E-mail*
Сообщение*

Термодревесина фирма "Вакуум плюс". Физико - механические свойства ели и березы.

Весенне - летний период 2011 г  показал , что в России резко  увеличился спрос на изделия из термодревесины.

Покупатель понял  достоинства термодревесины , как например укладка террасной доски вокруг бассейнов , балконов , дорожки на дачных участках . Ранее уложенный сайдинг из пластика снимают   и укладывают из термообработанной древесины граба , ясеня , дуба , клена  , сосны и бука.  Из термодревесины производят мебель , полы , вагонку . Есть первые производители, которые производят деревянные окна из  термообработанного дерева.

Производителей термодревесины достаточно много , каждая технология термомодификации отличается друг от друга ,  поэтому физико - механические свойства  термодревесины  разные  .

В  Интернете   о свойствах термодревесины ссылаются на зарубежных производителей,  которые представили исследования  пород дерева: сосны , ели , березы при  двух  режимах термообработки 180 - 230 гр С, так как  при более низких температурах  термомодификацию дерева провести не могут из - за того , что применяют пар против возгарания дерева внутри камеры.  Пар поглощает температуру , следовательно,  ТМД можно провести только при высокой температуре .

В технологии  термомодификации древесины от "Вакуум плюс " пар  не применяется ,  в следствии чего  есть возможность проводить термомодификацию при разных температурах .

Что это дает?

Создавать разный оттенок древесины.

При разной температуре абсолютно разные показатели физико - механических свойств  дерева , поэтому  руководство фирмы "Вакуум плюс" занялось полномасштабным исследованием термодревесины разных пород из разных регионов России и Украины.

Исследования физико - механических свойств  термодревесины -  долгий процесс , занимает не один месяц  , поэтому мы в этой статье опубликуем первые  проведенные исследования термообработанной  ели и березы в сравнении  с необработанной.

  

 

 

НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ И ЕЛИ

 

Е.Г. Владимирова - Московский государственный университета леса

 

Для повышения конкурентоспособности древесины разрабатываются новые технологии по ее переработке. Одна из таких технологий состоит в проведении модифицирующей термической обработки древесины, которая альтернативна химической обработке.

Термически модифицированная, или термомодифицированная древесиа и изделия из нее представлены во многих странах, это: США, Канада, Япония, Китай, Турция, Франция, Финляндия, Латвии, Украине.

Свойства термически модифицированной древесины активно изучаются за рубежом, а свойства аналогичной продукции, производимой в России, пока еще мало изучены.

Целью данной работы является исследование физико-механических свойств древесины березы и ели, подвергнутой термической обработке на отечественной установке СПВТ (Vacuumterm) фирмы "Вакуум плюс" при различных температурах и времени выдержки 24 часа. А также сравнение полученных показателей с результатами исследований немодифицированной древесины.

  

Используемая установка – СПВТ (сушилка пиломатериалов вакуумная тепловая),Vacuumterm которая работает по 4 категориям термообработки.

A = 165 °С; B = 175 °С; С = 185 °С; D = 195 °С.

Место обработки - Тверская область, ПГТ Озерки, ИП Ипатьев А.В.

В ходе работы путем проведения соответствующих испытаний определяли уровни ее следующих показателей: влажности, плотности, усушки, разбухания, предела прочности при сжатии вдоль волокон, предела прочности при статическом изгибе, влагопоглощения, водопоглощения.

Заготовка, отбор и изготовление образцов проводился в соответствии с ГОСТ 16483.0-89 [1]. Минимальное количество испытываемых образцов nmin вычислялось по формуле

где  V – коэффициент вариации свойства древесины, %;

γ – требуемая доверительная вероятность [2];

tγ– квантиль распределения Стьюдента;

Pγ– относительная точность определения выборочного среднего с доверительной вероятностью γ.

В таблице 1 приведены данные по расчету минимального количества испытываемых образцов.

 

Таблица 1

Данные по расчету минимального количества испытываемых образцов

Показатель древесины

V (%)

(γ) [10]

(tγ)

Pγ ,(%)

n*min(шт)

Влажность

5

0,95

2,571

5

5/10

Плотность

10

0,95

2,262

5

27/30

Усушка

16

0,95

1,645

5

27/30

Разбухание

16

0,95

1,645

5

27/30

Предел прочности при сжатии вдоль волокон

13

0,95

2,048

5

29/30

Предел прочности при статическом изгибе

15

0,95

1,645

5

25/50

Материалы и методы

В качестве исходного материала исследования были взяты березовые (Betula pendula) и еловые (Picea abies) пиломатериалы толщиной 40-50 мм. Из части досок были выпилены необходимые образцы. Остальная древесина сушилась в мягких режимах при температуре 70 °С в вакууме. Затем подвергалась термической модификации в течение 12 часов при температуре 185°С (береза) и 165°С (ель).

 

Влагопоглощение

10

0,95

2,262

5

21/30

Водопоглощение

10

0,95

2,262

5

21/30

*Число образцов (расчетное/принятое).

 

Представленное в таблице число образцов было отобрано как для термически модифицированной, так и для не прошедшей обработку древесины.

Для проведения испытаний применялась испытательная машина ZD10/90.

 

 

После испытаний определяли фактическую влажность и при необходимости плотность образцов (ГОСТ 16483.7-71) [3].

Влажность образцов W (%), вычислялась по формуле

где  m0– масса бюксы, г;

m1– масса бюксы с пробой до высушивания, г;

m2– масса бюксы с пробой после высушивания, г.

 

Для определения базисной плотности древесины использовались образцы в виде прямоугольной призмы основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм (ГОСТ 16483.1-84) [4].

Базисную плотность каждого образца ρб (кг/м3) вычисляли по формуле

где m0 – масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг (г);

amax, bmax, cmax - размеры образца при влажности, равной или больше предела насыщения клеточных стенок, м (см);

Vmax – объем образца при влажности, равной или больше предела насыщения клеточных стенок, м3 (см3).

 

Для определения разбухания древесины применялись образцы в форме прямоугольной примы с основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 10 мм, рис.3 (ГОСТ 16483.35-88) [5].

 

Полное разбухание αmах (%) было вычислено по формуле:

где – amax – размер (объем) образца при влажности равной или выше предела насыщения клеточных стенок, мм (мм3);

amin – размер (объем образца в абсолютно сухом состоянии, мм (мм3).

 

Для определения усушки применялись образцы в форме прямоугольной призмы с основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 10 мм (ГОСТ 16483.37-88) [6].

Полную усушку βmах (%) вычисляли по формуле:

где – amax – размер (объем) образца при влажности равной или выше предела насыщения клеточных стенок, мм (мм3);

amin – размер (объем образца в абс. сух. состоянии, мм (мм3).

 

Для испытания по определению предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон применялись образцы в виде прямоугольной призмы основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм, рис.4 (ГОСТ 16483.10-73), [7].Предел прочности σW(МПа) был вычислен по формуле

где Pmax - максимальная нагрузка, Н;

      a и b – поперечные размеры образца, мм.

 

Для испытания на определение прочности древесины при статическом изгибе применялись образцы в виде прямоугольной основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм, рис.5 (ГОСТ 16483.3-84) [8].

Предел прочности (МПа) вычислялся по формуле, 

где Pmax - максимальная нагрузка, Н;

      l – расстояние между центрами опор, равное 240 мм;

      b – ширина образца, мм.

      h – высота образца, мм.

 

Для проведения испытания на влагопоглощение и водопоглощение образцы изготовляются в форме прямоугольной призмы основанием 20х20 мм и высотой вдоль волокон 10 мм (ГОСТ 16483.19-72, ГОСТ 16483.20-72) [9,10].

При испытании на влагопоглощение образцы выдерживали над насыщенным раствором соды, а при испытании на водопоглощение образцы вымачивалии в дистиллированной воде.

 

После проведения испытания количество поглощенной влаги/воды W (%) было вычислено с точностью до 0,1 % по формуле

где m - масса бюксы, г;

m1 - масса бюксы с образцом в абсолютно сухом состоянии, г;

mn - масса бюксы с образцом, взвешенной через n суток с момента первоначального помещения образца в эксикатор, г. [10].

 

Средняя влажность образцов термически модифицированной древесины березы составляет 2,8%, а влажность образцов немодифицированной древесины 7,4%; термически модифицированной древесины ели 5,8%, а влажность образцов немодифицированной древесины 7,4% (табл. 2). В ко­лонках табл. 2 даны следующие обозначения: 2 - температура обработки; 3 - средняя влажность в мо­мент испытания; 4 - базисная плот­ность; 5 - усушка; 6 - разбухание; 7 - предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон; 8 - предел прочности при статическом изгибе; 9 - влагопоглощение; 10 - водопоглошение.

 

Таблица 2

Изменения свойств термически модифицированной древесины березы и ели в сравнении с немодифицированной древесиной.

 

Образец древесины

Т

W

ρб

а

β

σw

σw

W

W

(°С)

(%)

(кг/м3)

(%)

(%)

(МПа)

(МПа)

(%)

(%)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Береза термо.

185

2,8

535

10,7

11,1

78,5

73,1

8,1

117,8

Береза немодиф.

20

7,4

523

15,3

20,5

68,7

130,86

15,4

124,5

Изменение

 

 

+2%

-30%

-46%

+14%

-44%

-47%

-5%

Ель термо.

165

5,8

397

8,1

9,0

56,4

74,37

11,1

197,8

Ель немодиф.

20

7,4

331

9,3

11,1

44,4

63,8

14,9

245,7

Изменение

 

 

+20%

-13%

-19%

+27%

+17%

-26%

-19%

 

Базисная плотность термомодифицированной древесины берёзы на 2%, а ели - на 20% выше плотности немодифицированной древесины бе­рёзы и ели соответственно.

Усушка модифицированной древе­сины берёзы на 30%, а ели - на 13% ниже, чем усушка немодифициро­ванной древесины берёзы и ели соот­ветственно.

Разбухание модифицированной древесины берёзы на 46%, а ели - на 19% ниже, чем разбухание немодифицированной древесины.

Предел прочности при статичес­ком изгибе термомодифицированной древесины берёзы на 44% ниже, а ели - на 17% выше, чем у немоди­фицированной древесины берёзы и ели соответственно.

 

Влагопоглощение термомодифицированной берёзы на 47%, а ели - на 26% ниже, чем немодифициро­ванной древесины берёзы и ели соот­ветственно.

Водопоглощение термомодифицированной древесины берёзы на 5%, а ели - на 19% ниже, чем обычной древесины берёзы и ели соответ­ственно.

 

Заключение

Результаты исследований позволя­ют рассматривать возможность при­менения термомодифицированной древесины для внутренней и внеш­ней отделки помещений, производ­ства напольных покрытий для на­ружных и внутренних помещений, отделки саун и прибассейновых тер­риторий, садовой и парковой мебе­ли. Однако при проектировании из­делий, подвергающихся повышен­ным нагрузкам, следует учитывать снижение таких характеристик, как прочность при статическом изгибе.

Перспективны работы по изуче­нию свойств термически модифици­рованной древесины различных по­род и диапазонов обработки с целью расширения областей применения этой продукции.

 

 

 

Список литературы

1. ГОСТ 16483.0-89. Древесина. Обшие требования к физико-механическим испытаниям.

2. Уголев Б.Н. Древесиноведение с ос­новами лесного товароведения: Учеб. для лесотехн. вузов. - 4-е изд. - М: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 340 с.

3. ГОСТ 16483.7-71. Древесина. Ме­тоды определения влажности.

4. ГОСТ 16483.1-84. Древесина. Ме­тод определения плотности.

5. ГОСТ 16483.35-88. Древесина. Ме­тод определения разбухания.

6. ГОСТ 16483.37-88. Древесина. Ме­тод определения усушки.

7. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Ме­тоды определения предела прочности при сжатии вдоль волокон.

8. ГОСТ 16483.3-84. Древесина. Ме­тод определения предела прочности при статическом изгибе.

9. ГОСТ 16483.19-72. Древесина. Ме­тод определения влагопоглощения.

10. ГОСТ 16483.20-72. Древесина. Метод определения водопоглошения.