Способ получения модифицированной древесины «древит»
и устройство для его осуществления

МПК, B27K3/08, F26B7/00

Изобретение относится к области деревообработки и может быть использовано при изготовлении модифицированной древесины из различных пород с одновременной ее защитной пропиткой.

Известен способ сушки древесины, включающий погружение древесины в нагретую жидкую среду, размещенную в сушильно-пропиточной камере, и выдержку в ней до достижения заданной величины влажности древесины с последующим ее охлаждением (патент US 4366627). В качестве нагретой жидкой среды при этом используют горячее масло, а выдержку осуществляют при температуре выше температуры кипения воды.

Недостатками способа являются большая длительность процесса и не контролируемая глубина пропитки обрабатываемой древесины, что для многих случаев применения древесины неприемлемо и не позволяет достичь высокого консервационного эффекта.

Известен способ получения модифицированной древесины, включающий одновременную сушку, пропитку и прессование древесины в нагретом пропитывающем составе, при этом на всем протяжении процесса воздействуют на заготовку акустическим (ультразвуковым) полем (патент РФ № 2391202). Применение способа позволяет сократить длительность сушки-пропитки заготовки и повысить формостабильность модифицированной древесины: в результате воздействия акустического поля уплотнённая древесина приобретает гидрофобные свойства, и ее разбухание в воде не превышает 12%, что достаточно для изготовления шпал. Этот способ является наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбран за прототип.

Однако с помощью данного способа не удаётся получить высококачественную древесину для художественных работ, т.к. обработанная древесина приобретает неравномерную по сечению окраску, и отсутствует возможность управления цветом древесины.

С этой целью в известном способе получения модифицированной древесины, включающем одновременную сушку, пропитку путём погружения в пропитывающий состав и воздействие на заготовку акустическим полем, погружение заготовки в пропитывающий состав, её последующее извлечение и, по крайней мере, частичное, охлаждение осуществляют в среде инертного газа, молекулярный вес которого больше молекулярного веса кислорода, при этом перед заполнением инертным газом объём над поверхностью пропитывающего состава предварительно вакуумируют, а пропитывающий состав перед погружением заготовки разогревают до температуры 140-230oС.

Заготовку могут располагать вертикально, с частичным погружением в пропитывающий состав. В качестве пропитывающего состава могут использовать воскоподобные вещества.

Полученной с помощью данного способа высококачественной модифицированной древесине, изготовленной из хвойных и лиственных пород, имеющей сквозную объёмную пропитку, различную плотность и окраску, присвоено наименование «древит».

Погружение заготовки в пропитывающий состав, её последующее извлечение и, по крайней мере, частичное, охлаждение в среде инертного газа, молекулярный вес которого больше молекулярного веса кислорода, с предварительным вакуумированием объёма над поверхностью пропитывающего состава, позволяет надёжно исключить контакт с кислородом воздуха как пропитывающего состава, так и заготовки на всех стадиях процесса, что исключает окисление разогретой древесины и пропитывающего состава, обугливание и снижение качества готового материала.

Разогрев пропитывающего состава перед погружением заготовки до температуры 140-230oС позволяет одновременно с процессами сушки, пропитки и уплотнения древесины осуществлять её термическое модифицирование (окраску древесины в естественные тона без применения химических красителей), условием протекания которого для древесины различных пород является термическое воздействие в указанном диапазоне температур при ограничении доступа кислорода. Степень термического модифицирования и, соответственно, цвет окраски древесины (от светлых тонов до оттенков чёрного) задают, регулируя температуру в пределах указанного диапазона и длительность обработки.

Осуществление способа при вертикальном по волокну древесины положении заготовки позволяет обеспечить одинаковые условия пропитки по поперечному сечению заготовки благодаря равномерному протеканию конвекционных и диффузионных процессов в результате соответствия направления расположения древесных волокон направлению действия сил гравитации, что обеспечивает наилучшее качество пропитки древесины.

Частичное погружение заготовки в пропитывающий состав, оставляя верхнюю часть (торец) заготовки над поверхностью пропитывающего состава, позволяет облегчить выход паров влаги из древесины заготовки через этот торец, поверхность которого не покрыта пропитывающим составом, что позволяет обеспечить более равномерную влажность и высокое качество готового материала по всему объёму.

Использование в качестве пропитывающего состава воскоподобных веществ позволяет, благодаря их свойству жидкотекучести в капиллярной структуре древесины под действием акустического поля, обеспечить равномерную пропитку, высокое качество и высокие экологические характеристики готового материала. При этом пропитанная воском древесина допускает обработку поверхности до высокой степени чистоты.

Указанные признаки обеспечивают получение высоких качественных характеристик модифицированной древесины.

Способ осуществляют следующим образом

Готовят заготовки из древесины различных пород, обычно с влажностью 20–60%. Заготовки помещают в объёме над сушильно-пропиточной камерой, который предварительно вакуумируют и заполняют инертным газом с молекулярным весом большим, чем у кислорода (например, аргоном). Сушильно-пропиточную камеру заполняют пропитывающим составом, который разогревают до температуры от 140 до 230oС, в зависимости от требуемой степени модифицирования древесины и выбранного режима пропитки. Погружают заготовки, частично или целиком, предпочтительно расположенные в вертикальном по волокну направлении, в пропитывающий состав и выдерживают там, за один или несколько приёмов, в течение заданного времени модифицирования. Подводят акустическую энергию к сушильно-пропиточной камере и осуществляют процесс модифицирования. Испаряемую из древесины влагу удаляют из объёма над сушильно-пропиточной камерой. По завершении процесса извлекают заготовки из пропиточного состава и охлаждают в среде инертного газа до температуры не выше 140oС, после чего складируют на воздухе как готовый материал «древит».

При этом инертный газ в объёме над сушильно-пропиточной камерой надёжно исключает контакт с кислородом воздуха как пропитывающего состава, так и заготовок на всех стадиях процесса, что исключает окисление разогретой древесины и пропитывающего состава, обугливание и снижение качества готового материала. В пропитывающем составе при температуре 140-230oС одновременно с процессами сушки, пропитки и уплотнения древесины происходит её термическое модифицирование. Вертикальное по волокну древесины погружение заготовок, частичное или поэтапное погружение заготовок в пропитывающий состав обеспечивают более равномерное удаление влаги и пропитку заготовок. Пропитка заготовок воскоподобными веществами обеспечивает высокие экологические характеристики готового материала.

Модифицированная древесина «древит», изготовленная из различных хвойных и лиственных пород, обладает равномерными по объёму пропиткой, окраской от светлых тонов до оттенков чёрного (без применения химических красителей), отсутствием трещин и внутренних напряжений, высокой формостабильностью, что является высокими показателями качества.

Плотность модифицированной древесины «древит» увеличивается до двух раз, твёрдость хвойных пород увеличивается до 150%, лиственных - до 127%.

Например, полученная заявляемым способом модифицированная древесина «древит», изготовленная из берёзы (пропитка – воск пчелиный, температура модифицирования 220-230oС) имеет черно-коричневую окраску, плотность до 1,2 кг/м3 и твёрдость до 45 н/м2, по внешнему виду соответствует чёрному морёному дубу, являясь аналогом дорогостоящих ценных пород древесины.

Точные посадочные размеры деталей, изготовленных из «древита», остаются в пределах допусков при колебании влажности окружающего воздуха от 12 до 100%. Время изготовления модифицированной древесины «древит» из лиственных пород для заготовок толщиной 50-100 мм составляет от 10 минут при температуре 140oС (при этом цвет окраски близок исходному), до 1,5 часов при температуре 220-230oС - для получения окраски «чёрный дуб».

Известно устройство для сушки древесины, реализующее способ сушки древесины (патент US 4366627). Устройство включает сушильно-пропиточную камеру, заполненную нагретой жидкой средой, в которую помещена заготовка. Заготовку выдерживают в сушильно-пропиточной камере до достижения заданной величины влажности древесины, после чего охлаждают. В качестве нагретой жидкой среды при этом используется горячее масло, а выдержка осуществляется при температуре выше температуры кипения воды. Устройство обеспечивает сушку древесины заготовки и пропитку поверхностного слоя маслом.

Недостатками устройства являются большая длительность процесса и не контролируемая глубина пропитки обрабатываемой древесины, что для многих случаев применения древесины неприемлемо и не позволяет достичь высокого консервационного эффекта.

Известно устройство для получения модифицированной древесины, реализующее способ получения модифицированной древесины (патент РФ № 2391202). Устройство содержит сушильно-пропиточную камеру с крышкой, заполненную пропитывающим составом, в который помещена заготовка, и соединённый с сушильно-пропиточной камерой источник акустической энергии. Устройство обеспечивает одновременную сушку, пропитку и прессование древесины заготовки в нагретом пропитывающем составе под действием акустического (ультразвукового) поля.

Устройство позволяет сократить длительность сушки-пропитки заготовки и повысить формостабильность модифицированной древесины: в результате воздействия акустического поля уплотнённая древесина приобретает гидрофобные свойства, и ее разбухание в воде не превышает 12%, что достаточно для изготовления шпал. Это устройство является наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбрано за прототип.

Однако данное устройство не позволяет получить высококачественную древесину для художественных работ, т.к. древесина приобретает неравномерную по сечению окраску, и отсутствует возможность управления тоном (цветом) древесины.

Целью настоящего изобретения является повышения качественных характеристик модифицированной древесины.

Изготовленная с помощью заявляемого устройства модифицированная древесина «древит» обладает равномерными по объёму сквозной пропиткой, окраской от светлых тонов до оттенков чёрного (без применения химических красителей), плотностью до 1,2 кг/м3, отсутствием трещин и внутренних напряжений, высокой формостабильностью, что является высокими показателями качества. Например, «древит», изготовленный из берёзы, с пропиткой пчелиным воском, при температуре модифицирования 220-230oС, имеет черно-коричневую окраску, плотность до 1,2 г/см3 и твёрдость до 45 н/мм2, по внешнему виду соответствует чёрному морёному дубу, являясь аналогом дорогостоящих ценных пород древесины.

Формула изобретения

  1. Способ получения модифицированной древесины, включающий одновременную сушку, пропитку путём погружения в пропитывающий состав и воздействие на заготовку акустическим полем, отличающийся тем, что, погружение заготовки в пропитывающий состав, её последующее извлечение и, по крайней мере, частичное, охлаждение осуществляют в среде инертного газа, молекулярный вес которого больше молекулярного веса кислорода, при этом перед заполнением инертным газом объём над поверхностью пропитывающего состава предварительно вакуумируют, а пропитывающий состав перед погружением заготовки разогревают до температуры 140-230oС.
  2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при вертикальном по волокну древесины положении заготовки.
  3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку погружают в пропитывающий состав частично, при этом верхнюю часть (торец) заготовки оставляют над поверхностью пропитывающего состава.
  4. Способ по п.1 отличающийся тем, что в качестве пропитывающего состава используют воскоподобные вещества.
  5. Устройство для получения модифицированной древесины, включающее сушильно-пропиточную камеру (1) с крышкой (2), заполненную пропитывающим составом (3), в который помещена заготовка (4), и соединённый с сушильно-пропиточной камерой источник акустической энергии (5), отличающийся тем, что, сушильно-пропиточная камера снабжена нагревателем (6), обеспечивающим разогрев пропитывающего состава до температуры 140-230oС, а крышка (2) сушильно-пропиточной камеры выполнена герметичной и снабжена, по меньшей мере, одним патрубком (7), соединённым с системами вакуумирования и газонаполнения инертным газом.
  6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что сушильно-пропиточная камера выполнена с возможностью размещения в ней заготовки вертикально по наибольшему размеру заготовки, а источник акустической энергии соединён с сушильно-пропиточной камерой с нижнего торца(7).
  7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что крышка сушильно-пропиточной камеры выполнена в виде полой камеры(9), по меньшей мере, равной по объёму сушильно-пропиточной камере(1).
  8. Устройство по п.5 отличающееся тем, что снабжено механизмом (10) регулируемой загрузки заготовки в сушильно-пропиточную камеру и её извлечения.

© 2011-2018 Копирование материалов сайта в коммерческих целях будет трактоваться как нарушение по ст. 146 УК РФ.