Патент на изобретение №2346809

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению деревянных шпал. Описан способ получения модифицированной древесины из сырого бревна древесины мягких лиственных пород с фаутной зоной, включающий пропитку сырой цилиндрической заготовки маслянистым антисептиком с торца под давлением и одновременную сушку-прессование, при этом здоровую зону древесины пропитывают маслянистым антисептиком, а фаутную зону смесью маслянистого антисептика и упрочняющего раствора, содержащего растворитель – керосин или уайт-спирит, и упрочняющее вещество выбрано из группы, включающей: отходы производства каучука – кубовые остатки ректификации бутадиена, кубовые остатки ректификации толуола, фенолоспирты, причем количество упрочняющего раствора определяют из формулы

где М – количество упрочняющего раствора, л; Н_з – твердость здоровой зоны, Н/мм²; Н_ф – твердость фаутной зоны, Н/мм²; С – концентрация упрочняющего раствора в фаутной зоне, л/м³; V – объем фаутной зоны, м³; k – коэффициент, учитывающий уменьшение диаметра фаутной зоны от комлевой части бревна к вершинной, 0,8k1. Технический результат – предложенный способ позволяет получить древесную заготовку, например шпалу, с высокими показателями прочности и твердости по всему сечению, а также высокой износостойкостью. 2 ил.

ИИзобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению деревянных шпал.

Известен способ получения модифицированной древесины для шпал, включающий одновременное уплотнение пропитку и сушку до влажности 20% в каменноугольном масле (см. Пат. РФ №2128113, МКИ В27К 3/08, 1999 г.).

Техническим недостатком этого способа является то, что получаемая заготовка шпалы оказывается пропитанной на глубину 1-3 мм поперек волокон и до 150 мм с торца при поперечном сечении шпалы 180×250 мм и длине 2750 мм, т.е. отсутствует сквозная пропитка шпалы.

Этот недостаток устраняется при использовании наиболее близкого к предложенному по совокупности признаков устройства и способа пропитки цилиндрической заготовки с торца под давлением (см. Пат. РФ №2227779, МКИ В27К 3/10, 2004 г.).

Древесина мягких лиственных пород диаметром 25 см и более на 80% имеет в центральной части гниль (фаутную зону), у которой прочность в среднем вдвое ниже, а проницаемость для жидкостей в 1,5-3 раза выше, чем у здоровой древесины. Диаметр такой пораженной грибами зоны колеблется от 10 до 15 см в зависимости от возраста древесины и соответственно диаметра ствола.

Недостатком способа, описанного в Пат.№2227779, является невозможность качественной обработки древесины, содержащей фаутную зону, т.к. из-за большой рыхлости фаутной зоны пропиточная жидкость будет проходить только через фаутную зону (из-за большего сопротивления здоровой зоны). В результате получаемая модифицированная древесина имеет низкое качество.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, – повышение качества модифицированной древесины для шпал.

Для решения этой задачи в способе, включающем пропитку сырого бревна древесины мягких лиственных пород с фаутной зоной, обеспечивают пропитку сырой цилиндрической заготовки маслянистым антисептиком с торца под давлением и одновременную сушку-прессование. Отличие состоит в том, что здоровую зону древесины пропитывают маслянистым антисептиком, а фаутную зону смесью маслянистого антисептика и упрочняющего раствора, содержащего растворитель-керосин или уайт-спирит, и упрочняющее вещество, выбранное из группы, включающей: отходы производства каучука – кубовые остатки ректификации бутадиена, кубовые остатки ректификации толуола, фенолоспирты, причем количество упрочняющего раствора определяют из формулы где М – количество упрочняющего раствора, л; Н_з – твердость здоровой зоны, Н/мм²; Н_ф – твердость фаутной зоны, Н/мм²; С – концентрация упрочняющего раствора в фаутной зоне, л/м³; V – объем фаутной зоны, м³; k – коэффициент, учитывающий уменьшение диаметра фаутной зоны от комлевой части бревна к вершинной, 0,8k1.

Кроме того, в качестве упрочняющего раствора возможно использование форконденсата карбамидоформальдегидного олигомера (КФК).

На фиг.1 показан прибор для определения соотношения твердости здоровой зоны к твердости фаутной зоны а на фиг.2 – пропиточное устройство для раздельной пропитки фаутной и здоровой древесины.

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 упрочняющего вещества используются отходы нефтехимии, в частности отходы производства каучука, такие как, кубовые остатки ректификации бутадиена (КОРБ), кубовые остатки ректификации толуола (КОРТ), фенолоспирты. Также возможно использование форконденсата карбамидоформальдегидного олигомера. 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. Прибором, показанным на фиг.1, 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 находится объем пропиточного раствора, который необходимо ввести в данную заготовку. Из смесителя 12 дозировано в пропиточную головку 9 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 105°С в течение 22 ч до влажности 20% с одновременным уплотнением при механическом давлении 0,8 МПа с получением в сечении прямоугольного профиля готовой шпалы 18×25 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.

Пример 1. В сырой цилиндрической заготовке древесины березы диаметром 25 см, длиной 275 см, содержащей центральную фаутную зону диаметром 12 см в комлевой части и 10 см в вершинной части определяется соотношение величины твердости здоровой зоны к твердости фаутной зоны Поправочный коэффициент k, учитывающий уменьшение диаметра фаутной зоны от комлевой части бревна к вершинной, равен 0,9. Определяем объем фаутной зоны V=0,3 м³. По формуле определяем количество упрочняющего раствора КФК, имеющего концентрацию 100 л/м³, М=0,9·2·100 л/м³·0,03 м³=5,4 кг. Исходя из объема фаутной зоны 0,03 м³ или 30 л объем пропиточной смеси при максимальном поглощении 80% будет равен 30×0,8=24 л. Пропиточная смесь будет состоять из 6,5 л упрочняющего раствора и 17,5 л антисептика.

Далее заготовка помещается в пропиточную установку, и в нее с комлевой части гидроцилиндром внедряются в торец внешняя и внутренняя головки.

Во внешнюю головку закачивается антисептик и под давлением 8 атм в течение 12 мин пропитывается здоровая зона заготовки. Одновременно из смесителя во внутреннюю головку закачивается смесь антисептика и упрочняющего раствора в количестве 24 л и пропитывается фаутная зона заготовки в течение 8 мин при давлении 8 атм.

Пропитанная заготовка помещается в пресс-форму, имеющую ширину 25 см и высоту 18 см, которая устанавливается в сушильно-прессовую установку по пат.№2039645, где высушивается при температуре 105°С в течение 22 ч до влажности 20% и прессуется с образованием прямоугольного сечения 18×25 см. Выделяющиеся пары воды, каменноугольного масла и растворителя улавливаются и разделяются в сепараторе, и смесь каменноугольного масла и растворителя возвращается в смеситель.

Получаемая шпала имеет равную прочность и твердость по всему сечению, соответствующие показателям древесины дуба, и имеет сквозную пропитку антисептиком.

Пример 2. В сырой цилиндрической заготовке древесины осины диаметром 25 см длиной 275 см, содержащей фаутную зону диаметром 15 см в комлевой и вершинной части определяется соотношение величины твердости здоровой зоны к твердости фаутной зоны Поправочный коэффициент k, учитывающий уменьшение диаметра фаутной зоны от комлевой части бревна к вершинной, равен 1. Определяем объем фаутной зоны V=0,049 м³. По формуле определяем количество упрочняющего раствора КОРТ, имеющего концентрацию 200 л/м³. М=1·1.6·200 л/м³·0,049 м³=15,7 кг. Исходя из объема фаутной зоны определяем количество пропиточной смеси, равное 39 л.

Далее заготовка помещается в пропиточную установку и в нее с комлевой части гидроцилиндром внедряется в торец внешняя и внутренняя головки. Во внешнюю головку закачивается антисептик и под давлением 8 атм в течение 12 мин пропитывается здоровая зона заготовки. Одновременно из смесителя во внутреннюю головку закачивается смесь антисептика и упрочняющего раствора в количестве 39 л и пропитывается фаутная зона заготовки в течение 10 мин под давлением 8 атм.

Далее процесс протекает по примеру 1.

Получаемая древесина шпалы имеет среднюю плотность 800 кг/м³, предел прочности при сжатии поперек волокон 40 МПа, твердость поперек волокон 81 МПа, износостойкость на 20% выше, чем у древесины дуба.

Предлагаемый способ позволяет получать шпалы, полностью соответствующие европейским стандартам, на шпалы из древесины твердых лиственных пород и использовать для получения шпал до 80% всей заготавливаемой в лесу древесины мягких лиственных пород.

Формула изобретения

Способ получения модифицированной древесины из сырого бревна древесины мягких лиственных пород с фаутной зоной, включающий пропитку сырой цилиндрической заготовки маслянистым антисептиком с торца под давлением и одновременную сушку-прессование, отличающийся тем, что здоровую зону древесины пропитывают маслянистым антисептиком, а фаутную зону смесью маслянистого антисептика и упрочняющего раствора содержащего растворитель – керосин или уайт-спирит и упрочняющее вещество выбрано из группы включающей отходы производства каучука – кубовые остатки ректификации бутадиена, кубовые остатки ректификации толуола, фенолоспирты, причем количество упрочняющего раствора определяют из формулы , где М – количество упрочняющего раствора, л, Н_з – твердость здоровой зоны, Н/мм², Н_ф – твердость фаутной зоны, Н/мм², С – концентрация упрочняющего раствора в фаутной зоне, л/м³, V – объем фаутной зоны, м³, k – коэффициент, учитывающий уменьшение диаметра фаутной зоны от комлевой части бревна к вершинной, 0,8k1.

РИСУНКИ