СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОГО БРУСА ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 2009 года по МПК B27N3/02 B27M3/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при создании строительных лесоматериалов в виде бруса, изготовленного из составных конструкций.

Уровень техники

Авторам известен ГОСТ 24588-81 «Заготовки из модифицированной древесины», которые получаются путем термодинамической обработки и поперечного одноосного уплотнения предварительно пропаренной древесины с последующей сушкой, и применяются в основном для различных машиностроительных деталей (подшипников скольжения, ползунов лесопильных рам, подкладок и т.д.), и имеют плотность до 1100 кг/м³, что делает их весьма неудобными для применения при изготовлении мебели (мебель получается тяжелой), а также в строительных отделочных конструкциях.

Авторам известен также монодрев, разработанный УкрНИИМОДом (см. «Изучить возможность получения древесной массы путем раздавливания древесины для производства новых анизотропных древесных материалов». Отчет УкрНИИМОДа. Руководитель темы В.Ф.Анненков - №ТР 0193039383. Киев, 1966 г. - 107 с.).

Монодрев представляет собой материал, выполненный из развальцованного волокнистого сплетения некондиционного древесного сырья, образующегося при рубках ухода за лесом.

Технологический процесс производства монодрева включает следующие операции: подготовку сырья, его развальцевание на длинноволокнистые сплетения, их подсушку, осмоление сплетений, прессование и послепрессовую обработку.

Полученный таким способом монодрев является весьма тяжелым материалом и пригоден только для отдельных неответственных строительных конструкций и не может использоваться в мебельной отрасли или отделочных работах внутри помещений при строительстве.

Авторам известны различные способы изготовления композиционных материалов, например, а.с. №1329972, кл. B27N 3/02 «Способ изготовления композиционного материала на основе фенолформальдегидного связующего и древесного наполнителя», в котором с целью повышения текучести, ударной вязкости и теплостойкости материала в фенолформальдегидное связующее вводят дициандиамид в количестве 1-12 мас.% от количества фенолформальдегидного связующего.

Анализ показал, что такой способ изготовления композиционного материала не пригоден для применения в мебельной и строительной отраслях, так как он плохо работает на поперечный изгиб, плохо воспринимает усилия смятия под вертикальной нагрузкой и не воспринимает знакопеременную нагрузку.

Известен также «Способ изготовления цельнопрессованных древесных изделий» по а.с. №1346426, кл. B27N 3/02, в котором с целью повышения качества древесных изделий путем увеличения текучести и жизнеспособности пресс-массы после смешивания древесных частиц со связующим выполняют защитную обработку осмоленных частиц бутадиенстирольным каучуковым латексом, при этом фенолформальдегидное связующее берут в количестве 20-25 мас.%, а бутадиенстирольный каучуковый латекс в количестве 5-15 мас.% от количества пресс-массы.

Однако такой композиционный материал не пригоден для изготовления мебели и строительных конструкций, так как, будучи гибким и эластичным, совсем плохо держит ударные нагрузки и не обеспечивает необходимой твердости поверхности, а также плохо реагирует на знакопеременную нагрузку, возникающую особенно в строительных конструкциях.

Авторам известна также заявка Франции №2618719 «Изготовление прессованных изделий», в которой используются древесные волокна любых пород и 10% связующего материала в виде смолы, клея либо полимеризующего вещества, прессуют этот материал при давлении 80-500 кг/см².

Однако этот материал также не пригоден для производства мебели и строительных конструкций. Будучи гибким и способным воспринимать ударные нагрузки, он совершенно плохо воспринимает сминающие усилия, не обладает достаточной жесткостью, чтобы от перерезающих сил не деформироваться и не терять своей геометрической формы, что очень важно для мебели, к тому же такой материал не является экологически чистым.

Авторам также известен патент России №2179923, кл. 7 B27M 3/14 «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи», в котором шпалу с целью повышения эксплуатационных качеств, снижения ее массы и стоимости изготавливают из древесных волокон различных пород, металлической проволоки, каучука и вискозы, причем древесные волокна получают из отходов деревообработки и лесопиления, а металлическую проволоку, каучук и вискозу - из изношенных шин, при этом композицию приготавливают в пропорции: древесные волокна 50-70%, металлическая проволока 30-10%, жидкий каучук 5-10%, жидкая вискоза 5-10% от прессуемой массы, композиционную массу подают в пресс с давлением не менее 75 МПа и выдерживают не менее 1 минуты при температуре 75-100°С с ограниченным доступом воздушной среды.

Однако такой материал не пригоден для изготовления строительных конструкций, так как не обладает способностью к обработке и приданию необходимой текстуры.

Авторам известны способы склеивания пиломатериалов на зубчатый шип, внахлестку, на фугу (см. Ковальчук Л.М., Баскакин Е.Н., Белозерова А.С. «Механизированное склеивание древесины на зубчатый шип», ЦНИИТИЭлеспром, Москва, 1963, с.48) (Глебов И.Х., Встомкина Ю.И. «Сращивание пиломатериалов по длине», ВНИПИЭИлеспром, Москва, 1982 г., с.34).

Однако такие способы склеивания древесины пригодны только для плоских сухих пиломатериалов, и невозможно такими способами склеить сырые пиломатериалы, тем более круглые лесоматериалы, а также пиломатериалы разных пород.

Авторам известен также патент РФ №2179923, кл. МКИ В27М 3/14, «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи», с помощью которого изготавливают шпалу из древесных волокон различных пород, металлической проволоки, каучука и вискозы путем прессования с давлением не менее 75 МПа при температуре 75-100°С. Но таким способом получают принципиально другой композиционный материал, который по своему составу и техническим характеристикам отличается от цельной древесины и практически не может быть использован для склеивания древесины.

Авторам известен патент СССР №1790487, кл. В27К 5/04, «Способ сварки древесины», при котором в место соединения поверхностей под давлением нагнетают металлический порошок, после чего соединяемые поверхности помещают в камеру с углекислым газом, а соединение их производят с помощью импульсного давления холодным методом.

Такой способ соединения концов древесины весьма затратный, так как требует специальной камеры с углекислым газом, работающей под большим давлением, и специального устройства холодной сварки полуметаллических концов свариваемых материалов, что резко ограничивает применение на практике такого способа.

Авторам известен прототип - патент РФ №2235637, где на пласть пиломатериала с помощью дозатора наносят слой мелкого металлического порошка и подают пиломатериал с порошком в пресс, верхняя часть которого представляет узорную матрицу, и порошок вдавливают в пласть пиломатериала, а затем пиломатериал возвращают к дозатору, переворачивают, насыпают на вторую пласть мелкий металлический порошок и вновь подают в пресс, где вдавливают порошок в пласть пиломатериала со строго определенным узором текстуры, а для окончательного формирования деревометаллического материала его пропускают через вальцы прокатной машины, при этом деревометаллический материал приготавливают в пропорции древесина 98%, мелкие металлические опилки 2% от массы материала, и подают в пресс с давлением не менее 7 МПа с выдержкой 30 с, а прокатывают полученный материал с усилием между вальцами не более 20 кН.

Однако таким способом нельзя изготовить строительный брус из сборных модифицированных материалов, можно только увеличить прочность отдельной пласти пиломатериала.

Сущность изобретения

В способе производства строительного бруса из модифицированной древесины предполагается, что в матрице пиломатериал складывается обработанными металлическими поверхностями, к торцам пиломатериалов подводятся по контактам токи сверхвысокой частоты (СВЧ), которые размягчают металл на поверхности пиломатериала, и сложенный таким образом брус в матрице поднимается вверх гидроцилиндрами до упора в ограничитель, при соприкосновении с которым подача СВЧ прекращается, а металлические поверхности прессуются и охлаждаются, а при обратном движении матрицы вниз готовый строительный брус из модифицированной древесины удаляется на брусоподборщик, который освобождает матрицу для нового цикла производства строительного бруса.

Наличие таких отличительных признаков от прототипа позволяет сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает существенной новизной.

Для доказательства соответствия предлагаемого способа критерию существенного отличия было проведено сравнение основных признаков «Способа изготовления деревометаллических материалов» (Патент РФ №2235637) и «Способа производства строительного бруса из модифицированной древесины».

В результате было установлено, что в прототипе пласть пиломатериала только упрочняется мелкозернистым металлическим порошком, и такой пиломатериал не может быть спрессован в строительный брус.

Технический результат, дающий положительный эффект по сравнению с прототипом, определяется свойствами и показателями, приведенными в таблице.

Таблица 1 Сравнение основных показателей Свойства и другие показатели Заявляемый способ Прототип - патент РФ №2235637 Подготовка пиломатериала Внедрение мелкозернистого порошка в пласть и прокатка пласти Прокатка пласти с нанесением узора Состав модифицированной древесины, %:
- пиломатериал;
- древесные волокна;
- металлический порошок  
 
 
96,0
-
 
4,0  
 
 
-
98,0
 
2,0 Метод подготовки пласти к склеиванию Токи сверхвысокой частоты - Метод склеивания бруса Прессование размягченного металлического порошка в матрице - Давление прессования 3 МПа 7 МПа Время прессования 10 с 30 с

Наличие отличительных признаков предлагаемого способа от прототипа позволяет сделать вывод, что он соответствует критерию «существенные отличия».

Анализ данных таблицы показывает, что заявляемый способ может быть технически реализован, так как имеет все исходные параметры.

На чертеже показана общая схема способа производства строительного бруса из модифицированной древесины, над каждой позицией показано состояние модифицированной мелкоразмолотым металлическим порошком древесины.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого изобретения

Способ производства строительного бруса из модифицированной древесины начинается с подачи исходного пиломатериала (1) на реверсивный рольганг (2) дозатора (3) мелкоразмолотого металлического порошка (4). Дозатор с металлическим порошком перемещается вдоль плоскости пиломатериала с помощью реверсивного транспортера (5), к которому он присоединен. Оператор перемещает регулируемую щель (6) дозатора над плоскостью пиломатериала, и металлический порошок под воздушным давлением вдавливается в волокна древесины. Как только нанесение металлического порошка заканчивается, пиломатериал автоматически передается на прокатный рольганг (7), где нижние ролики (8) и верхние ролики (9), соединенные с гидроцилиндрами (10), окончательно формируют поверхность пиломатериала, в зависимости от требования, либо на одной пласти, либо на двух. После этого пиломатериал передается на промежуточный рольганг (11), имеющий поворотное устройство (12), и в зависимости от исходного материала на формировочном рольганге (13) собирает строительный брус (14) из двух или трех соединяемых деталей, а затем собранный брус без остановки передается в матрицу (15), которая соединена снизу с гидроцилиндрами (16), а в верхней части имеет ограничитель (17), причем в верхней части установлены специальные контакты (18), соединенные проводами (19) с генератором (20) высокой частоты, а штанги (21) контактов соединены с гидроцилиндром (22), который через опоры (23) может надвигать на торец бруса контакты и после разогрева металлического порошка в соединениях и соприкосновения бруса с ограничителем сразу отключить генератор СВЧ и убирать контакты. При дальнейшем движении матрицы вверх гидроцилиндрами происходит прессование строительного бруса, и он удаляется на брусоперекладчик (24) и выносится из цеха, освобождая матрицу для последующего прессования строительного бруса.

Реализация предлагаемого способа производства строительного бруса из модифицированной древесины откроет новые возможности в создании прочного деревометаллического бруса с заранее заданными формами и прочностными показателями. Такие строительные брусья могут применяться в особо ответственных и напряженных узлах строительных конструкций. Кроме того, к созданным металлическим швам брусьев можно будет приваривать различной формы и прочности закладные детали для заделки углов, рам, дверей и тому подобных строительных конструкций.

Способ производства строительного бруса из модифицированной древесины обеспечивает модификацию древесины путем нагнетания в полость пиломатериала мелкоразмолотого металлического порошка с последующей придачей пласти пиломатериала путем проката ровной поверхности для подачи в матрицу, где он складывается в брус металлическими пластями друг к другу. Затем к торцам бруса подводятся токи сверхвысокой частоты (СВЧ), которые размягчают металлический порошок, и соединение модифицированных материалов происходит в матрице путем прессования, в момент которого СВЧ выключается, а полученный шов соединения охлаждается, и готовый брус убирается из матрицы, освобождая ее для последующего прессования бруса. Способ позволяет получить строительный брус с заранее заданными формами и прочностными показателями. 1 ил., 1 табл.

Способ производства строительного бруса из модифицированной древесины, включающий нагнетание мелкоразмолотого металлического порошка в пласть пиломатериала, прокат пласти вальцами для создания однородного покрытия, подачу обработанного пиломатериала в матрицу, отличающийся тем, что в матрице пиломатериал складывается обработанными металлическими поверхностями, к торцам пиломатериалов подводятся по контактам токи сверхвысокой частоты (СВЧ), которые размягчают металл на поверхности пиломатериала, а сложенный таким образом брус поднимается вверх гидроцилиндрами до упора в ограничитель, при соприкосновении с которым подача СВЧ прекращается, а металлические поверхности прессуются и охлаждаются, а при обратном движении матрицы вниз готовый строительный брус из модифицированной древесины удаляется на брусоподборщик, который освобождает матрицу для нового цикла производства строительного бруса.