Эффекты прессованной древесины. Древесина прессованная

Древесина - это природный полимерный композиционный материал, который при механическом и химическом воздействии меняет свои свойства. Зная закономерности изменения материала можно создавать их целенаправленно, придавая качества, необходимые потребителю. Это и называется процессом модификации древесины . Он необходим при производстве ДСП, МДФ, ОСБ, ДПК и других древесных материалов, где измельченная древесина, смешанная с полимерным связующим, прессуется с целью получения однородного материала стандартных размеров.

Предлагаемая технология модификации древесины изменяет свойства древесины в массиве, то есть на всю глубину обрабатываемого материала, не прибегая к его измельчению. Это достигается тем, что молекулы модификатора, т. е. вещества, способствующего изменению свойств древесины, по размеру сравнимы с молекулами древесного вещества и менее размеров межклеточных пространств в нем. Поэтому способом диффузионной или принудительной пропитки под давлением модификатор проникает на всю толщину пропитываемого изделия, а затем под воздействием температуры и давления реагирует с природными химикатами, находящимися в древесном веществе. Таким образом, технология позволяет, не измельчать древесину, не применять дорогостоящие полимерные связующие, и, достигать того же эффекта, которого добивались при производстве МДФ, например, но более дешевым способом. При этом сохраняется массив древесины со всеми его положительными свойствами, ярче выделяется текстура, можно изменить цвет (ламинация не потребуется).

Итак, модификатор должен в растворенном состоянии проникать в клеточные структуры древесины, быть химически активным для компонентов, составляющих древесное вещество, и, реагируя с этими компонентами, целенаправленно изменять физические и эксплуатационные свойства материала. Наиболее подходящим для этого веществом является карбамид, ведь и в упомянутых ранее МДФ или ОСБ самые применимые связующие - карбамидные. Карбамид растворим в воде, в том числе и в той, что содержится в связанном состоянии в древесине, а это означает, что, пропитывая древесину водным раствором карбамида, мы, как это не парадоксально «подсушиваем» ее, «забирая» часть древесной влаги на гидрофильный карбамид. Карбамид или мочевина активно реагируют с такими компонентами древесного вещества, как лигнин, гемицеллюлозы, экстрактивные вещества. А поскольку реакция поликонденсации происходит в макромолекулах древесного вещества, массив древесины приобретает новые задаваемые производителем полезные качества, сохранив положительные старые. Раствор карбамида не вреден, химически нейтрален, более того - мочевина марки А по ГОСТ 6691-77 применяется как кормовая добавка для скота.

Модифицированная карбамидом древесина сертифицирована (ГОСТ 24329-80) и применяется в основном под торговой маркой «Дестам» или «Лигноферум» в производстве подшипниковых вкладышей. В производстве строительных и столярных изделий в настоящее время применяется также термомодифицированная древесина, технология которой подобна предлагаемой за исключением того, что химическая модификация древесного вещества производится в отсутствии карбамида за счет поликонденсации продуктов разложения лигнина, гемицеллюлоз, экстрактивных веществ и ксиланов. Из-за термодеструкции частично снижаются физико-механические свойства термомодифицированной древесины.

Технологический процесс производства механохимически модифицированной древесины заключается в пропитке исходной древесины любой породы и любой влажности раствором модификатора. Пропитка может быть проведена методом «горяче-холодных ванн» - диффузионная или в автоклаве - принудительная. Затем проводится сушка, при необходимости - с уплотнением (прессованием), и термообработка, фиксирующая новые свойства древесины. Следует отметить, что экономичнее применять малоценные породы, так как их эксплуатационные свойства после модифицирования превосходят свойства дорогих пород (см. таблицу).

Свойства (при влажности 12%)	Дуб	Сосна	Осина	МД непрессо-ванной осины	МД прессо-ванной осины
Цвет	светлобурый	жел-тый	белый	От желтого до корич-невого	До черного
Текстура	выра-жена	слабо	не выражена	Ярко выражена	Ярко выраже-на
Плотность	690	505	495	700	1200
Влагопоглощение за 30сут. При влажности воздуха 92% , %	24,5	19,5	19,0	14,6	14,9
Предел прочности при: сжатии вдоль волокон; статическом изгибе, Мпа	57,1103,0	50,482,0	44,777,4	100,0123,0	150,0250,0
Твердость поперек волокон, Мпа	52,0	26,0	18,5	73,0	100,0
Биостойкость: потеря массы от воздействия плесени за 45сут, %	27	27	27	4,0	3,5
Огнестойкость: потеря массы при горении, %	18,3	36,2	19,6	5,0	3,3
Модуль упругости при изгибе, Гпа	10,2	11,8	9,2	20,1	24,7
Ударная вязкость, кДж/кв.м	76,3	41,3	45,0	54,0	110,0

Обработанная таким образом исходная древесина во время сушки химически уплотняется в результате удаления воды и реакции модификатора с древесным веществом: на 5-31% для хвойных пород и на 12-35% для лиственных. При необходимости большего уплотнения применяется горячее прессование высушенной древесины с уплотнением на 50-70%.

Применяя различные добавки к модификатору, из любой породы исходной древесины можно получить модифицированную древесину (МД) с повышенными прочностными свойствами, высокой твердостью и истираемостью, не поддерживающую горения или полностью несгораемую, с повышенной водо- и влагостойкостью, не подверженную воздействию биовредителей. И еще механохимически модифицированная древесина превращается в термопластичный материал, то есть ее можно прессовать, легко гнуть, обрабатывать термопрокаткой, что открывает новые технологические возможности обработки МД. Форма, придаваемая МД, сохраняется термообработкой.

Если требуется получить только бревно, брус или доску из модифицированной древесины, которые впоследствии будут подвержены традиционной деревообработке, то процесс можно последовательно проводить в пропиточных ваннах или автоклаве, сушку - в обычной сушильной камере, термообработку - в камере термообработки с температурой до 200 оС. Для совмещения этих процессов разработана и испытана специальная установка модификации древесины (УМД).

Рис.1 Опытно-промышленный образец установки для модификации древесины с загрузочным объемом 0,2 куб.м

Установка позволяет проводить пропитку раствором модификатора под давлением, ускоренную сушку пропитанной древесины при переменном давлении и температуре и окончательную термическую обработку в течение одного цикла. Установка позволяет также уплотнять МД или выпрессовывать специальный профиль на изделии с помощью термокомпрессионного вкладыша, входящего в комплект УМД.

Так бревно ели диаметром 150мм длинной 2,5м в свежесрубленном состоянии с влажностью 85%, плотностью 450кг/куб.м., со всеми присущими данной породе недостатками (выпадные сучки, малая био-огне-влагостойкость) через 77 часов обработки в УМД имеет следующие свойства:

• влажность 8%;
• плотность 630кг/куб.м.;
• огнестойкость повышена на 50%, а при применении специальных добавок к модифицирующему раствору бревно вообще не поддерживает горение;
• влагостойкость повышена на 30% (больше - при применении спецдобавок к модификатору);
• МД воздействию биовредителей (плесень, грибки, жучки и т.д.) не подвержена;
• выпадные сучки впрессованы и вплавлены;
• на бревне в процессе сушки могут быть выпрессованы паз и гребень для сочленения при сборке сруба (опробовано - глубиной 15мм);
• текстура древесины ярко выражена, цвет можно изменять от золотистого до темно-коричневого по всей толщине.

Механохимически модифицированная древесина обрабатывается на серийных деревообрабатывающих станках с учетом ее твердости при заточке инструмента. Благодаря повышенной деформативности МД до термообработки, применяются такие виды обработки как прессование в прессах с нагреваемыми плитами, гибка и прокатка.

Рис.2 Образцы древесины, обработанной в УМД: бревна сосны, березы, ели, брус дуба справа бревна с выпрессованными пазами под сборку

Прессование позволяет получать на поверхности щита из МД многоуровневое изображение (резьбу) глубиной до 10мм и выше, а также плоское изображение с эффектом объемности (голографию). Кстати после горячего прессования не требуются операции шлифования, так как качество поверхности изделия задается полировкой пресс-формы. Не нужно также лакирование, так как модифицирующий состав образует на поверхности изделия защитную пленку при прессовании.

Рис.3 Филенки из механохимической модифицированной древесины березы (слева рельефная, справа - плоская)

Размеры прессуемого изделия по площади определяются размерами обогреваемых плит прессового оборудования, причем стоимость самого оборудования также зависит от этих размеров. Чтобы избежать этого при изготовлении изделий большой площади из механохимически модифицированной древесины применяется способ термокомпрессион-ного формования.

Способ осуществляется следующим образом: деревянную заготовку в виде набранного из реек столярно-мебельного щита помещают в нижнюю часть специальной пресс-формы (СПФ), контуры которой соответствуют контурам заготовки. Сверху размещают рельефообразующий штамп, формирующий под действием давления декоративное изображение на поверхности заготовки. Между верхней и нижней частями СПФ находится составной терморасширяющийся эластичный формующий вкладыш, который при нагревании обеспечивает необходимое давление до 30Мпа. Степень деформирования заготовки зависит от толщины вкладыша. Размеры прессуемого изделия определяются лишь размерами СПФ и составного вкладыша, что позволяет изготавливать целиком столешницу или филенчатую дверь любого размера.

Заготовки столярно-мебельного щита изготавливают из отдельных реек МД, которые могут быть разной ширины, но одинаковой толщины. Технический результат достигается тем, что в исходных рейках из модифицированной древесины выполняют калиброванные отверстия с определенным шагом, образуя поперечные каналы, соосные с последующими рейками щита, а на боковых поверхностях выполняют продольные канавки, образуя внутреннюю силовую армирующую решетку, с последующим заполнением свободных каналов смесью карбамидной смолы с пенообразователем и наполнителем в виде опилок. Состав материала заполнителя силовой решетки однотипен модификатору и между ними в процессе прессования создаются дополнительные поперечные полимерные связи в результате реакции поликонденсации. Силовая армирующая решетка обеспечивает монолитность изделия при эксплуатации и исключает коробление щита больших размеров.В предлагаемом способе при подготовке реек из МД снижаются требования к точности изготовления по сравнению с традиционными способами клеевого сращивания, вследствие чего появляется возможность автоматизации процесса, а также нет необходимости в тщательном подборе текстуры и цвета. Их частичное несоответствие компенсируется созданием однородного цветового фона и декоративного узора при горячем прессовании. Кроме того, подобный способ предполагает широкий ассортимент изделий при использовании разнообразных пород древесины, в том числе и не деловой

Технологический процесс гибки заключается в сквозной пропитке исходной древесины модифицирующим раствором, сушке до определенной влажности, разогрева заготовки древесины непосредственно перед гнутьем, собственно гнутье с термической обработкой зафиксированного на шаблоне изогнутого изделия в термокамере. После термической обработки размеры изделия могут измениться лишь при его нагреве свыше 200оС. Наибольшие трудности процесса гнутья возникают при гибке твердолиственных пород, так как для бука и дуба невозможно сохранить исходный цвет древесины при необходимости больших деформаций. В результате дуб становится мореным (черным), а бук темно-коричневым. Лучше всего гнется осина, при этом она приобретает золотистый оттенок.Мелкосерийно, в виде пробной партии, опробовано изготовление рамок для овальных зеркал размером 1410х410мм. Заготовка: буковая рейка длиной 2м, с прямоугольным сечением 12х22мм, причем гнуть необходимо было по наименьшему размеру сечения. Деталь представляла собой U-образную обечайку, с размером сечения на лицевую сторону - 22мм, изгибаемую - 12мм. Гнутье проводилось без шин, так как сделать их для такого малого размера (12мм) проблемно, по шаблону, на котором и термообрабатывали заготовку в зафиксированном состоянии. В результате брак (скалывание) было только тогда, когда на наружную сторону был выход перерезанных волокон (косослой). Результаты - на фото.

Рис.4 Гнутая буковая заготовка для обечайки

Опробована сушка и прессование торцовых заготовок из механохимически модифицированной древесины. Прессование торцовых заготовок из МД имеет свои особенности: МД уплотняется в аксиальном направлении, т. е. вдоль волокон, что подразумевает приложение меньшего удельного давления, но это давление необходимо подобрать таким, чтобы избежать потерю устойчивости деформируемой заготовки и образования в ней трещин, так как тангенциальные и радиальные напряжения, возникающие при торцовом прессовании, имеют противоположные знаки.

Рис.5 Торцовая заготовка из МД сосны

В результате проведенных исследований физико-механических свойств торцовой модифицированной древесины установлено, что в качестве параметра, характеризующего как сам процесс прессования, так и получаемый материал, можно принять степень деформирования древесины. Усилие прессования зависит от исходной плотности применяемой породы древесины и направления прессования. Для достижения одинаковой плотности МД различных пород степени деформирования значительно отличаются и зависят от исходной плотности древесины и ее влажности в процессе прессования. Установлено также, что предельная деформативность торцовых заготовок МД сосны составляет 75%, а МД березы - 70%. Однако при таких больших деформациях происходит потеря устойчивости волокнами модифицированной древесины, что приводит к образованию сколов и трещин на лицевой поверхности образцов. Следовательно, для устранения этих факторов необходимо ограничить радиальную деформацию МД, т. е. небходимо применять прессформы с боковым поджимом МД в процессе проведения торцового прессования.

В настоящее время из торцовой древесины изготавливаются корпуса барометров на ООО«Утес», при использовании для модифицирования исходных заготовок больших размеров предполагается изготавливать табуреты и столики «деревенского дизайна».

Предполагаемыми потребителями продукции из МД будут фирмы, основным направлением деятельности которых является строительство и отделка жилых помещений, так как свойства производимого продукта уникальны. Так несгораемое бревно и брус являются ценнейшим материалом для строительства домов, бань, хозяйственных построек. Разработаны технологии и оборудование для комплектации всего сооружаемого объекта изделиями из МД: бревно и брус для силового каркаса, доска для пола и перекрытий, молдинг и брус для дверных и оконных блоков, щиты для внутренней декоративной отделки здания. При этом цены продукции будут не значительно выше цен изделий, изготавливаемых традиционно из деловой древесины, а свойства уникальны. Дальнейшее освоение рынка определено декоративными свойствами МД и технологическими возможностями её переработки: прессуемость, возможность гибки и прокатки. Это определяет следующий круг потенциальных потребителей: отделочники, мебельщики, дизайнеры, паркетчики.

Имеющийся опыт показывает, что создание производственных участков по изготовлению модифицированной древесины не требует больших затрат и больших площадей. Оборудование может быть изготовлено силами ремонтно-механических служб предприятия. Вышесказанное позволяет говорить о том, что использование модифицированной древесины, вовлечение в производство дешевой малоиспользуемой древесины мягких лиственных пород позволит расширить области применения древесины, снизить затраты на производство и полнее использовать

Необработанная простая древесина остается в прошлом. Хотя ее стоимость намного ниже обработанных материалов, по многим параметрам она проигрывает. Поэтому покупатели стараются покупать древесину следующих видов:

Стабилизированная

Стабилизированная древесина делается из капов ценных пород дерева. Она не боится перепадов температуры, влагостойкая, устойчива к воздействию различных кислот и растворителей, ультрафиолету, соленой воде. Чтобы достигнуть этих свойств дерево пропитывают мономерами и акриловыми смолами, заполняя ими все отверстия и поры.

Пройдя такую обработку, древесина приобретает следующие свойства:

• не деформируется и не трескается;
• выдерживает нагрев до 100?С;
• имеет высокую твердость и прочность;
• отлично полируется;
• становится яркой и насыщенной.

В основном стабилизированную древесину используют для изготовления рукояток ножей и различных эксклюзивных поделок. Выпускается она в виде брусков. Стоимость бруска размером 40х30х125 мм составляет около 900 рублей.

На фото — стабилизированная древесина

Пример 1 Пример 2

Модифицированная

Модифицированную древесину получают методом пропитки дерева водным раствором карбамида, фенолформальдегидными или полиэфирными смолами. После такой обработки древесина не боится агрессивных и абразивных сред, ударных нагрузок. Перестает накапливать статическое электричество. Снижается гигроскопичность, уменьшается разбухание, повышается прочность,

Из модифицированной древесины строят дома. Они выглядят очень изысканно и не нуждаются в отделке. После сборки строения не происходит усадка. Это очень перспективный материал для каркасного домостроения. Его отпускная цена составляет 18 – 22 тыс.руб.за кв.м.

Клееная

Клееная древесина выпускается трех видов:

• слоистая;
• массивная;
• комбинированная.

Слоистую продукцию делают из шпона, получая в качестве склеивания фанеру. К массивной древесине относятся клееные доски, бруски, плиты. Комбинированная выпускается в виде столярных плит, получают их путем сочетания шпона и массивной древесины.

Из клееной продукции строят дома, делают мебель. Цена за куб составляет от 22 тыс. до 25 тыс. рублей.

Фото клееной древесины

Импрегнированная

Импрегнированную древесину получают путем пропитки дерева специальным составом. В него могут входить нефтесодержащие жидкости, креозот, а также соединения мышьяка и хрома.

Пропитку проводят в герметически закрывающихся камерах, в которые помещают доски. После загрузки досок в камеры подается состав.

Импрегнированная продукция служит в пять раз дольше обычной и не требует постоянного подкрашивания лакокрасочными материалами.

Она идеально подходит для конструкций, соприкасающихся с водой или почвой. Из нее обустраивают причалы, делают столбики для заборов, грядок и цветников.

Примерная стоимость импрегнированной древесины составляет от 14 до 16 тыс.рублей за куб. метр, импортная – из Финляндии стоит от 35 тыс.р. за 1 куб.м.

Водоотталкивающие свойства импрегнированной древесины

Термообработанная (термомодифицированная)

Термообработка улучшает свойства древесины и является единственной альтернативой химической обработке. Технология заключается в насыщении древесины водяным паром при температуре 220 – 240?С. Изменения в структуре материала происходят на молекулярном уровне. Цикл обработки занимает 12 часов.

Термомодифицированная продукция имеет три основных свойства:

• устойчивость к биологическим поражениям;
• влагоотталкивание;
• стабильность размеров.

Из термодревесины делают мебель, паркет, используют для обшивки домов. Применяют при отделочных работах в помещениях с повышенной влажностью. Очень популярна она при производстве оконных рам. Цена за квадратный метр от одной до пяти тыс. р. в зависимости от толщины доски, сорта и породы.

Мореная

Мореная древесина получается из затопленного леса. Она используется в строительстве, в мебельном производстве. Эта древесина очень высоко ценится, чем дольше она находилась в воде, тем прочнее становится. После такой естественной обработки она приобретает целый ряд уникальных свойств, становится очень прочной. Один куб мореной березы стоит 1600 р. Лиственница стоит от 15000 рублей за куб.

На видео — пластины из черного мореного дуба:

ДРЕВЕСИНА ПРЕССОВАННАЯ

прессованная, конструкционный материал, древесина, подвергнутая сжатию перпендикулярно волокнам под давлением до 30 Мн/м2 (300 кгс/см2). Плотность Д. п. 1200-1450 кг/м3 . В зависимости от способа прессования различают Д. п., получаемую односторонним, двусторонним и контурным уплотнением. Одностороннее уплотнение производится прессованием брусков древесины поперёк волокон в одном направлении, двустороннее - в двух направлениях. Вторым способом достигается более высокая плотность. Контурное уплотнение осуществляется вдавливанием цилиндрической заготовки древесины в металлический цилиндр меньшего диаметра. Предел прочности Д. п. при статическом изгибе, сжатии вдоль волокон, а также твёрдость торцевой поверхности выше, чем у натуральной древесины, в 2-3 раза. В промышленности она заменяет чёрные и цветные металлы, текстолит. Из Д. п. изготовляют погонялки ткацких станков, подшипники скольжения, работающие в абразивной среде, и др.

Лит.: Хухрянский П. Н., Прессование древесины, 3 изд., М., 1964; Справочник фанерщика, М., 1968.

А. Н. Кириллов.

Большая советская энциклопедия, БСЭ. 2012

Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое ДРЕВЕСИНА ПРЕССОВАННАЯ в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:

• ДРЕВЕСИНА в Энциклопедии Биология:
  (ксилема), проводящая ткань сосудистых растений, т. е. всех высших растений, за исключением мхов. Основная функция древесины осуществляется проводящими элементами - …
• ДРЕВЕСИНА
  
• ДРЕВЕСИНА
  ксилема (от греч. xylon - дерево), сложная ткань древесных и травянистых растений, проводящая воду и растворённые в ней минеральные соли; …
• ДРЕВЕСИНА
  I см. Инкрустирующее вещество, Волокна растений, Дерево, Лигнин. II (бот.). — В обыденной жизни и технике Д. называют внутреннюю часть …
• ДРЕВЕСИНА в Энциклопедическом словаре:
  , -ы, ж. 1. Покрытая корой твердая часть дерева или кустарника, а также (спец.) плотная часть растения, проводящая воду и …
• ДРЕВЕСИНА в Большом российском энциклопедическом словаре:
  ДРЕВЕС́ИНА, то же, что ксилема (иногда Д. наз. только вторичную …
• ДРЕВЕСИНА в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
  (бот.). ? В обыденной жизни и технике Д. называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой. В ботанике под именем Д., …
• ДРЕВЕСИНА в Словаре Кольера:
  сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных …
• ДРЕВЕСИНА в Полной акцентуированной парадигме по Зализняку:
  древеси"на, древеси"ны, древеси"ны, древеси"н, древеси"не, древеси"нам, древеси"ну, древеси"ны, древеси"ной, древеси"ною, древеси"нами, древеси"не, …
• ДРЕВЕСИНА в Тезаурусе русской деловой лексики:
  Syn: дерево, лес, …
• ДРЕВЕСИНА в Тезаурусе русского языка:
  Syn: дерево, лес, …
• ДРЕВЕСИНА в словаре Синонимов русского языка:
  авиадревесина, гафель, дельта-древесина, дерево, заболонь, красное дерево, ксилема, махагони, орех, …
• ДРЕВЕСИНА в Новом толково-словообразовательном словаре русского языка Ефремовой:
  ж. 1) Плотная ткань древесных растений, расположенная между корой и сердцевиной. 2) Бревна, доски и другие …
• ДРЕВЕСИНА в Словаре русского языка Лопатина:
  древес`ина, …
• ДРЕВЕСИНА в Полном орфографическом словаре русского языка:
  древесина, …
• ДРЕВЕСИНА в Орфографическом словаре:
  древес`ина, …
• ДРЕВЕСИНА в Словаре русского языка Ожегова:
  крупная ночная бабочка и гусеница ее, питающаяся древесиной, вредитель лиственных деревьев древесина бревна и другие лесоматериалы Заготовка древесины. древесина плотная …
• ДРЕВЕСИНА в Словаре Даля:
  древесный и пр. см. древо …
• ДРЕВЕСИНА в Современном толковом словаре, БСЭ:
  то же, что ксилема (иногда древесиной называют только вторичную …
• ДРЕВЕСИНА в Толковом словаре русского языка Ушакова:
  древесины, мн. нет, ж. Плотное вещество дерева. Наиболее плотной древесиной у нас обладают дуб и …
• ДРЕВЕСИНА в Толковом словаре Ефремовой:
  древесина ж. 1) Плотная ткань древесных растений, расположенная между корой и сердцевиной. 2) Бревна, доски и другие …
• ДРЕВЕСИНА в Новом словаре русского языка Ефремовой:
  
• ДРЕВЕСИНА в Большом современном толковом словаре русского языка:
  ж. 1. Плотная ткань древесных растений, расположенная между корой и сердцевиной. 2. Бревна, доски и другие …
• ПУДРА в Большом энциклопедическом словаре:
  (франц. poudre от лат. pulvis - пыль), косметическое декоративное средство, состоящее в основном из смеси тонкоизмельченного талька, каолина, кукурузного крахмала, …
• ЧЕЛНОК (ТКАЦКИЙ) в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  1) ткацкий, рабочий орган ткацкого станка, прокладывающий уточную нить между нитями основы при выработке ткани. Представляет собой тело обтекаемой …
• ПРОВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  горных выработок, проходка горных выработок, искусственное образование в земной коре полостей путём выемки горных пород для вскрытия месторождения полезного ископаемого, …
• ПРЕССОВАНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  (от лат. presso - давлю, жму), процесс обработки давлением разных материалов с целью уплотнения, изменения формы, отделения жидкой фазы от …
• ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  древесины механическая, химическая или термическая обработка древесины в целях улучшения ее природных свойств. Например, пропитка древесины антисептиками придаёт ей биостойкость, …
• ДРЕВЕСНЫЕ ПЛАСТИКИ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  пластики, пластифицированные древесные материалы с улучшенными физико-механическими свойствами, получаемые комбинированной механической, термической и химической обработкой сырья. Д. п. делят на: …
• ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  материалы, конструкционные, изоляционные и поделочные материалы, получаемые путём обработки натуральной древесины давлением при повышенных температурах, пропиткой связующими веществами (например, синтетической …
• АНИЗОТРОПИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  (от греч. anisos - неравный и troроs - направление), зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления …
• ЭБЕНОВОЕ ДЕРЕВО в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  (Diospyros Decalh.) — родовое название растения из сем. Ebenaceae. Это — деревья или кустарники, большей частью с попеременными, редко — …
• ШТУКАТУРНАЯ РАБОТА в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  Этим словом, происходящим от итальянского "stucco", обозначают покрытие стен зданий слоем цемента из извести или гипса, с целью украшения и …
• РИСОВАНИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  искусство изображать на плоскости действительно существующие или воображаемые предметы с обозначением их форм линиями и различной степени освещения этих форм …
• ИКРА в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  Икра (съедобная), в противоположность живой икре, представляет собоюнеоплодотворенные рыбные зародыши. Она добывается больше всего весною,когда так называемая "красная рыба" (осетр, …
• ДРЕВЕСНАЯ МАССА
• ДИФФУЗИЯ В САХАРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
• ДЕРЕВО, МАТЕРИАЛ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  1) Технические свойства. — Техническими свойствами древесины должны быть называемы такие, от которых зависит большая или меньшая пригодность дерева для …
• ГНИЛЬ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
• ВСАСЫВАНИЕ ВОДЫ ДРЕВЕСИНОЙ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  Подобно другим телам, имеющим поры, древесина отличается способностью всасывать в себя влагу из окружающей ее среды (водяные пары из воздуха …
• ВЕС ДРЕВЕСИНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  имеет большое значение при исследовании ее качеств, так как в связи с ним находятся весьма важные ее технические свойства: твердость, …
• ПУДРА в Энциклопедическом словаре:
  , -ы, ж. Косметическое средство - мягкий душистый порошок. Прессованная п. * Сахарная пудра - сахар в виде измельченного …

Криволинейные детали из цельной древесины можно изго­товлять двумя принципиально различными способами: выпи­ливанием криволинейных заготовок и приданием прямолиней­ному бруску изогнутой формы путем загибания его на шаб­лоне. Оба способа-применяются на практике и имеют свои преимущества и недостатки.

Выпиливание криволинейных заготовок отличается просто­той технологии и не требует специального оборудования. Од­нако при выпиливании неизбежно перерезают волокна древе­сины, и это настолько ослабляет ее прочность, что детали большой кривизны и замкнутого контура приходится состав­лять из нескольких элементов склеиванием.На криволинейных поверхностях получаются полуторцовые и торцовые поверхно­сти срезов и в связи с этим ухудшаются условия обработки на фрезерных станках и отделки. Кроме, того, при раскрое полу­чается большое количество отходов.

Изготовление криволинейных деталей методом гнутья тре­бует по сравнению с выпиливанием более сложного технологи­ческого процесса и оборудования. Однако при гнутье полно­стью сохраняется и даже в некоторых случаях повышается прочность деталей; на их гранях не создаются торцовые по­верхности, а режимы последующей обработки гнутых деталей не отличаются от режимов обработки прямолинейных деталей.

Теоретические основы гнутья. Сущность явлений, происхо­дящих при гнутье древесины, в основном сводится к следую­щему. Из курса сопротивления материалов известно, что при изгибе любого тела в пределах упругих деформаций возни­кают нормальные к поперечному сечению напряжения: растя­гивающие на выпуклой и сжимающие; на вогнутой стороне. Между зонами растяжения и сжатия находится нейтральный слой, нормальные напряжения в котором равны нулю. По­скольку величина нормальных напряжений изменяется по се­чению, возникают скалывающие напряжения, стремящиеся

как бы сдвинуть одни слои детали относительно других. Так как этот сдвиг невозможен, изгиб неизбежно сопровождается растяжением на выпуклой и сжатием на вогнутой стороне

Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит от толщины бруска и радиуса изгиба. Допустим, что брусок прямоугольного сечения изогнут по дуге окружности и что деформации в бруске прямо пропорциональны напряже­ниям, а нейтральный слой находится в середине бруска.

Обозначим толщину бруска Н, начальную длину его через /о, радиус изгиба по нейтральной линии через К (рис. 93).

Рис. 93. Изгиб бруска:

а - деформации при изгибе; б - гнутье заготовки с шиной по шаблону; / - шаблон; 2 - насечки; 3 - прессующий ролик; 4 - шина

Длина бруска по нейтральной линии при изгибе будет оста­ваться неизменной. Она равна

ι 0 = πR(φ/180), (96)

где ф - угол загиба в градусах.

Наружный растянутый слой получит удлинение А/. Общая длина растянутой части бруска определится из выражения

ι 0 + ∆ι = π (R+h/2)φ/180. (97)

Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим абсо­лютное удлинение:

∆ι = π(h/2) (φ/180), (98)

Относительное удлинение е раст будет равно ∆ι/ι о = h/2R, т. е. относительное удлинение при изгибе ∆ι/ιо зависит от от­ношения толщины бруска к радиусу изгиба; оно тем больше, чем толще брусок hи чем меньше радиус изгиба R.Подобное отношение для величины относительного сжатия при изгибе можно получить аналогичным путем.

Предположим, что вокруг шаблона R изогнут брусок с начальной длиной ι 0 и при этом достигнуты максимальные деформации сжатия и растяжения. Обозначив через ε сж величину допустимой деформации сжатия древесины вдоль волокон, а через ε раст – величину допустимой деформации растяжения вдоль волокон, можем написать соотношение для растянутой стороны:

l= l 0 (l+ε раст) = π (R+h) φ/180 (99)

R+h = /π (φ/180). (100)

Для сжатой (вогнутой) стороны будет

l 2 =l (l-ε сж)]/π (φ/180). (101)

Вычитая из первого выражения второе, получим

h = /π (φ/180) (102)

Взяв отношение h/R, характеризующие предел изгибаемости древесины для данного случая, получим

h/R = (ε раст +ε сж)/(l-ε сж) (103)

Подставив в полученные выражения значения допустимых деформаций растяжения и сжатия (ε раст и ε сж), можно определить максимально возможные значения h/R для различных пород. Эти предельные возможно достижимые соотношения определены в следующих значениях.

Пород древесины…………………….Бук Дуб Бреза Ель Сосна

h/R……………………………………..1/2,5 ¼ 1/5,7 1/10 1/11

На практике обычно требуется изгибать древесину в отношении 1/3. Хвойные породы и часть мягких лиственных пород даже при полном использовании возможных деформаций сжатия и растяжения непригодны для гнутья при малых радиусах кривизны. При этом брак при гнутье хвойных и мягких лиственных пород обусловлен образованием складок на вогнутой стороне из-за неравнамерного сжатия вдоль волокон и низкого сопротивления их сжатию поперек волокон. Это можно устранить, нормируя деформации сжатия древесины, используя шаблон с насечкой, подпрессовывая древесину в процессе гнутья (рис. 93,б).

Пропарнный брусок с шиной изгибается вокруг шаблона l, снабженного крупной насечкой 2. В месте загиба брусок прижимается к шаблону прессующим роликом 3. Происходит про-

катка бруска. Наружные, примыкающие к шине 4 слои уплот­няются. Толщина бруска уменьшается, и одновременно повы­шается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают на­пряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и при­нимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление скла­док.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия про­текают одновременно, но не по всему сечению бруска, уменьшается, и одновременно повы­шается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают на­пряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и при­нимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление скла­док.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия про­текают одновременно, но не по всему сечению бруска, а только на участке непосредственного набегания бруска на шаблон, в зоне линии, соединяющей ось шаблона с осью прес­сующего ролика. Этот процесс сопровождается сдвигом слоев древесины, как показано линиями, нанесенными на боковую сторону бруска перед гнутьем.

Бездефектный изгиб бруска возможен только до предела, пока величина относительного удлинения растянутых или от­носительного сжатия сжимаемых слоев не превысит предель­ных значений для данного материала.

Выведенное выше отно-шение действительно для материалов, у которых со-противления растяжению и сжатию равны. Если сопро­тивление материала сжа­тию будет больше, чем рас­тяжению, то нейтральная линия при изгибе будет смещаться к вогнутой сто­роне. При большем сопро­тивлении материала растя­жению нейтральная линия будет смещаться к выпук­лой стороне, что наблюда­ется у дервесины. При сво­бодном изгибе древесина разрушается от разрыва наружных, растянутых слоев. Объясняется это тем,

Рис. 94. Диаграммы напряжений и деформации древесины при гнутье:

а- влияние проварки; 1 – без проварки;

2 – проварка30 мин; 3 – проварка 90 мин;

4 – проварка 180 мин; б - деформация и напряжения в древесине бука

что допустимая величина деформации растяжения у древесины мала, всего 1- 2 %, в то время как предел деформации сжатия составляет 15-25 %, как видно из диаграммы рис. 94.

Для повышения способности древесины к гнутью приме­няют гидротермическую обработку; проваривание в горячей воде или пропаривание. Такая обработка делает древесину более пластичной. Проваривание древесины значительно сни­жает сопротивление сжатию и увеличивает величину усадки (рис. 94, а). Сопротивление древесины растяжению и способ­ность деформации при этом изменяются незначительно.

У пропаренной древесины бука (рис. 94, б) при незначи­тельном сопротивлении сжатию (около 23 МПа) и допустимо­сти деформаций сжатия до 30 % величина возможных дефор­маций растяжения остается незначительной даже при очень высоких напряжениях (2% при 130 МПа). Это ограничивает возможность гнутья пропаренной древесины и не позволяет полностью использовать ее способность к значительной дефор­мации сжатия.

Произведение величины напряжения на величину вызывае­мой им деформации дает работу деформации. На диаграмме (рис. 94, б) возможная работа деформаций растяжения равна заштрихованной площади I, а возможная работа деформаций сжатия -заштрихованной в обратном направлении пло­щади II.

При изгибе бруска работа деформаций растяжения должна быть равна работе деформации при сжатии. Из сравнения площадей, заштрихованных на диаграмме, видно, что полно­стью использовать эту закономерность при изгибе пропаренной древесины без специальных мероприятий нельзя. В то время как работа деформаций растяжений достигает максимального значения (площадь I), равная ей площадь работы деформации сжатия отделена на диаграмме вертикальной пунктирной ли­нией. Она составляет только незначительную часть от возмож­ной работы деформации сжатия. При уменьшении радиуса из­гиба напряжения растяжения и вызываемые ими деформации превысят предельные значения и вызовут разрыв наружных волокон и излом бруска, в то время как возможность изгиба по деформации сжатия не будет исчерпана. Возможность из­гиба пропаренной древесины ограничивается незначительной величиной допустимых деформаций растяжения, ограничиваю­щих изгиб до соотношения примерно h/R = 1/30.

Возможности гнутья могут быть значительно расширены, если использовать способность пропаренной древесины полно­стью воспринимать значительные деформации сжатия. Это до­стигается применением тонкой стальной ленты (шины), накла­дываемой на наружную сторону бруска до изгиба. Шина снаб­жена упорами, в которые упираются торцы изгибаемого бруска.

Так как сопротивление стальной шины растяжению значи­тельно, она будет препятствовать растяжению наружных слоев, и изгиб бруска произойдет в основном за счет деформации сжатия на вогнутой стороне. Таким путем искусственно вызы­вают смещение нейтрального слоя к наружной стороне изги­баемого бруска и увеличивают в бруске деформации сжатия. Для предупреждения откалывания и разрывов волокон на вы­пуклой стороне бруска в начальной стадии изгиба шине дают натяжение, сжимая брусок ее упорами, расположенными на концах шины.

Величина начального натяжения шины не должна быть большой, так как чрезмерные деформации сжатия могут вы­зывать брак гнутья в виде складок на вогнутой стороне. Наи­лучшие результаты гнутья могут быть достигнуты при полном использовании способности древесины принимать деформации сжатия и растяжения. Это обеспечивается применением гну-тарного станка с подвижным упором шины.

Минимальные радиусы бездефектного изгиба древесины могут быть достигнуты в том случае, если при изгибе будет соблюдено условие: максимальная работа деформаций сжатия равна сумме работ деформаций растяжения бруска и шины. Это достигается изменением угла наклона линейки и величи­ной отхода упора.

Напряжения сдвига достигают значительной величины и могут вызывать скалывание вдоль волокон. Поэтому гнутье не доводят до самого конца бруска во избежание скола у торца. Необходимым условием гнутья хвойных и мягких лиственных пород таким способом является применение шины с подвиж­ным упором. Насечка на шаблоне должна иметь наклон в сто­рону заднего упора, чтобы предотвращать перемещение внут­ренних слоев бруска по шаблону и образование складок из-за напряжений сдвига. Такой способ гнутья позволяет изгибать не только бездефектную древесину, но и древесину с круп­ными сучками, расположенными на наружной стороне бруска.

В технологический процесс гнутья древесины входят гидро­термическая обработка, гнутье и сушка изогнутых деталей для стабилизации приданной формы. В общий технологический процесс изготовления изделий не всегда входит процесс гнутья. Чаще всего оно следует за раскроем. Технологический процесс происходит так: раскрой на заготовки, гидротермическая обра­ботка заготовок, гнутье, сушка и механическая обработка гну­тых заготовок. В некоторых случаях гнутью подвергают уже ча­стично обработанные детали.

Например, задние ножки гнутого стула изгибают обычно после обработки на круглопалочных копировальных станках, а после гнутья только шлифуют.

Раскрой пиломатериалов на заготовки для гнутья возмо­жен различными способами. В некоторых случаях заготовку для гнутья получают путем раскалывания коротких отрезков кряжей (чураков). Получаемая при этом колотая заготовка, как правило, не имеет перерезанных волокон, поэтому при изгибании дает наименьший процент брака. Недостаток такого способа - низкий выход заготовок из кряжа (приблизительно на 20-25 % ниже, чем при выпиливании) и большая трудоем­кость этой операции, которую выполняют вручную. На инду­стриальных предприятиях в большинстве случаев пользуются обычными методами выкраивания заготовок из досок на круг-лопильных станках.

К качеству древесины заготовок для гнутья предъявляют повышенные требования: рационально раскраивать древесину по предварительной разметке, не допускать в заготовках де­фектов, вызывающих брак гнутья. Заготовки необхо­димо вырезать только из здоровой древесины. Отклоне­ние направления волокон от оси бруска (косослой) не должно превышать 5-10 %. При раскрое следует соб­людать, чтобы продольные резы шли, по возможности, вдоль волокон обреза доски.

При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки, в том числе и здоровые, вполне сросшиеся с древесиной. При гнутье с одновременным прессованием сучки допускаются в довольно больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок. Нормы допускаемых пороков указываются в технических условиях на изделия. Выкраивать заготовку следует с учетом припусков на последующую обра­ботку. Для гнутья с одновременным прессованием, кроме при­пуска на механическую обработку, должен учитываться при­пуск на упрессовку поперек волокон.

Величина упрессовки зависит от породы древесины и в среднем составляет от первоначального размера 30-35 % для сосны и ели, 50 % для пихты, 20 % для лиственницы, 25 % для березы. Кроме того, следует давать повышенный припуск по длине заготовки.

Пластичность древесины при производственной влажности (6-10%) и комнатной температуре незначительна. В таком состоянии древесина требует для изгибания больших усилий и не допускает больших деформаций. Деформации получаются в основном упругими, т. е. исчезающими после прекращения действия вызвавших их сил.

Пластичность древесины значительно повышается при на­греве во влажном состоянии. Это объясняется тем, что часть веществ, входящих в состав клеток древесины, при нагрева­нии переходит в состояние коллоидного раствора, в результате чего снижается жесткость клеток, а следовательно, и всей

массы древесины. Если влажную древесину высушить в дефор­мированном состоянии, то находившиеся в растворенном со­стоянии коллоидные вещества затвердеют и сохранят придан­ную заготовке форму.

Опыт показывает, что наилучшие результаты получаются при гнутье древесины влажностью 25-30%, т. е. близкой к точке насыщения волокна. Как более низкая, так и более высокая влажность неблагоприятны. При меньшей влажности древесина менее пластична. Влажность сверх 25-30 %, не улучшая условий гнутья, удлиняет сроки сушки изогнутых де­талей и экономически невыгодна. Излишняя влажность вредна потому, что при изгибе и сжатии древесных клеток находяща­яся в них вода может местами разрывать стенки клеток, делая поверхность ворсистой.

Гидротермическая подготовка перед гнутьем чаще всего за­ключается в пропаривании или проваривании древесины в го­рячей воде. Недостаток проварки в горячей воде состоит в том, что она ведет к неравномерному увлажнению древесины и пе­ренасыщению водой наружных волокон. Получить путем про­варивания равномерную влажность и температуру нагрева всего бруска очень трудно. Поэтому проварка в горячей воде может быть рекомендована только в некоторых случаях, если пропаривание технически затруднено, например при необходи­мости обработать не всю деталь, а только ее часть (случай из­гиба носков у лыжных заготовок и т. д.), или если требуется значительное повышение начальной влажности сухих загото­вок. Проверочные баки и чаны обычно обогревают паром, про­пускаемым по змеевику, уложенному у дна. Температуру воды поддерживают в пределе 90-95 °С, не доводя ее до кипения во избежание большого парообразования.

Продолжительность проварки при такой температуре изме­няется в зависимости от начальной влажности, размеров и по­роды древесины. Так, для буковых заготовок толщиной 40 мм при начальной влажности 15-20 % на проварку требуется

около 1,5 ч.

Пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара получило значительно большее применение, чем проварка. Преимущество пропаривания в том, что оно незначительно из­меняет влажность древесины, причем древесина с начальной влажностью ниже точки насыщения волокна повышает свою влажность, а древесина влажностью 50-60 % и выше даже

немного подсушивается.

Для пропаривания чаще всего пользуются насыщенным па­ром невысокого давления, от 0,02 до 0,05 МПа, что соответ­ствует температуре пара 102-105°. Применение пара более высоких давлений сокращает сроки пропаривания, но услож­няет оборудование и повышает опасность.

Рис. 95. Зависимость соотношения

прочностных показателей

древе­сины от ее влажности

_______________________________________

Заготовки пропаривают в специальных

пропароч­ных котлах, представляю­щих

собой стальные, гори­зонтально

установленные барабаны небольшой емко­сти.

Диаметр барабана ра­вен 0,3-0,4 м и

рассчитан на небольшую закладку брусков, которая может быть переработана за 30 – 40 мин.

Продолжительность пропаривания заготовок зависит от размеров и влажности древесины. При влажности заготовок 7 – 10% значительное влияние оказывает также порода древесины. При влажности, близкой к точке насыщения волокна, необходимые сроки пропаривания почти одинаковы для всех пород.

На рис. 95 показано снижение соотношения модуля упру­гости и предела прочности древесины в зависимости от ее влажности. Соотношение Е ЯЛ /Е 0 характеризует жесткость дре­весины.

Заготовки перед гнутьем можно нагревать в течение не­скольких минут при помощи электрического тока высокой частоты. Физическая сущность такого нагрева описана. Для повышения пластичности древесину можно пропитывать рас­творами аммиака, дубильных веществ, фенолов и альдегидами. Растворы алюминиевых и железных квасцов, хлористого маг­ния и др. также повышают ее гигроскопичность. При необхо­димости гнуть бруски при значительном отношении Н.Щ> 1 / 6 их предварительно пропитывают 40 %-ным раствором моче­вины и сушат до влажности 15 %, после чего гнут при темпе­ратуре 100 °С с последующим охлаждением в изогнутом со­стоянии до 25 °С для фиксирования формы. Полученные таким образом криволинейные детали притемпературе 60-70 0 С размягчаются и теряют свою форму. Для устранения этого недостатка пропитывают древесину перед гнутьем в смеси растворов мочевины, формалина, едкого натра и буры. При гнутье пропитанную древесину нагревают также до 100 0 С.

При этом компоненты раствора в стенках клеток древесины образуют мочевиноформальдегидную смолу, которая в период нагрева и гнутья отверждается окончательно, фиксируя при­данную заготовке форму. Недостатком такой подготовки дре­весины к гнутью является длительность пропитки (3 ч на 1 мм толщины) и последующая сушка перед гнутьем в мягком ре­жиме, исключающем отверждение образующейся в клетках мочевиноформальдегидной смолы.

Способы и оборудование для гнутья древесных материалов разнообразны. Однако во всех случаях необходим шаблон, во­круг которого изгибается заготовка и профиль которого опре­деляет форму ее изгиба. Только при использовании точного шаблона можно получить гнутые детали заданной формы.

Применяемые для гнутья массивных брусков гнутарные станки можно разделить на два типа: станки для гнутья на неполную окружность и станки для гнутья на полную окруж­ность. В станках на неполную окружность бруски с наложен­ной на наружную сторону стальной шиной изгибают вокруг неподвижного шаблона приложенными усилиями к обоим кон­цам бруска или к одному из концов при неподвижно закреп­ленном другом конце. Станки такого типа встречаются со съемными и с неподвижно укрепленными обогреваемыми шаб­лонами. В первом случае после огибания бруска шиной вокруг шаблона концы шины закрепляют на шаблоне при помощи скобы. Шаблон с закрепленным на нем бруском снимают со станка и отправляют в сушильную камеру. В станках для гнутья на полную окружность брусок также закрепляют на горячем шаблоне при помощи шины и оставляют на нем для подсушивания до закрепления приданной ему формы. В отли­чие от станков со съемными шаблонами такие станки полу­чили название гнутарно-сушильных. Гнутарно-сушильные станки могут быть двустороннего и одностороннего обо­грева.

Недостаток гнутарно-сушильных станков - неравномерность сушки и необходимость выдерживания в них заготовок в тече­ние нескольких часов для высушивания до состояния, при ко­тором фиксируется соответствующая форма заготовок. Это резко снижает производительность станков. Для увеличения производительности гнутарно-сушильных станков целесооб­разно заготовку перед гнутьем предварительно подсушивать до 20 %, высушивать в станке до 12-15%, а окончательно до­сушивать освобожденные из станка заготовки в сушильных камерах.

Во всех случаях гнутья, независимо от используемого для этой цели оборудования, необходимо, чтобы на вынутых из пропарочного котла или варочного бака брусках сразу произ­водили гнутье. Задержка гнутья недопустима, так как осты-

вают в первую очередь наружные слои древесины, которые испытывают наибольшие напряжения.

При гнутье желательно, чтобы в брусках твердых листвен­ных пород (дуба, ясеня, граба, ильма) расположение годич­ных слоев совпадало с плоскостью изгиба, т. е. тангентальный распил приходился на боковые стороны бруска или отклонялся только на 45-50°.

Расположение годичных слоев перпендикулярно плоскости изгиба может вызвать появление складок на вогнутой стороне. Заготовки из лиственных рассеянно-сосудистых пород (бука, бе­резы), а также из хвойной древесины, изгибаемые с одновре­менным прессованием, желательно располагать при гнутье так, чтобы годичные слои были перпендикулярны плоскости изгиба. Желательное расположение годичных слоев для условий гнутья не всегда может быть соблюдено по техническим условиям. На­пример, у лыж скользящая поверхность должна быть поверх­ностью радиального распила, иначе износ этой поверхности будет неравномерным.

При гнутье с одновременным прессованием положение де­талей следует выбирать таким, чтобы пороки древесины рас­полагались, по возможности, в растянутой и нейтральной ча­сти деталей. Наоборот, при гнутье без прессования и особенно при гнутье без шины растягиваемая поверхность должна быть наиболее чистой, потому что малейшие дефекты на ней могут стать причиной разрывов и отщепов волокон.

Изогнутые заготовки (вместе с шаблонами и охватываю­щими их шинами) сушат в сушильных камерах. Конечная влажность гнутых заготовок соответствует производственной влажности, принятой на данном предприятии. Применяемые режимы сушки мало отличаются от режимов сушки пиленых заготовок из тех же пород, а конструкции и системы сушильных камер подобны тем, какие применяют для сушки пилома­териалов.

Высушенные до влажности (обычно ниже 12 %), стабили­зирующей форму, заготовки поступают в остывочное отделе­ние, где их охлаждают в течение нескольких часов, затем ос­вобождают от шин и шаблонов и направляют в механическую обработку. Обработка гнутых заготовок, т. е. придание им окончательных размеров и требуемых поверхностей, принци­пиально не отличается от обработки прямолинейных заго­товок.

Организация рабочих мест зависит от вида и размера из­гибаемых заготовок и оборудования. Рабочие места должны быть организованы так, чтобы пропаренные заготовки можно было подавать на гнутарный станок сразу после выемки их из пропарочного котла, не перенося на большие расстояния и не разворачивая. Пропарочные котлы должны иметь манометры,

указывающие давление пара. В цехе должны быть стенны< часы, хорошо видные с каждого рабочего места.

Гнутье деталей требует соблюдения следующих мер ш технике 1 безопасности: пропарочные котлы должны иметь на дежные герметически закрывающиеся крышки; на манометра? должна быть красная черта, указывающая предельное рабо чее давление, выше которого в котле нельзя поднимать давле­ние пара; перед открыванием крышки пропарочного котла не­обходимо перекрывать входной паровой вентиль (лучше, если они сблокированы); доставать детали из котла разрешается только крючьями; руки рабочих должны быть защищены ру­кавицами; для гнутья следует пользоваться только исправ­ными шаблонами, шинами и другими приспособлениями; при гнутье на открытых шаблонах нельзя наклоняться над изгиба­емой заготовкой.

На рабочем месте гнутья должны соблюдаться общие пра­вила техники безопасности при работе на деревообрабатываю­щих станках и устройствах повышенных температур и дав­лений.

Прессование древесины. Одним из прогрессивных методов механической обработки древесины является прессование. Прессование основано на силовом воздействии на древесину с использованием ее пластических свойств. Прессуют древе­сину для получения сложных форм или для уплотнения. Прес­сование широко используют для получения деталей декора в мебельной промышленности для получения из древесины ма­териалов, заменяющих цветные металлы для машиностроения и изоляционные материалы в электротехнической промышлен­ности. Спрессованная древесина обладает более высокими фи­зико-механическими показателями, чем натуральная. Прессо­вание характеризуется степенью упрессовки, которая опреде­ляется по соотношению размеров деталей из древесины до прессования и после прессования. Степень упрессовки вычис­ляется по формулам:

ε = (hнач-hк)/ hнач

ε = (hнач-hк)/ hк (104)

где ε и ε о - степени упрессовки, определяемые для начального или конечного размера; h нач - размер детали до прессования h к - после прессования.

Приведенные характеристики- степени упрессовки взаимосвя­заны соотношением

ε 0 = ε/(1-ε) и ε = ε 0 / (1+ε 0). (105)

Поскольку при прессовании масса заготовки полученной де­тали практически не изменяется, то степень упрессовки может

быть определена по соотношению плотности древесины после прессования и до прессования как

ε=(ρ кон –ρ нач)/ρ кон, (106)

где ρ кон и ρ нач - конечные и начальные плотности.

Степень упрессовки иногда выражают в процентах. Практи­чески прессование древесины производят до 40 % упрессовки. Древесина поддается прессованию легче поперек волокон при гидротермической подготовке, повышающей ее пластичность.

Рис. 96. Прессование древесины:

/- 111 - фазы деформации; а - зависимость деформации от напряжений при прессо­вании древесины,; б - схемы видов прессования

Древесина становится более пластичной при влажности около 30% и повышенной до 160 0 С температуре. Более высокая температура приводит к пиролизу древесного вещества. Стабилизация формы, полученной при прессовании, обеспечивается охлаждением и последующей сушкой до влажности не выше 12%. При прессовании древесины происходит деформирование ее клеток. При этом наблюдаются три фазы деформирования. В начальный момент прессования древесина находится в стадии упругой деформации сжатия клеток е примерно равно до

6%. Во второй фазе прессования тонкие стенки клеток разру­шаются и наступает стадия пластической деформации при е от 6 до 30%, в третьей фазе - при е от 30 до 40%- разруша­ются более толстые стенки клеток и уплотняются полости кле­ток, деформированных во второй фазе. На рис. 96, а приведена зависимость деформации от напряжений при прессовании дре­весины, где показаны фазы прессования. Прессование разли­чают по направлению усилий: плоское - одноосное; контурное и объемное - гидростатическое. На рис. 96, б показаны схемы этих видов прессования древесины. Зависимость деформации при прессовании от напряжения аналитически выражается фор­муллой

Εст=σ/E(1/ŋ) (σ 2 /υ), (107)

где ε ст - деформация упрессовки; σ- напряжение; Е - мо­дуль упругости; ŋ - коэффициент вязкости древесины; υ- ско­рость нагружения.

Анализируя эту зависимость, можно отметить, что степень упрессовки увеличивается с увеличением напряжений и умень­шается с увеличением модуля упругости, вязкости и скорости нагружения. Чаще всего используют плоское и контурное прес­сование. Плоское прессование можно осуществлять с пресс-формой, ограничивающей форму прессуемой детали, или без нее. Необходимое усилие для прессования определяется в за­висимости от размеров детали и требуемой степени упрессовки. При прессовании без пресс-формы усилие прессования опреде­ляется по формуле

где р_ необходимое усилие для прессования; b - ширина де­тали; ι - длина детали; а х - сопротивление древесины прессо­ванию, зависящее от степени упрессовки и породы древесины. Величина σ х определяется по эмпирической зависимости как

σ х =Rexp mε , (109)

где R и т - коэффициенты, зависящие от породы древесины (для сосны - R= 1,6, m=6,7, m для ели соответственно 1,19; 0,07, для осины -0,45-0,09); ε -степень прессования.

Если прессование осуществляют с пресс-формой, то при рас­чете усилия необходимо учесть дополнительно усилие на пре­одоление трения древесины по металлу. При контурном прес­совании необходимо учитывать усилие для прессования и усилие для перемещения спрессованной детали в приемник. Уси­лие на перемещение детали в приемник определяется как сила трения с учетом давления прессования и коэффициента трения.

Сущность: в способе изготовления прессованной модифицированной древисины пропитку древесных заготовок водным раствором карбамида осуществляют под вакуумом. Прессование проводят в две стадии со сбросом давления между ними, причем на I стадии прессуемый материал выдерживают 5-25 мин, на II стадии выдерживают 45-95 мин. Последующую после прессования термическую обработку проводят при температуре 150-180°С в течение 60-150 мин. Пропитку заготовок проводят в присутствии фосфорной кислоты при соотношении карбамида и фосфорной кислоты от 2,5: 1 до 30: 1. При этом расход карбамида составляет 5-15% от массы абсолютно сухих древесных заготовок. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве паркета, деталей мебели, деталей для отделки холлов и стеновых панелей. Известны способы получения прессованной модифицированной древесины путем пропитки древесины карбамидом, сушки и прессования (1). Недостатком известного способа является длительность технологического процесса. Ближайшим аналогом заявляемому техническому решению является способ изготовления прессованной модифицированной древесины, преимущественно для паркета, путем пропитки древесных заготовок водным раствором карбамида, прессования при давлении 0,5-3 МПа и температуре 160-180 о С и термической обработки (2). При этом пропитку осуществляют раствором карбамида с концентрацией не более 30% в течение 1-9 сут., а температурную обработку пропитанной древесины осуществляют перед прессованием при температуре 110-120 о. Недостатком известного способа является то, что при термической обработке удаляют пластификатор (Н 2 О) и на последующей технологической стадии - прессовании при температуре 160-190 о С - снижение количества пластификатора сказывается негативно на качестве прессованной древесины. Кроме того известный способ является также длительным технологическим процессом. Новым техническим результатом заявленного способа является интенсификация процесса при одновременном повышении качества прессованной древесины. Достигается новый технический результат за счет того, что в способе изготовления прессованной модифицированной древесины, преимущественно для паркета, путем пропитки древесных заготовок водным раствором карбамида, прессования при давлении 0,5-3,0 МПа и температуре 160-180 о С и термической обработки, пропитку осуществляют под вакуумом, прессование проводят в две стадии со сбросом давления между ними, причем на первой стадии прессуемый материал выдерживают 5-25 мин, на II стадии выдерживают 45-95 мин, а термическую обработку проводят после прессования при температуре 150-180 о С в течение 60-150 мин. Пропитку древесных заготовок карбамидом можно проводить также в присутствии фосфорной кислоты от 2,5:1 до 30:1. При этом карбамид берут в количестве 5-15% от массы абсолютно сухих древесных заготовок, а фосфорную кислоту - в количестве 0,5-2,0% от массы абсолютно сухих древесных заготовок. Известно, что интенсифицировать пропитку древесины можно за счет ведения пропитки под вакуумом (журнал "Бумажная промышленность", N 6, 1970). Однако в предлагаемом способе использование пропитки по способу "вакуум - атмосферное давление - вакуум" (вместо вымачивания по прототипу) обеспечивает равномерное введение раствора карбамида в клеточные стенки древесины и удаление избытка раствора из ее пор и капилляров, что необходимо для того, чтобы введенный карбамид работал в процессе последующего прессования наиболее рационально. Положительный эффект при двухстадийном прессовании древесины связан с возможностью прессования заготовок с высоким содержанием воды и состоит в следующем. Вода на первой стадии прессования способствует быстрому нагреву заготовки, является пластификатором древесного вещества и обеспечивает легкий гидролиз лигноуглеводного комплекса. Карбамид усиливает пластификацию. В целом это приводит к размягчению высокомолекулярных компонентов при температуре прессования и упрессовывания древесины под давлением прессования. Сброс давления необходим для свободного удаления основной части воды в виде пара. Тем самым сокращается время сушки по сравнению с сушкой в спрессованном состоянии. Физическое состояние размягченных компонентов не изменяется. Подъемом давления на второй стадии до максимального значения достигается задаваемая степень уплотнения. Затем проводят ступенчатый сброс давления. На этой стадии проходят химические реакции превращения основных компонентов древесины и взаимодействия их с карбамидом и продуктами ее термопревращения. Пластифицирующий эффект по мере сушки и превращения исчезает, а макромолекулярные реакции сшивки стабилизируют спрессованную древесину. Непосредственно после прессования древесина поступает для углубления химических реакций на термообработку в камеру потоком горячего воздуха. Преимущество раздельного теплового воздействия заключается в рациональном использовании дорогостоящего прессовального оборудования и лучшего удаления остаточной воды для протекания более полных конденсационных прессов при термообработке (в специальных камерах). Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами. П р и м е р 1. Способ изготовления прессованной модифицированной древесины осины осуществляют следующим образом. Воздушно-сухие заготовки из осины размером 22х28х150 (начальная плотность заготовок 470 кг/м 3) загружают в вертикальном положении в автоклав, создают вакуум 0,095 МПа и выдерживают заготовки 10 мин. Затем в автоклав подают 10%-ный раствор карбамида (расход 15% от абсолютно сухих заготовок), устанавливают атмосферное давление и выдерживают заготовки 10 мин, затем раствор сливают. Общая продолжительность пропитки 30 мин. Затем образцы подвергают двухступенчатому прессованию по следующему режиму: I ступень прессования. Подъем давления до 2,5 МПа (в течение 30 с), стоянка 5 мин и сброс давления; II ступень. Подъем давления до 2,5 МПа (в течение 10 с), стоянка 45 мин, затем ступенчатый сброс давления до атмосферного; Образцы извлекают из рамки и термообработку в шкафу с регулируемой температурой при температуре 170 о С в течение 120 мин. Полученную модифицированную осиновую древесину кондиционируют в течение 5 дней до влажности 6% и испытывают по действующим стандартам. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. П р и м е р ы 2-3. Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что изменяют технологические параметры проведения стадий способа. Конкретные значения параметров приведены в табл.1. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. П р и м е р ы 4-6. Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве промежуточного раствора используют раствор, содержащий карбамид в присутствии фосфорной кислоты. Конкретное соотношение карбамид: фосфорная кислота в пропиточном растворе, а также конкретные значения технологических параметров осуществления стадий способа приведены в табл.1. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. П р и м е р ы 4-6. Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве промежуточного раствора используют раствор, содержащий карбамид в присутствии фосфорной кислоты. Конкретное соотношение - карбамид: фосфорная кислота в пропиточном растворе, а также конкретные значения технологических параметров осуществления стадий способа приведены в табл.1. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.1. П р и м е р 7 (по прототипу). Способ изготовления прессованной модифицированной осиновой древесины осуществляют следующим образом. Воздушно-сухие заготовки из осины размером 22х28х150 пропитывают 15%-ным раствором карбамида методом горяче-холодной ванны в течение 24 ч, затем осуществляют термическую обработку пропитанной древесины при температуре 180 о С. Прогретые заготовки прессуют при давлении 2,5 МПа и температуре 170 о С в течение 360 мин. Полученную модифицированную осиновую древесину кондиционируют в течение 5 дней до влажности 6% и испытывают по действующим стандартам. Результаты испытаний модифицированной древесины представлены в табл.2. Анализ табл. 1,2 показывает, что предложенная совокупность признаков обеспечивает достижение нового технического результата, как в части интенсификации процесса (пример 1-6 - продолжительность пропитки 20-40 мин; продолжительность прессования 55-115 мин; продолжительность термической обработки 150-180 мин; пример 9 - прототип - продолжительность пропитки 1440 мин; продолжительность прессования 360 мин; продолжительность термической обработки 360 мин, так и в части повышения качества целевого материала - пример 1,5 (предлагаемый способ) на 40-50 МПа больше прочность при изгибе, удельная прочность больше на 0,08 / , а влагопоглощение снижается на 1,3-2,1 г/м 2 за сутки.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕССОВАННОЙ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ преимущественно для паркета путем пропитки древесных заготовок водным раствором карбамида, прессования при давлении 0,5-3,0 Мпа и температуре 160-180 o С и термической обработки, отличающийся тем, что пропитку осуществляют под вакуумом, прессование проводят в две стадии со сбросом давления между ними, причем на первой стадии прессуемый материал выдерживают 5-25 мин, на второй стадии выдерживают 45-95 мин, а термическую обработку проводят после прессования при 150-180 o С в течение 60-150 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитку заготовок карбамидом проводят в присутствии фосфорной кислоты при соотношении карбамида и фосфорной кислоты от 2,5:1 до 30:1. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что карбамид берут в количестве 5-15% от массы абсолютно сухих древесных заготовок, а фосфорную кислоту в количестве 0,5-2,0% от массы абсолютно сухих древесных заготовок.

Похожие патенты: