СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 1999 года по МПК B27K5/06 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано, например, для повышения физико-механических показателей малоценной древесины мягких лиственных пород. Полученную в результате обработки древесину можно перерабатывать в изделия штамповкой, волочением, экструдированием или механической обработкой на деревообрабатывающих станках.

Известен способ обработки древесины /см. а.с. СССР N 626952, B 27 K 5/06/, включающий ацетилирование ее уксусным ангидридом, последующее вакуумирование и экстрагирование, в котором в качестве экстрагента используют хлористый метилен, а экстрагирование осуществляют путем 5-7 цикличной обработке при 50 - 80^oC и продолжительности каждого цикла 20 - 40 мин.

Известен способ получения изделий из модифицированной древесины /см. а. с. СССР N 1248802, B 27 K 5/06/, включающий обработку древесины мочевиной и сушку под давлением, в котором заготовки цилиндрической формы делят в осевой плоскости на два равных полуцилиндра, пропитывают мочевиной, совмещают их в плоскости разъема и сушат под давлением в матрице прямоугольной формы.

Известен способ обработки древесины /см. а.с. СССР N 1586910, B 27 K 5/06/, включающий сушку, прессование и последующую пропитку древесины вдоль волокон, в котором операции сушки и прессования осуществляют одновременно с прогревом древесины до 140 - 150^oC и при давлении 1,5 - 2,0 МПа в течение 20 - 60 мин, после чего осуществляют сброс давления до атмосферного, причем прогрев древесины под давлением и сброс давления повторяют не менее трех раз.

Известны также изобретения, связанные с обработкой древесины /см. а.с. СССР NN 1242367, 1639961, 1655780 - все по МКИ B 27 K 5/06, а также патенты США: N 3661633, B 27 K 3/50; N 4560619, B 05 D 1/02; N 4592962, B 05 D 1/18; N 5185214, B 27 K 3/50/, в которых древесина подвергается тепловому и механическому воздействиям с введением различных веществ.

Из всех способов обработки наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, изложенный в документации, разработанной Институтом химии древесины Латвийской Академии наук. В соответствии с ним древесину загружают в автоклав и обеспечивают предварительный прогрев до 65 - 70^oC. Далее производят вакуумирование в течение 30 мин при давлении 0,8 - 1,2 МПа. В течение 12 ч в автоклав подают газообразный аммиак при 110^oC. Производят сброс давления до атмосферного. Затем вакуумируют трехкратно циклами по 15 мин. После производят термообработку при вакууме 1 МПа в течение 3 ч при 110^oC. Далее давление сбрасывают до атмосферного и разгружают автоклав. После этого производят подпрессовку древесины и ее механическую обработку. Этот способ принят за прототип, так как совпадает с заявляемым изобретением по большинству существенных признаков.

В результате анализа приведенных выше способов обработки древесины следует отметить, что после модификации древесины и механического давления на нее прочность ее возрастает. Однако при необходимости увеличения прочности древесины и соответственно увеличении механического давления на нее происходит ее растрескивание, теряется целостность, ухудшается внешний вид. Древесина становится непригодной для получения из нее изделий. Кроме того, при обработке древесины по способу, взятому за прототип, в условиях реально действующего производства не всегда обеспечивается устойчивость пропитки древесины на всю глубину, нарушается цветовая гамма, ухудшаются декоративные свойства изделий, изготовляемых из такой древесины. Это не позволяет расширить номенклатуру выпускаемых изделий. В частности, при достаточной прочности древесины появляется возможность заменить изделиями из нее выпускаемые ныне изделия, выполненные из пластмассы, которые являются более дорогими, чем эта обработанная древесина. Таким образом, в прототипе не достигается технический эффект, выраженный в увеличении прочности древесины в результате ее обработки.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном способе обработки древесины, состоящем в том, что древесину загружают в автоклав, прогревают, вакуумируют, подают газообразный аммиак, сбрасывают давление до атмосферного, повторно вакуумируют, проводят термообработку, разгружают автоклав и подвергают древесину механическому давлению, прогрев древесины ведут при 80 - 90^oC, вакуумирование проводят при давлении 0,1 - 0,8 МПа в течение 40 - 50 мин, подачу газообразного аммиака проводят при 140 - 160^oC в течение 18 - 22 ч, повторное вакуумирование проводят пятикратно циклами по 30 мин, после этого полученную в абсорбере жидкость подают в автоклав в количестве 3-6% от объема древесины, термообработку проводят при давлении 0,1 - 0,8 МПа с температурой 160 - 200^oC 4-6 ч. По разновидности предлагаемого способа в качестве древесины используют опилки, механическое давление проводят путем их штампования при 160 - 210^oC в течение 1-5 мин под прессом. По другой разновидности предлагаемого способа в качестве древесины используют опилки, а механическое давление проводят их экструдированием с предварительным прогревом до 120 - 150^oC в течение 30 мин при линейной скорости подачи 0,3 - 0,5 м/мин. По другой разновидности предлагаемого способа в качестве древесины используют опилки, механическое давление проводят путем взрыва с их предварительным прогревом до 140 - 200^oC. По другой разновидности предлагаемого способа механическое давление на древесину проводят путем ее волочения с предварительным прогревом до 160 - 200^oC в течение 5 - 20 мин при линейной скорости подачи 0,1 - 0,4 м/мин.

В процессе проведенного поиска в патентных и информационных материалах не было обнаружено объектов, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с предлагаемым изобретением и обеспечивала технический результат, создаваемый предлагаемым заявлением. Таким образом, предлагаемое изобретение может быть охарактеризовано как техническое решение задачи, обладающее "новизной", "изобретательским уровнем" и имеющее "промышленную применимость".

Заявляемый способ обработки древесины состоит в следующем. Заготовки из древесины малоценных пород /например, березы, ольхи/ помещают в автоклав, где их прогревают до 80 - 90^oC. Нагрев выше 90^oC нерационален, т.к. увеличивается время и расход тепла, не влияя на конечный результат. Далее проводят вакуумирование при давлении 0,1 - 0,8 МПа в течение 40 - 50 мин. Затем в автоклаве сбрасывают давление после подачи газообразного аммиака в течение 18 - 22 ч при 140 - 160^oC. Далее обеспечивают повторное вакуумирование автоклава в течение пяти раз циклами по тридцать минут при том же давлении 0,1 - 0,8 МПа. В результате проведенной обработки древесины в абсорбере собирается жидкость, которая затем подается в автоклав в количестве 3 - 6% от объема древесины. После этого проводят термообработку при давлении 0,1 - 0,8 МПа с температурой 160 - 200^oC в течение 4 - 6 ч.

Следует пояснить, что здесь использовался автоклав, переделанный из бойлера, объемом 0,33 м³. Полезный объем древесины, вводимой в автоклав, составлял 0,25 м³. В составе оборудования применялся компрессор КВД на 160 м³/ч Бессоновского компрессорного завода, вакуумный насос ВВН-3 Бессоновского компрессорного завода и стандартная аппаратура контроля (манометры и т.д.). Использовался самодельный гидравлический пресс на 15 т.

Последняя операция в заявляемом способе, а именно подвергание древесины механическому давлению, имеет варианты, описанные в приведенных ниже примерах.

Пример 1. Древесину, разгруженную из автоклава, подвергают прессованию и получают заготовки с повышенной прочностью по сравнению с исходным материалом.

Пример 2. В качестве древесины используют опилки, полученные из обработанной по данному способу древесины. Их помещают в штамп, форму нагревают до 160 - 210^oC в течение 1-5 мин и приводят в действие пресс.

Пример 3. В качестве древесины используют опилки аналогично примеру 2. Их помещают в экструдер, обеспечивают предварительный прогрев до 120 - 150^oC в течение 30 мин. Экструдер используется самодельный или применяемый для обработки пластмасс. Линейная скорость подачи устанавливается 0,3 - 0,5 м/мин.

Пример 4. В качестве древесины используют опилки аналогично примеру 1. Обеспечивают их предварительный прогрев до 140 - 200^oC и проводят механическое давление путем взрыва. При этом используют взрывчатое вещество с замедлителем. В опыте опилки размещались в форме c предварительным прогревом с помощью ТЭНов. Использовалась предварительно брикетированная смесь опилок давлением 1,5 МПа.

Пример 5. Механическое давление на древесину проводят путем ее волочения с предварительным прогревом до 160 - 200^oC в течение 5 - 20 мин при линейной скорости подачи 0,1 - 0,4 м/мин. Возможно использование стандартного или самодельного волочильного оборудования.

Результаты испытаний древесины, обработанной в соответствии с предлагаемым изобретением, показывают, что достигается твердость, соответствующая HB=28-38 единиц. При испытаниях образцов по примеру 4 получена твердость HB= 110 единиц, что приближается к показателям такого металла, как алюминий. Следует сказать, что в указанных выше примерах опилки взяты как частный случай; с такой эффективностью можно использовать стружки из этой древесины, а также их смесь. При использовании способа, как описано в примере 2, возможно применять смесь опилок из обработанной древесины и обычной древесины. Причем доля обычных опилок в этой смеси может доходить до 70% с сохранением прочности соответствующей или превосходящей прочность древесно-стружечных плит. Таким образом, возможна реализация этого способа при производстве древесно-стружечных плит, причем это будет экологически чистым процессом, так в отличие от традиционного производства здесь не используются в качестве связующего вредные смолы. Далее, среди возможных областей применения изделий, полученных использованием заявляемого способа, можно указать погонаж, детали мебели и интерьера. Возможно также производство паркета с использованием волочения вместо традиционной механической обработки на станках, а также возможно получение торцевого паркета из древесины малоценных пород, но по прочности не уступающих дубовому паркету. Штамповка и экструдирование позволяют изготовлять детали, которые в настоящее время выполняются из некоторых видов пластмасс, так как при этом прочность не уменьшается, а в некоторых случаях превышает прочность пластмасс, и к тому же детали по заявляемому способу обойдутся дешевле. В качестве преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом и с техпроцессом, изложенным в книге "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. Процессы механической обработки, склеивания и отбелки древесины" Межвузовский сборник научных трудов, Ленинград, 1983 г. - статья "К вопросу о декоративном оформлении мебели", стр. 116/", следует сказать, что он обеспечивает равномерное окрашивание древесины на всю глубину /до 60 мм/ с возможностью получения оттенков цветов от желтого до черного. При этом появляется возможность увеличить прочность обрабатываемого материала за счет заявляемого способа, что не достигается в вышеназванных источниках. Получаемые изделия имеют декоративный внешний вид, практически не требуют дополнительной обработки, так как у них не проявляется ворс, имеют вид лакового покрытия или полировки. Таким образом, здесь нет необходимости в больших трудозатратах, связанных с подготовкой элементов декора, соблюдением требований к тщательной отделке поверхности. Диапазон представленных параметров температур, давления и времени выбран исходя из того, что при меньших значениях заявленный технический эффект не достигается, а большие значения либо ведут к пережогу древесины, либо увеличивают расходы и время на обогрев, подачу давления /вакуумирование/, что нерационально.

Следовательно, как видно из вышеописанного, именно совокупность заявленных признаков предлагаемого изобретения позволяет получить технический эффект, выраженный в увеличении прочности древесины в результате ее обработки. Помимо этого здесь обеспечивается повышенный декоративный эффект и расширяются функциональные возможности способа обработки за счет возможности замены выпускаемых ныне части пластмассовых деталей на деревянные, полученные по данному способу. Применение способа возможно в условиях специализированных производств лесообработки и мебельного производства.

Использование: изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано, например, для повышения физико-механических свойств малоценной древесины. Сущность изобретения: новым в изобретении является то, что в способе обработки древесины прогрев ведут при 80-90°С, вакуумирование проводят при давлении 0,1-0,8 МПа в течение 40-50 мин, подачу газообразного аммиака проводят при 140-160°С в течение 18-22 ч, повторное вакуумирование проводят пятикратно циклами по 30 мин, после этого полученную в абсорбере жидкость подают в автоклав в количестве 3-6% от объема древесины, термообработку проводят при давлении 0,1-0,8 МПа с температурой 160-200°С в течение 4-6 ч, далее следует обработка древесины механическим давлением. В результате применения этого способа достигается технический эффект, выраженный в увеличении прочности древесины. Кроме того, расширяются функциональные возможности за счет освоения новой номенклатуры изделий, ранее выпускаемых из пластмассы, достигается хороший декоративный вид изделия. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки древесины, состоящий в том, что древесину загружают в автоклав, прогревают, вакуумируют, подают газообразный аммиак, сбрасывают давление до атмосферного, повторно вакуумируют, проводят термообработку, разгружают автоклав и подвергают древесину механическому давлению, отличающийся тем, что прогрев древесины ведут при 80 - 90^oC, вакуумирование проводят при давлении 0,1 - 0,8 МПа в течение 40 - 50 мин, подачу газообразного аммиака проводят при 140 - 160^oC в течение 18 - 22 ч, повторное вакуумирование проводят пятикратно циклами по 30 мин, после этого полученную в абсорбере жидкость подают в автоклав в количестве 3 - 6% от объема древесины, термообработку проводят при давлении 0,1 - 0,8 МПа с температурой 160 - 200^oC в течение 4 - 6 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесины используют опилки, а механическое давление осуществляют путем их штампования при 160 - 210^oC в течение 1 - 5 мин под прессом. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесины используют опилки, а механическое давление осуществляют их экструдированием с предварительным прогревом до 120 - 150^oC в течение 30 мин при линейной скорости подачи 0,3 - 0,5 м/мин. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесины используют опилки, а механическое давление осуществляют путем взрыва с их предварительным прогревом до 140 - 200^oC. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое давление на древесину осуществляют путем ее волочения с предварительным прогревом до 160 - 200^oC в течение 5 - 20 мин при линейной скорости подачи 0,1 - 0,4 м/мин.