автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение качества отделочных и конструкционных материалов из берёзы объёмной импульсной пропиткой водорастворимыми антипиренами и красителями

На правах рукописи

ЛИ ХУНДА

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОТДЕЛОЧНЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ БЕРЁЗЫ ОБЪЁМНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ПРОПИТКОЙ ВОДОРАСТВОРИМЫМИ АНТИПИРЕНАМИ И КРАСИТЕЛЯМИ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

,1 О И ЮН 2010

Томск - 2010

004604012

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», в Обособленном структурном подразделении «Научно-исследовательский институт высоких напряжений»

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор физ.-мат. наук, профессор Лопатин Владимир Васильевич доктор технических наук, профессор Машкин Николай Алексеевич кандидат технических наук, доцент Сафронов Владимир Николаевич ФГОУ ВПО «Сибирский Федеральной университет» (г. Красноярск)

Защита состоится 18 июня 2010 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, Томск, пл. Соляная, 2, корп. 5, ауд. 307-5, факс: (3822) 41-90-82

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 17 мая 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Копаница Н.О.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Древесина является одним из самых распространенных строительных материалов.

Конкурентоспособность древесины по сравнению с другими строительными материалами определяется не только ее способностью к воспроизводству, доступностью, технологичностью и относительно невысокой стоимостью, но и высокими физико - механическими и декоративными свойствами. Использование древесины

ограничивается в связи с ее подверженностью гниению (малым сроком службы), а также высокой горючестью. Кроме того, объёмы заготовок высококачественной древесины хвойных и лиственных пород существенно уменьшились и подошли к максимальным возможностям продуктивных лесов. Поэтому для удовлетворения постоянно растущих потребностей народного хозяйства необходимо вовлечь в сферу применения в строительстве древесину малоценных быстрорастущих лиственных пород, таких как берёза, осина, тополь и

др.

В связи с этим проблема защиты древесины от огня, воздействия дереворазрушающих, деревоокрашивающих грибков, а также повышение потребительских и декоративных свойств малоценной древесины является актуальной. Одним из направлений в решении задачи рационального использования древесины малоценных пород является повышение ее качества огне- и биостойкости, улучшение декоративных свойств пропиткой соответствующими растворами. Качество объёмной пропитки древесины определяется равномерностью распределения пропитывающего состава по объёму заготовки. Существующие технологии пропитки не удовлетворяют требованию однородности распределения красящих или огнезащитных растворов по объёму изделия.

Исследования выполнены по тематическому плану государственных бюджетных работ Томского политехнического университета и Шеньянского технологического университета КНР.

Объект исследования - повышение качества отделочных и конструкционных материалов из берёзы.

Предмет исследования - закономерности объёмной импульсной пропитки водорастворимыми составами и ускоренной сушки древесины берёзы.

Целью диссертационной работы является разработка научно-обоснованных приёмов объёмной пропитки отделочных и конструкционных материалов из берёзы водорастворимыми составами антипиренов и красителей, способов ускорения сушки однородным введением энергии в древесину, а также технологии и опытно-промышленного оборудования для производства.

Основные задачи исследований:

-исследовать влияние давления, температуры, состава пропитывающего раствора на качество объёмной пропитки заготовок материала;

- установить влияние цикличности импульсного давления при объёмной пропитке древесины березы на качество заготовок;

- исследовать комплексное воздействие кондуктивного и высокочастотного (ВЧ) разрядного способов на динамику и качество сушки древесины;

- разработать технологию и опытно-промышленное оборудование для объёмной пропитки древесины;

- обосновать экономическую целесообразность применения данной технологии.

Научная новизна работы:

- установлен режим объёмной пропитки древесины берёзы водными растворами антипиренов и красителей импульсным способом: максимальное давление - 1,2 х 106 Па, необходимые и достаточные скважность и число импульсов давления, а также продолжительность пропитки, определяемые по скорости снижения давления в камере 1200 + 1400 Па/с, при начальной влажности древесины (6 + 20) %, которые обеспечивают однородность распределения пропиточного состава по всему объёму заготовки материала не менее 97 %;

- установлены закономерности повышения качества объёмной пропитки и сушки древесины берёзы от технологических параметров (давление в камере, температура, состав пропитывающего раствора), являющиеся основой для разработки технологии модифицирования древесины;

- установлено, что ускоренная до 2,5 раз комбинированная сушка объёмно-пропитанной древесины березы кондуктивным и ВЧ-разрядным способами, при температуре не превышающей 70 °С и внутренних градиентах по объёму не выше 3 °С, не приводит к снижению ее физико-механических свойств.

Практическая ценность работы:

-разработан технологический регламент объёмной пропитки и апробирована опытно-промышленная пропиточная установка с производительностью 0,4 м3 в смену;

-разработана технологическая схема производства модифицированной древесины.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы:

-при разработке и изготовлении промышленной установки для пропитки древесины с объёмом загрузки 1м3 и разработке проекта автоматизированной промышленной сушильной камеры по заказу китайской компании «Yingkou Xiaoyu integrated houses Co., Ltd.»;

-в учебном процессе при подготовке инженеров и магистрантов по направлению строительные материалы;

-в курсе «Электроразрядные технологии обработки и разрушения материалов» магистерской программы «Техника и физика высоких напряжений» Томского политехнического университета и «Электротехнологии» Томского государственного архитектурно-строительного университета. Защищаемые положения:

-зависимости качества пропитки древесины берёзы от технологических параметров: амплитуды, необходимой и достаточной скважности и числа импульсов давления, определяемых по скорости снижения импульса давления в камере 1200 1400 Па/с, температуры, состава пропитывающего раствора и времени заготовки древесины;

- технологический режим объёмной пропитки древесины;

- результаты экспериментальных исследований комплексного воздействия кондуктивного и ВЧ-разрядного способов введения энергии на темпы и качество сушки древесины;

техническое предложение на проект промышленного производства модифицированной древесины с производительностью 80 м3 в месяц.

Достоверность и обоснованность результатов работы

подтверждается использованием корректных научных положений строительного материаловедения и электротехники, современным измерительным оборудованием, статистической обработкой результатов, достаточным набором экспериментального материала, а также практической реализацией научных положений при создании технологии и опытно-промышленного оборудования.

Апробация работы. Научные положения и результаты диссерационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции (г. Томск, 2008 г.); Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора A.A. Воробьёва (Томск, 2009 г.); XV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (г. Томск, 2009 г.); VI Международной конференции студентов и молодых ученых (г. Томск, 2009 г.); II Всероссийской научно-практической конференции (г. Томск, 2009 г.); на конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов Российских вузов» (г. Томск, 2009 г.); II Научно-практической конференции студентов, магистрантов иностранных и аспирантов ТПУ (г. Томск, 2008 г.).

Личный вклад автора состоит в анализе проблемы, разработке методик, организации и проведении экспериментальных исследований, анализе и обобщении результатов исследований, участии во внедрении технологических решений, изложенных в диссертационной работе.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 из перечня ВАК. Получены 1 патент на изобретение и 2 патента на полезную модель.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованной литературы. Основное содержание работы изложено на 115 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 4 таблицы. Список используемой литературы включает 124 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи исследований, показана научная новизна полученных результатов и их значимость.

В первой главе показана техническая, технологическая и экономическая проблема пропитки и сушки древесины. Приведён анализ известных технологических способов и оборудования пропитки и сушки древесины. Основы теории и технологии пропитки и сушки древесины были разработаны в различные годы Лыковым

A.B., Уголевым Б.Н., Шубиным Г.С. и другими. Значительный вклад в теорию и практику модифицирования древесины внесли Ермолин В.Н., Красников В.В., Кириллов Н.М, Данилов O.JI, Пыльников H.A., Хрулев

B.М., Машкин H.A. и др. На основании особенностей строения древесины лиственных пород показано, что для её объёмной пропитки перспективным является использование давления пропитывающего состава. Минимизация внутренних напряжений и сохранение состава древесины при сушке возможны только при объёмном вводе энергии в заготовку при температуре не выше 75 °С. Сформулирована цель и задачи исследований.

Во второй главе описано экспериментальное оборудование и методика исследований импульсной объёмной пропитки и сушки древесины комбинированным методом, включающим в себя кондуктивный и ВЧ-разрядный способы. Эксперименты по

объёмной пропитке древесины проводились на лабораторной установке, схема которой представлена на рисунке 1.

1,2,3-рабочие камеры; 4-ресивер; 5- вакуумный насос; 6-мановакууметр; 7,8,9- ёмкости с пропитывающим составом; 10-насос высокого давления; 11-манометр; 12-запорная арматура; 13-обратный клапан.

Рисунок 1 - Экспериментальная установка для объёмной пропитки

древесины

Контроль качества объёмной пропитки древесины огнезащитными составами проводился по ГОСТ 16363 - 98. Для испытаний подготавливались 10 образцов выпиливаемых из средней части высушенной доски (берёзы), пропитанной огнезащитным составом. Средняя плотность образцов составляла от 600 до 620 кг/м3, а влажность - (8±1) %. Образцы изготавливались в виде прямоугольных брусков с поперечным сечением (30x30) мм2 и длиной вдоль волокон 150 мм, взвешивались с погрешностью не более 0,1 г. Оценка огнезащитной эффективности определялась по потере массы образцов.

Для количественной оценки качества объёмной пропитки древесины красителями (координат цветности) использовался спектроколориметр ТКА-ВД. Образцы размером 100x20x10 мм3 изготавливались из разных зон пропитанной заготовки. Полученные результаты сравнивались между собой. Погрешность измерения составляла ± 2 %.

Исследования процесса сушки древесины проводилось на лабораторной установке, схема которой представлена на рисунке 2(a). Установка снабжена резистивными электронагревателями (13) из нихромовой фольги, помещенных в металлическую камеру, одновременно являющимися электродами высоковольтной высокочастотной электроразрядной сушки древесины.

Измерение влажности проводилось с помощью электронного измерителя влажности древесины "COMPACTS". Измерение температуры древесины осуществлось датчиками температуры марки ДТСХХ4, помещенных на глубину 2+3 см в отверстия в доске. Рядом с термодатчиками устанавливались датчики влажности. Датчики располагаются в центральной части слоя и с одного края древесины (рисунок 26). Влажность и температура измерялись с интервалом в 2 часа.

Контрольное определение влажности осуществлялось весовым способом по ГОСТ 16588-91. Контроль уровня воздействующего напряжения высокой частоты (ВЧ) приложенного к электродам-термоэлементам осуществлялся по осциллограммам напряжения. Исследования механических характеристик древесины проводились на образцах березы размером 30x30x200 мм. Точность изготовления, влажность и количество образцов соответствовало ГОСТ 16483.0-70.

Контроль остаточных напряжений при оценке качества сушки осуществлялся согласно требований «Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины». Центральный научно - исследовательский институт механической обработки древесины. - Архангельск, 1985г.

а) 1-трансформатор на 36 В; 2-вакууметр; 3- термоизмеритель; 4 -вакуумная камера; 5-пояс Роговекого; 6-генератор высокого высокочастотного (40-100 кГц) напряжения до 2 кВ; 7-делитель напряжения; 8-осциллограф; 9-вакуумный насос; 10-конденсор; 11,12-запорная арматура; 13-электронагревательные термоэлементы; 14- образцы древесины; 15-термодатчики; б) схема расположения датчиков.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований пропитки, сушки, огневых и физико-механических испытаний образцов из древесины березы. Исследования результатов пропитки древесины водными растворами показали, что насыщение древесины наиболее эффективно происходит не при постоянном давлении раствора в камере, а при циклическом многоимпульсном режиме нагружения. Сокращение времени при многоимпульсной пропитке происходит в результате упругих деформаций капилляров древесины. При повышении давления происходит не только проникновение раствора в капилляры, но и деформация их стенок. По мере выравнивания давления в сосудах и в камере, капилляры принимают исходное состояние за счет сил упругости. В этом случае внутренняя полость капилляра служит своеобразным перистальтическим насосом, способствующим проникновению

раствора в объём заготовки. Многократными измерениями в разных режимах удалось оптимизировать режим нагружения, который является наиболее эффективным для пропитки древесины березы с влажностью (6 20) %.

После загрузки образцов пропитываемой древесины в пропиточные камеры - 1,2,3 (рисунок 1) производилась откачка воздуха из камеры вакуумным насосом (5) до давления 104 Па. Пропитываемый материал в камерах выдерживался в течение 1 часа при этом давлении. После выдержки камеры заполнялись пропитывающим составом из емкостей (7,8,9) под действием разряжения в камере. После заполнения камер пропитывающим составом, в них создавалось повышенное давление насосом высокого давления (10). При достижении максимального давления Р^ = 1,2x106 Па насос отключался, и давление снижалось за счет внедрения пропитывающего раствора в объём древесины. При скорости снижения давления в камере 1200 1400 Па/с, включался насос и давление поднималось до 1,2x106 Па. При скорости снижения давления 1200 + 1400 Па/с в диапазоне (0,9 ^ 1)хРпшх процесс пропитки заканчивался.

Сравнение распределений цветности среза одинаковых заготовок, пропитанных в течение 4 часов, при давлении 1,2 х 10б Па и многоимпульсном нагружение показало, что режим постоянного давления обеспечивает только 64 % однородности, тогда как многоимпульсное нагружение в установленном оптимальном режиме обеспечивает 97 % однородность распределения (рисунок 3). Качество пропитки при постоянном давлении 1,2хЮ6 Па даже в течение 10 часов только приближается к качеству пропитки березы в оптимальном режиме.

Стилизованная временная зависимость давления в камере представлена на рисунке 4. Необходимые скважность и число импульсов давления, достаточные для качественной объёмной пропитки, зависят от исходной влажности древесины и размера заготовки.

Влияние времени заготовки древесины (январь, март, май, июнь, август, октябрь, ноябрь и декабрь) на качество объёмной пропитки, определялось по средней плотности пропитанных образцов.

ч 160

1 ч>-

н

140-

и] н 130-

о в 120 -

СО НО -

Э 100-

90

50 -

70-

«0.

Ршах

5 0.9

Р а

0.5

к ДА ^---—

\

10 20

30

40 ?0 Толщина, мм

Рисунок 3 - Распределение цветности по толщине доски. 1 -импульсная пропитка; 2 - пропитка при постоянном давлении.

Время

Рисунок 4 - Стилизованная временная зависимость давления в камере.

1 - импульс давления;

2 - результирующая зависимость насыщения древесины.

Наибольшая эффективность объёмной пропитки обеспечивается при использовании древесины зимней заготовки, а наименьшая -летней заготовки (рисунок 5).

Оптимальная длительность обработки материала при влажности 20 % составляла не более 4 часов.

В 8 10 а И

15

10

7 9 И Время, месяц

Рисунок 5 - Зависимость средней плотности объёмно пропитанных берёзовых заготовок от времени их заготовки

Рисунок времени максимального камере.

Б 10 12 14 Давление, 10" Па

Зависимость пропитки от давления в

При повышении максимального давления в камере сокращается время пропитки, однако при повышении давления выше 6х 105 Па + 1,2x106 Па динамика сокращения времени пропитки снижается (рисунок 6). Поэтому, повышение давления в камере выше 10б Па нецелесообразно.

На рисунке 7 представлена зависимость влияния температуры пропитывающего раствора на среднюю плотность образцов березы после пропитки. Исследованиями установлено, что повышение температуры от 20 до 80 °С повышает среднюю плотность образцов на 10-15 %. Однако нагрев пропитывающего состава связан с большими энергетическими затратами, поэтому нецелесообразно использовать его в производственных условиях.

Для проведения исследований влияния пропитывающих растворов на качество пропитки древесины, исходя из экологических, технологических и экономических соображений были выбраны водорастворимые составы, выпускаемые отечественной промышленностью. По результатам исследований установлено (рисунок 8), что наибольшей эффективностью обладают составы производства ООО «Пигмент», г. Тамбов; на втором месте по критерию качества пропитки находятся водорастворимые красители производства ООО «Колорос» г. Москва; на третьем - огнезащитные составы производства ООО «Оберег», г. Новосибирск. В дальнейшем, при проведении исследований в качестве огне-биозащитного состава применяли состав производства ООО «Оберег».

.1100 §1000

В 900

0

1 800

Й 700

а О

1

¿и—

А УЛ

#

Г

0

4 Время, час

20 30

50 60 70 80 Темлерат}ра, °С

Рисунок 7 - Зависимость средней плотности объёмно пропитанной древесины от температуры пропитывающего состава

1.Краситель - ООО "Пигмент"

2.КраС1ггель • ООО "Колорос" З.Огнебнозаяяпнын состав ■ ООО "Оберег"

Рисунок 8 - Влияние вида пропитывающего состава на длительность пропитки и среднюю плотность материала

Определение необходимой концентрации огнезащитного состава для получения древесины из берёзы не ниже 1-й категории огнестойкости проводилось на образцах размером 150x30x30 мм (рисунок 9). Исходная влажность образцов пропитанной древесины составляла 20 %. При концентрации пропитывающего состава выше 20-^-30 кг/м3 масса заготовки при огневых испытаниях уменьшается незначительно, поэтому в производстве применять концентрацию огнезащитного раствора выше 30 кг/м3 нецелесообразно. Контроль качества объёмной пропитки древесины на огнестойкость проводился по потере массы при огневых испытаниях (рисунок 10). Как видно из графиков разработанная технология обеспечивает пропитку заготовки огнезащитным составом по всему объёму.

Для определения влияния влажности древесины на качество объёмной пропитки использовался водный раствор красителя производства ООО «Пигмент» с концентрацией 6 г на литр. Из анализа результатов измерения цветности пропитанной древесины следует, что для качественной объёмной пропитки влажность древесины не должна превышать 20 %.

1 \

\

\

ч :—: ы

70

а 60

о

2 50

«

& и 40

О

С 30

20

10

10 20

30 40 50 60 Концентрация, кг/м

Рисунок 9 - Зависимость потери массы образца при огневых испытаниях от концентрации огне -биозащитного раствора

О 5 10 15 20 25 30 35 40

Толщина, мм -»- оСъгмно пропитанная древесина

поверхностно обработанная древеснна не обработанная древесина

Рисунок 10 - Потеря массы образцов при огневых испытаниях.

Снизить внутренние напряжения при сушке древесины можно объёмным нагревом заготовок электромагнитным СВЧ и ВЧ полем, а также за счет протекания тока проводимости. Применение

последнего не требует сложных устройств преобразования и позволяет сократить затраты энергии на единицу испаренной влаги. Трудности в обеспечении плотного и надежного по всей поверхности электрического контакта между поверхностями электрода и древесины, связанные с шероховатостью последней, сдерживают использование резистивного нагрева. Зажигание разрядной плазмы на ВЧ напряжении при пониженном давлении в контактном слое позволяет снизить влияние шероховатости древесины и обеспечить протекание тока через поверхность древесины с электрода, а на начальных этапах сушки - кроме активной и составляющей тока использовать для нагрева объёма заготовки и реактивную компоненту. Однако, применение этого способа сушки древесины вынуждает использовать только электрическую энергию, что экономически не выгодно. В то же время, на любом деревообрабатывающем предприятии имеется большое количество древесных отходов (стружка, обрезки, опилки и др.), которые могут быть использованы для получения тепловой энергии. Совмещение кондуктивного способа сушки (электропроводящего термоэлемента) и электрического разряда на ВЧ напряжении позволяет увеличить темпы сушки при высоком качестве конечного продукта и снизить затраты электрической энергии.

Для проверки этой гипотезы были проведены экспериментальные исследования сушки в вакууме следующими способами: кондуктивным, ВЧ-электроразрядным, а так же комбинированным, включающим в себя кондуктивный и ВЧ-электроразрядный способы.

Опыты проводились в трёх режимах: -сушка кондуктивным способом: мощность тепловой энергии 120 Вт; -сушка ВЧ-электроразрядным способами: напряжение до 2 кВ, частота 50 кГц, мощность ВЧ генератора 120 Вт; -сушка комбинированным способом: кондуктивный нагрев (60 Вт) совместно с ВЧ-электроразрядным нагревом (60 Вт, напряжение до 2 кВ, частота 50 кГц).

Сравнительные исследования кондуктивного, ВЧ-электроразрядного и комбинированного способов сушки древесины толщиной 50 мм (рисунок 11) позволили установить, что:

1) комбинированный метод обеспечивает отклонения температуры по толщине заготовки не более 3 °С;

2) время сушки древесины до 10 % влажности сокращается в 2 раза относительно ВЧ-разрядного способа и 2,5 раза относительно кондуктивного способа сушки.

На рисунке 12 представлены значения влажности образцов по толщине заготовки. Видно, что наименьшие перепады влажности (менее 5 %) по толщине относятся к диаграммам комбинированного способа сушки. Остаточные напряжения в высушенной древесине составляли не более 1 %, что свидетельствует о высоком качестве сушки (1-ая категория).

Я>

1С

я' 60-

о,

| 50£ 40'

X' 20 ■

0 } 10 1* 21) .!< .10 .15 40 Бреыя, ч

конд\тсгпйныЯ ВЧ-разрядный комбинированный в центре - о . —*— —

к поверхности ■ ■ - л- - - -о ■

Рисунок 11 - Зависимость изменения влажности образцов от времени сушки

5 10 15

25 30 15 40 45 Толщина,к

кондуиивньш ВЧ-разрядныЛ комбинированный 0 час ' • - -

45 час- -о- -о- -й-

Рисунок 12 - Зависимость изменения влажности образцов от толщины заготовки

Механические свойства пропитанной и высушенной древесины приведены в таблице 1. На разработанные технические решения получены патент на способ и полезную модель. Таблица -1 Механические свойства древесины после сушки_

Вид сушки Среднее значение предела прочности при сжатии вдоль волокон, МПа Среднее значение модуля упругости, МПа

атмосферная 56,90 ±4,10 10,81 ± 3.1

комбинированный метод сушки образцов, пропитанных водой 54,65 ±4,60 10,9 ±3 .4

комбинированный метод сушки образцов, пропитанных раствором антипирена 7,1 ±2,01 11.9 ±2,2

В четвёртой главе приведено техническое предложение на создание производства заготовок модифицированной древесины. Схема производства модифицированной древесины представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Схема производства модифицированной древесины

В состав комплекта оборудования для производства модифицированной древесины входят.

1. Комплект оборудования по объёмной пропитке древесины со следующими характеристиками:

- объём загрузки - до 1,5 м3

- продолжительность пропитки условного пиломатериала - до б ч. -удельные затраты электроэнергии на объёмную

пропитку 1 м3 древесины - до 12 кВтхчас

2. Комплект оборудования по сушке древесины в вакууме:

- общий объём загрузки камер - до 24 м3

- удельные затраты электроэнергии на сушку 1м3

условного пиломатериала - до 350 кВт*час

- продолжительность сушки условного пиломатериала - 50 70 ч.

- температура сушки - 40 + 80 ° С

- конечная влажность древесины <10%

3. Комплект оборудования по утилизации остатков пропитывающего состава.

Вакуумный выпарной аппарат ВВА-100 со следующими характеристиками:

- производительность по выпаренной влаге - до 100 л/час

- установленная мощность - 54 кВт

Общая стоимость оборудования - 10000000 руб.

Оценочный расчет затрат по эксплуатации опытного производства модифицирования древесины с производительностью 80 м3/мес. в перерасчете на 1 м3 готовой продукции в ценах на 01.06.09 г.

1. Энергозатраты - 2550 руб.

2. Холодная вода -180 руб.

3. Материалы:

- береза - 6000 руб.

- красители и составляющие - 2000 руб.

4. Заработная плата (6 чел. х 10000 руб.)/ 80 - 750 руб.

- начисления на з/п 26,3 % - 197,25 руб.

5. Накладные расходы 100 % к з/п - 750 руб. ИТОГО -12427,25 руб. НДС 18% -2236,905 руб. СЕБЕСТОИМОСТЬ: -14664,155 руб.

Цена мебельной заготовки из пропитанной древесины на рынке составляет 20 тыс. руб. за 1м3.

Доход составляет 426880 руб. в месяц. Оборудование окупается за 23,4 месяца

Основные результаты и выводы

1. Установлено, что для модифицирования древесины из березы предпочтительнее использовать импульсное воздействие пропитывающими составами.

2. Установлен режим объёмной пропитки древесины берёзы водными растворами антипиренов и красителей импульсным способом: максимальное давление - 1,2x10б Па, необходимые и достаточные скважность и число импульсов давления, а также продолжительность пропитки, определяемые по скорости снижения давления в камере 1200 1400 Па/с при начальной влажности древесины (6 20) %, которые обеспечивают однородность распределения пропиточного состава по всему объёму заготовки материала не менее 97 %; Выбраны оптимальные давление, температура и состав пропитывающих растворов.

3. Установлены закономерности повышения качества процессов объёмной пропитки и сушки древесины берёзы от технологических

параметров (давление в камере, температура, состав пропитывающего раствора), являющиеся основой для разработки технологии модифицирования древесины.

4. Разработана методика контроля качества объёмной пропитки древесины по цветовым характеристикам, которая позволяет определить равномерность пропитки древесины по объёму заготовки.

5. Разработаны технологический регламент объёмной пропитки и апробирована опытно-промышленная пропиточная установка с производительностью 0,4 м3 в смену.

6. Предложена и апробирована ускоренная комбинированная сушка объёмно-пропитанной древесины березы кондуктивным и ВЧ-разрядным способами при температуре не превышающей 70 °С и внутренних градиентах по объёму не выше 3 °С, не приводящая к снижению ее физико-механических свойств;

7. Реализованные режимы пропитки и сушки древесины позволили увеличить ее механическую прочность на 10 + 15 %.

8. При объёмной пропитке высушенной древесины берёзы выбранными антипиренами стабильно обеспечивается получение изделий с огнестойкостью первой категории с неизменной потерей массы по толщине заготовки.

9. Разработано техническое предложение и технико-экономическое обоснование на проект производства модифицированной древесины.

Автор глубоко признателен профессору ТГАСУ Кудякову А.И. за консультации и полезные советы при выполнении работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Секисов, Ф.Г. Объёмная пропитка древесины берёзы /Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, А.Н. Казарин, Ли Хунда, B.C. Веснин, М.А Горешнев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. -2010. -№1. - С. 158-164.

2. Кассиров, Г.М. Особенность сушки древесины в поле электрического разряда в вакууме / Г.М. Кассиров, Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, Ли Хунда II Изв. ВУЗов Физика. - 2007 - № 9 -523 с.

3. Патент на изобретение ZL 2008 10010850.4 КНР, F26B 7/00, F26B 5/22, F26B 3/00. Способ сушки древесины / Ли Хунда, цзюньфэн Цуй,

Банго Цинь (КНР). -№ CN 101251331А; заявил 01.04.2008 г. опубл. 27.08.2008 г.

4. Патент на полезную модель 2008 20011855.4. КНР, F26B 7/00, F26B 5/22, F26B 5/04 Оборудование сушки древесины / Ли Хунда (КНР), Цзеньфэн Цуй (КНР), Банго Цинь (КНР), В.В. Лопатин (РФ), Ф.Г. Секисов (РФ), О.В. Смердов (РФ) -№ CN 201187936Y. Заявл. 01.04.2008 г. опубл.28.01.2009 г.

5. Патент на полезную модель 93104 РФ, МПК Е04С 2 /26. Строительная панель / Сунь Чжунцян, Лю Синьли, Ян Чжэньюй, Ли Хунда (КНР) -№ 2009120079. заявл. 26.05.2009 г.; зарегистрировано в гос. реестре 20.04.2010 г.

6. Веснин, B.C. Методика расчёта передачи энергии в объём заготовки при электроразрядной сушке древесины в вакууме / B.C. Веснин, Ф.Г. Секисов, Ли Хунда II Труды XV международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск: ТПУ, 2009. -Т. 1. - С. 26-28.

7. Горешнев, М.А. О возможностях ускорения сушки древесины /М.А. Горешнев., Ф.Г. Секисов, Ли Хунда И Сборник трудов VI международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». - Томск: ТПУ, 2009 . -С. 68-70.

8. Кассиров, Г.М. Применение ВЧ разрядов при сушки древесины / Кассиров Г.М., Лопатин В.В., СекисовФ.Г., Смердов О.В., Ли Хунда И Сборник трудов международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора A.A. Воробьёва «Становление и развитие научных исследований в высшей школе». - Томск: ТПУ, 2009. -Т. 2.-С. 264-269.

9. Секисов, Ф.Г. Использование барьерного разряда для сушки древесины /Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, Ли Хунда II Труды XV международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии». -Томск: ТПУ, 2009. -Т.1.-С. 66-67.

10. Ли, Хунда Новый способ объёмной пропитки древесины / Ли Хунда, О.В. Смердов, Я.А. Смолянский // Сборник докладов II всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов Российских вузов». -Томск: ТПУ, 2009,- С. 100-101

11. Ли, Хунда Отработка сушки древесины в комбинации электроразрядным и кондуктивным разрядом / Ли Хунда, Я.А. Смолянский, О.В. Смердов // Сборник докладов II всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов Российских вузов». -Томск: ТПУ, 2009. -С.101-102.

12. Секисов, Ф.Г. Применение электроэнергии при сушке древесины в вакууме / Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, Ли Хунда II Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования». - Томск: ТПУ, 2008.-С.188-189.

13. Веснин B.C. Исследования сушки древесины в вакууме / B.C. Веснин, О.В. Смердов, Ли Хунда II сборник II научно-практической конференции иностранных студентов, магистрантов и аспирантов «Научно-технический прогресс: взгляд иностранных студентов» -Томск:-ТПУ, 2008.-С.212.

Ли Хунда

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОТДЕЛОЧНЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ БЕРЁЗЫ ОБЪЁМНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ПРОПИТКОЙ ВОДОРАСТВОРИМЫМИ АНТИПИРЕНАМИ И КРАСИТЕЛЯМИ

АВТОРЕФЕРАТ

Изд. лиц. №021253 от 31.10.97 г.

Подписано в печать 10.05.2010 г. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсет. Гарнитура Тайме. Усл.-печ. Л. 1,1. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ №205 . Изд-во ГОУ ВПО «ТГАСУ», 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал-макета автора в ООП ГОУ ВПО «ТГАСУ».634003, г. Томск, ул. Партизанская 15.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Основные свойство древесины.

1.1.1 Строение лиственных пород.

1.1.2 Процессы влагопереноса в древесине.

1.1.3 Физические свойства древесины.

1.1.3.1 Механические свойства древесины.

1.1.3.2 Электрические свойства древесины.

1.1.4 Химические свойства древесины.

1.1.5 Пропитываемость древесины.

1.1.6 Горючесть древесины.

1.2 Способы пропитки древесины.

1.3 Способы сушки древесины.

1.3.1 Конвективный способ сушки древесины.

1.3.2 Кондуктивный способ сушки.

1.3.3 Радиационные способы сушки.

1.3.4 Диэлектрические способы сушки древесины.

1.3.5 Вакуумная сушка.

1.3.6 Сушка пропитанной древесины в электрическом поле газового разряда.

1.4 Постановка задач для исследования.

2 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Оборудование и методика исследований объёмной пропитки древесины.

2.1.1 Установка для объёмной пропитки древесины.

2.1.2 Состав оборудования.

2.1.3 Методика исследований.

2.1.4 Методика оценки параметров качества модифицирования древесины.

2.1.4.1 Методика оценки параметров качества объёмной пропитки древесины огнезащитными составами.

2.1.4.2 Методика оценки параметров качества объёмной пропитки древесины красителями.

2.2 Методика сушки древесины комбинированным методом, включающим в себя кондуктивный и высокочастотный способы.

2.2.1 Экспериментальная установка сушки древесины комбинированным методом.

2.2.1.1 Высокочастотный генератор.

2.2.1.2 Измерение тока и напряжения на нагрузке.

2.2.1.3 Измерение температуры и влажности древесины.

2.2.2 Оценки параметров качества сушки древесины.

2.2.2.1 Определение модуля упругости при статическом изгибе.

2.2.2.2 Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон.

2.2.2.3 Контроль остаточных напряжений в высушенных пиломатериалах.

2.3 Погрешность измерений.

2.4 Выводы.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Результаты экспериментальных исследований объёмной пропитки древесины.

3.1.1 Влияние времени заготовки древесины на качество объёмной пропитки.

3.1.2 Влияние давление раствора в камере на время объёмной пропитки древесины.

3.1.3 Влияние температуры пропиточного раствора красителей на качество объёмной пропитки древесины березы.

ЗЛА Влияние пропитывающего состава на качество объёмной пропитки древесины.

3.1.5 Влияние влажности древесины на качество пропитки.

3.2 Сушка пропитанной древесины.

3.2.1 Выбор параметров источника напряжения.

3.2.2 Сравнение разных способов сушки.

3.2.3 Исследования физико-механических свойств древесины березы пропитанной антипиренами.

3.2.4 Исследование физико-механические свойств древесины березы пропитанной антипиреном в зависимости от температуры сушки.

3.3 Разработка оборудования модифицирования древесины.

3.3.1 Установка для объёмной пропитки древесины.

3.3.1.1 Устройство и работа установки для объёмной пропитки древесины.

3.3.1.2 Технические характеристики.

3.3.2 Вакуумная опытно-промышленная установка для сушки древесины комбинированным методом.

3.3.2.1 Устройство и работа установки для сушки древесины комбинированным методом.

3.4 Технология модифицирования древесины.

3.4.1 Технологический регламент на производство модифицированной древесины.

3.5 Выводы.

4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ НА РАЗРАБОТКУ И СОЗДАНИЕ

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ.

4.1 Выводы.

Несмотря на появление большого количества используемых в строительстве синтетических материалов, древесина по-прежнему остается одним из самых распространенных стройматериалов. Конкурентоспособность древесины с другими строительными материалами определяется не только способностью к воспроизводству, доступностью, технологичностью и относительно невысокой стоимостью, но и высокими физико - механическими и декоративными свойствами. Использование древесины ограничивается подверженностью гниению (малым сроком службы), а также высокой горючестью. По данным МЧС России, в 2009 году в РФ произошло 187150 пожаров, в которых погибли 13886 человек. Кроме того, объёмы заготовок высококачественной древесины хвойных и лиственных пород существенно уменьшились и подошли к максимальным возможностям продуктивных лесов. Поэтому для удовлетворения постоянно растущих потребностей народного хозяйства необходимо вовлечь в сферу применения в строительстве древесину малоценных быстрорастущих лиственных пород, таких как берёза, осина, тополь и др. В связи с этим проблема защиты древесины от огня, воздействия дереворазрушающих, деревоокрашивающих грибков, а также повышение потребительских и декоративных свойств малоценной древесины является актуальной. Одним из направлений в решении задачи рационального использования древесины малоценных пород является повышение ее качества огне- и биостойкости, улучшение декоративных свойств пропиткой соответствующими растворами. Качество объёмной пропитки древесины определяется равномерностью распределения пропитывающего состава по объёму заготовки. Существующие технологии пропитки не удовлетворяют требованию однородности распределения красящих или огнезащитных растворов по объёму. Исследования выполнены по тематическому плану государственных бюджетных работ Томского политехнического университета и Шеньянского технологического университета КНР.

Объект исследования — повышение качества отделочных и конструкционных материалов из берёзы.

Предмет исследования - закономерности объёмной импульсной пропитки водорастворимыми составами и ускоренной сушки древесины берёзы.

Целью диссертационной работы является разработка научно-обоснованных приёмов объёмной пропитки отделочных и конструкционных материалов из берёзы водорастворимыми составами антипиренов и красителей, способов ускорения сушки однородным введением энергии в древесину, а также технологии и опытно-промышленного оборудования для производства.

Основные задачи исследований:

-исследовать влияние давления, температуры, состава пропитывающего раствора на качество объёмной пропитки заготовок материала;

- установить влияние цикличности импульсного давления при' объёмной пропитке древесины березы на качество заготовок;

- исследовать комплексное воздействие кондуктивного и высокочастотного (ВЧ) разрядного способов на динамику и качество сушки древесины;

- разработать технологию и опытно-промышленное оборудование для объёмной пропитки древесины; обосновать экономическую целесообразность применения данной технологии.

Научная новизна работы:

- установлен режим объёмной пропитки древесины берёзы водными растворами антипиренов и красителей импульсным способом: максимальное давление - 1,2 х Ю6 Па, необходимые и достаточные скважность и число импульсов давления, а также продолжительность пропитки, определяемые по скорости снижения давления в камере 1200 1400 Па/с, при начальной влажности древесины (6 20) %, которые обеспечивают однородность распределения пропиточного состава по всему объёму заготовки материала не менее 97 %;

- установлены закономерности повышения качества объёмной пропитки и сушки древесины берёзы от технологических параметров (давление в камере, температура, состав пропитывающего раствора), являющиеся основой для разработки технологии модифицирования древесины; б

- установлено, что ускоренная до 2,5 раз комбинированная сушка объёмно-пропитанной древесины березы кондуктивным и ВЧ-разрядным способами, при температуре не превышающей 70 °С и внутренних градиентах по объёму не выше 3 °С, не приводит к снижению ее физико-механических свойств.

Практическая ценность работы: -разработан технологический регламент объёмной пропитки и апробирована о опытно-промышленная пропиточная установка с производительностью 0,4 м в смену;

-разработана технологическая схема производства модифицированной древесины.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы: -при разработке и изготовлении промышленной установки для пропитки о древесины с объёмом загрузки 1м и разработке проекта автоматизированной промышленной сушильной камеры по заказу китайской компании «Yingkou Xiaoyu integrated houses Co., Ltd.»;

-в учебном процессе при подготовке инженеров и магистрантов по направлению строительные материалы;

-в курсе «Электроразрядные технологии обработки и разрушения материалов» магистерской программы «Техника и физика высоких напряжений» Томского политехнического университета и «Электротехнологии» Томского государственного архитектурно-строительного университета. Защищаемые положения:

-зависимости качества пропитки древесины берёзы от технологических параметров: амплитуды, необходимой и достаточной скважности и числа импульсов давления, определяемых по скорости снижения импульса давления в камере 1200 1400 Па/с, температуры, состава пропитывающего раствора и времени заготовки древесины;

- технологический режим объёмной пропитки древесины;

- результаты экспериментальных исследований комплексного воздействия кондуктивного и ВЧ-разрядного способов введения энергии на темпы и качество сушки древесины;

- техническое предложение на проект промышленного производства модифицированной древесины с производительностью 80 м3 в месяц.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается использованием корректных научных положений строительного материаловедения и электротехники, современным измерительным оборудованием, статистической обработкой результатов, достаточным набором экспериментального материала, а также практической реализацией научных положений при создании технологии и опытно-промышленного оборудования.

Апробация работы. Научные положения и результаты диссерационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции (г. Томск, 2008 г.); Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.А. Воробьёва (Томск, 2009 г.); XV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (г. Томск, 2009 г.); VI Международной конференции студентов и молодых ученых (г. Томск, 2009 г.); II Всероссийской научно-практической конференции (г. Томск, 2009 г.); на конференции «Научная инициатива иностранных студентов и ' аспирантов Российских вузов» (г. Томск, 2009 г.); II Научно-практической конференции студентов, магистрантов иностранных и аспирантов ТПУ (г. Томск, 2008 г.).

Личный вклад автора состоит в анализе проблемы, разработке методик, организации и проведении экспериментальных исследований, анализе и обобщении результатов исследований, участии во внедрении технологических решений, изложенных в диссертационной работе.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 из перечня ВАК. Получены 1 патент на изобретение и 2 патента на полезную модель.

Объём н структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованной литературы. Основное содержание работы изложено на 112 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 4 таблицы. Список используемой литературы включает 124 наименования.

3.5 Выводы

1. Установлен режим объёмной пропитки древесины берёзы водными растворами антипиренов и красителей импульсным способом: максимальное давление -1,2 МПа, необходимые и достаточные скважность и число импульсов давления, а также продолжительность пропитки, определяемые по скорости снижения давления в камере 1200+1400 Па/с при начальной влажности древесины (6+20)%, которые обеспечивают однородность распределения пропиточного состава по всему объёму заготовки материала не менее 97%; Выбраны оптимальные давление, температура и состав пропитывающих растворов.

2. Установлены закономерности качества объёмной пропитки и сушки древесины берёзы от технологических параметров (давление в камере, температура, состав пропитывающего раствора), являющиеся основой для разработки технологии модифицирования древесины;

3. Разработаны технологический процесс объёмной пропитки и апробирована опытно-промышленная пропиточная установка с производительностью 0,4м3 в смену;

4. Измерения огнестойкости объёмно пропитанной выбранными антипиренами древесины берёзы показали, что её можно отнести к первой категории, а потери веса неизменны по толщине.

5. Предложена и апробирована ускоренная комбинированная сушка объёмно-пропитанной древесины березы кондуктивным и ВЧ-разрядным способами при температуре не превышающей 70 "С и внутренних градиентах по объёму не выше 3 °С, не приводящая к снижению физико-механических свойств;

6. Реализованные режимы пропитки и сушки древесины позволили увеличить механическую прочность на 10-15%.

4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ НА РАЗРАБОТКУ И СОЗДАНИЕ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Затраты связанные с производством изделий из объемно-пропитанной древесины и изделий изготовленных из ценных пород древесины отличаются незначительно.

Предлагаемое к реализации опытное производство предназначено для: - опытно-промышленного освоения вакуумной технологии модификации древесины на основе полученных научных результатов и разработанных инженерных решений по объёмной пропитке.

- отработки технологических режимов модифицирования древесины в промышленных условиях.

- выпуска эксклюзивной продукции из модифицированной древесины. Ассортимент продукции, предлагаемой к выпуску в результате реализации проекта:

- заготовки из объемно-окрашенной древесины различных цветов для отделки офисов, квартир, изготовления сувенирных изделий, лестничных маршей, паркета и т.д.;

- древесины с высокими антисептическими свойствами и повышенной огнестойко стью.

Достоинства:

Технология позволяет:

- придать материалу любую цветовую гамму;

- повысить стойкость к воздействию атмосферных факторов;

- повысить пожарную безопасность.

Предлагаемая нами технология объёмной модификации древесины позволяет обеспечить пропитку древесины по всему объёму заготовки.

Схема производства модифицированной древесины представлена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Схема производства модифицированной древесины. В состав комплекта оборудования для производства модифицированной древесины входят:

1 .Комплект оборудования по объёмной пропитке древесины со следующими характеристиками:

- объём загрузки - до 1,5м

- продолжительность пропитки условного пиломатериала - до 6 часов

- температура пропитывающего состава - до 40°С Л

- удельные затраты э/энергии на объёмную пропитку 1м древесины - до 12кВт*час

2.Комплект оборудования по сушке древесины в вакууме со следующими характеристиками:

- общий объём загрузки камер - до 24м3

- удельные затраты э/энергии на сушку 1м3 условного пиломатериала -до 350кВт*час

- расход охлаждающей воды - до 2 м3 на 1м3 древесины

- продолжительность сушки условного пиломатериала - 50 - 70 часов

- температура сушки - 40 - 80°С конечная влажность древесины <10%

3. Комплект оборудования по утилизации остатков пропитывающего состава.

Вакуумный выпарной аппарат ВВА-100 со следующими хар актеристиками:

-Производительность по выпаренной влаге - до 100л/час

- Установленная мощность - 54кВт

- Расход воды на охлаждение - до 1,5м3/час Общая стоимость оборудования -10000000 рублей

Оценка срока окупаемости оборудования.

Оценочный расчет затрат по эксплуатации опытного производства модифицирования древесины с производительностью 80 м3/мес. в перерасчете на 1м3 готовой продукции в ценах на 01.06.09 г.

1 .Энергозатраты 1020 кВт-ч х2,5 руб./кВт*ч -2550 руб.

2.Холодная вода 3 м3 х 60 руб./м3 - 180 руб.

3.Материалы:

- береза 1,0 м3 х 6000 руб./м3 - 6000 руб.

- красители и составляющие - 2000 руб. 4.3аработная плата (бчел. х 10000 руб.)/ 80 м3 " 750 руб.

- начисления на з/п 26,3% - 197,25 руб. 5.Накладные расходы 100 % к з/п - 750 руб.

НДС 18%

СЕБЕСТОИМОСТЬ:

ИТОГО

- 12427,25 руб.

- 2236,905 руб.

- 14664,155руб.

Цена мебельной заготовки из пропитанной древесины на рынке составляет 20тыс. руб.за 1м\

Доход составляет (20000 - 14664) руб/м3 х 80 м3 в мес. = 426880 руб. в месяц

Оборудование окупается за: 8000000/ 426880 руб. в мес. = 23,4 месяца

Риски, связанные с отрицательным влиянием на окружающую среду в процессе деятельности опытно-промышленного производства объемно-окрашенной древесины и изделий на ее основе, в настоящем проекте отсутствуют. Реализуется система сбора отработанных пропиточных составов для выпаривания и вторичного использования в технологическом процессе. 4.1Выводы:

-разработана технологическая схема производства модифицированной древесины;

-Проведен экономический анализ производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что для модифицирования древесины из березы предпочтительнее использовать импульсное воздействие пропитывающими составами.

2. Установлен режим объёмной пропитки древесины берёзы водными растворами антипиренов и красителей импульсным способом: максимальное давление - 1,2x106 Па, необходимые и достаточные скважность и число импульсов давления, а также продолжительность пропитки, определяемые по скорости снижения давления в камере 1200 — 1400 Па/с при начальной влажности древесины (6 — 20) %, которые обеспечивают однородность распределения пропиточного состава по всему объёму заготовки материала не менее 97 %; Выбраны оптимальные давление, температура и состав пропитывающих растворов.

3. Установлены закономерности повышения качества процессов объёмной пропитки и сушки древесины берёзы от технологических параметров (давление в камере, температура, состав пропитывающего раствора), являющиеся основой для разработки технологии модифицирования древесины.

4. Разработана методика контроля качества объёмной пропитки древесины по цветовым характеристикам, которая позволяет определить равномерность пропитки древесины по объёму заготовки.

5. Разработаны технологический регламент объёмной пропитки и апробирована а опытно-промышленная пропиточная установка с производительностью 0,4 м в смену.

6. Предложена и апробирована ускоренная комбинированная сушка объёмно-пропитанной древесины березы кондуктивным и ВЧ-разрядным способами при температуре не превышающей 70 °С и внутренних градиентах по объёму не выше 3 °С, не приводящая к снижению ее физико-механических свойств;

7. Реализованные режимы пропитки и сушки древесины позволили увеличить ее механическую прочность на 10 + 15 %.

8. При объёмной пропитке высушенной древесины берёзы выбранными антипиренами стабильно обеспечивается получение изделий с огнестойкостью первой категории с неизменной потерей массы по толщине заготовки.

9. Разработано техническое предложение и технико-экономическое обоснование на проект производства модифицированной древесины.

Автор глубоко признателен профессору ТГАСУ Кудякову А.И. за консультации и полезные советы при выполнении работы.

1. Brahmall, G. Mathematical model for lumber drying / G. Brahmall // Principles Wood Science. 1979. - Vol. 12. -N 1. -P. 14-31.

2. Kollmann, F.P. Principles of Wood Science Technology, Springer-Verlag / F.P. Kollmann, W.A. Cote . Berlin, Germany, 1968. - Vol. 1.-592 p.

3. Kubler, H. Studies on the movement of moisture through wood / H. Kubler // Holz Roh -Werkst, 1957. -Vol. 15. - N 11. -P. 453-468.

4. Perre, P. Drying with internal Vaporisation: Introducing the Concept of Identity Drying Card (IDC) P. Perre // Drying technology. 1995. - Vol.13. -N (5-7). -P.1077-1097.

5. Spolek, G.A. Plumb O.A. Numerical model of heat and mass transport in wood during, Drying 80, Hemisphere / G.A. Spolek. Washington, D.C., -1980. -P.84-92.

6. Tiemann, H. Analysis of matematic theories of dry Wood / H. Tiemann Wisconsin, 1932.-202 p.

7. Андронова, H.A. Сушка и сушила для дерева / Н.А. Андронова, В.Е. Гржимайло, Т.П. Дагеев. М.: ОНТИ. - 1936. - 206 с.

8. Артамонов, Б.И. Основные направления развития технологии склеивания и отделки мебели: обзор ВНИПИЭИлеспром вып. 8 / Б.И. Артамонов. -1990. С.16

9. Баратов, А.Н. Способы и средства огнезащиты древесины (Руководство) /А.Н. Баратов. ВНИПО Москва, 1984 . -21 с.

10. Беляев, Е.Ю. Крашение древесины // Химия растительного сырья: обзор / Е.Ю. Беляев. Красноярск -М.: Алтайский государственный университет 1999. №2-С.25.

11. Богданова, Е.С. Справочник по сушке древесины / Е.С. Богданова, В.А. Козлов, В.Б. Кунтыш. М.: Лесная промышленность, 1990 . -304 с.

12. Буглай, Б.М. Технология отделки древесины: Учебник для вузов. 2-е, перераб. и доп. / Б.М. Буглай . М.: Лесная промышленность, 1973— 304 с.

13. Буглай, Б.М. Технология столярно-механических производств / Б.М. Буглай .

14. M.-JL: Гослесбумиздат, 1951.-404 с.

15. Буглай, Б.М. Модифицированная карбамидоформальдегидная смола для отделки древесины и древесных материалов / Б.М. Буглай и др. // Лесной журнал.- 1985. №3. -С. 82.

16. Бывших, М.Д. Влияние температуры и влажности древесины на её упруго -пластичностические свойства / М.Д. Бывших // Деревообрабатывающая промышленность. 1959. —№2. — С.13-15.

17. Вакуумная сушилка для древесины // Руководство по эксплуатации ГПУ НИИ ВН - Томск, 2009. -38 с.

18. Варфоломеев, Ю.А. Биозащитные и экологические свойства фторсодержащего препарата для древесины / Ю.А. Варфоломеев//Лесной журнал. 1998. — №5. — С. 93 .

19. Варфоломеев Ю.А. Защищающая способность различных антисептиков для пиломатериалов/Ю.А.Варфоломеев// Лесной журнал —1992. — №5. —С. 81.

20. Виноградский, В.Ф. Скоростная вакуумная сушка древесины в поле токов высокой частоты / В.Ф. Виноградский // Деревообрабатывающая промышленность.- 1960. -№7— С7-28.

21. Гаврилин, Г.Ф. Способ пропитки древесины огне биозащитными'составами и оборудование для его осуществления / Г.Ф. Гаврилин. Патент(1Щ)2032531, 2200088, опубликовано:01.03.2003г.

22. Галиахметов, Р.Н. Состав для био- и огнезащиты древесины / Р.Н. Галиахметов. Патент (RU)2032531, опубликовано: 10.04.1995г.

23. Гамова, И.А. Модификация древесины для получения цельно прессованныхизделий / И.А. Гамова // Лесной журнал. — 1990. №5. - С.87.

24. Глухов, В.И. Воздействие атмосферных условий на свойства модифицированной полимерами древесины / В.И. Глухов // Лесной журнал. 1985. - №2.-С. 80.

25. Глазков, С.С. Способ изготовления торцевой шашки для паркетных щитов или настенных панелей / С.С. Глазков. (Щ)Пат. 2096171.Опубл. 20.11.1997 г.26.ГОСТ 20022.2-80.

26. Горешнев, М.А. О возможностях ускорения сушки древесины / М.А. Горешнев, Г.Ф. Секисов. Ли Хунда // «Перспективы развития фундаментальных наук»: сборник VI Международная конференция студентов и молодых ученых. Томск, ТПУ, 26-29 мая 2009 - С. 68-70.

27. Голубков, Б.Н. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий: Учебник для техникумов.- 2-е изд. Перераб. / О.Л. Данилов, Л.В. Зосимов. М.: Энергия, 1979. - 544 с.

28. Горшин, С.Н. Консервирование древесины / С.Н. Горпшн. -М.: Лесн. пром-сть, 1977.-336 с.

29. Горяев, А.А. Вакуумно диэлектрическая сушка древесины ели. Труды ЦНИИМОД, вып. 32 / А.А. Горяев .-Архангельск, 1974. - 105 с.

30. Дерягин, Б.В. К вопросу об определении понятия и величины расклинивающего давления и его роли в статике и кинетики тонких слоев жидкости / Б.В. Дерягин // Коллоидный журнал. 1956. - №3. - С. 207-214.

31. Джадд, Д Вышецкий Г., Цвет в науке и технике / Д. Джадд, Г. Вышецкий. -М.: Мир, 1978.-592 с.

32. Дмитренко, А.И. Модифицирование древесины расплавом стеариновой кислоты / А.И. Дмитренко // Лесной журнал. — 1992.-№1. —С. 74.

33. Дмитриевская, Т.С. Отделка мебели. Руководство для мастеров и бригадиров / Т.С. Дмитриевская. М.: Лесная промышленность. —1947. -80 с.

34. Долацис, Я.А. Исследования нагрева и сушки древесины инфракраснымилучами / Я.А. Долацис, Я.Т. Аболиныи // Известия АН Латв. СССР. 1968. - № 2. — С.86-93.

35. Долацис, Я.А. Воздействие ИК-излучения на древесину / Я.А. Долацис. Рига : Зинанте. -1973. -275 с

36. Данилов, O.JI. Теория и расчёт сушильных установок / Данилов O.JI. М.: Изд-во МЭИ(ТУ) , 1977. -72 с.

37. Доланис, Я.А. Радиационно-химическое модифицирование древесины / Доланис, Я.А. Рига: Зинанте, 1985. —80 с.

38. Дьяконов К.Ф., Гукалов A.M. Пособие по сушке пиломатериалов. М.: Лесная промышленность, 1978.-131 с.

39. Дук Л.П., Иванов В.А., Крот А.Р., Соколов В.В., Яковец Ю.А. Оптимизация скорости сушки древесины в вакуумно-конвективных лесосушильных камерах // Деревообрабатывающая промышленность. -2001г. -№5. -С. 10.

40. Ермолин, В.Н. Основы повышения проницаемости жидкостями древесины хвойных пород: Монография / В.Н. Ермолин. — Красноярск, СибГТУ, 1999. -100 с.

41. Ермолин В.Н. Повышение проницаемости древесины жидкостями при переменном давлении / В.Н. Ермолин, Д.Н. Деревянных // Лесной журнал. — 1999. -№ 4. С.77- 80.

42. Ермолин В.Н. Деревянных Д.Н. Пропитка древесины при переменном давлении /В.Н. Ермолин // Лесной журнал. -1999. -№4. -С. 81-85.

43. Жуков Е.В. Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: Учебник для вузов / Е.В. Жуков, В.Н. Онегин. М.: Экология., 1993. -302 с.

44. Кассиров, Г.М. Особенность сушки древесины в поле электрического разряда в вакууме / Г.М. Кассиров, Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, Ли Хунда // Изв. ВУЗов Физика.-2007. -№ 9. -С.523.

45. Кацадзе, В.А. Объёмная пропитка древесины центробежным способом / В.А. Кацадзе, Д.В. Виноградов // Лесной журнал. 2007. -№ 3. - С. 82.

46. Кирилов Н.М. Расчет процессов тепловой обработки древесины при интенсивном теплообмене. —М .: Гослесбумиздат, 1959. — 305 с.

47. Красников, В.В. Методы определения оптических и терморадиационных характеристик пищевых продуктов / В.В. Красников, С.Г. Ильясов. М., 1972. -175 с.

48. Красников, В.В. Кондуктивная сушка / В.В. Красников. — М.: Энергия, 1973. -288 с.

49. Леонович, А.А. Огнезащита древесины и древесных материалов / А.А. Леонович. Санкт-Петербург: ЛТА, 1994. -148 с.

50. Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. М .: Энергия, 1968. - 472 с.

51. Лыков, А.В. Тепло и массообмен в процессах сушки / А.В. Лыков. М.: Гостоптехиздат., 1956. -380 с.

52. Маковский, ЮЛ. Огнезащита древесных материалов эфирами фосфористой кислоты: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. Наук / Ю.Л. Маковский. Москова, Московский инженерно - строительный институт им. Куйбышева, 1992. - 138 с.

53. Максименко, Н.А., Исследование зависимости между показателями пропитки и огнезащшценностыо древесины / Н.А. Максименко // Деревообрабатывающая пром-сть. 1978. -№ 2. — С. 12-13.

54. Машкин, Н.А. Эксплуатационная стойкость модифицированной древесины в строительных изделиях и ее технологическое обеспечение : диссертация на соиск. уч. степ, доктора технических наук : 05.23.05. / Н.А. Машкин . -Новосибирск, 2000. — 366 с.

55. Мельников, Б.Н. Применение красителей. Учеб. для вузов / Б.Н. Мельников.- М.: Химия, 1986. 240 с.

56. Мирошниченко, С.Н. Имитационная отделка древесных плит и фанеры методом печатания: обзор / С.Н. Мирошниченко. Москва, НИПИЭИ леспром, 1975. -30 с.

57. Мищенко, Г.Л. Технология прозрачной отделки щитовых элементов мебели / Г.Л. Мищенко, А.Ф. Нейман. М.: Лесная промышленность, 1964. - 270 с.

58. Нетушил, А.В. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников / А.В.Нетушил идр.. -М.: Госэнергоиздат, 1959. 154с.

59. Никитин, Н.И. Химия древесины и целлюлозы / Н.И. Никитин. М. -Л.: АН СССР, 1962. -711 с.

60. Никулин, С.С. Использование низкомолекулярных сополимеров из отходов производства синтетических каучуков для пропитки древесноволокнистых плит / С.С.Никулин // Лесной журнал. -1996. -№3. -С. 87.

61. Секисов, Ф.Г. О возможности сушки пропитанной древесины в прле газового разряда / Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов // Известия вузов. Лесной журнал. 2003.- № 1. С. 145.

62. Папявип, С.Н. Разработка технологических режимов и оборудования пропитки, сушки и прессования древесины, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / С.Н. Папявип. Воронеж, 2004. - 117 с.

63. Патент на изобретение(КНР) Способ сушки древесины // Ли Хунда, Цуй цзюньфэн, Цинь Банго. номер подачи заявки: ZL 2008 10010850.4, номер публикации: CN 101251331А. Опубликован 27.08.2008г.

64. Патент на полезную модель (КНР) Оборудование сушки древесины // Ли Хунда, Цуй цзюньфэн, Цинь Банго, В.В. Лопатин, Ф.Г. Секисов, О.В Смердов // номер патента 2008 20011855.4, номер публикации: 201187936Y. Опубликован 28.01.2009 г.

65. Патент на полезную модель (RU) Строительная панель // Лю Синьли , Сунь

66. Чжунцян, Ян Чжэныой , Ли Хунда // номер подачи заявки: 2009120079. Опубликован 28 мая 2009 г.

67. Панфилова, А.Л. Ускоренный способ пропитки древесины в горяче-холодной ванне / А.Л. Панфилова, Ю.М. Иванов. Москва: Госстройиздат, 1958 . - 44 с.

68. Перелыгин, Л.М. Строение древесины / Л.М. Перелыгин. — М.: Лесная промышленность, 1954. 200 с.

69. Перелыгин, Л.М. Древесиноведение. Учебник для техникумов, изд.4-е испр. и доп. / Л.М. Перелыгин. М.: Лесная промышленность, 1971. - 288 с.

70. Перелыгин, Л.М. О причинах различия между радиальной и тангенциальной усушкой / Л.М. Перелыгин // Лесная индустрия. 1939. — № 2. — С. 18.

71. Познаев, А.П. Измерение влажности древесины. (Электрические методы и приборы) / А.П. Познаев. — М.: Изд-во Лесная промышленность, 1965. — 143 с.

72. Покоровская, Е.Н. Огнестойкость древесных материалов обработанных диметилфосфитом / Е.Н. Покоровская // Лесной материал. -1991. № 6. - С.59.

73. Покровская, Е.Н. Получение гидрофобных биостойких материалов при поверхностной модификации древесины / Е.Н. Покровская // Лесной журнал. — 2008. -№ 6. — С. 91.

74. Промышленное использование древесины тополя / Аблесов С.А и др.. -Бишкек: Учкун, 1997. -104 с.

75. Разумова, А.Ф. Изучение свойства древесины, модифицированной фенолоформальдегидной смолой ФР-100 / А.Ф. Разумова // Лесной журнал. -1887. -№1. С.70.

76. Пыльников, Н.А. Сушка древесины / Н.А. Пыльников. Киев: Будивельник, 1968. -120 с.

77. Расев, А.И. Конвективно-вакуумная сушилка для пиломатериалов / А.И. Расев, Д.М. Олексеев, А.Г. Шоколов // Деревообрабатывающая промышленность. —1993. -№4.-С. 9-10.

78. Расев А.И. Опыт камерной сушки дубовых пиломатериалов без использованияводяного пара / А.И. Расев // Деревообрабатывающая промышленность. -1997. -№4.-С.10.

79. Романовский С.Г. Индукционная сушка токами промышленной частоты / С.Г. Романовский. — Киев: Госизтехлитература УССР, 1963. — 122 с.

80. Романовский С.Г. Процессы термической обработки и' сушки в электромагнитных установках / С.Г. Романовский. — Минск: Наука и техника, 1969. -348 с.

81. Руководство по эксплуатации «Спектроколориметр ТКА-ВД (ТКА-ВД/02)» // Научно-техническое предприятие «ТКА». Санкт- Петербург, 2007 г.

82. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Центральный научно — исследовательский институт механической обработки древесины. Архангельск, 1985 г.

83. Рыкунин, С. Н. Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств: Учебное пособие / С. Н. Рыкунин. М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2005. — 225 с.

84. Рыкунин, С.Н. Технология деревообработки: Учебник для нач. проф. образования / С.Н. Рыкунин. -М.: Издательский центр, Академия, 2008. 305 с.

85. Розанов, Л.Н. Вакуумная техника: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. Л.Н. Розанов. — М.: Высшая школа, 1990. — 320 с.

86. Серговский, П.С. Оборудование гидротермической обработки древесины, изд., перераб. / П.С. Серговский. М.: Лесная промышленность, 1981. - 304 с.

87. Серговский, П.С., Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп. / П.С. Серговский, А.И. Рассев. М.: Лесная промышленность, 1987. —360 с.

88. Секисов, Ф.Г. Способ пропитки древесины. (RU) Пат. / Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, Е.Н. Банных. № 2243886, Опубликовано: 10.01.2005 г.

89. Сивенков, А.Б., Разработка высокоэффективных замедлителей горения для древесины / А.Б. Сивенков // Пятнадцатая научно-техническая конференциясистемы безопасности СБ-2006, 2006 г.

90. Секисов, Ф.Г. Объёмная пропитка древесины берёзы / Ф.Г. Секисов, О.В. Смердов, А.Н. Казарин, Ли Хунда., B.C. Веснин, М.А Горшнев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2010. №1. - С. 158-164.

91. Сивенков, А.Б. Снижение пожарной опасности материалов на основе целлюлозы . Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. Наука / А.Б. Сивенков. — Академия ГПС МЧС, России, 2002.1-97 с.

92. Сканави, Г.И. Физика диэлектриков (Область слабых полей) / Г. И. Сканави.—М. -Л, 1949. -489 с.

93. Смердов, О.В. Интенсификация сушки древесинных заготовок в поле электрического разряда при пониженном давлении: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / О.В. Смердов. Томск, 2002.-22 с.

94. Смирнов, С.С. Отделка поверхности деревянных изделий. Краткое руководство лакирования, полирования, травления, выжигания, окрашивания под дуб и т.п. / С.С.Смирнов. -М., 1912.-21 с.

95. Соболев, А.В. Исследование коэффициентов диффузии антипиренов в шпоне разных пород: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.В. Соболев. М., 2004. —17 с.

96. Собурь, С.В. Огнезащита материалов конструкций: Справочник.-2-е изд., доп. / С.В. Собурь. -М.: Спецтехника, 2003.-151 с.

97. Соколов, B.JI. Способ крашения древесины / B.JI. Соколов. (RU) Пат. № 2227780 Опубликовано: 27.04.2004г.

98. Стрежнев, В.М. Производство столярной мебели / Стрежнев В.М. -М., 1952. -186 с.

99. Сюзев, А.И. Приготовление протрав для дерева и подделка простых пород под благородные / А.И.Сюзев. -М., 1991.-27 с.

100. Танаева, С.В. Исследование нестационарного движения жидкости в капиллярнопористых телах: Автореферат диссертации / С.В.Танаева. Минск , 1966 г.-22 с.

101. Торговников Г.И. Диэлектрические свойства древесины / Г.И. Торговников . М.: Лесн. пром-стъ, 1986. -128 с.

102. Трутовский А.Е. Отделка столярных изделий. Краски и протравы по дереву. 2-е доп. изд. А.Е. Трутовский. М., 1934. -70 с.

103. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Учебник для вузов.-2-е изд., и доп. / Б.Н. Уголев. М.: Лесн. пром-сть, 1986. — 368 с.

104. Уголев, Б.Н. Испытания древесины и древесных материалов. / Б.Н. Уголев. —М.: Лесн. пром-сть, 1965. 252 с.

105. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уголев, издательство: МГУЛ, 2005. -340 с.

106. Уголев, Б.Н. Контроль напряжений при сушке древесины. / Б.Н. Уголев, Ю.Г. Лапшин, Е.В.Кротов. М.: Лесная промышленность, 1980. — 206 с.

107. Установка объёмной пропитки древесины // Руководство по эксплуатации -ШУ НИИ ВН. Томск, 2009. -30 с.

108. Фельдман, НЛ. Некоторые вопросы сушки древесины в микроволновом поле / Н.Я. Фельдман // Деревообрабатывающая промышленность. — 1996. — № 6. С. 4-7.

109. Филонов, А.А. Способ изготовления торцевой плашки для паркетных щитов или настенных панелей / А.А.Филонов. (RU) Пат. № 2104150. Опубл. 10.02.1998 г.

110. Хайкина, К.М. Красящие составы для древесины /КМ. Хайкина, Б.Р. Фейгельсон, И.С. Дашевская. М., 1960. - 70 с.

111. Ховатсон A.M. Введение в теорию газового разряда, издательство: Пер. с англ. / A.M. Ховатсон. М.: Атомиздат, 1980. -182 с.

112. Хрулев, В.М. Модифицированная древесина в строительстве. В.М. Хрулев. М. : Стройиздат, 1986. - 110 с.

113. Шамаев, В.А. Способ получения модифицированной древесины / В.А. Шамаев. ВЛТИ. (RU) Пат.№1655780. МКИ В27К 5/06. Заявил. 31.01.1989; Опубл. 15.06.1991г.

114. Шамаев, В.А. Некоторые особенности химико-механического моделирования древесины мочевинной/В.А. Шамаев//Лесной журнал. 1986. - №1. - С. 62.

115. Шваб, А.В. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения.-2-е изд., перераб. и доп. Пер. с нем. / А.В. Шваб. — М.: Энергоатомиздат, 1983. —264 с.

116. Шистер, А.В. Электрические свойства некоторых материалов в поле высокой частоты / А.В . Шистер // Электричество. 1962. — №1. — С. 10-15.

117. Штейнберг С.Е. Высокотемпературная сушка древесины в петролатуме / С.Е. Штейнберг. — М.: Гослесбумиздат, 1962. 99 с.

118. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины / Г.С. Шубин. М.: Леснаяпром-стъ, 1990.—336 с.

119. Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины / Г.С. Шубин . -М.: Лесная пром-сть, 1968. 248 с.

120. Шубин Г.С. Об интенсификации процессов сушки древесины / Шубин Г.С. // Строение, свойства и качество древесины: материалы Ш международного симпозиума. Петрозаводск: КарцНЦ РАН, 2000. - С. 299-301.

121. Шумский К.П., Вакуумные аппараты и приборы химическогоinмашиностроения / К.П. Шумский. М .: Машиностроение, 1974. -576 с.