Результат интеллектуальной деятельности: Способ локальной модификации древесины в строительных конструкциях

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к получению локально модифицированных деревянных строительных конструкций.

Известен способ получения модифицированной древесины, включающий одновременную сушку, пропитку и прессование древесины в маслянистом антисептике, при этом на всем протяжении процесса на древесину воздействуют импульсным ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт, причем импульсы ультразвука длительностью 2,5-3 мин чередуют с паузами 6-6,5 мин (пат. РФ №2391202, кл. B27K 3/08, публ. 20.11.2015 г.).

Способ осуществляют следующим образом. Сырые заготовки мягких лиственных и хвойных пород помещают в сушильно-пропиточную ванну и закачивают горячий антисептик, например каменноугольное масло. Температуру масла поддерживают 90-100°С, механическое давление 0,8-1,2 МПа в течение 6 часов. Одновременно с сушкой, пропиткой и прессованием в течение всего процесса древесину обрабатывают ультразвуковым полем частотой 20 кГц, мощностью 4 кВт с чередованием воздействия импульса ультразвука 2,5-3 мин и паузы 6-6,5 мин. В результате воздействия ультразвука прессованная древесина приобретает гидрофобные свойства и ее разбухание в воде не превышает 12%.

К недостаткам данного способа можно отнести высокую ресурсоемкость технологического процесса, связанную с наполнением пропиточной ванны модифицирующим составом, необходимость использования крупногабаритного оборудования для пропитки и прессования древесины, а также оборудования для импульсного ультразвука.

Известен способ защитной обработки древесины, включающий раскрой древесины, вакуумирование и пропитку заготовок в герметичной камере (пат. РФ №2568471, кл. B27K 3/02, публ. 10.06.2010 г.). В качестве пропиточного раствора используют жидкую фазу естественных отходов крупного рогатого скота. Предварительное вакуумирование заготовок древесины проводят в камере при давлении 60-62 мм рт. ст., температуре 70-80°С в течение 18-20 мин. Далее после разгерметизации камеры подают пропиточный раствор и проводят пропитку древесины без внешнего давления в течение 15-20 мин.

В результате защитной обработки древесины заявляемым способом заготовки уплотняются, пористость уменьшается и повышается твердость. Древесина приобретает стойкость к температурно-влажностным воздействиям, за счет низкой пористости в материале повышается огнестойкость, кроме того, древесина не подвергается разрушительному воздействию биовредителей (грибов, насекомых).

К недостаткам данного способа можно отнести использование автоклавов для вакуумирования и пропитки заготовок.

Известен способ пропитки древесины, включающий введение пропитывающего состава с торца под давлением (пат. РФ №2646612, кл. B27K 3/02, публ. 06.03.2018 г.). Пропитывающий состав используют в виде аэрозоля с концентрацией модификатора 5,7-10%. Давление с одного торца заготовки составляет 2,5-6 МПа. Разрежение с другого торца заготовки составляет 80 кПа. При этом температура заготовки и пропитывающего состава составляет 70-75°С, а влажность заготовки составляет 3-5%.

Данный способ реализуется в установке, содержащей обогреваемую раму с обогревательными элементами, закрепленными на ней топливным насосом высокого давления (ТНВД) и заготовкой из древесины. С одного торца от заготовки подключена пропиточная головка, с другого вакуумная головка, разряжение в которой создается с помощью вакуум-насоса. Жидкость для пропитки подается из емкости с горячей смазкой, а после пропитывания заготовки сливается в сепаратор. На корпусе пропиточной головки расположен манометр. Время пропитки зависит от породы древесины и длины заготовки и составляет 15-20 мин.

К недостаткам данного изобретения можно отнести высокую трудоемкость производства работ. Также использование топливного насоса высокого давления негативно отражается на несущей способности деревянных конструкций (п. 6.9 СП64.13330.2017 «для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением, к расчетному сопротивлению вводится понижающий коэффициент - 0,9»).

Известен способ получения модифицированной древесины, который включает в себя пропитку заготовок, сушку, прессование и термообработку (пат. РФ №2401195, кл. B27K 3/50, публ. 10.10.2010 г.). Пропитку заготовок осуществляют 30-40%-ным водным раствором карбамида, содержащим форконденсат карбамидоформальдегидного олигомера в количестве 10-12% от массы сухого карбамида. При этом в пропиточный раствор добавляют отвердитель - карбамидоформальдегидную смолу марки ПКП-52 в количестве 21-25% от массы карбамидоформальдегидного олигомера. Перед термообработкой на древесину в течение 30 секунд воздействуют импульсным магнитным полем с амплитудой 0,5 Тл, частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью треугольных импульсов по основанию 30 мкс, термообработку проводят при температуре 140-160°С. Предложенный способ позволяет снизить объемное разбухание модифицированной древесины в воде.

К недостаткам данного способа можно отнести высокие энергозатраты, связанные с необходимость использования оборудования для создания импульсного магнитного поля, а также использования длительной термообработки в течение 2-3 ч.

Известен способ пропитки цилиндрической заготовки древесины маслянистым антисептиком, включающий обработку ультразвуком и переменным давлением (пат. РФ №2378106, кл. B27K 3/02, публ. 10.01.2010 г.). Пропитку осуществляют при одновременном воздействии на заготовку статического давления 4-5 МПа с импульсами переменного давления амплитудой 1 МПа, при этом на торец заготовки воздействуют ультразвуком интенсивностью 13-17 Вт/см² на всем протяжении процесса пропитки. Технический результат - повышение качества и сокращение времени пропитки, возможность пропитывать цилиндрические заготовки древесины длиной до 6 м.

К недостаткам данного способа можно отнести необходимость использования оборудования для ультразвука, что в свою очередь повышает требования к охране труда при производстве работ (ограничение времени пребывания рабочих и использование средств индивидуальной защиты органов слуха).

Прототипом данного изобретения может служить способ, включающий загрузку материала в камеру с последующей ее герметизацией, заполнение камеры пропиточной жидкостью, скачкообразное создание разрежения до глубокого вакуума, выдержку материала, подачу пропиточной жидкости, снижение давления в камере до атмосферного, создание повышенного давления пропиточного раствора и последующую выдержку, откачку жидкости и извлечение материала (пат. РФ №2469842, кл. B27K 3/08, публ. 20.12.2012 г.).

Способ осуществляют следующим образом. В автоклав загружают древесину, заполняют автоклав пропиточным раствором, герметизируют, затем с помощью вакуумного насоса в ресивере пропиточной установки создается разрежение 0,08 МПа.

Стадия пропитки: с помощью вакуумного затвора, расположенного между вакуумным ресивером и заполненным заготовками и раствором автоклавом, в последнем импульсно создают разрежение 0,8 МПа. Выдержка в вакуумной среде должна проходить в течение 20 минут. Далее вакуумный затвор перекрывают, автоклав через систему трубопроводов и кранов соединяют с ванной с пропиточным раствором, тем самым повышая давление в камере до атмосферного. После этого краны перекрывают, а вакуумный затвор открывают, доводя повторно разрежение в автоклаве до 0,08 МПа, поддерживая данное значение в течение 20 мин. Затем вакуумный затвор опять перекрывают, включают гидронасос и создают избыточное давление раствора 0,2 МПа. По достижении данного значения гидронасос отключают. Давление быстро снижается до атмосферного. Жидкостный насос опять включают. При достижении давления 0,2 МПа насос отключают. После выравнивания давления в третий раз повторяют цикл воздействия гидродавлением. Далее отключают жидкостный насос, раствор сливают из автоклава, древесину выгружают.

Главными недостатками данного изобретения являются необходимость применения габаритного оборудования (автоклавов) для пропитки и вакуумирования заготовок, повышенный расход энергоресурсов и материалов, а также возможность модифицировать конструкцию только целиком.

Технической задачей данного изобретения является создание способа локальной модификации древесины в строительных конструкциях без использования ванн, камер и иного крупногабаритного оборудования, с минимальным расходом сырьевого материала и энергетических ресурсов.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ модификации древесины выполняется в вакуумном мешке на части длины конструкции при помощи инъекторов, с использованием компрессора избыточного давления. Данный способ подразумевает импрегнирование полимерной композиции на основе низковязких составов, обеспечивающих высокую проникающую способность в капиллярную структуру древесины строительных конструкций и взаимодействия модификатора с ее структурными элементами. Технология локальной модификации представляет собой следующий процесс.

На начальном этапе в деревянной конструкции производят сверление отверстий по шаблону для установки инъекторов в проектное положение. На фиг. 1 представлен общий вид инъектора для модификации древесины.

На фиг. 2 изображен процесс модификации древесины строительной конструкции (поз. 1) на отдельном участке (поз. 2). Опытным путем установлен шаг инъекторов В (поз. 3) по длине цельнодеревянной конструкции) равный 200 мм. Глубина отверстий для установки инъекторов (поз. 4) принята равной на 5 мм меньше ширины сечения. Постановка инъекторов осуществляется с применением упругого герметизирующего материала - жгута (поз. 5) по границе раздела древесины и металлического инъектора. Закручиванием шести самонарезающих винтов (поз. 6) обеспечивается плотное прилегание и герметизация инъектора с древесиной, после чего производится формирование объединенного контура для подачи модификатора. На следующем этапе формируется вакуумный мешок (поз. 7), происходит вакуумирование конструкции - откачивание воздуха через перфорированную вакуумную магистраль (поз. 8) и спустя 20 минут под давлением 0,2-0,3 МПа подается низковязкий модификатор в течение 20 минут по специализированной магистрали (поз. 9).

Степень поглощения модификатора поперек волокон зависит от продолжительности вакуумирования. Увеличение объема поглощенного модификатора можно достичь путем циклического воздействия избыточным давлением разной интенсивности. Для контроля процесса модификации и его индикации в крайнем шаге установку инъекторов в отверстия не производят. Спустя 20 минут после начала подачи состава для модификации технологический процесс прекращается. Ограничение на высоту модифицируемой зоны цельнодеревянных конструкций накладывает возникновение усушечных пластевых трещин, препятствующих проникновению модификатора вглубь сечения.

После отверждения вакуумный мешок снимается, и деревянная модифицированная конструкция готова к использованию. В результате данного способа можно получить конструкцию, модифицированную на части пролета зонах набольших напряжений. Следует также отметить, что данная технология позволяет модифицировать существующие конструктивные элементы непосредственно на строительной площадки, без необходимости демонтажа и последующего монтажа в проектное положение, а сам способ возможно использовать как при новом строительстве, так и при ремонте/реставрации строительных деревянных конструкций.