Эффективность способов пропитки древесины

УДК 630*532.5; 66.29.17; 66.087.92 В.И. Патякин, В.А. Соколова

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПОСОБОВ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ

В статье рассматриваются способы пропитки древесины. Обоснованы достоинства и недостатки. Ключевые слова: древесина, сушка, обезвоживание, пропитка, электроды, электроосмос.

V.I. Patyakin, V.A. Sokolova EFFICIENCY OF THE WAYS FOR WOOD IMPREGNATION

The ways for wood impregnation are considered. Advantages and disadvantages are substantiated.

Key words: wood, drying, dewatering, impregnation, electrodes, electroosmosis.

Древесина - весьма перспективный материал для многих отраслей промышленного производства. Она обладает высокими прочностными свойствами. Древесине легко придавать заданные свойства. Однако ей присуще и некоторые отрицательные свойства, обусловленные ее растительным происхождением и сложным строением: изменчивость свойств, анизотропность, способность менять форму и размеры под воздействием влаги, низкая биостойкость, способность к возгоранию. Одним из направлений в решении задачи рационального использования древесины малоценных пород является улучшение ее качественных показателей путем пропитки.

Пропитка древесины - введение в древесину химических веществ с целью улучшения ее характеристик и придания новых свойств. Пропиткой древесины достигается стабилизация размеров, повышается прочность, а также влаго-, водо- и химостойкость, снижается растрескиваемость и т.д.

Все способы пропитки разделяются на четыре группы - способ капиллярной пропитки, способ диффузионной пропитки, способ пропитки под давлением, центробежный способ пропитки.

Способ капиллярной пропитки. Проникновение пропитывающей жидкости в древесину обусловливается тем, что в капиллярной трубке (древесном капилляре) давление жидкости для вогнутой поверхности меньше, чем для плоской, на величину капиллярного давления. При этом соответственно высота подъема и глубина проникновения жидкости равны:

2а cos 0 ,

h =-----------; l =

ГЕРЖ

acos 0 г

—---------rS.

2^

Интенсивность пропитки зависит от величины капиллярного давления в полостях клеток и сопротивления среды движению жидкости.

Способ капиллярной пропитки осуществляется в результате смачивания поверхности пропитывающим составом. Смачивание осуществляют нанесением раствора кистью, окунанием и опрыскиванием. Древесина должна быть при этом сухой или подсушенной.

Капиллярная пропитка погружением в ванны осуществляется в результате смачивания и кратковременной выдержки подсушенной древесины. Проникновение в нее жидкости происходит под действием капиллярных сил и отчасти незначительного гидростатического давления.

Панельная пропитка используется для защитной обработки уникальных деревянных построек без их разборки. К вертикальной или наклонной поверхности обрабатываемого объекта прикрепляют пропиточную панель, состоящую из плотно примыкающего к древесине внутреннего слоя и наружного водонепроницаемого слоя. Верхний конец внутреннего слоя опускают в раствор пропитывающего вещества, кото-

рый находится в резервуаре над панелью. Раствор движется сверху вниз по панели и смачивает древесину. Пропитка происходит в основном за счет действия капиллярных сил. На рисунке 1 приведена схема панельной пропитки бревенчатой стены и дощатой кровли.

Способы диффузионной пропитки. В основу этого способа положена диффузия молекул или ионов из растворов веществ, в которые погружены пропитывающие материалы, или из различных паст, которыми их покрывают, в воду, находящуюся в полостях клеток.

При этом считают, что плотность потока I характеризуется уравнением Фика:

Коэффициент диффузии зависит от вида диффундирующего вещества, размера молекул или ионов, влажности, температуры, направления потока относительно волокон древесины, вязкости растворителя. Продолжительность диффузионной пропитки весьма велика и может достигать нескольких месяцев. При этом изменение концентрации пропитывающих веществ в заданном месте описывается уравнением, аналогичным уравнению Фурье для стационарного теплообмена [2].

Способы диффузионной пропитки осуществляются нанесением паст, установкой бандажа, вымачиванием в растворе.

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

"5

Рис. 1. Схема панельной пропитки бревенчатой стены и дощатой кровли:

1 - резервуар-питатель; 2 - элементы крепления панели; 3 - внутренний слой панели; 4 - наружный слой панели; 5 - резервуар-сборник

где й - коэффициент диффузии;

йС

-----градиент концентрации.

йх

Бандажную пропитку применяют для консервирования столбов различного назначения. Ее особенность состоит в том, что она происходит во время эксплуатации столбов. При установке столбов в грунт их часть, наиболее подверженную загниванию, обертывают бандажом, т. е. лентой из гидроизоляционного материала, на внутреннюю поверхность которой нанесена антисептическая паста. Бандаж крепят к столбу проволокой или гвоздями.

При пропитке вымачиванием в концентрированном растворе антисептика в ванну загружают сырые сортименты. Длительность выдержки исчисляется несколькими неделями и даже месяцами. Производительность ванн при таком способе пропитки невысока, хотя и обеспечивается надежная пропитка трудно-пропитываемых древесных пород.

Способы пропитки под давлением. Для создания перепада давления по отношению к внутреннему давлению в древесине применяют метод выдержки нагретой древесины в холодной ванне, автоклавный метод, подачу жидкости под давлением в торцы сортиментов, возбуждение в жидкости ультразвукового поля, использование электрогидравлического эффекта.

Принципиальная схема установки для пропитки способом вакуум-давление-вакуум (ВДВ) приведена на рисунке 2.

в

Рис. 2. Схема установки для пропитки древесины способом ВДВ:

I - пропиточный автоклав; II - мерник; III - конденсатор; IV - вакуум-насос; V - жидкосный насос;

VI - маневровый резервуар; 1-11 - вентили

Пропитка в ванных с предварительным нагревом имеет несколько технологических вариантов. Наиболее распространен вариант с использованием двух (горячей и холодной) ванн. Пакет пропитываемых сортиментов нагревают в ванне с горячей пропитывающей жидкостью, после чего перегружают в ванну с холодной жидкостью, при выдержке в которой и происходит собственно пропитка. Реже применяют вариант с использованием одной ванны. После прогрева загруженного в ванну пакета горячую жидкость в ней быстро заменяют холодной путем перекачки насосами. Качество пропитки здесь несколько выше, чем в первом варианте, что объясняется отсутствием контакта нагретой древесины с воздухом во время перегрузки, при которой в открытые полости клеток попадают воздушные включения, замедляющие движение жидкости в древесине.

Представляет определенный интерес вариант с совмещением нагревания и камерной сушки. Штабель пиломатериалов или заготовок сразу после сушки в камере до требуемой для пропитки влажности помещают в ванну с холодным пропитывающим раствором. После выдержки в ванне штабель вновь загружают в камеру и сушат до конечной влажности.

Все рассмотренные выше способы по ряду причин имеют ограниченное промышленное применение.

Диффузионная пропитка чрезвычайно длительна и требует больших затрат ручного труда. Кроме того, она возможна при использовании только неорганических водорастворимых пропитывающих веществ. Капиллярные способы пропитки малоэффективны, так как обеспечивают лишь поверхностную пропитку. Способ горячих и холодных ванн эффективнее капиллярных способов и применялся в прошлом довольно широко. Однако этот способ из-за малого избыточного давления не обеспечивает достаточно глубокой пропитки, требуемой в ряде случаев для надежного консервирования и других технологических целей.

Поэтому в настоящее время преимущественное применение имеют автоклавные способы пропитки, обеспечивающие глубокое проникновение в древесину пропитывающих веществ, при малой продолжительности процесса и относительно невысоких затрат труда и энергии.

Имеется ряд технологических схем автоклавной пропитки, различающихся последовательностью операций воздействия на древесину повышенного и пониженного давления пропитывающей жидкости и воздуха. В промышленности в настоящее время применяют следующие способы.

1. Пропитка способом полного поглощения. Пропитка происходит во время выдержки древесины под давлением. Начальный вакуум способствует повышению глубины пропитки и увеличению поглощения древесиной жидкости, так как из полостей клеток удаляется воздух, препятствующий ее движению. Повторный вакуум предназначен для подсушки поверхности сортиментов. Этот способ применяют преимущественно для пропитки водорастворимыми веществами. Для пропитки маслами этот способ используется в тех случаях, когда требуется высокое поглощение пропитывающих веществ.

2. Пропитка способом ограниченного поглощения. Особенность этого процесса - выдержка древесины под избыточным воздушным давлением до заполнения автоклава жидкостью, при которой в полости клеток вводится добавочный воздух. В конце процесса, во время выдержки под вакуумом, сжатый в древесине воздух выходит наружу, выталкивая часть поглощенной жидкости. Этот способ применяют при использовании высокотоксичных антисептиков, когда нет необходимости оставлять в древесине излишнее их количество. Преимущество этого способа по сравнению с предыдущим состоит в сокращении расхода пропитывающих веществ.

3. Пропитка многоцикличными способами, т.е. пропитка с последовательным чередованием нескольких единичных циклов.

4. Пропитка вакуумным способом. Этот способ предусматривает использование автоклавов или герметичных резервуаров упрощенных конструкций, не рассчитанных на высокое давление. Вначале древесину, загруженную в автоклав, выдерживают под вакуумом, затем автоклав заполняют пропиточной жидкостью и вакуум сбрасывают. Собственно пропитка происходит под действием атмосферного давления, избыточного по отношению к давлению в древесине. Этот способ используют в тех случаях, когда в древесину требуется ввести ограниченное количество пропитывающей жидкости в небольшую глубину.

5. Автоклавно-диффузионная пропитка - один из способов пропитки сырой древесины с целью ее консервирования.

Центробежный способ пропитки. Сущность способа заключается в том, что проникновение пропитывающей жидкости в древесину производится под действием центробежных сил. Существуют два способа пропитки попутно-центробежный и встречно-центробежный. Сущность первого заключается в том, что из заполненного жидкостью капилляра, помещенного в центробежное поле, влага под воздействием центробежных сил удаляется (рис. 3), создавая в центральной зоне разряжение (перепад давления). Если в зону разрежения подать пропитывающий состав, то он сначала будет поглощаться (рис. 3), а затем, поступив в зону действия центробежных сил, начнет двигаться вслед за удаляемой из капилляра жидкостью [1].

а в

Рис. 3. Схемы центробежных способов пропитки древесины: а - встречно-центробежный способ; б - попутно-центробежный способ; 1 - капилляр в центробежном поле; 2 - емкость с пропитывающим составом; 3 - пропитывающая жидкость;

4 - пропитываемый материал; 5 - центрифуга

В практике большее признание нашел встречно-центробежный способ пропитки. При этом способе пропитки в центробежное поле помещается пропиточный цилиндр (емкость) с пропитывающей жидкостью. В него загружают материал и начинают вращение, в результате чего создается гидростатическое давление. Под действием этого давления пропитывающая жидкость движется по капиллярам навстречу жидкости, удаляемой из него под действием центробежных сил. Вследствие градиента давления происходит встречное движение, т. е. вытеснение жидкости из капилляра и заполнение его пропитывающей жидкостью.

Таким образом, разработка и усовершенствование способов пропитки древесины является актуальным и своевременным вопросом, который позволит решить проблемы деревянного домостроения.

Литература

1. Григорьев А.Ф. Пропитка древесины способом центрифугирования. - Йошкар-Ола: Изв. ПЛТИ, 1935. -Вып. 4. - С. 1-15.

2. Серговский П.С. Расчет процессов высыхания и увлажнения древесины. М. - Л.: ГЛБИ, 1952. - 78 с.

---------♦'----------

УДК 674.87 В.И. Терентьев, Т.И. Аникиенко

ПИТАТЕЛЬНАЯ ЦЕННОСТЬ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПИХТОВОЙ ХВОЙНОЙ МУКИ,

ПРОИЗВОДИМОЙ ООО «ЭКОВИТ»

В статье представлены сравнительная питательность и химический состав хвойной муки.

Применение в кормлении животных хвойной муки позволит более рационально использовать корма растительного происхождения и может стать важным звеном в решении проблем по балансированию рационов животных по каротину, макро- и микроэлементам.

Ключевые слова: хвойная мука, химический состав, питательность.

V.I. Terentyev, T.I. Anikienko

NUTRITIONAL VALUE AND CHEMICAL COMPOSITION OF FIR PINE FLOUR MADE BY LLC "EKOVIT"

Comparative nutritiousness and chemical composition of pine flour is given in the article.

Pine flour application in order to feed animals will allow to use vegetable forages more rationally and can become an important part in the process of issue solution on animal ration balancing on carotene, macro and microelements.

Key words: pine flour, chemical composition, nutritiousness.

Увеличение производства продуктов животноводства возможно за счет его генетического потенциала на базе организации полноценного кормления животных. Среди факторов кормления важное место занимают минеральные вещества и витамины, недостаток или излишек которых наносит значительный ущерб животноводству, сдерживает рост поголовья, снижает производительность и плодовитость, вызывает заболевания у животных и ухудшает качество продукции.

Минеральный состав кормов подвержен значительным колебаниям и меняется в зависимости от вида растений, типа почв, стадии вегетации, агротехники, погодных условий, способа заготовки и хранения кормов, технологии подготовки их к скармливанию, от экологической ситуации регионов. Кроме того, в некоторых кормах минеральные вещества находятся в трудно усвояемой для животных форме или в них присутствуют антагонисты. В последние годы резко сократилось применение удобрений, что снизило содержание ряда питательных веществ в растениях, т.е. содержание минеральных элементов в заготавливаемых кормах.

Минеральные элементы в организме не образуются, и в связи с этим животные должны их получать с кормами и кормовыми добавками в оптимальных количествах и соотношениях и в строгом соответствии с продуктивностью животных.