Материал: Материалы и изделия из древесины

Модификаторы древесины (береза, осина, ольха):

В клеточные стенки древесины легко проникают фенолоспирты, фурановые смолы, труднее акрилонитрил, стирол, ММА.

В качестве пластификаторов при пропитке используют дибутилфталат, диэтиленгликоль.

Таблица. 1

Свойства полимеров-модификаторов

Технология модифицирования состоит из двух стадий: первая стадия - пропитка; вторая стадия - отверждение.

Рис. 6. Пропиточная установка: 1 - вакуум-насос; 2 - автоклав; 3 - пакет заготовок; 4 - расходная емкость

Пропитка заготовок проводится обычно в автоклавах. По способу «вакуум - атмосферное давление», «вакуум - избыточное давление» или «вакуум - давление - вакуум». Давление может создаваться посредством инертных газов (азота).

Отверждение модификатора: термохимическое или радиационно-химическое. Процесс образования полимера в капиллярах древесины происходит под действием нагрева (или a-излучения) с использованием инициаторов твердения.

Достоинства термохимического способа: не требуется больших капиталовложений; не нужны специальные меры защиты; применимость при малых мощностях; более широкий ассортимент пропиточных веществ.

Инициаторы твердения при повышении температуры разлагаются и образуют активные центры полимеризации (для стирола, ММА, ненасыщенных полиэфиров). Количество инициатора - 0,1-2% от массы мономера.

Температура разложения инициаторов (для полимеризации): перекись бензола - 70^о, гидроперекись изопропилбензола - 100^о.

Внешний подвод энергии к пропитанной древесине осуществляется только в начальный период процесса. Максимальная температура не более 100^о (максимум 150^о) для исключения кипения модификаторов и влаги в древесине.

Отверждение модификатора ведется в закрытых емкостях или в жидкой вязкой среде (парафиновое масло или глицерин).

Поликонденсационные полимеры отверждают путем нагрева, возможно также применение катализаторов (бензосульфокислота). Тепловая обработка пропитанных заготовок производится в две стадии: подсушка при 60-70^оС; окончательная термообработка при 120-150^о.

Радиационно-химическое отверждение, в отличие от термохимического, требует сложного оборудования. Достоинства радиационно-химического метода: не нужны инициаторы отверждения; возможность многократного использования мономеров; простота управления процессом. В качестве источника излучения обычно применяется Со⁶⁰.

Свойства модифицированной древесины

Физико-механические свойства

Модифицированная древесина - материал с заранее заданными свойствами. Поэтому при желании заказчика можно изготовить модифицированные изделия с требуемым набором свойств.

При ацетилировании и обработке аммиаком свойства древесины изменяются в наименьшей степени: увеличивается плотность до 800 кг/м3; возрастает в 1,5 раза прочность при сжатии; древесина темнеет.

Обработанная аммиаком и прессованная древесина (лигна-мон) уплотняется в большей степени: r = 1400 кг/м3; прочность при сжатии поперек волокон возрастает почти на порядок; прочность при сжатии вдоль волокон Rс = 180 МПа (у натуральной древесины 70 МПа).

Рис. 7. Зависимость прочности при сжатии от плотности древесины

При модифицировании повышается и износостойкость древесины поперек волокон: береза (лигнамон) 12% потеря массы; дуб натуральный 22%, бук 21%.

В 2-3 раза увеличивается стойкость к загниванию. Лигнамон нетоксичен, горюч.

Модифицированная полимерами древесина ДПК характеризуется следующими свойствами: окраска - коричневая - фенолоспирты; объемное разбухание снижается с 15% до 3-4%; прочность увеличивается в 4-6 раз (кроме прочности при статическом изгибе и скалывании вдоль волокон - они в 1,5 раза); ударная вязкость может даже снижаться с 70 до 40 кДж/м2, т.к. большинство модификаторов обладают пониженной прочностью к ударным воздействиям; для повышения деформативности в них вводят пластификаторы; износостойкость ДПК в 2-3 раза выше, чем у натурального дуба; повышенная стойкость и долговечность в агрессивных средах (морской воде, растворах минеральных удобрений, растворах кислот, щелочей).

Огнестойкость

Модифицированная древесина приобретает также огнестойкость. Натуральная древесина в муфельной печи при 500^о загорается через 1-1,5 мин и сгорает за 5 мин. Модифицированная древесина (ФС) загорается через 9 мин и горит 8 мин.

Огнезащитные свойства модифицированной древесины зависят от пропитывающих полимеров. Например, для древесины, модифицированной ММА, огнезащитными добавками являются акриловая кислота (тормозит окислительные реакции) и мочевина (способствует самозатуханию). При огневых испытаниях самостоятельное горение отсутствовало, потеря массы - 4,4%.

Биостойкость

Полимер, заполняющий полости древесины, способствует повышению ее биостойкости. Уже при 5%-м содержании фенолоспиртов модифицированная древесина приобретает практически абсолютную стойкость к дереворазрушающим грибам. Это объясняется действием фенола и затруднением проникания мицелия вглубь древесины. После двух месяцев выдержки образцов на культуре пленочного домового гриба древесина, модифицированная фенолоспиртами и карбамидной смолой, потеряла в массе 2-3%, непропитанная - 16-23%.

Химическая стойкость

Повышенная химическая стойкость модифицированной древесины объясняется замедленной диффузией агрессивного агента в древесину (кольматирующее - закупоривающее действие полимера); повышенной стойкостью полимера.

Прочность при сжатии модифицированной древесины (ФС) в 10%-й серной кислоте снижается в 1,3 раза, натуральной - в 4 раза. Повышенной стойкостью отличается модифицированная древесина и в растворах солей и щелочей. Модифицированную древесину предпочтительно применять в особо тяжелых условиях эксплуатации.

Атмосферостойкость

Замедленная диффузия влаги в модифицированной древесине и пониженный уровень влажности обусловливает ее повышенную атмосферостойкость и формостабильность.

На открытом воздухе влажность натуральной древесины в течение года менялась от до 23%, модифицированной - 5-8%. Таким образом, влажностные деформации и напряжение в модифицированной древесине оказались в 4-5 раз меньше, чем у натуральной.

При циклическом характере атмосферных воздействий происходит разрушение связей модификатора и древесины и общее ослабление материала. Это объясняется повышенной жесткостью полимеров. Улучшают стойкость к циклическим воздействиям добавки пластификаторов - ПВА, латексы, промышленные полимерсодержащие отходы (сланцевые смолы, натрия, лактамное масло, нейрозин), отходы коксохимии.

Для обшивки градирен, вагонов, сиденья трибун и т.д., а также для реставрации памятников старины.

Модифицирование древесины серой

Помимо различных полимеров для пропитки древесины применяют серу. Запасы серы значительны, ее получают при переработке нефти, попутных газов, угля, цветных металлов. Кроме того, имеются серные месторождения в Астрахани, Поволжье, Средней Азии. Годовой выпуск серы составляет около 10 млн. т.

Древесину пропитывают в расплаве серы при температуре 120-160. Древесина приобретает прочность и стойкость к агрессивным средам.

Первые опыты по пропитке древесины серой начаты в 1984 г. В 1932 г. в США запатентован способ пропитки древесины серой с добавлением хлордифенилов для повышения огнестойкости.

Технология пропитки в расплаве серы (рис. 8).

Рис. 8. Двухкамерная «горяче-холодная» ванна

Прогрев 1,5-2 ч, пропитка в «холодной» ванне 0,5 ч. Цикл пропитки 2,5 ч. Поглощение серы около 40%.

Свойства: прочность при изгибе возрастает на 20%, разбухание и водопоглощение снижается в 1,5-2 раза; при 50%-ном содержании серы древесина становится полностью биостойкой; повышается стойкость в кислотах и щелочах.

Область применения: столярно-строительные изделия (оконные блоки, дверные блоки). Пропитка фанеры.

. Строительные изделия из древесины

Лесоматериалы:

кряжи (диаметром более 20 см);

бревна (12-20 см, длина бревен 3-6,5 м); подтоварник (8-11 см); жерди (3-7 см).

Хвойные пиломатериалы поставляются длиной 1-6,5 м (через 0,25 м): отборные, 1-4 сортов.

Лиственные пиломатериалы - 0,5-6,5 м (через 0,5 м): 1-3 сортов.

Рис. 9. Сортимент пиломатериалов

Изделия из древесины: доски (шпунтованные, фальцованные, фрезерованные (плинтус, наличники); паркет (обыкновенный, щитовой из древесины дуба, бука, ясеня, березы); столярно-строительные изделия (оконные и дверные блоки, подоконники); фанера (лущение шпона, сушка, склеивание); древесно-слоистые пластики (прочность 150-280 МПа); клееные деревянные конструкции (балки, фермы, арки, рамы, прогоны); ограждающие конструкции домов заводского изготовления.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Байер В.Е. Материаловедение для архитекторов, реставраторов, дизайнеров: учеб. пособие для вузов / В.Е. Байер.- СПб.: Астрель; АСТ; Транзиткнига, 2004. - 251 с.

. Байер В.Е. Строительные материалы: учеб. для вузов / В.Е. Байер. - М.: Архитектура-С, 2004. - 238 с.

. Барташевич А.А. Материаловедение: учеб. пособие для проф.-техн. училищ / А.А. Барташевич, Л.М. Бахар. - Минск: ТЕХНОПРИНТ, 2002. - 244 с.

. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: учеб. пособие для вузов / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2005. - 288 с.

. Горбунов Г.И. Основы строительного материаловедения (состав, химические связи, структура и свойства строительных материалов): учеб. пособие для вузов / Г.И. Горбунов. - М.: Ассоц. строит. вузов, 2002. - 168 с.

. Горчаков Г.И. Строительные материалы: учеб. для строит. спец. вузов / Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов. - М.: Стройиздат, 1986. - 381 с.

. Завадский В.Ф. Строительные материалы и изделия для ремонта зданий и сооружений: учеб. пособие / В.Ф. Завадский, А.С. Денисов; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Новосибирск, 2000. - 70 с.

. Киреева Ю.И. Строительные материалы: учеб. пособие для вузов по строит. спец. / Ю.И. Киреева. - Минск: Новое Знание, 2005. - 400 с.

. Клюковский Г.И. Лабораторный практикум по общей технологии строительных материалов: учеб. пособие для техникумов / Г.И. Клюковский, Г.Г. Ульянова. - М.: Высш. шк., 1982. - 208 с.

. Козлов Ю.С. Материаловедение: учеб. пособие для техн. спец. сред. учеб. заведений / Ю.С. Козлов. - М.; СПб.:

АГАР: Лань, 1999. - 181 с.

. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: учеб. для вузов / А.Г. Комар. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988. - 527 с.

. Лабораторный практикум по строительным материалам: учеб. пособие для вузов / А.М. Гридчин [и др.]. - Белгород, 2001. - 224 с.

. Мартынов К.Я. Материаловедение: учеб. пособие / К.Я. Мартынов, Н.А. Машкин, Г.С. Юрьев; - Новосибирск, 2001. - 180 с.

. Материаловедение: практикум / В.И. Городниченко [и др.]; под ред. С. В. Ржевской. - М.: Логос, 2004. - 271 с.

. Материаловедение: метод. указания / М.В. Балахнин, О.А. Игнатова, С.А. Иноземцева. - Новосибирск, 1996. - 33 с.

. Материаловедение: природные и обжиговые строительные материалы: учеб. пособие / В.Ф. Завадский [и др.]; - Новосибирск: НГАСУ, 2000. - 88 с.

. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - 4-е изд., стер. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 648 с.

. Наназашвили И.Х. Строительные материалы и изделия: справ. пособие / И.Х. Наназашвили, И.Ф. Бунькин, В.И. Наназашвили. - М.: Аделант, 2005. - 479 с.

. Основин В.Н. Справочник по строительным материалам и изделиям / В.Н. Основин, Л.В. Шуляков, Д.С. Дубяго. - 2-е изд. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 443 с.

. Попов К.Н. Строительные материалы и изделия: учеб. / К.Н. Попов, М.Б. Каддо. - М.: Высш. шк., 2002. - 368 с.

. Попов Л.Н. Лабораторные работы по дисциплине «Строительные материалы и изделия»: учеб. пособие / Л.Н. Попов, Н.Л. Попов. - М.: ИНФРА-М, 2003. - 224 с.

. Ржевская С.В. Материаловедение: учеб. для вузов / С.В. Ржевская. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос, 2004. - 422 с.

. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: учеб. пособие для вузов / И.А. Рыбьев. - М.: Высш. шк., 2002. - 702 с.

. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы): учеб. для вузов / В.Г. Микульский [и др.]; под ред. В.Г. Микульского. - М.: Ассоц. строит. вузов, 2004. - 536 с.

. Физико-химические методы исследования строительных материалов: метод. указания / Н.И. Тюленева. - Новосибирск, 1999. - 24 с.