Methods of long-cut timber preservation treatment

Abstract


The following paper defines and analyses the methods of experimental wood treatment and considers some of the ways of timber preservation with respect to improving the quality of timber performance. The authors have studied various hardwoods. When producing test prototypes, the method of paired samples was used. The researchers have analyzed the experimental results of various wood treatment and produced recommendations concerning the choice of timber treatment methods. The paper defines the possibility of using timber borating as a protective means. The authors have obtained the absorption rate and volume parameters for treatment solutions such as water and boric acid and conducted experimental verification of protective ability of compacted wood soaked in a boric acid solution when exposed to neutron fluxes of different densities. Following the experimental research program and methods, the researchers have tested the method of counter-centrifuge timber treatment in the centrifugal force field in a production environment and at a pilot research station, produced recommendations for the use of anti-centrifugal timber treatment in the centrifugal force field and defined the modes for wood treatment on the pilot and production equipment. The authors have also considered the technological methods of wood treatment process resulting from liquid pressure in the rotating impregnating cylinder, obtained experimental findings and produced the succeeding recommendations based on the results of studying counter-centrifugal timber treatment. The researchers have worked through the method of experimental studies combined with a comparative analysis of protective characteristics of samples of timber and protective materials, as well as made conclusions classifying the methods of wood treatment according to three main physical phenomena occurring during timber treatment. The paper defines the qualitative and quantitative rates of wood preservation treatment. During the experiments the researchers have obtained the results characterizing the shortcomings of some wood treatment methods and inefficient treatment methods, defined the inapplicable methods in the production of neutron protective materials, obtained the results of counter-centrifugal treatment method studies and made appropriate conclusions. The researchers have also described the optimizing technological processes of timber treatment techniques under pressure, with the use of autoclave method and the method based on the soaking liquid penetrating the timber under the pressure of centrifugal forces. The paper offers technical solutions of reducing energy consumption during wood treatment by eliminating the costs of creating pressure in the soaking liquid. This approach simplifies the manufacturing process of timber loading and unloading and provides for increased productivity of wood treatment.

Full Text

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 встречно-центробежной пропитки, суть которого изложена 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].

About the authors

A. R Birman

Saint-Petersburg State Forest-Technical University

Email: birman1947@mail.ru
Saint-Petersburg
Doctor of Technical Sciences, Professor at the Department of Timber Production Technology

A. S Krivonogova

Assistant Professor at the Department of Descriptive Geometry and Graphics

Email: kas.spb.lta@mail.ru
Saint-Petersburg

References

  1. Белоногова Н.А. Повышение защитных свойств низкосортной древесины путем пропитки и уплотнения: Автореф.. канд. техн. наук. СПб., 1999.
  2. Бирман А.Р., Белоногова Н.А., Кривоногова А.С. Способ торцовой пропитки длинномерных сортиментов на определенную их длину // Современные проблемы переработки древесины: Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. СПб., 2014.
  3. Бирман А.Р., Соколова В.А., Кривоногова А.С. Борирование древесины пропиткой с целью повышения ее нейтронозащитных свойств // Изв. С.-Петерб. лесотехнической академии. СПб., 2014. Вып. 208.
  4. Бирман А.Р., Соколова В.А., Кривоногова А.С. Торцовая пропитка длинномерных сортиментов // Научное обозрение. 2014. № 7.
  5. Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. М., 1990.

Statistics

Views

Abstract - 0

Article Metrics

Metrics Loading ...

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies