Повышение качества отделочных и конструкционных материалов из берёзы объёмной импульсной пропиткой водорастворимыми антипиренами и красителями Ли Хунда

Содержание к диссертации

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9

1.1 Основные свойство древесины 9

1. Строение лиственных пород 9

2. Процессы влагопереноса в древесине 10

3. Физические свойства древесины 11

1.1.3.1 Механические свойства древесины 11

1Л .3.2 Электрические свойства древесины 11

4. Химические свойства древесины 13

5. Пропитываемость древесины 14

6. Горючесть древесины 14

2. Способы пропитки древесины 16

3. Способы сушки древесины 21

1. Конвективный способ сушки древесины 21

2. Кондуктивный способ сушки 26

3. Радиационные способы сушки 28

4. Диэлектрические способы сушки древесины 30

5. Вакуумная сушка 33

6. Сушка пропитанной древесины в электрическом

поле газового разряда 37

1.4 Постановка задач для исследования 38

2 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 40

2.1 Оборудование и методика исследований объёмной пропитки древесины.. ..40

2.1.1 Установка для объёмной пропитки древесины 40

2. Состав оборудования 41

3. Методика исследований 42

4. Методика оценки параметров качества модифицирования древесины 42

2.1.4.1 Методика оценки параметров качества объёмной пропитки
древесины огнезащитными составами 42

2.1.4.2 Методика оценки параметров качества объёмной

пропитки древесины красителями 43

2.2 Методика сушки древесины комбинированным методом,
включающим в себя кондуктивный и высокочастотный способы 44

2.2.1 Экспериментальная установка сушки древесины
комбинированным методом 45

1. Высокочастотный генератор 47

2. Измерение тока и напряжения на нагрузке 48

3. Измерение температуры и влажности древесины 52

2.2.2 Оценки параметров качества сушки древесины 53

4. Определение модуля упругости при статическом изгибе.53

5. Определение предела прочности при сжатии

вдоль волокон 55

2.2.2.3 Контроль остаточных напряжений в

высушенных пиломатериалах 55

3. Погрешность измерений 56

4. Выводы 57

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 58

3.1 Результаты экспериментальных исследований объёмной пропитки
древесины 58

1. Влияние времени заготовки древесины на качество объёмной пропитки 62

2. Влияние давление раствора в камере на время объёмной пропитки древесины 62

3. Влияние температуры пропиточного раствора красителей

на качество объёмной пропитки древесины березы 63

4. Влияние пропитывающего состава на качество объёмной пропитки древесины 64

5. Влияние влажности древесины на качество пропитки 66

3.2 Сушка пропитанной древесины 67

1. Выбор параметров источника напряжения 68

2. Сравнение разных способов сушки 71

3. Исследования физико-механических свойств древесины березы пропитанной антипиренами 74

4. Исследование физико-механические свойств древесины березы пропитанной антипиреном в зависимости от температуры сушки 75

3.3 Разработка оборудования модифицирования древесины 77

3.3.1 Установка для объёмной пропитки древесины 77

3.3.1.1 Устройство и работа установки для объёмной пропитки
древесины 78

3.3.1.2 Технические характеристики 82

3.3.2 Вакуумная опытно-промышленная установка для сушки

древесины комбинированным методом 82

3.3.2.1 Устройство и работа установки для сушки древесины
комбинированным методом 82

3.4 Технология модифицирования древесины 87

3.4.1 Технологический регламент на производство модифицированной

древесины 89

3.5 Выводы .-. 93

4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ НА РАЗРАБОТКУ И СОЗДАНИЕ

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ 95

4.1 Выводы 98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 101

Введение к работе

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; - 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 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 м 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 и 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.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Похожие диссертации на Повышение качества отделочных и конструкционных материалов из берёзы объёмной импульсной пропиткой водорастворимыми антипиренами и красителями

Исследование и разработка путей повышения качества материалов на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущихШевченко Владимир Григорьевич

Обоснование повышения качества материалов на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущихШевченко Владимир Григорьевич

Модифицирующая добавка золя синтетического цеолита для повышения качества пенобетонаХакимова, Эльвира Шарифовна

Повышение качества дорожного асфальтобетона путём ультразвуковой активации битумаСубботин, Игорь Валентинович

Повышение качества асфальто- и цементобетона из техногенного сырья с учетом состояния его поверхности Ядыкина Валентина Васильевна

Повышение качества асфальтобетона путем обработки битума полем сверхвысокой частотыАкимов Андрей Евгеньевич

Повышение качества асфальтобетона за счет использования пористого минерального порошкаКоротаев Александр Павлович

Совершенствование технологии и повышение качества гипсовых изделий с использованием пластификаторов различной природыШлёнкина Светлана Салимуллаевна

Интенсификация производства и повышения качества автоклавных ячеистых бетонов полифункциональными химическими добавкамиХаддадин, Лейс Води Одех

Повышение качества и эффективности производства стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетонаСтрельбицкий, Владимир Петрович