Гидротермальная обработка древесины (Парообработка)

Гидротермальная обработка предполагает воздействие на древесину горячей воды (заваривание) или пара (пропаривание) с целью изменения характеристик материала. После такой обработки изменяются физические, химические и механические свойства, приобретается устойчивость к вредным биологическим факторам.

Цели гидротермальной обработки:

• пластификация перед плоской или круговой резкой;
• обработка срезов шпона после лущения;
• изменение и выравнивание цвета;
• пластификация перед гибкой;
• обработка гибочных реек.

Влияние гидротермальной обработки на древесину

В результате действия на древесину высокой температуры в водной среде или насыщенном водяном паре в древесине происходят различные изменения, как постоянные, так и временные.

Изменение физических свойств:

• устранение напряжений роста, которые являются основной причиной возникновения трещин на боках свежеспиленных бревен;
• уменьшение напряжений, возникающих в древесине при сушке;
• изменение цвета древесины и ее однородности, компенсация различий в цвете заболони и ядра;
• уменьшение гигроскопичности.

К изменениям химических свойств относятся изменения химической структуры древесины (вымывание смол, жиров, дубильных веществ) и изменение химической структуры клеточных стенок, что приводит к уменьшению массы материала примерно на 1/10 часть. Некоторые фрагменты структуры древесины растворяются в воде или переходят в водорастворимые соединения и удаляются из древесины вымыванием.

Изменение механических свойств. Из-за потери веса после гидротермической обработки древесина лиственных пород более подвержена изгибу, чем древесина хвойных пород. В результате варки и пропаривания древесины ее механические свойства снижаются тем сильнее, чем больше потери массы древесины, вызванные такой обработкой.

Изменение биологических свойств. К изменениям, связанным с устойчивостью древесины к воздействию вредных для древесины биологических факторов, относятся:

• уничтожение паразитических живых организмов (грибов, бактерий, насекомых, их спор и личинок). Гидротермическая обработка не защищает от повторного заражения и разрушения древесины;
• угнетение физиологической активности клеток паренхимы древесины лиственных пород (особенно бука); деятельность этих клеток после распила древесины вызывает образование углублений, которые затрудняют сушку и пропитку древесины.

Временные изменения касаются процессов, происходящих в материале под воздействием тепла и влаги, таких как: размягчение пектиновых веществ и лигнина, связующего клеточных стенок. Результатом этого становится повышение пластичности. Древесина, нагретая до соответствующей температуры, с влажностью, соответствующей точке насыщения волокна или выше, режется легче, и получаемый в результате срез более гладкий. Эти особенности древесины имеют большое практическое значение при обработке заготовок для гнутой мебели, а также в процессах производства шпона для фанеры и ДШП.

Оборудование и технология термообработки древесины

Гидротермическую обработку бревен, бревен и пиломатериалов проводят в варочных или пропарочных бассейнах. Это бетонные резервуары, чаще всего расположенные на открытом воздухе, сверху закрытые плотными крышками.

Длинные ямы — длиной 10 — 18 м, шириной 2 — 6 м и глубиной до 4 м — предназначены для пропаривания бревен. Для погрузки-выгрузки древесины в бассейны используются мостовые краны, и различные типы подъемников, цепных эжекторов, оснащенных захватами. Для обеспечения безопасной эксплуатации боковые стенки бассейна должны выступать над окружающей территорией не менее чем на 1 м. Короткие ямы (например, длиной 3,15 м, глубиной 2,45 м и шириной обычно до 3 м) предназначены для пропаривания лущеной щепы и шпона. Древесину следует окалить перед тем, как бросить в бассейн, что сокращает время проваривания на 20%. Температура воды в бассейнах должна быть 70-80⁰С зимой и 40-65⁰С летом.

Температура выбирается в зависимости от породы и толщины древесины. Нагревать материал следует постепенно. По всему объему бассейна должно установиться одинаковое значение температуры, тогда древесине не возникает напряжений, неравномерностей изменения цвета. Как только процесс заваривания завершится, следует быстро вынуть древесину из бассейна. Медленное остывание приводит к тому, что древесина успевает напитаться водой.

Проваривание – опасный процесс, требующий предельной осторожности при погрузке и выгрузке древесины. Ожоги от воды в бассейне трудно вылечить, поскольку горячая вода содержит кислоты. Обработка заготовок меньшего размера может осуществляться в варочных камерах. Это устройства, аналогичные камерным сушилкам. Размеры камер обычно составляют: ширина 2 м, высота до 2,2 м, длина до 12 м.

Проваривание делится на три этапа: начальный нагрев древесины, собственно проваривание и этап выравнивания. Первый этап предполагает медленный нагрев древесины (первые три часа температура не должна превышать 65⁰С).

Время заваривания на втором этапе, например, для дуба толщиной 50 см, составляет 28 часов летом и 35 часов зимой. После выгрузки из пропарочной установки древесину следует окорить и доставить на разделочную станцию. Оптимальная температура древесины при резке 55 – 65^оС.

Древесину бука, предназначенную для производства шпона и половой доски, пропаривают с целью изменения и выравнивания цвета, а также пластификации древесины.

Пропаривание в автоклаве. Выпарную обработку проводят в герметично закрытых, хорошо изолированных автоклавах, изготовленных из оцинкованного стального листа. Диаметр автоклавов может составлять 1,2 – 2,0 м, а длина – несколько метров. Торцы бревен и спилы должны быть защищены от щепок.

Оптимальная влажность древесины в автоклаве 25-30%. Чтобы древесина, предназначенная для пропаривания, не пересыхала, особенно летом, ее следует держать в воде или часто и равномерно опрыскивать. В плотно закрытом автоклаве древесина медленно нагревается до температуры 90⁰С при постоянном давлении в течение 8 часов летом или 14 часов зимой. При нагреве древесины происходит испарение. Температура в котле составляет 90 – 104^оС, давление пара увеличивается до 0,4 МПа.

Время пропаривания зависит от толщины древесины: для древесины толщиной 35 мм это 44 часа, а для древесины толщиной 70 мм - 62 часа. Третья фаза испарения, называемая уравнительной, начинается после закрытия подачи пара и снижения давления. Чтобы температура медленно упала до 40°C, требуется около 8 часов. Понижение температуры необходимо, поскольку при резке древесины, вынутой из автоклава при температуре выше 40°С, поверхность становится похожей на мох.