Использование методов пропитки длинномерных сортиментов

Рассмотрим некоторые способы защитной пропитки древесины с учетом действия на повышение ее качественных характеристик. Для пропитки используют жидкие масла и растворы различных веществ в воде или органических растворителях. Это один из основных способов повышения стойкости древесины с целью ее защитной обработки. Процесс пропитки в основной мере является чисто физическим, так как пропиточные жидкости не вступают в химическую реакцию с древесиной. Проникновение пропиточного раствора в древесину происходит в результате действия сил различной физической природы: капиллярных, центробежных, диффузионных, электростатических, сил давления и пр. Процесс пропитки проходит в условиях преобладающего воздействия каждого вида сил, и в соответствии с этим способы пропитки подразделяют по преобладающему виду воздействия [2].

Проведенный анализ известных способов пропитки древесины позволяет заключить, что классификация методов пропитки древесины основана на трех основных физических явлениях, происходящих при пропитке:

• —    перемещение жидкости в древесине под действием капиллярных сил;

• —    диффузионное перемещение молекул или ионов пропитывающего вещества;

• —    перемещение жидкости в древесине под действием внешнего избыточного давления.

Способы капиллярной и диффузионной пропитки малопроизводительны из-за длительности процесса, достигающей нескольких месяцев, и во многих случаях малоэффективны из-за незначительной глубины проникновения (несколько миллиметров) пропиточных жидкостей в древесину. Недостатками пропитки за счет электростатических сил являются значительная энергоемкость процесса и техническая сложность его осуществления. Поэтому на практике, как правило, осуществляют пропитку под давлением, используя автоклавный метод и метод, основанный на проникновении пропиточной жидкости в древесину под давлением центробежных сил [5]. Использование чисто капиллярного давления без внешнего давления неприменимо для создания защитных материалов, так как полная сквозная пропитка древесины в этом случае является длительным процессом без фиксированных временных границ. Диффузная пропитка также протекает медленно, поскольку движущимся частицам приходится преодолевать дополнительные сопротивления при прохождении через мембраны окаймленных пор или микрокапилляры в стенках клетки, и также не имеет фиксированных временных границ.

Пропитка под действием внешнего избыточного давления в холодных ваннах с предварительным нагревом, пропитка в автоклавах неприменимы при производстве нейтронозащитных материалов по причинам, изложенным в [4].

Предлагается рассмотреть способ встречноцентробежной пропитки, суть которого изложе на в [1]. Основной объем экспериментальных исследований производился на базе оборудования кафедры технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М.Кирова — центрифуги S-52. Опытные исследования проводились на двух породах древесины — осины и березы. Образцы выпиливались из свежезаготовленных материалов с начальной влажностью не менее W=70—80%. Образцы подвергались пропитке раствором борной кислоты, подкрашенной двухпроцентным раствором перманганата калия. При изготовлении образцов использовался метод парных образцов, при котором при раскройке кряжей обращается внимание на строгую симметричность образцов, предназначенных для эксперимента. Процесс пропитки проводился в следующем порядке. Опытные образцы помещались в цилиндрические стаканы, расположенные по периферии от оси вращения центрифуги. Борная кислота заливалась до такого уровня, чтобы один торец образца выступал из жидкости при вращении, что необходимо для обеспечения выхода защемленному в древесину воздуху. Пропитка происходит в результате действия давления жидкости в пропитывающем цилиндре при его вращении. Так как масса жидкости в цилиндре значительно больше массы жидкости в капилляре, то и центробежные силы жидкости в объеме цилиндра будут больше, чем в капилляре.

Качественная и количественная оценка пропитки образцов проводилась по трем показателям:

• —    скорость пропитки;

• —    поглощение борной кислоты;

• —    равномерность окрашивания площади поперечных сечений [3].

На основании результатов исследований встречно-центробежного способа пропитки сделан ряд выводов:

• —    жидкость, проникающая через боковую и одну из торцевых поверхностей, вытесняет через другую торцевую поверхность воздух, что обуславливает равномерное и интенсивное пропитывание образцов;

• —    давление жидкости на боковых сторонах детали распределяется таким образом, что характер проникновения жидкости исключает возможность сохранения непропитанных зон древесины;

• —    борсодержащие препараты хорошо проникают в древесину;

• — создается возможность регулирования количества впитывающейся жидкости и достижения максимальной насыщенности древесины за счет варьирования временем пропитки; при необходимости часть жидкости можно удалить путем вращения в этой же центрифуге после удаления пропитывающего состава из центрифуги;

— способ применим для пропитки изделий из древесины со сложным поперечным сечением и наличием пороков.

Таким образом, в результате настоящих и ранее проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

— Борированная древесина может использоваться для защиты от нейтронных потоков малых и средних энергий.

— Борная кислота хорошо проникает в древесину и равномерно в ней распределяется.

— Наиболее рациональным способом пропитки древесины является встречно-центробежный способ.

— Экспериментально установленные режимы сквозной пропитки древесины борной кислотой могут служить основой для определения параметров пропитки встречно-центробежным способом на серийно выпускаемом промышленном оборудовании.

— Нейтронозащитные древесные материалы в 20—30 раз дешевле применяемых в настоящее время водородосодержащих защитных материалов [2; 3; 4].