способ уплотнения сухой древесины

Формула изобретения

1. Способ уплотнения сухой древесины путем ее равномерного одноосного прессования, включающий подпрессовку помещенной в пресс-форму древесины, ее первичный нагрев, окончательное прессование, вторичный нагрев и охлаждение уплотненной древесины, отличающийся тем, что операции нагрева древесины осуществляют воздействием на нее электрического поля высокой частоты, при этом первичный нагрев ведут до температуры древесины 100^oС, а вторичный нагрев - до температуры древесины 120-130^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операции первичного нагрева, окончательного прессования и вторичного нагрева древесины осуществляют при непрерывном воздействии на нее электрического поля высокой частоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, а именно к способам уплотнения древесных заготовок из цельной сухой древесины путем прессования.

Известен способ уплотнения древесины [П.Н.Хухрянский. Прессование древесины М. : 1964 г., с.40-41], который может быть использован для заготовок древесины с любой начальной влажностью.

Согласно данному способу заготовки древесины пропаривают в автоклаве при давлении пара не выше 1 атм с нагревом внутренней части заготовки до 85-90^oС. Затем пропаренные заготовки прессуют и сушат до влажности 6-8% в печи при температуре 110-130^oС либо в сушильной камере. Высушенные уплотненные древесные заготовки охлаждают до температуры 30-40^oС. Прессование, сушку и охлаждение древесных заготовок осуществляют в пресс-формах.

В данном способе достигается высокая степень уплотнения древесины за счет повышения ее податливости при сжатии в процессе предварительного пропаривания. Пропаривания древесины достигают путем выдержки ее в среде подводимого извне водяного пара, благодаря чему на операцию прессования древесина поступает в нагретом состоянии при влажности, близкой к точке насыщения волокон 20 - 30%. Древесина в таком гидротермическом состоянии характеризуется значительной эластичностью, что позволяет достигнуть высокой степени ее уплотнения при прессовании.

Однако рассматриваемый способ является длительным и требует подвода пара извне, что усложняет технологический процесс уплотнения древесины.

Известен способ уплотнения древесины, который предназначен для уплотнения сухой древесины, то есть древесины с влажностью 8-10% [П.Н.Хухрянский. Прессование древесины. М.: 1964 г., с.35], выбранный авторами за прототип.

Данный способ включает предварительную подпрессовку размещенной в пресс-форме древесной заготовки на 10%, первичный нагрев заготовки в запрессованном виде при температуре 140-160^oС в течение 1-1,5 часа до достижения температуры в центре заготовки 90-95^oС, при этом нагрев осуществляют либо горячими газами (в печи), либо контактным способом (например, в горячих пресс-формах). После первичного нагрева заготовку подвергают окончательному прессованию до требуемой степени уплотнения древесины. Затем проводят вторичный нагрев заготовки при температуре на 10-20^oС выше температуры первичного нагрева в течение 1-1,5 часа, после чего охлаждают заготовку до температуры 40-50^oС и извлекают из пресс-формы.

Предварительную подпрессовку древесины проводят для того, чтобы предотвратить быстрое подсыхание и растрескивание древесины при ее первичном нагреве, отрицательно сказывающееся на дальнейшей технологии прессования и физико-механических свойствах прессованной древесины.

Первичный нагрев древесины проводят с целью повышения ее податливости при сжатии. При этом в ходе первичного нагрева из наружных слоев нагреваемой заготовки часть влаги испаряется, а часть ее перемещается внутрь, вследствие чего на прессование поступает древесина с влажностью, неравномерно распределенной по объему заготовки (влажность наружных слоев заготовки обычно составляет 2-3%, а внутренних - 10-12%. Кроме того, древесная заготовка имеет неравномерное по сечению распределение температуры (температура у поверхности заготовки - более 100^oС, а в центре заготовки - 90-95^oС. Прессование древесины в таком состоянии характеризуется неравномерным ее уплотнением и сопровождается частичным разрушением наружных слоев. Вторичный нагрев древесины способствует частичному выравниванию степени уплотнения древесины по сечению заготовки, а также повышению устойчивости формы прессованной древесины.

Рассматриваемый способ является длительным и требует значительных усилий прессования для достижения требуемой степени уплотнения древесины, при этом, несмотря на проведение операции вторичного нагрева, при реализации способа не удается добиться равномерности физико-механических свойств по всему объему заготовки.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа, обеспечивающего высокую степень уплотнения древесины и равномерность физико-механических свойств уплотненной древесины по объему заготовки.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе уплотнения сухой древесины путем ее равномерного одноосного прессования, включающем подпрессовку помещенной в пресс-форму древесины, ее первичный нагрев, окончательное прессование, вторичный нагрев и охлаждение уплотненной древесины, согласно изобретению операции нагрева древесины осуществляют воздействием на нее электрического поля высокой частоты, при этом первичный нагрев ведут до температуры древесины 100^oС, а вторичный нагрев - до температуры 120-130^oС.

Целесообразным является осуществлять операции первичного нагрева, окончательного прессования и вторичного нагрева древесины при непрерывном воздействии на нее электрического поля высокой частоты.

Принципиально важным в заявляемом способе является то, что операции первичного и вторичного нагрева древесины проводят в электрическом поле высокой частоты (далее ВЧ).

Под воздействием электрического поля ВЧ происходит выделение тепловой энергии непосредственно в самом материале заготовки, при этом за счет селективности ВЧ нагрева обеспечивается выравнивание температуры и влажности по сечению заготовки.

В ходе экспериментальных исследований авторами были выбраны температурные параметры первичного и вторичного нагрева заготовки в поле ВЧ.

Первичный нагрев заготовки необходимо осуществлять до температуры 100^oС. При указанной температуре достигается такое гидротермическое состояние древесины, которое обуславливает ее высокую пластичность, что позволяет при последующем прессовании получить высокую степень уплотнения древесины при относительно невысоком давлении прессования. Как показали проведенные авторами эксперименты, удается достичь чрезвычайно высокой степени уплотнения древесины (~ в 2 раза) при относительно низком давлении прессования (порядка 8 МПа).

Выбранная в ходе экспериментов температура вторичного нагрева 120-130^oС является оптимальной для получения уплотненных заготовок с равномерными по ее сечению физико-механическими свойствами.

Кроме того, проведение процессов нагрева заготовки в поле ВЧ значительно сокращает общую длительность технологического процесса уплотнения древесных заготовок, поскольку нагрев в поле ВЧ протекает с высокой скоростью, зависящей от параметров электрического поля ВЧ.

Для рациональной организации предлагаемого технологического процесса целесообразно осуществлять операции первичного и вторичного нагрева, а также операцию прессования при непрерывном воздействии поля ВЧ на размещенную в пресс-форме заготовку. При этом не тратится время на перемещение заготовки с установки ВЧ нагрева на пресс и обратно.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку сухой древесины с влажностью 8-10%, помещают в пресс-форму и подпрессовывают на 10%. Затем осуществляют первичный нагрев запрессованной заготовки в электрическом поле ВЧ. Нагрев ведут под контролем температуры древесины до температуры 100^oС.

Затем осуществляют равномерное одноосное прессование нагретой заготовки до требуемой степени уплотнения.

По завершении процесса прессования осуществляют вторичный нагрев уплотненной заготовки в электрическом поле ВЧ до температуры древесины 120-130^oС.

Далее уплотненную заготовку охлаждают и извлекают из пресс-формы.

Целесообразным является осуществлять способ на установке, обеспечивающей возможность проведения как процессов нагрева в поле ВЧ, так и процесса прессования.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Осуществляли уплотнение заготовки березы, имеющей форму бруска.

Начальные размеры заготовки: длина 300 мм; ширина сечения 29,63 мм; высота сечения 37,33 мм. Начальная влажность древесины 9,7%. Исходная плотность древесины 0,4810³ кг/м³.

Заготовку в горизонтальном положении помещали в пресс-форму, изготовленную из стеклопластика. Пресс-форму с размещенной в ней заготовкой устанавливали на нижнюю плиту пресса. Верхняя плита пресса была изолирована от траверсы пресса и подключена к выходу ВЧ генератора, являясь, таким образом, верхним электродом рабочего конденсатора ВЧ генератора. Нижним электродом рабочего конденсатора являлась нижняя плита пресса.

Проводили предварительную подпрессовку заготовки давлением 4,0 МПа, затем давление снимали (отключали привод пресса).

Осуществляли первичный нагрев заготовки, для чего включали ВЧ генератор. Рабочая частота генератора и напряжение между электродами рабочего конденсатора составляли соответственно 13,56 МГц и 2,7 кВ. Нагрев вели до температуры древесины 100^oС.

Затем, не выключая ВЧ генератора, производили окончательное прессование заготовки давлением 4,0 МПа.

Продолжали ВЧ нагрев заготовки до достижения ею температуры в диапазоне 120-130^oС (вторичный нагрев). Затем производили выдержку заготовки при этой температуре в течение 10 мин (температуру в указанном диапазоне поддерживали путем регулирования мощности ВЧ генератора). После этого прекращали ВЧ нагрев заготовки и производили ее охлаждение, не снимая давления, до температуры 40^oС.

Общее время процесса составило 1 ч 15 мин.

Полученная в результате процесса заготовка имела следующие показатели:

высота сечения заготовки 24,4 мм;

степень уплотнения 1,53 (определяется как отношение начальной

высоты сечения заготовки к высоте сечения уплотненной заготовки);

плотность древесины 0,610³ кг/м³;

влажность древесины 6,1%;

предел прочности при сжатии вдоль волокон 81,05 МПа;

предел прочности при скалывании вдоль волокон 14,15 МПа;

изменение плотности по сечению образца по всей его длине не превысило 3,5%.

Пример 2.

Осуществляли уплотнение заготовки березы, имеющей форму бруска.

Начальные размеры заготовки: длина 300 мм; ширина сечения 29,63 мм; высота сечения 37,57 мм. Начальная влажность древесины 9,7%. Исходная плотность древесины 0,4810³ кг/м³.

Процесс уплотнения древесины вели, как описано в примере 1, при следующих параметрах процесса:

давление прессования на операции подпрессовки 5,0 МПа;

температура первичного нагрева 100^oС;

давление прессования на операции окончательного прессования 8,0 МПа;

температура вторичного нагрева 130^oС;

время выдержки заготовки при температуре 120-130^oС составило 10 мин;

охлаждение заготовки осуществляли до температуры 30^oС.

Общее время процесса составило 1 ч 46 мин.

Полученная в результате процесса заготовка имела следующие характеристики:

высота сечения заготовки 19,7 мм;

степень уплотнения 1,91;

плотность древесины 0,9710³ кг/м³;

влажность древесины 6,2%;

предел прочности при сжатии вдоль волокон 119 МПа;

предел прочности при скалывании вдоль волокон 20,5 МПа;

изменение плотности по сечению образца по всей его длине не превысило 2,2%.

Таким образом, заявляемый способ уплотнения древесины позволяет достигнуть высокой степени уплотнения древесины при относительно низких значениях давления прессования, обеспечивает равномерность физико-механических свойств материала древесины во всем объеме уплотненной заготовки, а также позволяет рационально организовать технологический процесс и значительно сократить его длительность.