Способ изготовления профилированных изделий из материала цельной древесины или древесных сред

 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. В способе операцию пластификации осуществляют при приложении к древесному материалу электрического напряжения, а процесс уплотнения производят экструдированием древесины при непрерывной подаче материала в экструдер. Операции пластификации и уплотнения осуществляют с приданием вибрации обрабатываемому древесному материалу и могут производить одновременно. Вибрацию создают системой колебаний корпуса экструдера, включающей различные частоты, от низких до высоких. Способ характеризуется малой длительностью процесса, экологической чистотой, высоким качеством производимых изделий. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам непрерывного изготовления профилированных изделий из материала цельной древесины или древесных сред и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности.

Известен способ уплотнения и формообразования изделий из цельной древесины, включающий воздействие на заготовку в пресс-форме внешних статической и пульсирующей нагрузок, осуществляемых одновременно, при этом пульсирующую нагрузку создают путем сообщения пресс-форме продольно-поперечных акустических колебаний [1].

Недостатком вышеописанного способа является то, что воздействие на древесину в пресс-форме статической и пульсирующей нагрузок не устраняет наличие остаточных упругих деформаций в материале древесины, что отрицательно сказывается на формообразовании изделий из этой древесины, так как после снятия давления уплотненная древесина за счет оставшихся внутренних напряжений частично распрессовывается.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления изделий из древесины, включающий технологические операции пластификации, уплотнения и формообразования древесины, причем процесс пластификации ее происходит с помощью пропитки в петролатуме с одновременным нагревом, а уплотнение и формообразование осуществляют последующим помещением древесины в холодные пресс-формы, уплотнением до требуемой степени, например, в гидравлических прессах, и выдерживанием под давлением в замыкающихся пресс-формах до полного охлаждения и частичного снятия внутренних напряжений [2].

Недостатком вышеописанного способа является то, что после пластификации древесины пропиткой ее в петролатуме с одновременным нагревом требуется довольно длительная выдержка ее под давлением в пресс-формах до частичного снятия внутренних напряжений, которые приводят к снижению качества производимых изделий. Эта выдержка значительно повышает длительность технологического процесса изготовления изделия по заявленному способу.

Кроме этого, длительность технологического процесса увеличивается из-за его позиционности, то есть по окончании уплотнения и формообразования каждой заготовки требуется остановка всего процесса, извлечение заготовки из пресс-формы, установка в пресс-форму новой заготовки и начало нового процесса.

Сам процесс по вышеописанному способу не обладает экологической чистотой из-за операции пластификации древесины, производимой с помощью пропитки ее в петролатуме, продукте, нарушающем экологическую чистоту.

Пропитка древесного материала в петролатуме сказывается на изменении цвета получаемого древесного материала, что снижает его эстетическое восприятие при отделке им интерьеров помещений, а также на качестве выпускаемых изделий, так как при химическом воздействии нарушаются междуклеточные связи древесины и из-за этого ее однородность.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа изготовления профилированных изделий из материала цельной древесины или древесных сред, обладающего малой длительностью процесса, его экологической чистотой, высоким качеством производимых изделий и высоким их эстетическим восприятием.

Поставленная задача решается при применении способа изготовления изделий из материала цельной древесины или древесных сред, включающего технологические операции пластификации, уплотнения и формообразования, производимой при естественном или искусственном охлаждении древесины, в котором согласно изобретению операцию пластификации осуществляют при приложении к древесному материалу электрического напряжения, а процесс уплотнения производят экструдированием древесины при непрерывной подаче материала в экструдер, причем процессы пластификации и уплотнения производят с приданием вибрации обрабатываемому древесному материалу.

Операции пластификации и уплотнения древесного материала могут производить одновременно.

Обрабатываемому древесному материалу могут придавать вибрацию путем создания системы колебаний корпуса экструдера, включающей различные частоты, от низких до высоких. Пластификация древесины осуществляется при приложении к древесному материалу электрического напряжения за счет разогрева материала, причем может быть применено напряжение как постоянного тока с непосредственным выделением тепла, передаваемого древесине, так и переменного тока с образованием электромагнитного поля, способствующего выделению тепла. Придание при этом материалу вибрации способствует качественному деструктурированию разогретого древесного материала, снижая его внутренние напряжения, а уплотнение древесного материала в экструдере, также с приданием вибрации уплотняемому материалу, доводит внутренние напряжения в материале до минимума, одновременно уплотняя его наружный слой. При этом уменьшается трение при проходе древесного материала в экструдере, снижая длительность процесса.

Изделие с уплотненным слоем древесины также не коробится, не растрескивается и не подвергается распрессовке, не требует дальнейшей обработки поверхности, что улучшает качество производимых изделий и снижает длительность процесса, не требуя долговременной выдержки материала под давлением.

Указанные преимущества наиболее полно проявляются при одновременном проведении операций пластификации и уплотнения.

При создании системы колебаний корпуса экструдера, имеющей различные частоты от низких до высоких, где каждая частота соответствует определенной глубине проникновения в материал, низкие частоты проникают во весь объем древесного материала, а высокие концентрируются непосредственно в зоне контакта материала с экструдером. Это способствует деструктированию, снятию внутренних напряжений по всему объему древесного материала. Производимый древесный материал получается уплотненным по всему сечению и однородным по всему объему, что способствует высокому качеству производимых изделий и снижению длительности процесса изготовления.

Отсутствие контакта древесного материала с токсичными средами повышает экологическую чистоту процесса. Отсутствие контакта древесного материала со средами, способствующими изменению его цвета, повышает эстетическое восприятие производимых изделий.

Сопоставительный анализ заявляемого способа и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого способа по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в снижении длительности процесса, повышении качества производимых изделий, повышении экологической чистоты процесса и повышении эстетического восприятия произведенных изделий.

Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод, что заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

Использование заявляемого изобретения в деревообрабатывающей промышленности обеспечивает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Пример конкретного применения изобретения.

Размер обрабатываемого древесного бруса - 0,1х0,1 м² Площадь прикладываемых электродов - 4·10^-2 м² Объем обрабатываемого древесного бруса - 4·10^-3 м³ Масса обрабатываемого древесного бруса - 4 кг Плотность древесины - 10³ кг/м³ Теплоемкость древесины - 3·10³ Дж/кг·град Повышение температуры деревянного бруса - 80^oC (от 20^oC до 100^oC) Количество тепла, выделяемое на разогрев бруса - 9,6·10⁵ Дж Мощность тока, затрачиваемая на разогрев 0,1 объема бруса - 2,4 кВт Количество тепла, выделяемое для нагрева 0,1 объема бруса - 9,6·10⁴ Дж
Удельное электрическое сопротивление - 1,8·10³ Ом·метр
Влажность древесины - (90 - 100)%
Электрическое сопротивление деревянного бруса - 4,5 кОм
Напряжение тока - 3,2 кВ
Напряженность электрического поля - 320 В/см
Сила тока - 0,7 А
Плотность тока - 2·10^-2 мА/мм²
Частота тока - 50 Гц
Вибрационное (акустическое) воздействие.

Модуль сдвига для древесины - 30 ГПа
Скорость звука в древесине - 3·10³ м/с
Частота акустических колебаний (основная) - (2-10) кГц
Статическое давление - 4·10⁶ Н/м²
Время протяжки в экструдере - 40 с
Скорость протяжки - 0,5·10^-2 м/с
Использование заявляемого способа по сравнению с прототипом позволяет обеспечить следующие преимущества.

Время протяжки в экструдере -40 с, за счет которого обеспечивается пластификация и уплотнение образца, т. е. тратится 0,8 с на 1 мм толщины образца. В прототипе же на прогрев образца с обработкой его петролатумом тратится до 36 с на 1 мм толщины образца.

Таким образом, процесс, описанный в заявляемом способе, обладает меньшей длительностью по отношению к прототипу.

Кроме этого, за счет отсутствия контакта с токсичной средой процесс по заявляемому способу обладает высокой экологической чистотой, а произведенные по заявляемому способу изделия обладают высоким эстетическим качеством восприятия.

Минимальные внутренние напряжения и уплотнение наружного слоя древесного материала повышают качество производимых по заявляемому способу изделий.

Источники информации.

1. Патент РФ N 2089385 C1, кл. B 27 M 1/08, 10.09.97.

2. Авторское свидетельство СССР N 315610, кл. B 27 M 3/04, опубл. 01.10.71.

Формула изобретения

1. Способ изготовления профилированных изделий из материала цельной древесины или древесных сред, включающий технологические операции пластификации, уплотнения и формообразования, производимой при естественном или искусственном охлаждении древесины, отличающийся тем, что операцию пластификации осуществляют при приложении к древесному материалу электрического напряжения, а процесс уплотнения производят экструдированием древесины при непрерывной подаче материала в экструдер, причем процессы пластификации и уплотнения производят с приданием вибрации обрабатываемому древесному материалу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операции пластификации и уплотнения древесного материала производят одновременно.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обрабатываемому древесному материалу придают вибрацию путем создания системы колебаний корпуса экструдера, включающей различные частоты от низких до высоких.