Физико-механические показатели и энергосберегающие режимы сушки древесины ольхи черной без искусственного увлажнения в конвективных сушильных камерах периодического действия

композита (22,7 МПа), предельная растяжимость также высокая - 0,47 %.

Дополнительное введение в составы муки из пиритовых огарков повысило прочность композита при изгибе (24 МПа против 11 МПа) и предельную растяжимость - 0,50 %.

Введение замедлителя реакции кристаллизации существенно снижает предел прочности при изгибе (14,2 МПа) и модули упругости (Еи=1,2-104 МПа) при высокой предельной растяжимости - 0,47 %.

Вывод: при одновременном введении в состав всех компонентов, в указанных количествах, за счет синергетических эффектов получен композит с заполнителем -песком и с механическими характеристиками, практически соответствующими заданным свойствам, но имеющий единственный недостаток - большой расход смолы ФАМ (32,3 кг), который может быть уменьшен, например, на 4,5 кг, за счет введения в состав щебня. При этом, однако, приходится применять раздельную технологию приготовления полимерных раствора и бетона, что усложняет процесс отливки шпал, и на 20 кг увеличивается ее масса.

Библиографический список

1. Харчевников В.И., Плужникова О.П., Стородубцева Т.Н. Обоснование возможности использования полимербето-на ФАМ на андезите с различными видами армирования в качестве конструкционного материала железнодорожных шпал. Воронеж, 1991. 18 с. Деп. в ВНИИНТПИ 11.12.91, № 11156 ; Опубл. 14.01.92, БУДР Вып. 1.

2. Стородубцева Т.Н. Обеспечение трещиностойкости композиционного материала на основе древесины для железнодорожных шпал при отверждении и всестороннем увлажнении: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад, 1999. 20 с.

3. Стекловолокнистые полимербето-ны из древесных отходов / В.И. Харчевников, Л.Н. Стадник, Т.Н. Стородубцева [и др.] // Лесн. пром-сть. 1993. № 3. С. 19.

4. Композиционный материал на основе отходов лесного комплекса / В.И. Харчевников, Б.А. Бондарев, Т.Н. Сторо-дубцева [и др.] : моногр. / под ред. В.И. Харчевникова. Воронеж: ВГЛТА, 2000. 296 с.

DOI: 10.12737/2193 УДК 674.047

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ ОЛЬХИ ЧЕРНОЙ БЕЗ ИСКУССТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры механической технологии древесины

А. Н. Чернышев

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

а!тк!9 @yandex.ru

В связи со значительными общественно-социальными переменами последнего времени в деревообработке все более актуальное значение приобретает проблема замены дорогих натуральных материалов относительно дешевыми и более доступными. При этом, например, в ЦЧР выбор промыш-ленно значимых пород совсем невелик: из хвойных - сосна; из твердых лиственных - в основном дуб, немного ясеня, очень мало вяза; из мягких лиственных пород все большую популярность набирает ольха как раз как альтернатива дорогому сырью.

Ольха (лат. Alnus) — род деревьев и кустарников семейства Берёзовые (Betula-ceae) порядка Букоцветные (Fagales), объединяющий более 40 видов, которые распространены в зоне умеренного климата Северного полушария. Родовое название Alnus является латинским названием ольхи чёрной (Alnus glutinosa), встречающимся ещё у римских писателей Витрувия, Плиния и др. Для отечественной промышленности имеет значение ольха чёрная или клейкая (Alnus glutinosa) - крупное дерево высотой до 35 м, со стволом до 90 см в диаметре с широкими, выемчатыми на вершине, блестящими тёмно-зелёными листьями. Растет быстро, долговечна: продолжительность жизни - более 150 лет.

Кафедра МТД ВГЛТА в течение последних пяти лет сотрудничает с девелоперской воронежской компанией ЗАО «Фирма «ГРАНД»» с целью предоставления научно-технической и опытно-конструкторской информации в рамках договора о творческом сотрудничестве. В течение этого периода для повышения полезного и качественного выхода были проведены испытания древе-

сины ольхи, произрастающей в Воронежской области в поймах рек - Воронеж, Битюг, Усманка, Хопер, Тихая Сосна, получены физико-механические и реологические показатели, и режимы камерной сушки без искусственного увлажнения агента с учетом специфики технологий. Для этого из чистых заготовок выпиливались образцы радиальной и тангенциальной распиловки размерами 30^20x20 мм [1] в количестве, необходимом и достаточном для проведения комплексных исследований [2]. Оценивался как внешний вид и текстура, так и такие показатели [3], как: число годичных слоев на единице площади, шероховатость, твердость, влажность, усушка, плотность, а также модуль упругости и предел прочности. В качестве исходного материала использовались необрезные доски, поставляемые с периодичностью один раз в два месяца, толщиной 50 мм (30 %) и 32 мм (70 %), длиной 3 м и шириной от 200 до 600 мм. Объем одной партии около 30 м3. Из партии отбирались доски без пороков и раскраивались на заготовки для образцов. Немедленно определялись влажность и плотность в свежесруб-ленном состоянии. Затем для достижения промежуточной или конечной опытной влажности образцы выдерживались в эксикаторах над раствором серной кислоты соответствующей концентрации. После этого проводились остальные опыты для получения других показателей.

Ольха - рассеяннососудистая безъядровая заболонная порода. У свежесрублен-ной ольхи древесина белого цвета, но тут же на глазах она становится розовой, а затем малиновой. В устойчивый светло-шоколадный цвет с розовым оттенком древесина

ольхи окрашивается только после сушки до комнатно-сухой влажности. Текстура ольхи выражена слабо с характерными ложноши-рокими сердцевинными лучами и повторениями. Годичные слои, имеющие на торце слегка извилистую границу, достаточно четко различимы, но на тангенциальном разрезе они расплывчаты и почти не видны на радиальном срезе. Структура однородная ровно-волокнистая, расположение волокон в основном прямое. Как и другие мягкие лиственные отечественные породы, ольха отличается высокой равноплотностью, т. е. небольшой разницей в строении ранней и поздней древесины годичных слоев.

Древесина ольхи обладает замечательными свойствами: очень легкая, мягкая, при усыхании уменьшается в объеме незначительно и почти не трескается. Она легко и без особых усилий обрабатывается режущими ручными и станочными инструментами, хорошо держит шурупы и склеивается, однако склонна раскалываться при забивании гвоздей. Ольха легко окрашивается, протравливается, отделывается, шлифуется и полируется, поэтому является качественным материалом для изготовления мебели и отделки интерьеров. Она очень практична, потому что совершенно не впитывает запахи (из нее делают упаковочные ящики, например, для дорогих сортов чая и сигар), кроме того, она -настоящий эталон экологичности. Ольхе не страшна влага, поэтому из нее можно изготавливать изделия, эксплуатируемые в контакте с водой, и мебель для кухни и прихожей. Из-за способности хорошо принимать морилку ольха применяется для имитации ценных пород древесины, таких

как вишня, грецкий орех, махагони, эбеновое дерево, приобретая при этом выразительный текстурный рисунок (рис.).

Число годичных слоев на 1 см поперечного разреза в среднем равно 2,8. Микронеровности, остающиеся после обработки поверхности древесины ольхи черной, составляют Rm = 32...63, поэтому окончательная отделка изделий из нее способна дать глянцевый блеск поверхности. Эта древесина неустойчива к гниению при наружном строительстве или при контакте с землёй, однако при использовании под водой показывает устойчивость на уровне древесины дуба. Древесина - вязкая, по механическим свойствам, в частности, твердость (по Бринелю 2.8.3.0) существенно мягче древесины дуба и бука, хорошо поддается всем видам обработки, легко обрабатывается режущим инструментом, шлифуется, полируется, тонируется и отделывается. Рез получается четким, чистым, с гладкой, слегка бархатистой поверхностью. Оптимальный угол резания - 20 0.

Свежесрубленная древесина ольхи имеет влажность 85.110 % в зависимости от места заготовки. Ольха относится к мало-усыхающим породам - усредненные значения коэффициента разбухания / усушки: радиальный Кг = 0,14; тангенциальный К = 0,28; объемный К, = 0,40; значение плотности древесины при нормализованной влажности W=12 %, Р12 = 510.550 кг/м3.

Так как сушка массивной древесины относится к таким технологиям, где невозможно поставить активный эксперимент для их изучения, то предварительно процесс обезвоживания ольхи был математически смоделирован, получены значения

Рисунок. Пример изделия мебели из тонированной древесины ольхи

переходных влажностей и другие основные режимные параметры, после чего осуществлены практические производственные сушки по параболическим режимам [4] (табл.). Эти режимы предусматривают четыре ступени с начальным прогревом и конечной ВТО. Искусство обезво-

живания такими режимами на практике означает умение рационально использовать влагу, содержащейся в самой древесине, для поддержания необходимой для качественной и интенсивной сушки степени насыщенности сушильного агента.

Показатели упругости и прочности,

Таблица

Режимы низкотемпературной сушки ольховых пиломатериалов в конвективных камерах без

искусственного увлажнения

Средняя влажность, % Параметры режима Толщина, мм

Мягкие режимы

32 50 32 50

Ос 73 57 80 63

дОс 7 4 9 5

>50 ф 0,72 0,81 0,66 0,82

Ос 57 45 63 57

дОс 5 4 4 5

50...35 ф 0,76 0,79 0,82 0,76

Ос 69 69 80 73

дОс 8 6 11 10

35...25 ф 0,68 0,76 0,61 0,69

Ос 77 70 88 77

дОс 22 19 26 22

<25 ф 0,34 0,37 0,31 0,34

необходимые для расчета режимных параметров, имеют вид полиномов Ньютона второго порядка:

предел прочности древесины ольхи,

МПа:

о = 5,162 + 0,0139t - 0,2996W - 0,0006t2 + 0,00432W2 - 0,000686tW;

- модуль упругости древесины ольхи, МПа:

Е = 585,55 - 8,629Г - 12,664Ж + 0

По своим физико-механическим показателям древесина ольхи сохнет хорошо, быстро, ровно, при усыхании уменьшается в объеме незначительно и почти не трескается, несколько склонна к короблению в поперечной плоскости. Всего с июля 2008 г. по настоящее время было осуществлено 35 сушек ольховых необрезных пиломатериалов в 2-штабельной сушилке мягкими режимами для изготовления мебели и полотен дверей и 18 сушек нормальными режимами в одноштабельной камере для изготовления коробок дверей, наличников, плинтусов, карнизов, картушей, балясин, сандриков, перил, панелей и т.п.

В результате проведённых мероприятий удалось снизить среднюю продолжительность процесса на 30 % - с 15 до 10 суток; получить для пиломатериалов, высушенных мягкими режимами, I категорию качества, нормальными - II категорию качества.

Выводы:

- процессы сушки, проходящие в специальных устройствах без искусственного увлажнения, нуждаются в дополнительных исследованиях для оптимизации режимов, способных адекватно реагировать на напряжённо-деформированное состояние сортимента посредством подбора режимных параметров и удлинения или сокращения длительности ступеней;

,01723t2 + 0,000834W2 - 0,1875tW.

- предлагаемые параболические режимы сушки без искусственного увлажнения могут стать альтернативой режимам РТМ, предназначенным для сушки в паровоздушной среде.

Библиографический список

1. ГОСТ 8.315-97. Государственная система обеспечения единства измерений. Межлабораторная метрологическая аттестация. Стандартные образцы состава веществ и материалов. Основные положения. Введен 01.07.1998. М.: Изд-во стандартов, 1997. 28 с.

2. ГОСТ 8.532-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Межлабораторная метрологическая аттестация. Стандартные образцы состава веществ и материалов. Содержание и порядок проведения работ. Введен 01.03. 2003. М.: Изд-во стандартов, 2002. 12 с.

3. ГОСТ 23431-97. Древесина. Строение и физико-механические свойства. Термины и определения. Введен 01.01. 1980. М.: Изд-во стандартов, 1997. 22 с.

4. Пат. РФ № 2319915 С1, МКП7 F28 В1/00, 3/04. Способ сушки пиломатериалов / А.Н. Чернышев, А.А. Филонов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». №20061116335/06; заявл. 12.05. 2006; опубл. 20.03.2008, Бюл.№30. 4 с.