости в древесине в поле центробежных сил. — М.:ВНИПИЭИ, 1981.-21 с.

65. Пановко Я.Г. Механика деформируемого твердого тела: Современные концепции, ошибки и парадоксы. М.: Наука, 1985. - 288 С.

66. Федоренко Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления." М.: 1978.

67. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимости. М.: Металлургия, 1968.

68. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М., МГУ, 1972.

69. Плохинский H.A. Математические методы в биологии. М.: Мир, 1972.

70. Дьяконов В.П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании. М.: Солон-Пресс, 2006, 720 С.

71. Говорухин В.Н. , Цибулин В. Г. Введение в Maple. Математический пакет для всех. М.: Мир, - 1997. - 287 С.

72. Финни Д. Введение в теорию планирования экспериментов (Пер. с англ.). М.: Наука, 1970. - 287 С.

73. Федоров В. В. Последовательные методы планирования экспериментов при изучении механизма явлений // Новые идеи в планировании эксперимента: Сб. трудов. — М.: Наука, 1969. С. 46 - 72.

74. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уго-лев, издательство: МГУЛ, 2005. -340 С.

I 1

75. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Учебник для вузов.-2-e изд., и доп. / Б.Н. Уголев. М.: Лесн. пром-сть, 1986. — 368 С.

76. Разработка способов модификации малоценных пород древесины: Отчет НИР/ отв. исп. Н.С. Мовнин. Л.: ЛТА, 1971. - 199 С.

77. Карпов. А.С., Цветков. Е.И. Влагометрия, качество, конкуренция. Методы и средства развития конструктивной конференции на российском рынке контроля влажности древесины. СПб.: 1997 г. - 66 С.

78. Карпов А.С. Технологический контроль влажности древесных частиц при их сушке. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. Л.: ЛТА, 1983 г. - 278 С.

79. Родионов П.М. Основы научных исследований. - Л.: ЛТА, 1989. - 99 С.

80. Гуров СВ. Планирование и статистическая обработка результатов экспериментов. Методические указания. — С-Пб.:ЛТА. — 31 С.

81. Гусаров В.М. Теория статистики. М.: Аудит, 1998. - 247 С.

82. Вайнберг Дж., Шумекер Дж. Статистика. М.: Статистика, 1979. 389 С.

83. Сиденко В.М., Грушко И.М., Основы научных исследований. Харьков, 1977. 197 с.

84. Кирсанов М.Н. Maple 13 и Maplet. Решение задач механики. М.: Физматлит, 2010, 349 С.

85. Справочник по прикладной статистике. Б 2-х т./ Под ред. Э.Ллойда и У.Ледермана. М.: Финансы и статистика, 1989. Т. 1 - 510с., т. 2. - 526 С.

86. Брич М. А., Кожин В. П., Щитников В. К.//Исследование кинетики процесса пропитки древесины/ М. А. Брич, В. П. Кожин, В. К. Щитников// Моделирование и эксперимент. Инженерно-физический журнал. Минск: 1999. - Том 72. № 4. 618 - 626 С.

87. Патякин В. И., Минаев А. Н., Угрюмов Б. И. Взаимодействие потока жидкости с погруженным в нее телом: Монография. -СПб.: СПбГЛТА, 1999. 92 С.

88. Кук Д., Бейз Г. Компьютерная математика / Пер. с англ. М.: Наука, 1990.-383

89. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копченова H.B. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высшая школа, 1994. - 544 С.

90. Дьяконов В.П. Maple 9 в математике, физике и образовании. М.: COJIOH-Пресс.- 2004. - 624 С.