Влияние температурных режимов на процесс вакуумно-импульсной пропитки капилярно-пористых материалов

УДК 621.52

А. В. Гаврилов, И. Ф. Талипов

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ НА ПРОЦЕСС ВАКУУМНО-ИМПУЛЬСНОЙ ПРОПИТКИ КАПИЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: вакуумно-импульсный метод, пропитка капиллярно-пористых материалов.

В статье приведены результаты экспериментального исследования процесса пропитки пиломатериалов различных пород древесины различными методами при температурах пропитывающей жидкости 298 К, 323 К, 353 К. Показано влияние температуры на процесс вакуумно-импульсной пропитки.

Keywords: va^um-impulse method, impregnated of capillary-porous materials.

Results of a pilot study ofprocess of impregnation of a carving wood of various breeds of wood are given in article by various methods at temperatures of impregnating liquid 298 K, 323 К, 353 K. Influence of temperature on process of vacuum pulse impregnation is shown.

Введение

Защита древесины от поражения ее грибками, плесенью, водорослями, мхом, а также вредителями является одной из важнейших задач, решение которой обеспечит повышение качества и надежности любых деревянных изделий, материалов и конструкций.

В этой связи наиболее верным решением является защита древесины специальными химическими веществами, которые губительно действуют на разрушителей древесины, но при этом безопасны для людей и окружающей среды. Введением в древесину таких веществ достигается улучшение её характеристик и придание новых свойств, повышается прочность, а также влаго- и химостойкость, снижается растрескиваемость и т.д. Наибольшее распространение получила пропитка антисептическими средствами для защиты древесины от гнили.

В настоящее время для пропитки материалов применяются различные технологии и оборудование. Решение проблемы повышения эффективности пропитки связано с созданием методов, способствующих более эффективному проникновению этих составов на заданную глубину. Наиболее распространенный на практике метод ускорения массопереноса в материалах за счет повышения температуры материала и жидкости ограничен. Поэтому для пропитки капиллярно-пористых материалов и изделий очень часто используют вакуум.

Для исследования процесса пропитки на кафедре «Вакуумная техника электрофизических установок» КНИТУ была спроектирована и собрана опытная установка [1].

Экспериментальная часть

В состав установки входят: вакуумный насос ВВН-50Э, ресивер и два сообщающихся сосуда цилиндрической формы объемом около 5 л. каждая, один из которых (камера для пропитывающей жидкости) выполнен из нержавеющей стали и имеет электрический нагреватель, а второй (рабочая камера) -представляет собой стеклянную обечайку с плоскими днищем и крышкой (рис.1).

В одну камеру помещали образцы древесины, во вторую - раствор антисептика. Затем в сосуде с образцом создавали вакуум (Р«10^15 мм.рт.ст.).

Образец выдерживали под вакуумом заданное время, после чего посредством крана открывали сообщение со вторым сосудом, в котором находился раствор антисептика при атмосферном давлении. За счет перепада давления жидкость по трубопроводу перетекала в сосуд с образцом, кран закрывали и выдерживали образец в растворе заданное время. Далее открывался напускной клапан рабочей камеры и резко напускался сухой воздух до давления равного атмосферному.

Рис. 1 - Камера с пропитывающей жидкостью и рабочая камера

По окончании пропитки, создавая перепад давлений, раствор перекачивали в камеру с пропитывающей жидкостью, образец высушивали и определяли глубину пропитки [2].

На рис. 2 приведена зависимость изменения давления в камере от времени пропитки пиломатериалов вакуумно-импульсным методом.

Рис. 2 - Процесс пропитки вакуумно-импульсным методом: I, IV — вакуумирование и заполнение рабочей камеры пропиточным составом; II, V -выдержка под вакуумом; III, VI - напуск атмосферного воздуха

Результаты экспериментов

Эксперименты проводились на образцах пиломатериалов из сосны, березы и осины размерами 50x50x110 мм и 40x40x200 мм с начальной влажностью « 7^8%. Пропитка образцов осуществлялась тремя различными методами:

1) выдержка в пропитывающем растворе под атмосферным давлением в течение 24 часов;

2) вакуумная пропитка (давление над помещенным в раствор образцом понижалось плавно);

3) вакуумно-импульсная пропитка (подача пропиточной жидкости в рабочую камеру и последующее повышение давления в этой камере до атмосферного осуществлялось «резко» - импульсно).

В качестве пропиточной жидкости использовался антисептический состав «Pinotex Classic».

Были проведены три серии экспериментов: при температурах 298 К, 323 К и 353 К.

Результаты измерений приведены на (рис.3). В первом эксперименте образцы были выдержаны в пропиточной жидкости в течение суток. Глубина проникновения жидкости при температуре Т=298 К составила для сосны 1^1,5 мм, для березы 10 мм и до 15 мм для осины, при температуре жидкости Т=323 К глубина проникновения пропитывающего состава составила, для сосны 3 мм, для березы 15 мм и 20 мм для осины.

Во втором эксперименте образцы, помещенные в пропиточную жидкость, выдерживались под вакуумом. За счет разности давления в камере и в порах образца пропиточная жидкость проникает в поры глубже, чем в первом эксперименте. Глубина проникновения при температуре Т=298 К составила для сосны 3 мм, для березы 15 мм и для осины 35 мм, при температуре Т=323 К для образца из сосны составила 5 мм, для березы 40 мм и 45 мм для осины.

В третьей серии экспериментов на образцы, находящиеся в пропиточной жидкости, воздействовали резким импульсом атмосферного давления, за счет этого импульса глубина пропитки увеличивалась: при температуре Т=298 К - 5 мм - сосна, 25 мм - береза и 55 мм - осина, при температуре жидкости Т=323 К - 7 мм, 750 мм и 75 мм - для сосны, березы и осины, соответственно.

Кроме того, были проведены эксперименты по пропитке тех же образцов вакуумно-импульсным методом при температуре Т=353 К (рис.4). Глубина проникновения пропитывающего состава для образцов из сосны составила 7 мм, для березы 70 мм и 90 мм для осины.

8G -

я 7°-

S 6G

І 5G ~

8. 4>-п

5 3G -Ь 2G -^ lG G

О Осина 298 К  Береза 298 К Д Сосна 323 К ♦ Осина 298 К  Береза 323 К А Сосна 323 К ♦

О

♦

О

*

А , А , *

Пропитка при атмосферном давлении

Пропитка под вакуумом

Вакуумноимпульсный метод

Способ пропитки

Рис. 3 - Глубина проникновения пропитывающего состава при различных методах пропитки

Исходя из вышесказанного, следует, что глубина проникновения пропитывающего состава с увеличением температуры увеличивается для всех образцов, за исключением соснового образца.

Температура, К

Рис. 4 - Зависимость глубины проникновения пропитывающего состава от температуры при вакуумно-импульсном методе

Кроме того, можно сделать вывод, что при пропитке пиломатериалов вакуумно-импульсным методом глубина проникновения пропиточного раствора для несмолистых пород древесины почти в пять раз больше, чем при обычной выдержке этих же образцов в жидкости при атмосферном давлении и заметно больше, чем при «традиционной» вакуумной пропитке.

Литература

1. А.В. Гаврилов, Вестник Казанского технологического университета, 9, 459-463 (2010).

2. А.В. Гаврилов, Вестник Казанского технологического университета, 8, 65-68 (2011).

© А. В. Гаврилов - канд. техн. наук, доц. каф. вакуумной техники электрофизических установок КНИТУ, romanova_rg@mail.ru; И. Ф. Талипов - студ. КНИТУ.