Ассоциация производителей машин и оборудования лесопромышленного комплекса

Повышение проницаемости ядровой древесины лиственницы сибирской путём лазерной перфорации

Бюллетень Ассоциации «ЛЕСТЕХ» №10, 2022 г.

Источник публикации и ссылка для цитирования – Дук Д.В. Повышение проницаемости ядровой древесины лиственницы сибирской путём лазерной перфорации // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки [Электронный ресурс] : сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (с международным участием) (21–22 апреля 2022 г., Красноярск). – Электрон. текстовые дан. / под общ. ред. Ю.Ю. Логинова ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск, 2022. – Режим доступа: https://youngscientist.sibsau.ru. – Загл. с экрана. С. 277-280.

Лиственница сибирская обладает высокими физико-механическими свойствами, превосходящими другие хвойные породы. При всех своих преимуществах древесина лиственницы не лишена и недостатков. Хуже обрабатывается и сушится, склонна к растрескиванию и короблению, часто имеет бледную нехарактерную для породы окраску. Для нивелирования недостатков природного сырья в настоящее время широко используют методы направленного изменения свойств древесины, которые позволяют улучшить ее формоустойчивость, изменить внешний вид, повысить огне-биостойкость и др. В основном модификация древесины производится путем ее пропитывания различными реагентами.

Требования к используемым в производстве мебели и строительстве материалам с каждым годом только растут. Это касается как внешнего вида древесины, так и других важных при эксплуатации характеристик. В этой связи, важной характеристикой древесины как объекта пропитки является ее проницаемость для жидкостей. Древесина лиственницы относится к труднопропитываемым породам и основной объем ее ствола составляет ядровая древесина, имеющая крайне низкую проницаемость для жидкостей. По этой причине автоклавная пропитка такой древесины при избыточном давлении без специальной подготовки практически не дает результата.

В литературе описан целый ряд способов, позволяющих повысить глубину проникновения пропиточного раствора и его поглощения. Для этого повышают проницаемость древесины путем накалывания [1,2,3,4], используют переменное давление [5,6], производят предварительное заражение грибами [5], используют повышенные температуры [6], применяют СВЧ воздействие [7,8,9,10,11] и т.д.

Как правило, представленные методы не применяются на практике, поскольку их недостатки превышают эффект от их использования: нарушают целостность древесины, энергозатратны, технически сложны при реализации в промышленных условиях, имеют неприемлемо длительную продолжительность процесса и др.

В последнее время достаточно активно прорабатывается вопрос использования лазерной перфорации древесины для повышения ее проницаемости. Из работ [12,13] следует, что перфорация лазером позволяет существенно повысить проницаемость труднопропитываемой древесины для жидкостей. При этом диаметр прожигаемых отверстий настолько мал – до 0,2 мм, что они едва заметны на пропитанных заготовках, а прочность древесины при этом снижается в пределах 10%.

С учетом имеющихся данных было решено проверить применимость лазерной перфорации для повышения проницаемости ядровой древесины лиственницы сибирской. Для этой цели из пиломатериала лиственницы были изготовлены образцы размерами 20х90х100 мм. Влажность древесины до пропитки составляла 8%. В образцах древесины были прожжены отверстия глубиной 10 мм, согласно схеме [11]. Отверстия размещались в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 20 мм. После лазерной перфорации была выполнена гидроизоляция торцов в целях предотвращения проникновения раствора вдоль волокон. Затем образцы взвешивались и помещались в автоклав, где при избыточном давлении 0,8 МПа в течение 18 часов пропитывались 10% раствором хлорида железа (FeCl3).

Пропитанные образцы вновь взвешивались для определения поглощения пропиточного раствора, а затем были распределены на 2 группы. Для изучения характера распределения пропиточного раствора в древесине образцы первой группы (рис. 1 а) распиливались поперек волокон на середине образца после 24-часовой выдержки. Образцы второй группы (рис. 1б) выдерживались для перераспределения пропиточного раствора 72 часа и затем также распиливались. На поперечных разрезах образцов производилось исследование особенностей распределения пропиточного раствора в образцах древесины.

Из полученных результатов видно, что в сравнении с контрольными образцами, перфорированные образцы показали увеличение поглощения пропиточного раствора в 2,7 раза (рис. 2). При этом – вскрытие образцов после 24-часовой выдержки показало, что пропиточный раствор преимущественно локализовался в прилегающих к прожжённым каналам участках. В поперечном направлении раствор перераспределялся слабо, в основном по границам перехода между ранней и поздней зонами годичного слоя. В образцах после 72-часовой выдержки наблюдалась практически аналогичная картина, но расстояния продвижения пропиточного раствора от прожжённых каналов поперек волокон оказалось несколько больше. В контрольных образцах пропиточный раствор локализовался на поверхности, продвижение фронта пропитки вглубь образца составило не более 1,5 мм.

Учитывая полученные данные, были сделаны следующие выводы:

– лазерная перфорация позволяет почти в три раза увеличить поглощение пропиточного раствора в древесине;

– пропиточный раствор может проникать на всю толщину заготовок в соответствии с глубиной прожигаемых лазерным лучом каналов;

– пропиточный раствор слабо перераспределяется поперек волокон от прожигаемых лазерным лучом каналов, вследствие чего наблюдается неоднородность распределения пропиточной жидкости.

Даниил Дук

Научные руководители – Сергей Елисеев, Владимир Ермолин

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Библиографический список

ПОДЕЛИТЬСЯ

В числе экспертов Ассоциации:

Фото эксперта Сергей Угрюмов
Сергей Угрюмов
Доктор технических наук, профессор
[email protected]
Фото эксперта Даниил Иванов
Даниил Иванов
к.т.н., доцент кафедры технологии древесных и целлюлозных композиционных материалов СПбГЛТУ им. С.М. Кирова
[email protected]

Ассоциация «ЛЕСТЕХ»: [email protected]