9вариант. Контрольная работа по дисциплине Гидротермическая обработка и консервирование древесины Тема Вариант 9 Специальность 35. 02. 03 Технология деревообработки студент группы тд2120сз
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Диффузия пропитывающих веществ. Если сырая древесина погружена в водный раствор соли или покрыта пастой, замешанной на растворе, молекулы или ионы соли диффундируют из раствора в воду, заполняющую полости клеток. Происходит так называемая диффузионная пропитка. Такой способ, очевидно, не применим для сухой древесины. Плотность потока диффундирующих молекул или ионов пропорциональна разности концентраций раствора, окружающего древесину, и раствора, находящегося в полостях клеток древесины. Эта плотность зависит, кроме того, от влажности и температуры древесины, направления потока относительно волокон, вязкости растворителя, размера диффундирующих молекул или ионов. В зависимости от того, какое из трех физических явлений процесса, рассмотренных выше, является определяющим, принята классификация, по которой все способы пропитки подразделяются на три группы — способы капиллярной пропитки, способы диффузионной пропитки и способы пропитки под давлением. К способам капиллярной пропитки относятся: пропитка нанесением раствора на поверхность древесины, пропитка погружением в ванны и панельная пропитка. Основные способы диффузионной пропитки — нанесение паст, бандажная пропитка и пропитка вымачиванием в растворе. Промышленные способы пропитки под давлением можно подразделить на две группы: способы пропитки в открытых ваннах с предварительным нагревом древесины и способы пропитки в герметичных резервуарах (автоклавах) с созданием в них переменного давления, которые объединяются общим названием «автоклавная пропитка». Подготовка древесины к пропитке. Во всех случаях древесина должна быть надлежащим образом подготовлена к пропитке. К подготовительным операциям относятся окорка, сушка, механическая обработка и накалывание. Некоторые из этих операций необходимы во всех случаях, другие проводят лишь при определенных способах пропитки или при использовании древесины определенных пород. Окорка древесины необходима при всех способах пропитки. Поверхность окоренных сортиментов должна быть гладкой, полностью очищенной от коры и луба. Место окорки в технологическом процессе зависит от способа пропитки. Перед капиллярной пропиткой и пропиткой под давлением древесину следует окаривать заблаговременно и как можно раньше, чтобы использовать время от окорки до пропитки для ее сушки. Древесину, пропитываемую диффузионными способами следует окаривать непосредственно перед пропиткой, не допуская ее подсушки. Сушка древесины производится перед капиллярной пропиткой и пропиткой под давлением. При пропитке маслами или органикорастворимыми антисептиками влажность древесины не должна превышать 25 %, а при пропитке водными растворами — 30 %. Однако во всех случаях следует стремиться пропитывать древесину, имеющую эксплуатационную влажность. Если древесина имеет высокую влажность, то в процессе эксплуатации возможно ее растрескивание, происходящее в результате сушки, обнажение непропитанных участков и, как следствие этого, появление гнили во внутренних зонах сортиментов. При подготовке древесины к пропитке используют камерную сушку, атмосферную сушку и, в отдельных случаях, сушку в жидкостях. Для пиломатериалов, подлежащих пропитке, применяют преимущественно камерную сушку. Предпропиточную сушку круглых материалов и шпал осуществляют атмосферным способом. Известны лишь единичные попытки использования для них других способов воздушной сушки. Нужно отметить, что организация предпропиточной сушки сортиментов крупных сечений (шпал, столбов, свай и т. п.), надежное консервирование которых имеет большое экономическое значение, — проблема, которая до настоящего времени окончательно еще не решена. Атмосферная сушка таких сортиментов весьма длительна (в большинстве районов нашей страны — не менее одного активного сезона) и требует хранения на складах как минимум годового их запаса, что далеко не всегда возможно. Применение же в широком объеме камерной сушки или сушки в жидкостях пока нереально из-за отсутствия необходимого оборудования. Поэтому в настоящее время получают распространение специальные способы пропитки, технология и оборудование, для осуществления которых предусматривают совмещенное проведение как собственно пропитки, так и предпропиточной сушки. Подробнее об этом будет сказано ниже. Механическая обработка, предназначенная для придания сортиментам заданных размеров и формы (распиловка, фрезерование, сверловка отверстий под болты и костыли, выемка гнезд и др.), должна предшествовать пропитке. Это повышает срок службы пропитанной древесины, снижает расходы защитного средства на пропитку, исключает затраты, связанные с соблюдением безопасности жизнедеятельности при механической обработке пропитанной древесины. Если по каким-либо причинам некоторые операции механической обработки приходится выполнять после пропитки, обнаженные участки непропитанной древесины следует обработать путем двух-трехкратного нанесения на них защитного средства. Накалыванию подлежат лесоматериалы из труднопропитываемой древесины (ель, пихта, ядровые сортименты других пород) для обеспечения равномерного введения в них пропитывающей жидкости на заданную глубину. Для накалывания используют станки, инструментами которых служат специальные ножи. Ножи вводятся в древесину на определенную глубину, при этом древесные клетки раздвигаются и частично перерезаются. В результате этого пропиточная жидкость проникает на глубину наколов и распространяется внутри сортимента за счет перемещения вдоль волокон. Глубина наколов составляет 10—20 мм, в зависимости от требуемой глубины пропитки, а их расположение по поверхности должно обеспечивать равномерную пропитку. Характеристика способов пропитки Рассмотрим кратко особенности пропитки древесины способами, перечисленными в предыдущем параграфе. Способы капиллярной пропитки. Пропитка нанесением раствора на поверхность сортиментов и деталей применяется в строительстве и при ремонтных работах. Различают три варианта: нанесение раствора кистью, окунание в раствор и опрыскивание. Древесина должна быть при этом сухой или подсушенной (W ≤Wпн). Проникновение в нее жидкости, нанесенной на поверхность, происходит только за счет капиллярных сил. Глубина пропитки — 1...2 мм для здоровой и до 5 мм для старой, разрыхленной древесины. Эффективность пропитки возрастает при двух-трехкратном нанесении раствора с интервалами, достаточными для впитывания жидкости (без подсушки поверхности). Пропитке погружением в ванны с кратковременной выдержкой в них сортиментов подвергают также предварительно подсушенную древесину. Проникновение в нее жидкости происходит под действием капиллярных сил и отчасти незначительного гидростатического давления. Глубина пропитки зависит от вязкости жидкости, проницаемости древесины и срока выдержки. Она лишь немногим больше, чем при предшествующем способе. Для повышения интенсивности пропитки целесообразно применять подогретые жидкости. Панельная пропитка используется для защитной обработки уникальных деревянных построек без их разборки. К вертикальной или наклонной поверхности обрабатываемого объекта прикрепляют пропиточную панель. Она состоит из плотно примыкающего к древесине внутреннего слоя (листов мягкого пористого материала, например, фильтровальной бумаги) и наружного водонепроницаемого слоя. Верхний конец внутреннего слоя опускают в раствор пропитывающего вещества, который находится в резервуаре над панелью. Раствор движется сверху вниз по панели и смачивает древесину. Пропитка происходит в основном под действием капиллярных сил. В отдельных случаях (когда древесина сырая) может иметь место и явление диффузии. Иногда для сбора избыточного раствора, стекающего с панели, под ней дополнительно устанавливают резервуар-сборник. В качестве примера на рисунке приведена схема панельной пропитки бревенчатой стены и дощатой кровли.  Продолжительность панельной пропитки зависит от требуемой ее глубины, состояния древесины (плотная, рыхлая), свойств пропитывающей жидкости и температуры окружающей среды. В среднем она происходит от 15 до 30 суток. Панель имеет обычно ограниченные размеры, поскольку отдельные участки пропитываемого объекта содержат древесину различного состояния. Поэтому на обрабатываемом объекте устанавливают совокупность панелей, что позволяет пропитывать разные участки на различную глубину и обеспечивать единый безремонтный срок службы объекта в целом. Весьма эффективен вариант панельной пропитки (А. И. Ра- сев, С. Я. Шинаев), предусматривающий непрерывное орошение пропитывающей жидкостью поверхности объекта с помощью системы перфорированных трубок. Такой же эффект, как и в основном варианте, обеспечивается здесь при меньших трудозатратах и сокращении длительности процесса. Способы диффузионной пропитки. Пропитка нанесением пастприменяется 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 теплое время года) в течение 2...3 месяцев. Затем пакеты раскрывают, столбы подсушивают на открытой площадке (5...7 суток) и отправляют потребителю. Бандажную пропитку применяют для консервирования столбов различного назначения. Ее особенность состоит в том, что она происходит во время эксплуатации. При установке столбов в грунт их часть, наиболее подверженную загниванию (в зоне границы земля — воздух), обертывают бандажом, т. е. лентой гидроизоляционного материала, на внутреннюю поверхность которой нанесена антисептическая паста. Бандаж крепят к столбу проволокой или гвоздями. Пропитка вымачиванием в растворе отличается от капиллярной пропитки погружением начальной влажностью древесины и длительностью ее выдержки в ванне. В ванну с концентрированным раствором антисептика загружают не подсушенные, а сырые сортименты, проникновение в которые защитного средства происходит путем диффузии. Длительность выдержки определяется в зависимости от требуемого уровня защищенности, в соответствии с классом условий службы и колеблется от 2...3 ч до нескольких недель. При длительной выдержке обеспечивается проникновение молекул пропитывающего вещества на большую глубину. Производительность ванн при этом способе пропитки очень невелика, но зато обеспечивается надежная защита древесины труднопропитываемых пород. Способы пропитки под давлением. Пропитка в ваннах с предварительным нагревом, принцип работы 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 (горяче-холодной) 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 (25...30 %) помещают в ванну с холодным пропитывающим раствором. После выдержки в ванне штабель вновь загружают в камеру и сушат до конечной (эксплуатационной) влажности. Существуют и другие варианты рассматриваемого способа пропитки: нагревание и медленное охлаждение древесины в одной ванне без перекачки жидкости; пропитка в холодной ванне с предварительным диэлектрическим нагреванием древесины или нагреванием ее насыщенным паром в пропарочной камере. Эти варианты, однако, промышленного распространения не получили. Пропитку древесины в ваннах с предварительным нагревом производят преимущественно водорастворимыми веществами. Температуру горячей ванны поддерживают на уровне 90...95 °C, а холодной — 20...30 °C. Продолжительность нагревания зависит от размеров сортиментов и может быть установлена расчетами. Продолжительность выдержки в холодной ванне для сортиментов различной толщины составляет 1,5...4 ч. 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 эффективны только для тех случаев, когда требуется лишь поверхностная пропитка. Способ горячих и холодных ванн применялся в прошлом довольно широко. Однако из-за малого избыточного давления он не обеспечивает достаточно глубокой, а тем более сквозной пропитки, что требуется в ряде случаев для консервирования и других технологических целей. Поэтому для надежной защиты древесины от биологических разрушителей и огня преимущественное применение имеют автоклавные способы пропитки, обеспечивающие глубокое проникновение в древесину пропитывающих веществ при малой продолжительности процесса и относительно невысоких затратах труда и энергии. 3.Технологические схемы автоклавной пропитки. Оборудование автоклавных пропиточных установок. Имеется ряд технологических схем (или способов) автоклавной пропитки, различающихся последовательностью операций воздействия на древесину повышенного и пониженного давления пропитывающей жидкости и воздуха. Изменяя эту последовательность, уровень давления и температуры, а также длительность операций, можно управлять результатами пропитки в соответствии с предъявляемыми к ней требованиями. В промышленности в настоящее время применяют способы: «вакуум—давление—вакуум» (сокращенно ВДВ); «давление—давление—вакуум» (ДДВ); многоцикличные; «вакуум—атмосферное давление—вакуум» (ВАДВ); автоклавно-диффузионную пропитку; совмещенную сушку-пропитку. Пропитка способом ВДВ. График пропитки этим способом, называемым также способом полного поглощения, приведен на рисунке, а. После загрузки автоклава древесиной последовательно выполняются следующие операции: 1 — создание воздушного вакуума; 2 — выдержка древесины в вакууме; 3 — заполнение автоклава жидкостью; 4 — создание жидкостного давления; 5 — выдержка древесины в жидкости под давлением; 6 — сброс давления до атмосферного; 7 — слив жидкости из автоклава; 8 — создание воздушного вакуума; 9 — выдержка в вакууме; 10 — сброс вакуума и разгрузка автоклава.  Собственно 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. Способ ВДВ применяют преимущественно для пропитки древесины водорастворимыми веществами. Для пропитки маслами этот способ используется в тех случаях, когда требуется высокое поглощение пропитывающих веществ. Он является также основным при пропитке антипиренами, которые необходимо вводить в древесину в большом количестве (общее поглощение 50...80 кг сухого вещества на 1 м3 древесины). Результаты пропитки (ее глубина и поглощение) определяются свойствами пропитываемой древесины, а также режимом процесса. Режим регламентирует продолжительность основных операций, давление и температуру жидкости. В зависимости от породы и размеров сортиментов, их назначения и характера пропитывающей жидкости параметры режимов пропитки изменяются в следующих пределах: глубина вакуума 0,08...0,085 МПа; жидкостное давление 0,6... 1,5 МПа; продолжительность выдержки под вакуумом 0,25...0,35 ч, под давлением 0,5...8 ч; температура растворов 20...60 °C, масел 85...95 °C. Конкретные режимы пропитки устанавливаются стандартами и техническими условиями. В качестве примера в табл. 16.2 приведен один из режимов пропитки. Режим пропитки способом ВДВ сосновых деталей градирен толщиной 30 мм раствором антисептика ХМ-11 (ТУ Волгоградского мачтопропиточного завода)
Пропитка способом ДДВ. Процесс пропитки способом ДДВ, называемым также способом ограниченного поглощения, состоит из следующих операций: 7 — загрузки автоклава и создания в нем воздушного давления; 2 — выдержки древесины под давлением; 3 — заполнения автоклава жидкостью; 4 — подъема жидкостного давления; 5 — выдержки в жидкости под давлением; 6 — сброса давления; 7 — слива жидкости; 8 — создания вакуума; 9 — выдержки под вакуумом; 10 — сброса вакуума и разгрузки автоклава. 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. Способ ДДВ применяют при использовании высокотоксичных антисептиков (масел, растворов нафтената меди), когда нет необходимости оставлять в древесине излишнее их количество. Преимущество этого способа по сравнению с предшествующим состоит в сокращении расхода пропитывающих веществ. Один из режимов пропитки способом ДДВ приведен в качестве примера. Режим пропитки сосновых шпал каменноугольным маслом способом ДДВ (ТУ МПС)
Разновидностью рассмотренного способа является способ «давление—вакуум» (ДВ), называемый также способом полуограниченного поглощения. Он отличается от ДДВ отсутствием операции выдержки под избыточным воздушным давлением. Так как количество сжатого воздуха в древесине в конце пропитки здесь будет меньше, чем при способе ДДВ, количество вытесненной жидкости тоже уменьшается. Этот способ используют для пропитки маслами, когда требуется несколько большее поглощение, чем обеспечивает способ ДДВ. Способы ВДВ, ДДВ и ДВ известны очень давно, с конца позапрошлого века, и могут быть названы классическими способами автоклавной пропитки. Они применяются в настоящее время для консервирования сухих или подсушенных (W ≤Wпн) сортиментов и обеспечивают сквозную пропитку легкопропитываемой древесины (например, березы и заболони сосны). Труднопропитываемая древесина пропитывается на глубину не более 5 мм. Для повышения глубины пропитки такой древесины необходима предварительная операция накалывания. |