title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Способы пропитки древесины под давлением

Способы пропитки древесины под давлением

Существует 2 основных способа пропитки под давлением - в горяче-холодных ваннах и в автоклавах.
Пропитка в горяче-холодных ваннах имеет несколько технологических вариантов. Наиболее распространен вариант с использованием двух ванн - одной с горячим раствором и второй с холодным раствором. Пакет сортиментов нагревают в ванне с горячей пропитывающей жидкостью, после чего перегружают в ванну с холодным раствором, при выдержке в которой и происходит собственно пропитка,
Этот способ эффективнее капиллярных способов и применялся в прошлом довольно широко из-за простоты оборудования, сравнительно небольших капиталовложений и возможности пропитывать древесину как маслянистыми антисептиками, так и водорасворимыми. Однако он из-за малого избыточного давления не обеспечивает достаточно глубокой, а тем более сквозной пропитки, требуемой в ряде случаев.
Реже применяют вариант с использованием одной ванны. После прогрева загруженного в ванну пакета горячий раствор в ней заменяют холодным путем перекачки жидкости насосами. Качество пропитки в этом случае несколько выше, чем в первом варианте, что объясняется уменьшением времени контакта нагретой древесины с воздухом во время перекачки растворов, когда в полости клеток попадают воздушные включения, препятствующие движению жидкости в древесине.
Самое лучшее качество пропитки обеспечивает однованный способ, когда древесину помещают в ванну с горячим раствором и оставляют там до полного остывания раствора, так как контакт нагретой древесины с воздухом вообще исключен.
Пропитку древесины в ваннах с предварительным нагревом проводят преимущественно водорастворимыми препаратами. Температуру горячей ванны поддерживают на уровне 90...95°С, а холодной - 20...30°С. Продолжительность нагревания зависит от размеров сортиментов и может быть установлена расчетным путем. Продолжительность выдержки в холодной ванне для сортиментов различной толщины составляет 1,5...4 ч.
Представляет определенный интерес вариант совмещения нагревания и камерной сушки древесины. Штабель пиломатериалов или заготовок сразу после сушки в камере до требуемой для пропитки влажности (25...30%) помещают в ванну с холодным пропиточным раствором. После выдержки в ванне штабель вновь загружают в камеру и сушат до конечной (эксплуатационной влажности). Эффективность этого способа пропитки невелика и лишь немногим выше, чем у капиллярной пропитки.
Возможны варианты пропитки в холодной ванне с предварительным диэлектрическим нагревом древесины, нагревом ее в гидрофобной жидкости. Однако эти варианты не получили широкого промышленного применения.
Способ сушки в поле токов высокой частоты основан на диэлектрических свойствах древесины. Когда древесина находится в электрическом поле высокой частоты, ее молекулы с изменением поля меняют свою ориентацию, преодолевая трение. В результате этих процессов выделяется большое количество тепла, которое нагревает древесину по всему объему и создает перепад температуры в десятки градусов по сравнению с температурой ее поверхности. Влага начинает интенсивно перемещаться из внутренних слоев к наружным. Сразу после сушки еще нагретую древесину перемещают в пропиточную ванну или автоклав.
Такой способ нагрева древесины позволяет сократить время высушивания ее в 3...10 раз по сравнению с нагревом в камерах, а также избежать растрескивания крупномерных сортиментов. К недостаткам способа можно отнести его большую энергоемкость, малую пропускную способность электросушильного агрегата и необходимость использования сложного и дорогостоящего оборудования.
Возможна сушка сырых досок, брусьев, столбов и т.п. в гидрофобных жидкостях (петролатуме) с немедленной последующей пропиткой масляными или водорастворимыми антисептиками.
Технология высокотемпературного нагрева состоит в том, что петролатум в открытой ванне нагревается до температуры 110...130°С. Затем пакет с заготовками погружают в ванну и выдерживают в ней до достижения необходимой влажности материала. Поскольку нагревание ведется в жидкости с относительно высокой температурой, древесина получает много тепла и быстро сохнет ввиду повышенного давления водяного пара в ней. После этого пакет вынимают из ванны, дают стечь петролатуму с поверхности материала и в зависимости от последующего назначения отправляют на склад или на пропитку в автоклавах или ваннах, сохраняя в этом случае тепло древесины.
Время сушки в петролатуме в 5...10 раз меньше по сравнению со сроками сушки в камерах. К положительным моментам также можно отнести отсутствие наружных трещин после сушки толстомерных сортиментов и простоту сушильного оборудования. Недостатками является частичное впитывание петролатума в древесину и загрязнение ее поверхности, что не имеет значения при сушке материалов, не требующих последующей механической обработки. Способ отличается повышенной трудоемкостью процесса из-за того, что сушка и пропитка происходят в разных емкостях; значительными теплопотерями и загрязнениями производственной и окружающей среды парами петролатума, выделяемыми из открытых ванн, а также интенсивным пенообразованием.
В настоящее время широкое распространение получили автоклавные способы пропитки, обеспечивающие глубокое проникновение в древесину пропитывающих веществ при малой продолжительности процесса и относительно невысоких затратах труда и электроэнергии.
Имеется ряд технологических схем автоклавной пропитки, различающихся последовательностью воздействия на древесину повышенного и пониженного давления пропитывающей жидкости и воздуха, которые направлены на увеличение свободной емкости древесины. Изменяя последовательность воздействия, уровень давления и температуры, а также длительность операции, можно управлять результатами пропитки в соответствии с предъявляемыми требованиями. Автоклавная пропитка обеспечивает наилучшую защиту древесины, является высокопроизводительным, но в то же время и самым дорогим способом пропитки, поэтому рекомендуется в тех случаях, когда объемы пропитки достаточно велики.
Пропитка способом ВДВ (вакуум-давление-вакуум) называется способом полного поглощения (способом Бреана, или импрегнирования), который состоит из следующих операций (рис. 7.13, а):

Собственно пропитка происходит во время выдержки древесины под давлением. Начальный вакуум необходим для удаления воздуха из полостей клеток, так как сухая древесина на 2/3 состоит из воздуха. Эта операция способствует увеличению глубины пропитки и поглощения древесиной пропиточной жидкости. Повторный вакуум необходим для подсушки поверхности сортиментов.
Этот способ применяют для пропитки древесины как водорастворимыми защитными веществами, так и маслами. В первом случае он более целесообразен, так как поглощение соли легко регулировать изменением концентрации пропиточного раствора. Способ ВДВ является основным при пропитке антипиренами, которые необходимо вводить в древесину в большом количестве. Для пропитки маслами способ применяется лишь в тех случаях, когда нужно получить очень высокое поглощение.
Качество пропитки будет определяться породой, размерами и назначением пропитываемой древесины, а также режимом процесса, регламентирующим продолжительность основных операций, величину давления и разряжения среды, а также температуру жидкости. Как правило, температура растворов составляет 20...60°С, а масел - 85...95°С. Практика показывает, что при высоких температурах происходит возгонка масел, из-за чего защитные свойства маслянистых антисептиков значительно снижаются.
При использовании водорастворимых антисептиков более предпочтителен способ ВД (вакуум-давление). Вакуум способствует удалению воздуха из клеток и глубокому проникновению раствора в древесину, а последующая подача под давлением раствора предназначена для еще большего увеличения глубины пропитки. Упрощенная схема этого способа ведет к сокращению времени пропитки до 1,5...2 ч и снижению энергопотребления.
Конкретные режимы пропитки устанавливаются стандартами (ГОСТ 20022.7-82 «Защита древесины. Автоклавная пропитка водорастворимыми защитными средствами под давлением») и техническими условиями.
Пропитка способом ДДВ (давление-давление-вакуум) называется способом ограниченного поглощения (способ Лоури) и состоит из следующих операций (рис. 7.13, б):
1 - загрузка автоклава и создание воздушного давления;
2 - выдержка древесины под давлением;
3 - заполнение автоклава пропиточной жидкостью;
4 - подъем жидкостного давления;
5 - выдержка древесины под давлением раствора;
6 - сброс давления;
7 - слив жидкости;
8 - создание подсушивающего вакуума;
9 - выдержка под вакуумом;
10 - сброс вакуума и разгрузка автоклава.
Особенность процесса - это выдержка древесины под избыточным воздушным давлением (до заполнения автоклава жидкостью), во время которой в полости клеток вводится добавочный воздух. При дальнейшем увеличении гидродавления (давления пропиточной жидкости) защемленный в полостях клеток воздух еще больше сжимается, что приводит к развитию компрессии. В результате чего после снятия давления сжатый воздух выходит наружу и начинает выталкивать пропиточную жидкость из полостей клеток, чем и обеспечивается ограниченное поглощение антисептика и большая глубина его проникновения. При последующем вакуумировании можно извлечь до 50% введенной в древесину жидкости. В силу этого обстоятельства способ ДДВ применяется при использовании высокотоксичных антисептиков (масел, растворов пентахлорфенола нафтената меди), когда нет необходимости оставлять в древесине излишнее их количество.
Разновидностью этого способа является способ ДВ, называемый также способом полу ограниченно го поглощения (способ Рюпинга), так как за счет исключения стадии воздушного давления количество сжатого воздуха в древесине в конце пропитки будет меньше, чем при способе ДДВ, следовательно, и количество вытесненной жидкости тоже уменьшится. Этот способ используют для пропитки маслами, когда требуется несколько большее поглощение, чем обеспечивает способ ДДВ.
Способы ВДВ, ДДВ, ДВ известны очень давно, с конца XlX века, и могут быть названы классическими способами автоклавной пропитки. Они применяются в настоящее время для консервирования сухих или подсушенных (влажностью до 30%) сортиментов и обеспечивают сквозную пропитку легкопроницаемой древесины (березы, заболони сосны). Труднопропитываемая древесина пропитывается на глубину не более 5 мм. Для повышения глубины пропитки такой древесины необходима предварительная операция накалывания.
Увеличить глубину пропитки труднопроницаемой древесины можно не только с помощью накалывания, но и путем 2...3-кратного повторения циклов ВД, ДДВ, ДВ или ВДВ. Такая пропитка с последовательным чередованием нескольких единичных циклов называется моноцикличной (рис. 7.13, в).
Пропитку ВАДВ (вакуум-атмосферное давление-вакуум) применяют в тех случаях, когда требуется ввести в древесину ограниченное количество пропитывающей жидкости на небольшую глубину. Водорастворимые антисептики проникают на глубину до 5 мм, а органические - до 10 мм. Режим пропитки следующий (рис. 7.13, г):
1 - сухой вакуум (без раствора в автоклаве);
2 - мокрый вакуум (с раствором в автоклаве);
3 - выдержка древесины в жидкости при атмосферном давлении;
4 - слив жидкости;
5 - сухой вакуум.
Совмещенная автоклавная сушка-пропытка основывается на том, что при консервировании применяют пропиточные масла и органикорастворимые антисептики типа НМ, которые являются гидродрофобными жидкостями, способными выполнять роль сушильных агентов.
Совмещенная сушка-пропитка включает сушку древесины в жидкости и ее последующую пропитку той же жидкостью в одном автоклаве.
Сушку можно проводить при атмосферном давлении или под вакуумом. Более прост и экономичен вариант сушки при атмосферном давлении. Оптимальная температура жидкости в этом случае 120...130°С. Недостаток этого варианта - снижение прочности древесины под воздействием высокой температуры и большое трещинообразование. При сушке в вакууме (способ Булътона) эксплуатационная прочность не снижается, так как температура жидкости может быть снижена до 90...95°C (вода при разряжении 0,08 MПa закипает уже при 66°С). Технология вакуумного варианта успешно применяется на заводах по производству шпал.
В автоклаве протекает типичный высокотемпературный процесс сушки с парообразованием внутри древесины вследствие кипения и молярного переноса под действием избыточного давления. Выделяющийся из древесины пар собирается в верхней части автоклава и отсасывается из него вакуум-насосом. Продолжительность сушки в пропитывающей жидкости зависит от формы и размеров обрабатываемых сортиментов, породы древесины, ее начальной и конечной влажности, а также от мощности теплового оборудования пропиточных установок и составляет 6...20 ч.
Для устранения неравномерности просыхания материала и повышения интенсивности процесса необходимо обеспечить циркуляцию сушильного агента. Для снижения пеиообразования используется пеногаситель, к которому подключается конденсатор-холодильник, соединенный через сборник конденсата с вакуум-насосом.
По окончании сушки в автоклаве проводят собственно пропитку одним из уже известных способов (ВДВ, ДДВ или ДВ) в зависимости от требуемого поглощения.
Процесс сушки лесоматериалов в горячем масле при 95...125°С с одновременной их пропиткой в нем может проводиться и в открытых ваннах с обеспечением хорошего качества пропитки, но длительность процесса существенно увеличивается (до 24 ч) из-за больших теплопотерь.
Способ циклической сушки-пропитки является продолжением вышеописанного способа. Сущность его сводится к предварительному нагреванию сырых лесоматериалов в масляном антисептике при температуре 95...100°C и последующему выдерживанию их в условиях чередующихся вакуума величиной 0,065 МПа, воздушного и жидкостного давления. Общая продолжительность процесса 6...7 ч.
Способ паровакуумной подсушки и пропитки древесины заключается в обработке древесины в пропиточном цилиндре острым паром (не выше 125 С) при давлении 0,14...0,21 МПа в течение 1...2 ч с последующим вакуумированием в течение 1...3 ч и пропиткой по обычным технологическим режимам. Когда пропитка ведется по способу ВДВ, сушильный вакуум используют и как пропиточный, сразу подавая в цилиндр антисептик. Если же пропитка ведется по способу ДДВ, то после сушильного вакуума в цилиндре создают воздушное давление.
Во время пропарки из древесины испаряется очень мало влаги, так как за счет конденсации пара поверхность сортиментов увлажняется. Основное удаление влаги происходит при вакуумировании, причем, чем больше глубина вакуума, тем ниже температура кипения воды, следовательно, больше испаряется влаги из древесины. При выдержке при вакууме в течение 1 ч испаряется 50...60% воды, через 2 ч - 70...80%, через 3 ч - 82...88%, а через 4 ч - 90...95% от всей воды, удаленной в процессе сушки. Из вышесказанного можно сделать вывод, что поддерживать вакуум свыше 2 ч нецелесообразно.
Автоклавно-диффузионная пропитка состоит в следующем: в автоклав загружают сырую древесину и прогревают ее в среде насыщенного водяного пара, после чего создают кратковременный вакуум. При этом влажность поверхностных зон сортиментов понижается до 20...30%. Затем автоклав заполняют концентрированным водным раствором антисептика и подают жидкостное давление, под действием которого раствор вводится в поверхностную подсушенную зону древесины на глубину 5...10 мм. При влажности древесины меньше 70...80% пропаривание можно не проводить.
В этом случае наиболее приемлемы трудновымываемые хромомедные препараты, которые легко диффундируют в древесину. После снятия давления и слива жидкости древесину выгружают из автоклава. Иногда перед выгрузкой ее подвергают кратковременному воздействию осушающего вакуума.
Пропитанную древесину выдерживают на складе в течение 2...4 недель, предохраняя ее от высыхания. В это время за счет диффузии происходит пропитка внутренних слоев.
В режим пропитки можно добавить еще цикл: после конечного вакуума подать в автоклав гидроизоляционный состав (нефтяной битум с пропиточным маслом, каменноугольным лаком и др.) и вводить его под давлением в поверхностные слон сортимента. В этом случае древесину можно отправлять потребителю без послепропиточной выдержки.
Этим способом пропитываются в основном круглые лесоматериалы, но он не пригоден для пропитки органикорастворимыми антисептиками и маслами.

title-icon Подобные новости