Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СУШКИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к деревообработке, а именно к деревянному домостроению, и может быть использовано при изготовлении домов из круглых, в т.ч. оцилиндрованных, лесоматериалов.

Древесина - материал гигроскопичный. Ее влажность всегда стремится к равновесию с окружающим воздухом. В настоящее время в основном строят дома из сырых бревен. После этого их выдерживают в течение года для того, чтобы влажность снизилась и достигла стабильного значения, т.е. древесина приобрела равновесную с окружающим воздухом влажность. Это обеспечивает стабильность размеров и формы. Только после этого приступают к чистовой отделке. Предварительная сушка круглых сортиментов до равновесной влажности, которую они приобретут при эксплуатации, позволяет отказаться от длительной выдержки и позволяет сразу после строительства приступать к чистовой отделке.

Известен способ сушки круглых лесоматериалов, основанный на использовании волн СВЧ (RU №2250428 C2 F26B 3/347. Способ сушки СВЧ-энергией круглых лесоматериалов, авт. Гареев Ф.Х., опубликован 20.04.20050). Сушка производится в специальной камере. Процесс сушки идет достаточно быстро.

Недостатками данного способа является то, что при сушке таким способом в круглом лесоматериале обязательно появляются трещины, кроме того, для процесса сушки требуются большие затраты электрической энергии, высокая стоимость и ограниченный срок службы СВЧ-оборудования, высокие квалификационные требования к обслуживающему персоналу.

Наиболее близким к заявляемому способу является конвективный способ сушки круглых лесоматериалов (Артеменков A.M., Акишенков С.И. Анализ способов сушки круглых лесоматериалов // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств: Межвузовский сборник научных трудов (юбилейный выпуск). - СПб.: СПбГЛТА, 2003. - С.170-174.) - прототип. Сушка производится в специальных камерах, оснащенных теплообменниками, вентиляторами и воздухообменными трубами. В процессе сушки, в зависимости от породы, размеров сортиментов, поддерживается определенная температура и влажность воздуха в камере.

Недостатком данного способа сушки круглых лесоматериалов является то, что в процессе сушки обязательно появляются наружные радиальные трещины усушки. Как правило, образуется одна глубокая (до сердцевины) и несколько мелких трещин. Обусловлено это анизотропией усушки древесины. Усушка в тангенциальном направлении в 1,5…2 раза больше, чем в радиальном (Уголев Б.Н., Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М: МГУЛ 20001, стр.89, табл.15). Говоря другими словами, годичные слои древесины по периметру усыхают в 1,5…2 раза больше, чем по толщине. Появление трещины компенсирует различие усушечных деформаций (Кречетов И.В., Сушка древесины. - М.: Лесн. пром-ть, 1980, стр.107, рис.39к). Размер трещин зависит от конечной влажности древесины. Чем ниже влажность, тем больше усушечные деформации и соответственно больше трещины. За счет режимных параметров процесса сушки можно только предотвратить появление мелких трещин, т.к. они обусловлены влажностными напряжениями из-за неравномерности распределения влаги по сечению сортимента в процессе высыхания. Исключить появление глубокой радиальной трещины невозможно, т.к. это предопределено свойствами древесины. Это происходит независимо от способа сушки. Трещины снижают сроки службы зданий и сооружений, т.к. в них попадает влага в виде дождя, снега, что приводит к загниванию. Кроме того, ухудшается внешний вид и возрастают теплопотери.

Задачей данного изобретения является исключение появления трещин в круглых лесоматериалах при сушке и в дальнейшем обеспечение стабильных размеров древесины в процессе эксплуатации.

Технический результат заключается в повышении величины равновесной влажности древесины на 8-10% от исходной влажности натуральной древесины, что исключает появление трещин усушки в круглых лесоматериалах, тем самым увеличиваются сроки службы круглых лесоматериалов и улучшается внешний вид.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что перед конвективной камерной сушкой круглых лесоматериалов их подвергают автоклавной пропитке 16-18% водным раствором смеси веществ нитрат аммония и карбамид или нитрат аммония и нитрат кальция, взятыми в соотношении 1:1, а сушку проводят до достижения древесиной требуемой равновесной влажности с учетом условий будущей эксплуатации.

Пропитка круглых лесоматериалов перед сушкой автоклавным способом водными растворами смеси двух веществ, повышающими гигроскопичность, позволяет на 8…10% увеличить величину равновесной влажности древесины, что приводит к исключению трещин в древесине.

Веществ, повышающих гигроскопичность древесины, достаточно много. В частности, к ним относятся некоторые препараты, используемые для пропитки древесины с целью повышения ее биостойкости и снижения горючести (Максименко Н.А. Равновесная влажность древесины в зависимости от характера и содержания в ней защитных средств // Науч.-техн. реф. сб. Механическая обработка древесины. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1979. - вып.1. - С.4-5). Но равновесная влажность при использовании этих препаратов увеличивается в пределах 4%. Этого недостаточно для предотвращения растрескивания круглых лесоматериалов. Эффект обеспечивают только растворы, состоящие из смеси компонентов, взятых в соотношении 1:1:

NH₄NO₃ (нитрат аммония) + CO(NH₂)₂ (карбамид);

NH₄NO₃ (нитрат аммония) + Ca(NO₃)₂×4H₂O (нитрат кальция).

Предлагаемый способ отличается тем, что вещества, которые вводятся в древесину при пропитке, понижают величину парциального давления пара, поэтому равновесие с окружающим воздухом наступает при более высокой влажности древесины. Пропитанную древесину не нужно сушить до низкой влажности, т.к. при эксплуатации она наберет более высокую величину влажности. И эта величина влажности будет стабильной, и не будет снижаться. Таким образом, у пропитанной древесины обеспечиваются постоянные размеры и форма в процессе эксплуатации, но при более высокой влажности, чем у непропитанной. Чем выше влажность древесины, до которой ее необходимо сушить, тем меньше деформации усушки. Это исключает появление трещин в круглых лесоматериалах. При этом обеспечиваются стабильные размеры древесины в процессе эксплуатации, что является одной из главных задач сушки. Если сушить не пропитанную древесину до более высокой влажности, то растрескивания также не произойдет. Но в процессе эксплуатации эта древесина приобретет более низкую равновесную влажность и в любом случае произойдет растрескивание, но только в готовых изделиях.

На фиг.1 представлен поперечный разрез круглого сортимента, высушенного по известному способу; на фиг 2 - по заявляемому способу.

Способ сушки круглых лесоматериалов осуществляется следующим образом. Круглый лесоматериал помещают в автоклав, где производится их пропитка 16-18% водным раствором препаратов, повышающих гигроскопичность (NH₄NO₃ (нитрат аммония) + CO(NH₂)₂ (карбамид) или препаратов NH₄NO₃ (нитрат аммония) + Ca(NO₃)₂×4H₂O (нитрат кальция), взятых в соотношении 1:1. Режим пропитки: давление 0,4 МПа, продолжительность 120 мин, температура раствора 20°C. После этого их помещают в сушильную камеру, где они высушиваются при температуре 60°C и относительной влажности 40% в течение 120-130 часов. Процесс сушки заканчивают до достижения древесиной равновесной влажности.

Примеры конкретного применения.

Пример 1. (по способу прототипа). Из круглых лесоматериалов (порода - лиственница) вырезался образец диаметром 120 мм, длиной 300 мм, исходной влажностью 45%. Затем образец помещали в сушильную камеру, где он высушивался при температуре 60°C и относительной влажности 40%. В процессе высыхания фиксировалась текущая масса образцов. Процесс сушки заканчивался при стабилизации массы образцов, что свидетельствовало о достижении древесиной равновесной влажности. Продолжительность сушки составила 118 ч. После этого образец доставался из сушильной камеры, производилось охлаждение и определение конечной влажности весовым методом по ГОСТ 16483.7-71. В результате величина конечной влажности образца составила 8%. Образец имел одну глубокую трещину до сердцевины (фиг.1).

Примеры 2-5 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 приведены данные примеры 2-5 (по прототипу), лесоматериал - лиственница, исходная влажность 45%.

Пример 6. (по предлагаемому способу).

Из круглого лесоматериала (порода - лиственница, влажность - 45%) вырезался образец, диаметром 120 мм, длиной 300 мм. После этого образец помещался в автоклав, где производилась пропитка 16% водным раствором смеси препаратов NH₄NO₃ (нитрат аммония) + CO(NH₂)₂ (карбамид), взятых в соотношении 1:1. Режим пропитки: давление 0,4 МПа, продолжительность 120 мин, температура раствора 20°C. Поглощение, в пересчете на сухой остаток, составило 30 кг/м³. После этого образец помещали в сушильную камеру, где он высушивался при температуре 60°C и относительной влажности 40%. В процессе высыхания фиксировалась текущая масса образца. Процесс сушки заканчивался при стабилизации массы образца, что свидетельствовало о достижении древесиной равновесной влажности. Продолжительность сушки составила 123 ч. После этого образец доставался из сушильной камеры, производилось охлаждение и определение конечной влажности весовым методом по ГОСТ 16483.7-71. В результате величина конечной влажности образца составила 18%. Трещин в образце не появилось (фиг.2).

Примеры 7-9 аналогичны примеру 6. В примерах 7-9 использовался лесоматериал - лиственница, исходная влажность 45%, длина образца 300 мм. В качестве раствора для пропитки использовался водный раствор смеси препаратов нитрата аммония и карбамида, взятых в соотношении 1:1, концентрация раствора 16-18%. Режим пропитки: давление 0,4 МПа, продолжительность 120 мин, температура 20°C. Режим сушки: температура 60°C, относительная влажность воздуха 40%. Результаты приведены в таблице 2.

Примеры 10-12 аналогично примеру 6, лесоматериал - лиственница, исходная влажность 45%, в качестве раствора для пропитки используют водный раствор смеси препаратов NH₄NO₃ (нитрат аммония) + Ca(NO₃)₂×4H₂O (нитрат кальция), взятых в соотношении 1:1, концентрация раствора 16-18%. Режим пропитки: давление 0,4 МПа, продолжительность 120 мин, температура 20°C. Режим сушки: температура 60°C, относительная влажность воздуха 40%. Результаты приведены в таблице 3.

Способ позволяет исключить появление трещин усушки, улучшить внешний вид, обеспечить стабильные размеры древесины в процессе эксплуатации, тем самым увеличить сроки службы круглых лесоматериалов путем повышения равновесной влажности древесины на 8-10% по сравнению с натуральной древесиной.