Прибор работает следующим образом. Рукояткой 1 реперы 2 внедряются одновременно в здоровую 3 и фаутную 4 зоны древесины. Сопротивление внедрению показывают, соответственно твердомеры 5 и 6, соотношение твердости здоровой зоны к твердости фаутной зоны указывает стрелка 7.
Пропиточное устройство состоит из внешней головки 8, цилиндрический нож которой внедряется в здоровую древесину 3 и внутренней головки 9, цилиндрический нож которой внедряется в фаутную зону 4. Во внешнюю головку 8 поступает маслянистый антисептик 10, а во внутреннюю головку 9 смесь 11 из маслянистого антисептика и упрочняющего раствора, которая поступает из смесителя 12. Упрочняющий раствор состоит из упрочняющего вещества и растворителя. В качестве растворителя используется керосин или уайт-спирит. Количество растворителя в растворе зависит от вязкости упрочняющего вещества и может колебаться по объему от 5 до 15%.
Способ осуществляется следующим образом[7, 8]. Прибором, показанным на рисунке 4, находится соотношение величины твердости здоровой зоны к твердости фаутной зоны , т.е. степень поражения грибами центральной зоны ствола и визуально определяется коэффициент k, учитывающий уменьшение диаметра фаутной зоны от комлевой части бревна к вершинной.
После этого сырая заготовка шпалы диаметром 25 см, длиной 2,75 м помещается в пропиточную установку и с помощью гидроцилиндра пропиточные головки 8 и 9 внедряются на глубину 15 мм в торец заготовки, содержащей здоровую 3 и фаутную 4 зоны. В головку 8 закачивается маслянистый антисептик, например, известные антисептики из патентов RU 2303522, 27.07.2007 или RU 2097056, 27.11.1997, или RU 2038829, 09.07.1995, или RU 2020949, 19.03.1994 и происходит сквозная пропитка под давлением 8 атм. в течение 12 мин.
По формуле 6 находится объем пропиточного раствора, который необходимо ввести в данную заготовку. Из смесителя 12 дозировано в пропиточную головку 6 закачивается смесь 11 упрочняющего раствора и маслянистого антисептика и под давлением 8 атм. одновременно с пропиткой здоровой зоны 3 происходит пропитка фаутной зоны 4 в течение 8-10 мин.
Пропитанные заготовки помещают в установку для обработки древесины по пат. РФ №2039645 и сушат при температуре 105єС в течение 22 ч до влажности 20% с одновременным уплотнением при механическом давлении 0,8 МПа с получением в сечении прямоугольного профиля готовой шпалы 18х25 см. В процессе сушки происходит полимеризация упрочняющего вещества и прочность фаутной зоны возрастает до прочности здоровой зоны заготовки. В результате получается готовая шпала, имеющая по всей толщине и длине равную прочность и равномерное распределение антисептика.
В таблице 1 приведены данные по формоизменению модифицированной древесины шпал.
Таблица 1 - Линейное разбухание модифицированной древесины
|
№ зоны |
Линейное разбухание модифицированной древесины в направлении, % |
||
|
прессования |
перпендикулярном прессованию |
||
|
После суточной выдержки в воде |
|||
|
1 2 3 4 5 |
7,90 7,36 6,69 5,43 2,37 |
9,01 8,82 8,39 7,03 4,14 |
|
|
среднее |
5,95 |
7,48 |
|
|
для целой шпалы |
6,01 |
7,50 |
|
|
После 30 суток выдержки в воде |
|||
|
1 2 3 4 5 |
10,89 12,20 13,11 13,63 13,87 |
10,04 10,67 10,90 11,15 11,32 |
|
|
среднее |
12,74 |
10,81 |
|
|
для целой шпалы |
12,85 |
10,93 |
Из таблицы 1 видно, что величина линейного разбухания модифицированной древесины после суточной выдержки ее в воде в центральной зоне полушпалы выше, чем в периферийной, причем разница между этими величинами составляет в направлении прессования -- 5,53%, в направлении, перпендикулярном прессованию -- 4,87%.
После 30 суток выдержки модифицированной древесины в воде картина меняется на противоположную. Теперь уже величина линейного разбухания модифицированной древесины в центральной зоне полушпалы ниже, чем в периферийной, причем разница между этими величинами составляет в направлении прессования -- 2,98%, в направлении перпендикулярном прессованию -- 1,28%.
Это явление объясняется тем, что древесина по всему сечению полушпалы модифицирована неравномерно, а, следовательно, имеет разные свойства. То есть свойства древесины центральной зоны полушпалы, полученной совмещенным способом, аналогичны свойствам натуральной древесины. На периферии же степень модификации древесины довольно высока, и разбухание древесины вначале идет менее интенсивно, чем у натуральной, потому что с увеличением плотности древесины уменьшается площадь поверхности клеточных стенок, в углублениях которых удерживается микрокапиллярная вода, а, следовательно, уменьшается и площадь контакта древесины с водой. Затем в ходе процесса водопоглощения модифицированная древесина достигает предела насыщения клеточных стенок, и давление свободной влаги увеличивает объем межклеточных полостей, который был уменьшен в ходе процесса модифицирования операцией прессования.
Этот факт свидетельствует о том, что древесина по сечению полушпалы модифицирована в большей степени в направлении прессования, нежели в направлении, перпендикулярном прессованию.
На рисунке 6 показано распределение величин линейного разбухания модифицированной древесины по сечению полушпалы.
a)
b)
Рисунок 6 - Распределение величины линейного разбухания по сечению полушпалы: а) после выдержки в воде в течение суток; b) после выдержки в воде в течение 30 суток. 1-- кривая распределения в направлении прессования; 2-- кривая распределения в направлении перпендикулярном прессованию
Из рисунка 6 видно, что линейное разбухание модифицированной древесины по сечению в направлении от центра к периферии после суточной выдержки ее в воде снижается вначале более плавно, а в конце сечения более круто, тогда как после выдержки модифицированной древесины в воде в течение 30 суток линейное разбухание по сечению растет по направлению от центра к периферии сначала круто, а в конце более плавно.
На рисунке 7 представлена кинетика линейного разбухания модифицированной древесины.
Рисунок 7 - Линейное разбухание модифицированной древесины при водопоглощении, где: 1 -- прессованная по способу Хухрянского древесина в направлении прессования; 2 и 3 -- модифицированная совмещенным способом древесина березы в направлении прессования и перпендикулярном прессованию направлении соответственно; 4 -- натуральная древесина березы.
Как видно из рисунка 7 максимальное линейное разбухание модифицированной древесины не превышает 12,74% в направлении прессования и 10,81% -- в направлении, перпендикулярном прессованию, то есть разбухание модифицированной совмещенным способом древесины незначительно отличается от натуральной древесины и в 5 раз ниже разбухания немодифицированной прессованной по способу Хухрянского древесины.
Наиболее интенсивно разбухание происходит в первые сутки и практически заканчивается через 4-5 суток пребывания образцов в воде. Также можно заключить, что в конечном итоге разбухание в направлении прессования больше, чем в направлении, перпендикулярном прессованию, но эта разница незначительна.
Экспериментальным путем были получены уравнения, связывающие технологические факторы с показателями физико-метанических свойств шпал (усредненные данные по всей шпале на основе 8 измерений).
сx=3,6t+1100P+49,15ф-0,006t2-405p2+0,02ф2-1,7tp-0,058pф-39,4pф; (10)
Vв=0,22t+9P-0,92ф-0,001t2-3,08P2+0,087ф2-1,31Pф; (11)
W=0,86t-7,28ф-0,005t2+0,205ф2+0,03tф; (12)
E=-0,05t+38,65p+1,75ф+0,0005t2-14,65P2-0,009ф2-0,05tP-1,42Pф-0,001tф; (13)
M=0,12t+32,83p-2,2ф+0,00008t2-21,02P2+0,35ф2.
где р- плотность, кг/м3 ; V- линейное разбухание в воде за 30 сут, %; № влажность, %; М- содержание антисептика, %; Е- модуль упругости ГПа; t-температура антисептика, єС; Р- удельное давление, МПа; т- время, ч.
Многокритериальная оптимизация полученных моделей на ЭВМ позволила получить следующие оптимальные показатели: температура антисептика t=110 °С; удельное давление Р=0,7 МПа; время сушки т=5 ч.
При этом показатели свойств модифицированной древесины березы таковы: плотность 837 кг/м3; линейное разбухание 9,3 %; модeль упругости при статическом изгибе 19,6 ГПа, содержание антисептика 22,5 %.
Технологический режим получения шпал графически представлен на рисунке 8.
Рисунок 8 - Параментры технологического режима получения модифицированной древесины для шпал: 1 - удельная нагрузка,МПа; 2- температура антисептика t?C; 3- деформация е%; 4 - влажность W%; 5 - содержание антисептика в древесине С кг/м3.
Список использованных источников
1. Wood Chemical Modification with Alkenyl Succinic Anhydrides Bearing an Ester Group (17) Vaca-Garcia, Carlos 1,2; Pignolet, Olivier 1,2; Rekarte, Iona3; Murine, Oriol3; Borredon, Elisabeth 1,2 lUniversite de Toulouse, INP, LCA (Laboratoire de Chimie Agro-industrielle), Toulouse, France; 2INRA; LCA (Laboratoire de Chimie Agro-Industrielle), Toulouse, France; 3CIDEMCO, Biotek Department, Azpeitia, Spain
2. Шамаев В. А. Проблемы модифицирования древесины. - Известия высших учебных заведений «Лесной журнал», 2005, №6. 88 - 95 С.
3. Шамаев В. А. Строение и свойства модифицированной древесины - Труды IV международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины», С. Петербург, Т.1., 2004, с. 390 - 392.
4. Шамаев В. А. Модифицирование древесин. Учебное пособие, Воронеж: ВГЛТА, 2007, с. 385.
5. Патент РФ № 218 59 58 МПК В М 3/14 Способ изготовления деревянной шпалы. Авт. Шамаев В. А., Сидельников А. И., Томин А. А. Заявл.18.12.2000, опубл. 27.07.2002, бюлл.№21.
6. Патент РФ № 212 81 13 МПК В 27 Л 3/08 Способ получения модифицированной древесины. Авт. Шамаев В. А., Гвозденко С. П., Томин А. А. Заявл. 09.07.1996, опубл. 27.03.1999, бюлл.№11.
7. Патент РФ № 222 77 79 МПК В 27 К 3/10 Устройство для пропитки древесины под давлением. Шамаев В. А., Панявин С. Н., Скоридонов Р. В. Заявл.10.02.2003, опубл. 27.04.2004 бюлл.№12.
8. Патент РФ № 234 68 09 МПК В 27 К 3/02 Способ получения модифицированной древесины. Авт. Шамаев В. А., Медведев И. Н., Златоустовская В. В., Анучин А. И. Заявл. 04.04.2007, опубл. 20.02.2009, бюлл.№5.