СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, В ОСНОВЕ КОТОРОГО ПОЛУФАБРИКАТЫ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD FOR PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL BASED ON WOOD SEMI-FINISHED PRODUCT

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к насыщению полуфабрикатов из древесины различными компонентами.
Известен композиционный материал, состоящий из термопластичного полимера, - полиэтилентерефталат из армирующего компонента в виде древесной крошки (реферат №2006114760, Федеральный институт промышленной собственности).
Недостатком указанного композиционного материала является то, что технология его производства сложна в исполнении, большое количество компонентов, входящих в его состав, удлиняет технологический процесс по времени, а это в свою очередь снижает объемы производства готовой продукции в единицу времени и повышает затраты энергии.
Наиболее близким к заявленному способу прототипом является способ, в котором древесина пропитывается фурановым полимером, раствором полимеризуемого мономера фурфурилового спирта, содержащего воду, стабилизаторы в виде буры и натриевых солей лигносульфоновых кислот, фурфуриловый спирт и, по меньшей мере, одно дополнительное соединение, выбранное из малеиновой кислоты, яблочной кислоты, фталевой кислоты и их комбинации.
Способ предусматривает одностадийное пропитывание древесины раствором полимеризуемого мономера фурфурилового спирта с последующей стадией отверждения при температуре от 70 до 140°С с возможностью регулирования температурных режимов от 80 до 120°С в зависимости от планируемой твердости и степени высушивания.
Отверждение в данном способе производят погружением обработанного материала в горячее масло предпочтительно при 80-120°С вначале при температуре, соответствующей нижней части указанного интервала, с увеличением по мере протекания отверждения и сушки.
К недостаткам данного способа обработки древесины, предусматривающей пропитку фурановым полимером, относятся следующие:
- большая продолжительность выполнения по времени циклов пропитки, отверждения, сушки и обработки;
- повышенный расход энергии;
- неоднородность обработанной древесины, имеющей повышенную толщину и, в связи с изложенным, снижение качества.
Предлагаемый способ производства композиционного материала, в основе которого полуфабрикаты из древесины, позволит устранить недостатки как аналогов, так и присущие прототипу.
Изобретение решает задачи повышения эффективности обработки древесины и улучшения его качества.
Технический результат заключается в снижении затрат энергии на обработку единицы продукции, улучшении однородности пропитки, ускорении процесса обработки, отверждения и сушки, повышении прочности и влагостойкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства композиционного материала, в основе которого полуфабрикаты из древесины, включающем пропитку древесины раствором полимеризуемого мономера фурфурилового спирта, содержащего воду, стабилизаторы в виде буры и натриевых солей лигносульфоновых кислот и яблочную кислоту, согласно предлагаемому изобретению древесину с начала процесса пропитки раствором в камере подключают к ультразвуку. Спустя 3-4 часа из камеры откачивают остаток раствора, а по окончании удаления остатков раствора в камеру впрыскивают в дисперсном состоянии ароматизаторы органического происхождения и через 0,25-0,33 часа с момента впрыскивания ароматизаторов отключают ультразвук. В дальнейшем для сушки и отвердения древесины в камере создают электромагнитное поле сверхвысокой частоты и обеспечивают в течение 3-5 часов температуру в пределах 70-80°С.
При этом в течение последнего часа сушки в камере создают вакуум и удаляют влагу.
Заявленный способ отличается от прототипа следующими новыми операциями:
- к древесине, находящейся в растворе для пропитки, подключают ультразвук;
- спустя 3-4 часа из камеры отсасывают остаток раствора, который не впитался пиломатериалами;
- для сушки пиломатериалов в течение 3-5 часов создают температуру в пределах 70-80°С посредством электромагнитного поля сверхвысокой частоты;
- в камеру для сушки пиломатериалов одновременно с повышением температуры впрыскивают ароматизаторы органического происхождения и через 0,25-0,30 часа и далее отключают ультразвук.
Сущность реализации технической задачи поясняется чертежом, где представлена схема производства композиционного материала.
Способ производства композиционного материала, в основе которого полуфабрикаты из древесины, реализуется следующим способом.
В камеру (1), выполненную из металла, заливают насосом (2) из бака (3) через трубопроводы (4) и (5) раствор (6) полимеризуемого мономера фурфурилового спирта, содержащего воду, стабилизаторы в виде буры и натриевых солей лигносульфоновых кислот, фурфуриловый спирт и яблочную кислоту. На дне резервуара предварительно располагают платформу (7), к которой жестко соединяют волновод (8) генератора ультразвуковых частот (9).
На платформу (7) штабелируют полуфабрикаты из пиломатериалов (10). Крышку (11) камеры (1) закрывают плотно.
Далее к штабелю полуфабрикатов из пиломатериалов (10) через платформу (7) и волновод (8) из генератора ультразвуковых частот (9) подают ультразвуковые колебания.
Продолжительность подачи ультразвуковых колебаний составляет 3-4 часа в зависимости от габаритных размеров пиломатериалов. С увеличением толщины пиломатериалов продолжительность ультразвуковых колебаний возрастает с нижнего предела до максимума.
Далее насосом (2) посредством трубопроводов (4) и (5) остаток раствора (6) из камеры (1) перекачивают в бак (3). После откачки раствора (6) в камеру (1) впрыскивают пульверизатором (12) ароматизаторы органического происхождения. Через 0,25-0,33 часа с момента впрыска ароматизаторов отключают ультразвук.
После откачки раствора в камеру (1) через волновод (13) из установки (14) подают электромагнитное поле сверхвысокой частоты. Электромагнитным полем сверхвысокой частоты поднимают температуру полуфабрикатов из древесины (10) до 70-80°С.
При такой температуре высушивают уже композиционный материал до необходимой влажности в течение 3-5 часов. Нижний предел температуры для тонкой древесины, а по мере возрастания толщины временной параметр увеличивается.
В течение последнего часа сушки из камеры (1) влагу удаляют вакуум-насосом (15).
3
Пример 1. В металлическую камеру во внутрь контейнера платформы помещают пиломатериалы из сосны 1 м, размерами 1000×200×60 мм, влажностью 18%. В камеру заливают раствор полимеризуемого мономера фурфурилового спирта, содержащего воду, стабилизаторы в виде буры и натриевых солей лигносульфоновых кислот, фурфуриловый спирт и яблочную кислоту таким образом, чтобы раствор был выше уровня штабеля пиломатериалов на 0,05-0,06 м.
3
К платформе, на которой расположен штабель древесины, омываемый со всех сторон раствором, подключают ультразвук и в течение 3 часов пропитывают древесину раствором. Далее раствор, который остался в контейнере, откачивают насосом в соседний бак. После окончательного удаления раствора из камеры одновременно в камеру впрыскивают в дисперсном состоянии ароматизаторы органического происхождения с запахом сирени, из расчета 5 граммов на 1 м и сразу же в камеру подают электромагнитное поле сверхвысокой частоты и температуру поднимают в течение одного часа до 70°С, а далее в течение 2-х часов температуру поднимают до 80°C.
Удаление влаги из древесины, насыщенной раствором, путем нагревания производят в течение 3 часов.
Спустя 2 часа с момента начала создания электромагнитного поля, в камере создают вакуум и влагу, выделяемую из древесины, удаляют из камеры.
Результаты исследований приведены в таблице, где  видно, что древесина пропитывается компонентами из раствора, вступает в реакцию в определенных соотношениях с компонентами внутри древесины и в конечном итоге на композиционный материал тратится энергии 32,6 кВт (против 43,2 кВт у прототипа), процесс в целом длится 6 часов, влажность материала 16% (против - 19% у прототипа) и равномерность насыщения раствором древесины хорошая. Новый материал имеет запах сирени.
Пример 2. Для сравнения осуществляем пропитку древесины раствором полимеризуемого мономера фурфурилового спирта согласно способу по прототипу.
В камеру заливают раствор полимеризуемого мономера фурфуролового спирта, содержащего воду, стабилизаторы в виде буры и натриевых солей лигносульфоновых кислот, фурфуриловый спирт и одно дополнительное соединение малеиновой кислоты.
3
В камеру с раствором опускают штабель из древесины-сосны размерами 1000×200×60 мм, 1 м таким образом, чтобы раствор над штабелем составлял 0,05-0,06 м.
Выдерживают древесину в растворе 3 часа и удаляют раствор из камеры. Далее производят операцию отверждения при температуре в интервале от 70 до 140°С. При этом впервые два часа пиломатериалы выдерживают при температуре 70°С, а в последующие 0,5 часа доводят до 80°С и к окончанию повышают до 120°С.
В завершении отверждение и сушку проводят погружением пропитанной древесины в горячее масло, имеющее температуру 80°С и в дальнейшем, в течение 0,5 часов повышают его до 120°С.
Исследования древесины, пропитанной в соответствии с предлагаемым способом и по прототипу, позволили определить ряд технико-эксплуатационных параметров, сведенных в единую таблицу.
Результаты испытаний обработки древесины, обработанной различными способами
№ п/п
Наименование
Материал
Объем, м<sup>3</sup>
Влажность в исходном материале,%
Влажность после обработки,%
Равномерность насыщения раствором
Расход энергии на обработку, кВт
Продолжительность технологического процесса,час
1
Предлагаемый способ
сосна
1
18
16
***
32,6
6
2
Прототип
сосна
1
18
19
**
43,2
6
Как видно из изложенного, поставленная техническая задача в рамках предлагаемого способа решается полностью.
Предлагаемый способ обработки ускоряет процесс сушки (16% против 19% у прототипа). Равномерность насыщения древесины компонентами из раствора значительно лучше (3 звездочки против 2 у прототипа).
Расход энергии на обработку материала значительно ниже - примерно на 14% меньше, чем у прототипа.
Пропитка полуфабрикатов из древесины в растворе с применением нового признака - подключение к материалу ультразвука - значительно ускоряет прохождение раствора по порам древесины, улучшает     равномерность насыщения пиломатериалов компонентами и ускоряет процессы реакции внутри древесины.
Использование электромагнитного поля сверхвысокой частоты для сушки и отверждения древесины после насыщения раствором позволяет осуществлять нагрев древесины изнутри в наружу в отличие от всех других способов сушки и отверждения. Благодаря этому, ускоряется процесс удаления влаги из пиломатериалов, снижается расход электроэнергии в целом и повышается прочность материала. Техническая задача может быть реализована в производственных условиях цеха, принадлежащего заявителю изобретения.