Способ изготовления стойкого к гниению и к атмосферным воздействиям деревянного изделия со свойствами, подобными свойствам древесины твердолиственных пород
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. Осушенный деревянный блок сжимают в определенной форме в одном направлении и удерживают при сжатой конфигурации между нагревательными стенками, и далее перемещают в нагревательную камеру, которая по своему профилю представляет собой закрытую камеру заданной формы, не содержащую кислород. Когда деревянный блок все еще находится в камере, его температуру быстро повышают до 210-390°С, при этом деревянный блок с обеспечением непроницаемости удерживают под контролируемым сжатием в каждом направлении. Затем находящийся в условиях сжатия деревянный блок быстро и контролируемым образом охлаждают, помещая его в пространство между охлаждающими стенками камеры. Изобретение позволяет создать изделие, прочное на изгиб, твердое, а также стойкое к атмосферным воздействиям и влаге. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к способу, посредством которого из различных видов деревянных блоков, например из березы, создают деревянное изделие, по своим свойствам, например по стойкости к гниению и к атмосферным воздействиям, подобное долговечной древесине, и, кроме того, который позволяет получить конечное изделие, по своей стабильности, цвету, твердости и прочности к изгибу заменяющее тик и древесину, подобную тику.
Известно, что посредством сжатия можно придать древесине большую твердость и таким образом обеспечить ее пригодность во многих случаях, требующих стойкости к износу и прочности. При сжатии древесины ее поры блокируются или уменьшаются и подвергаются однородному изменению. Такие виды способов сжатия известны, наряду с другими источниками, из публикаций финских патентов FI-92920 и FI-92919, а способ нагрева древесины известен, например, из публикации финского патента FI-102694 B, относящегося к сушке древесины.
В публикациях финских патентов FI-92920 и FI-92919 представлены решения, заключающиеся в сжатии древесины, когда древесина в начальном состоянии довольно влажная, и в последующем быстром нагревании либо в первоначальной тепловой обработке и в последующем сжатии, причем посредством этих решений можно изменить древесину, например, для соответствия тику в отношении твердости и прочности к изгибу, однако при этом не может быть обеспечена стойкость древесины к атмосферным воздействиям, влажности, потемнению и к гниению. Напротив, задача заключается в том, чтобы по возможности точно сохранить первоначальный естественный цвет древесины.
В публикации финского патента FI-102694 B представлен способ сушки древесины, при котором контролируют состояние деревянных блоков для предотвращения возникновения в древесине дефектов при использовании температуры, несколько выше обычной температуры. После этого древесина может стать немного темнее, чем она была первоначально, причем главным образом в ее поверхностной части. Соответственно, даже посредством вышеупомянутого процесса сушки невозможно добиться получения конечного изделия, которое получают посредством использования способа согласно настоящему изобретению.
Задача настоящего изобретения заключается в создании конечного изделия такого типа, которое с экономической точки зрения предпочтительно может быть использовано для замены сырьевых древесных материалов, обработанных для предотвращения гниения ядовитыми веществами. Кроме того, в случае данного способа может быть изготовлено конечное изделие для замены тика, например, благодаря его окраске, твердости, прочности на изгиб, а также его стойкости к атмосферным воздействиям и влаге.
Способ согласно этому изобретению отличается тем, что при его осуществлении заранее осушенный деревянный блок сжимают в одном направлении и сжатую древесину удерживают в осушенном состоянии, например, между стенками, и перемещают в нагревательную камеру, которая по ее профилю представляет собой закрытую камеру заданной формы и не содержит кислород, при этом температуру деревянного блока в камере быстро повышают до 210-390°С и деревянный блок с обеспечением непроницаемости удерживают под контролируемым сжатием в каждом направлении, при этом деревянный блок, все еще находящийся в сжатом состоянии, быстро и с возможностью контроля охлаждают, например, размещая его в пространстве между охлаждающими стенками.
При выполнении способа согласно этому изобретению важно то, что после сжатия древесины гладкие нагретые металлические поверхности, которые образуют профильное пространство нагревательного участка, сохраняют деревянные блоки, которые перемещены в это пространство в их заданной форме в состоянии сжатия, посредством чего из этих деревянных блоков будет сформирован полностью однородный элемент, не содержащий кислород, совместно с тоннелеобразной наружной коркой.
Важная концепция этого изобретения заключается в том, что можно использовать значительно более высокие температуры по сравнению с прежними решениями и сразу же нагревать сжатый деревянный блок до температуры порядка 210-390°С, предотвращая при этом горение древесины, ее коробление и растрескивание. В то же время получается конечное изделие с гладкой наружной поверхностью, выполненное прямым, и наружные габариты которого имеют заданные формы и размеры, так что оно готово для использования во многих местах без принятия каких-либо дополнительных мер.
Важно то, что в случае способа согласно изобретению теплопроводность деревянного блока значительно повышается и благодаря этому, а также внутреннему воздействию температуры общее время, требуемое при выполнении способа, будет значительно короче, примерно составляя лишь 1-5 часов, по сравнению с временем обработки (36-60 часов), требуемым в случае известных вариантов нагревания, что позволяет добиться весьма значительной экономии времени и энергии. Теплопроводность, повышенная благодаря сжатию, сокращает время нагревания древесины и поэтому порядок выполнения работ с древесиной, заключающийся в первоначальном сжатии и в последующем нагревании, является наиболее предпочтительным.
Ниже изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, где
на фиг. 1 представлен боковой вид устройства для сжатия, нагревания и охлаждения;
на фиг. 2 - некоторые решения при создании промежуточной опоры;
на фиг. 3 - результаты исследования набухания древесины с разной степенью влажности, сжимаемой разными способами;
на фиг. 4 - перемещение деревянных блоков без промежуточных опор.
На фиг. 1 изображено устройство для обработки древесины, посредством которого может быть осуществлено манипулирование древесиной, выполняемое согласно настоящему изобретению. Распиленную сухую древесину, имеющую прямоугольное поперечное сечение и осушенную менее чем на 18%, подают в устройство для подъема и прижима к сопрягающейся с ней части 3 цилиндра 2. При подъеме только в этом направлении скользящая часть 14 лишь препятствует набуханию древесины в боковых направлениях. Если сжатие также выполняет цилиндр 4, то его выполняют в этом положении. Промежуточную опору 6, подаваемую сверху вниз, блокируют в положении, показанном на фигуре, и она действует в качестве контршаблона, обеспечивая сжатие деревянного блока 1 посредством цилиндра 4. Также можно осуществлять сжатие лишь посредством цилиндра 4, при этом скользящая часть 3 цилиндра 2 действует в качестве контршаблона, препятствуя набуханию древесины.
После этого согласно фиг. 1 прекращают блокировать промежуточную опору 6 и посредством цилиндра 4 деревянный блок 11 и промежуточную опору 6 заталкивают между стенками 7. Посредством скользящей части 14 происходит проталкивание к месту расположения промежуточной опоры 6, так что при отодвигании скользящей части 14 промежуточная опора сначала может находиться в качестве контршаблона для последующего сжатия, а затем может быть перемещена вперед. Последние деревянный блок и промежуточная опора всегда проталкивают вперед предыдущие деревянный блок и промежуточную опору. Что касается их высоты, то промежуточные опоры 6 ниже пространства между стенками. При этом опору устанавливают таким образом, что деревянный блок, несомненно, будет находиться в контакте со стенками.
Деревянный блок 11 вначале заходит на нагревательный участок, где металлические стенки, главным образом подходящие алюминиевые стенки 7, действуют по отношению к блоку 11 в качестве контактных поверхностей. Нагревание стенок происходит посредством нагревательных элементов 10. Температура деревянного блока 11 на этом участке поднимается, по меньшей мере, до 210°С. Также решается вопрос о создании больших температур до 390°С. Вследствие воздействия температуры лигнины, смолы и другие вещества, содержащиеся в древесине, размягчаются, и деревянный блок становится однородным.
Перед охлаждающим участком имеется теплоизоляционная зона 13, после прохождения которой деревянные блоки 11 поступают на участок охлаждения, который выполнен из металлических, а наиболее приемлемо из алюминиевых стенок 8, внутри которых имеется система каналов 9 для охлаждающей жидкости. Назначение охлаждающего участка заключается в полном охлаждении деревянного блока, а также с внутренней стороны до 50°С, посредством чего разные компоненты деревянного блока застывают, и даже когда блок покидает охлаждающий участок, он сохраняет форму, которую он имел на конечной стадии охлаждения. Промежуточные опоры возвращают для повторного выполнения цикла и готовности продолжения обработки деревянных блоков по месту использования опор.
Расстояние d между стенками 7 и 8 можно регулировать для использования деревянных блоков разного размера. Кроме того, контршаблон 5 участка сжатия имеет возможность перемещения. Перед сжатием деревянный блок может быть подвергнут обработке веществом для изменения его свойств, например огнестойкой добавкой.
В одном взятом в качестве примера варианте осуществления конструкции участок сжатия представляет собой отдельный узел, из которого сжатые блоки 11 перемещают к узлу нагревания/охлаждения, находящемуся где-либо в другом месте.
На фиг. 2 изображена промежуточная опора 6, к которой могут быть добавлены различные детали 12, 15 для придания формы в зависимости от желаемой формы поперечного сечения деревянного блока.
На фиг. 3 представлены результаты испытаний при исследовании влияния влажности на набухание в направлении сжатия древесины для деревянных блоков, сжимаемых разными способами. По вертикальной оси задана степень сжатия в процентах. По горизонтальной оси задана относительная влажность воздуха, под воздействием которого находится помещенный деревянный блок. Деревянные блоки были выполнены из березы, сжимаемой в направлении радиуса, при этом были получены следующие результаты:
кривая А - сжатие 38%;
кривая В - сжатие 38% + тепловая обработка;
кривая С - тепловая обработка + сжатие 38%;
кривая D - тепловая обработка + сжатие 22%.
Кривая В относится к деревянному блоку, вначале сжатому, а затем подвергнутому тепловой обработке посредством способа согласно настоящему изобретению, при этом согласно результатам испытаний набухание блока вследствие воздействия влаги несравнимо мало. Кроме того, только деревянные блоки, обработанные способом, характеризуемым кривой В, после сжатия вновь полностью восстанавливают размер, по которому они были выполнены первоначально.
На фиг. 4 представлено перемещение деревянных блоков 11 через участки нагревания и охлаждения без промежуточных опор. Прямоугольная форма деревянного блока 11 позволяет выполнять это, причем в данном варианте блоки также удерживают совместно друг с другом.
Изобретение не ограничено представленными вариантами его осуществления и в пределах концепции изобретения, раскрытой в пунктах формулы изобретения, возможно выполнение многих модификаций. Помимо прочего на участках нагревания и охлаждения стенки напротив блока 11 могут представлять собой, например, перемещающиеся рулонные маты, если желательно уменьшить трение.
1. Способ создания стойкого к гниению и к атмосферным воздействиям деревянного изделия (11), имеющего свойства, подобные пропитанной древесине и древесине твердолиственных пород, включающий в себя этапы, на которых осуществляют сушку деревянного блока, сжатие осушенного деревянного блока (1) по меньшей мере в одном направлении для получения сжатого деревянного блока (1) в сжатой форме, перемещение сжатого деревянного блока (1) в сжатой форме между нагревательными стенками (6, 7), нагревательной камеры, причем нагревательные стенки образуют закрытый профиль заданной формы и сохраняют сжатый деревянный блок в сжатой форме, быстрое нагревание сжатого деревянного блока в сжатой форме в нагревательной камере, которая не содержит кислород, до 210-390°С и удерживание сжатого деревянного блока в нагревательной камере при этой температуре, и быстрое и контролируемым образом охлаждение сжатого деревянного блока в сжатой форме между охлаждаемыми стенками (8) охлаждающей камеры.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадии нагревания и охлаждения осуществляют друг за другом при перемещении сжатого деревянного блока (11) на обеих стадиях в пространстве между стенками (6, 7, 8), которые определяют его наружные размеры.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что деревянный блок (1) нагревают перед сжатием.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что участки нагревания (7) и охлаждения (8) располагают друг за другом для формирования общей части канала, вдоль которой деревянные блоки (11) перемещаются друг за другом через участки, при этом последний деревянный блок толкает предыдущий деревянный блок непосредственным образом или посредством промежуточной опоры (6, 12).
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что форму профиля поперечного сечения сжатого деревянного блока (11) регулируют посредством формы промежуточной опоры (6, 12, 15).
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжимающая часть (3, 4, 5) и нагревательная/охлаждающая часть (7, 8) действуют друг за другом в одном и том же узле.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжимающая часть (3, 4, 5) и нагревательная/охлаждающая часть (7, 8) при выполнении процесса действуют как отдельные узлы.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что деревянный блок (1) до подачи для выполнения процесса подвергают обработке веществом, изменяющим его свойства, таким, как огнестойкая добавка или другое желаемое вещество.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень влажности деревянного блока (1), поступающего для сжатия, составляет менее 18%.
