EA002414B1

EA002414B1 - Способ увеличения проницаемости древесины

Info

Publication number: EA002414B1
Application number: EA200100013A
Authority: EA
Inventors: Питер Винден; Франсиско Хавьер Ромеро; Григорий Торговников
Original assignee: Дзе Юниверсити Оф Мельбурн
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2002-04-25
Also published as: WO1999064213A9; BR9911144A; CA2334670C; EA200100013A1; CN1326678C; AUPP396998A0; EP1085967B1; WO1999064213A1; DE69939214D1; ATE402797T1; AP2001002025A0; AP1306A; NZ509258A; EP1085967A1; EP1085967A4; CN1310663A; JP3824862B2; CA2334670A1; PT1085967E; US20030189039A1

Abstract

Способ увеличения проницаемости древесины, при котором древесину с содержанием влаги (в пересчете на сухой вес), по меньшей мере, 15% подвергают воздействию СВЧ излучения при частоте (f) в диапазоне от около 0,1 до около 24 ГГц с интенсивностью источника энергии (р) от около 10 Вт/смдо около 100 кВт/смв течение от около 0,05 до около 600 с для того, чтобы вызвать испарение воды в древесине, приводящее к такому внутреннему давлению в древесине, что проницаемость древесины увеличивается посредством частичного или полного разрушения ткани лучевых клеток, размягчения и перемещения древесной смолы, формирования проходов в радиальном направлении древесины и/или создания на базе разрушенных лучей полостей в древесине, причем полости образуются главным образом в радиально-продольных плоскостях древесины, и при этом общая целостность древесины, по существу, сохраняется. Может быть получен материал на основе древесины, имеющий проницаемость, которая, по меньшей мере, в 5 раз превышает проницаемость необработанной древесины.

Description

Настоящее изобретение относится к обработке древесины и, в частности, касается способа увеличения проницаемости древесины, особенно влажной древесины.

Обработка древесины путем её пропитки защитными покрытиями и другими веществами, такими как противопожарное покрытие, широко известна. Одной из проблем обработки пропиткой является обеспечение того, чтобы вещество пропитало древесину полностью или, по меньшей мере, в достаточной степени.

Известна также подготовка древесины для пропитки с использованием пара для увеличения температуры и давления в древесине и разрушения некоторых клеток дерева (после того, как давление быстро уменьшается) и тем самым улучшение природной проницаемости древесины. Современные технические требования к обработке паром, например к обработке паром кругляка сосны радиальной, рекомендуют использование пара при температуре 127°С и давлении 138 кПа в течение от 1,5 до 18 ч, в зависимости от толщины дерева, перед тем как давление быстро снизится. Хотя эта обработка действительно способствует улучшению процесса пропитки, она имеет несколько недостатков, в частности длительность обработки и потребность пара с высоким давлением.

Известны также сушка древесины и получение волокон путем разрушения древесной структуры с использованием СВЧ энергии. При сушке древесины с использованием СВЧ энергии важно не повредить древесину, и для различных сортов древесины были предложены особые режимы сушки. Во всех этих режимах интенсивность СВЧ излучения очень низка, ниже 5-10 Вт/см², для того, чтобы не повредить древесину.

Разрушение древесины с использованием СВЧ энергии для формирования волокон осуществляется при очень высокой интенсивности излучения, например до 150 кВт/см², для нагревания влаги в древесине для очень быстрого образования пара и в достаточном количестве для полного разрушения древесной структуры.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создан способ увеличения проницаемости древесины, при котором древесину с содержанием влаги (в пересчете на сухой вес), по меньшей мере, 15% подвергают воздействию СВЧ излучения при частоте (ί) в диапазоне от около 0,1 до около 24 ГГц с интенсивностью источника энергии (р) от около 10 Вт/см² до около 100 кВт/см² в течение от около 0,05 до около 600 с для того, чтобы вызвать испарение воды в древесине, приводящее к такому внутреннему давлению в древесине, что проницаемость древесины увеличивается посредством частичного или полного разрушения ткани лучевых клеток, размягчения и перемещения древесной смолы, формирования проходов в радиальном направлении древесины и/или создания на базе разрушенных лучей полостей в древесине, причем полости образуются, главным образом, в радиально-продольных плоскостях древесины, и при этом общая целостность древесины, по существу, сохраняется.

Также получена древесина, обработанная способом, описанным в предыдущем абзаце.

Используя способ согласно изобретению, можно селективно или произвольно обрабатывать древесину и производить древесину, имеющую области с различной проницаемостью. Таким образом, согласно другому аспекту изобретения получена древесина, имеющая области с различной проницаемостью, в которой, по меньшей мере, одна из упомянутых областей была обработана для увеличения ее проницаемости по сравнению с необработанной древесиной.

СВЧ обработка согласно настоящему изобретению увеличивает проницаемость древесины обычно посредством испарения воды, содержащейся в древесине, для создания внутреннего давления и температуры свыше 100°С, приводящих к изменению древесной структуры путем одной или более деструкции клеток луча в древесине, размягчения и придания подвижности древесной смоле и замещения ее, по меньшей мере, частично открытыми порами, и созданию тонких радиальных трещин, приводящих к образованию полостей, расположенных, в основном, в радиально-продольных плоскостях. В способе согласно изобретению реальная сушка древесины может не осуществляться. Настоящее изобретение может обеспечить обработку древесины на одной линии, такой как линия для обработки пропиткой или быстрой сушки. То есть тонкие радиальные трещины и полости, образованные с помощью способа согласно настоящему изобретению, могут позволить осуществить более эффективную обработку пропиткой определенными веществами для обработки. Эти тонкие радиальные трещины или полости могут также позволить осуществить более быструю последовательность обработок сушкой по сравнению со способами сушки, обычно использовавшимися при отсутствии обработки согласно настоящему изобретению. Например, породы твердой древесины (т.е. огнестойкой древесины), такие как эвкалипты, могут образовывать внутренние трещины и сжиматься после быстрой сушки без предварительной обработки согласно настоящему изобретению благодаря избыточному давлению, создающемуся в древесине.

СВЧ обработку согласно настоящему изобретению не следует ограничивать тем, что древесину подвергают воздействию одной частоты СВЧ или интенсивности источника энергии. Способ может включать, например, воздействие на древесину различными СВЧ частотами и интенсивностями источника энергии за одну обработку. Предпочтительно интенсивность источника энергии, независимо от того, используется ли одна интенсивность источника энергии или ряд различных интенсивностей источника энергии, поддерживается на уровне не менее 10 Вт/см². Однако в предпочтительном варианте воплощения интенсивность источника энергии поддерживается на уровне свыше 10 Вт/см².

СВЧ обработка согласно настоящему изобретению может также быть использована для увеличения проницаемости участка или участков древесины как выборочно, так и произвольно. Например, для обработки древесины могут быть использованы энергетические импульсы, имеющие заданную длительность и разделенные установленными временными интервалами, или произвольные импульсы. Как вариант, СВЧ может быть направлена на подлежащий обработке участок или участки древесины. Если обработке подлежит множество участков, они могут быть выбраны произвольно или заданным способом, учитывая предполагаемое использование конечного продукта, то есть в зависимости от заданных гибкости, прочности, проницаемости и других заданных характеристик продукта. Древесина, полученная как выборочной, так и произвольной обработкой, включает области с различной проницаемостью, причем обработанный участок древесины составляет, по меньшей мере, одну область и необработанный участок составляет другую область, и при этом обработанный участок имеет проницаемость большую, чем необработанный участок.

Способ согласно настоящему изобретению предпочтительно применим к обработке влажной древесины. Использованный здесь и далее в описании термин влажная древесина относится в широком смысле к древесине, которая является зеленой после спиливания, как было бы понятно специалисту в данной области техники. Количество воды, присутствующее во влажной древесине, конечно, будет меняться в зависимости от пород деревьев, но считается, что сырая древесина, в основном, будет иметь содержание влаги в диапазоне от около 30 до около 200% в пересчете на сухой вес древесины. Способ согласно настоящему изобретению также применим для обработки древесины, имеющей низкое содержание влаги, такое как от 15 до 30%.

Древесина может поглощать очень большие количества СВЧ энергии. СВЧ энергия заставляет воду в клетках древесины нагреваться и закипать, создавая в клетках давление пара, которое вызывает разрушение стенок клеток. Лучевые клетки имеют стенки, более тонкие, чем клетки основной ткани древесины (трахеиды, либриформы), и лучевые клетки разрушаются СВЧ энергией раньше клеток основной ткани древесины. Разрушенные лучевые клетки образуют пути в радиальном направлении для легкой транспортировки жидкостей и паров внутрь от наружной поверхности. Лучевые клетки образуют от около 5 до около 35% объема древесины, так что их разрушение может существенно увеличить проницаемость древесины.

Таким образом, обработка преимущественно приводит к разрушению лучевых клеток, в то время как общая целостность древесины, по существу, сохраняется. То есть разрушение лучевых клеток может происходить без значительного разрушения клеток основной ткани древесины (обычно относится к древесным текстуре или волокнам), происходящего в обработанной древесине, которая, как будет показано далее, в основном, будет иметь уменьшенную прочность при кручении, но, по существу, неизменную прочность на изгиб в радиальном направлении. Например, при обработке в течение приблизительно 4 с, предпочтительно используется низкая частота (ί) около 0,4 ГГц и интенсивность источника энергии (р) около 6 кВт/см². Предпочтительно используется высокая частота, например 10 ГГц, с низкой интенсивностью источника энергии около 0,24 кВт/см². Наиболее предпочтительно используется частота от около 1 до около 2,4 ГГц с интенсивностью источника энергии от около 2,4 до около 1 кВт/см².

Как показано выше, увеличение интенсивности СВЧ энергии, сообщаемой древесине, увеличивает давление пара в ней до такого объема луча, что стенки трахеиды (либриформа) начинают разрываться. Прочность на растяжение древесины в тангенциальном направлении в два-три раза меньше, чем в радиальном направлении, и при увеличенном внутреннем давлении, например, соответствующем увеличенной интенсивности источника СВЧ энергии, древесина может быть разрушена в основной ткани древесины. Это приводит к трещинам, которые проходят в радиально-продольных плоскостях. Более того, так как прочность на растяжение древесины в тангенциальном направлении уменьшается, поскольку температура (и давление) возрастает, то трещины могут быть образованны в древесине при сравнительно низких давлениях. Таким образом, обработанная древесина, в основном, будет иметь уменьшенную прочность при кручении, но, по существу, неизменную прочность на изгиб в радиальном направлении.

Любая смола в древесине, если она подвергнута воздействию СВЧ энергии, размягчается перед расплавлением и кипением. Давление в древесине заставляет размягченную смолу смещаться из лучей, оставляя в древесине поры или полости. Это является особенно эффективным средством увеличения проницаемости древесины, имеющей значительные количества смолы.

Для размягчения смолы и ее удаления из, например, сосны радиальной при обработке длительностью около 12 с предпочтительно использовать частоту около 0,4 ГГц и интенсивность источника энергии около 2 кВт/см². Если используется более высокая частота, около 10 ГГц, интенсивность источника энергии предпочтительно составляет около 0,08 кВт/см². Более предпочтительно использовать частоту от около 1 до около 6 ГГц с интенсивностью источника энергии от около 0,08 до около 0,13 кВт/см².

Настоящее изобретение, по существу, сохраняет целостность или общую структуру древесины, но создает увеличенную проницаемость, которая может повысить качество обработки пропиткой при последовательных обработках. Диапазон СВЧ, подходящих для деревообработки, ограничен от около 0,1 до около 24 ГГц. Невозможно при частоте менее чем около 0,1 ГГц создать в древесине энергию, достаточную для разрушения стенок клеток, так как при заданной энергетической плотности имеет место электрический пробой (сквозной пробой) и древесина обугливается. При частоте свыше около 24 ГГц глубина проникновения СВЧ во влажную древесину может быть меньше чем около 10-15 мм. Это, в основном, не позволит осуществить достаточное распределение энергии (температуры) для получения желаемых результатов.

Заданная интенсивность источника энергии будет меняться с выбранной СВЧ частотой. При частоте около 24 ГГц она достаточна для интенсивности СВЧ около 10 Вт/см² Однако при частоте СВЧ около 0,1 ГГц требуется интенсивность до 100 кВт/см², предпочтительно до 50 кВт/см² и наиболее предпочтительно до 10 кВт/см² для быстрого нагревания и разрушения клеток древесины. Предпочтительные диапазоны СВЧ (ί) и интенсивности источника энергии (р) составляют от около ί=0,4 ГГц и р=6 кВт/см² до около ί=10 ГГц и р=0,24 кВт/см², более предпочтительно от около ί=1 ГГц и р=2,4 кВт/см² до около ί=6 ГГц и р=0,4 кВт/см².

Длительность СВЧ обработки в заданных диапазонах частоты и интенсивности источника энергии находятся в диапазоне от 0,05 до 600 с, предпочтительно от 0,1 до 600 с, и, в основном, будет менее 250 с, предпочтительно менее 100 с, более предпочтительно от около 1 до около 20 с. Минимальная длительность СВЧ обработки для увеличения проницаемости древесины определяется мощностью используемого СВЧ генератора (генераторов). Максимальная мощность генератора, используемого в деревообрабатывающей промышленности, составляет, в основном, 500 кВт. Эксперименты показали, что наивысшее избыточное давление в древесине для создания радиально-продольных трещин должно быть около 400 кПа, и с практической точки зрения трудно создавать условия для увеличения проницаемости древесины за период, длительность которого меньше 0,05 с. СВЧ обработка древесины дольше 600 с едва ли обеспечит получение древесины хорошего качества для обработки пропиткой, но длинные периоды могут быть использованы в комбинации с очень низкими СВЧ и интенсивностью источника энергии. Однако обычно такие длинные периоды экономически неприемлемы.

Для достижения модификации древесины (например, повышение проницаемости) в различных зонах древесины преимущественно используется СВЧ излучение различных частот. Например, если брус имеет поперечное сечение 100х100 мм, СВЧ модификация может быть получена при использовании частоты 2,4 ГГц. Древесина может быть, по существу, модифицирована на глубину 20 мм, на которой модификация ограничивается лучевыми клетками. Если применяется частота 0,915 ГГц, модификация в центральной зоне древесины может быть осуществлена путем модификации или разрушения лучевых клеток и образования ряда полостей в радиально-продольных плоскостях.

Клетки древесины имеют максимальное поглощение СВЧ энергии, если вектор Е напряженности электрического поля ориентирован параллельно длине клетки. Лучи, в основном, выровнены в радиальном направлении (перпендикулярно к основной древесной ткани (трахеидам, либриформам)) так, что лучевые клетки будут иметь максимальное поглощение СВЧ энергии, когда вектор Е ориентирован в радиальном направлении. Когда вектор Е ориентирован параллельно лучам и перпендикулярно основной ткани древесины, лучевые клетки будут нагреваться быстрее, чем остальная ткань древесины, и поглощать больше энергии, что обеспечит разрушение лучевых клеток без разрушения основной ткани древесины. Настоящий способ может также обеспечить понижение потребления энергии.

Диэлектрические свойства древесины зависят от направления вектора Е относительно направления основной ткани древесины. Фактор диэлектрических потерь влажного дерева, когда вектор Е ориентирован параллельно основной ткани древесины, имеет величину приблизительно в 1,6-2,2 раза больше, чем когда вектор Е ориентирован перпендикулярно этой ткани. Более того, глубина проникновения СВЧ уменьшается приблизительно в 1,5-2 раза, когда ориентация вектора Е изменяется с перпендикулярной к основной ткани древесины на параллельную этой ткани, и поглощающая способность древесины соответственно увеличивается. Соответственно, результаты приложения СВЧ энергии к древесине могут управляться посредством перемещения ориентации вектора Е между предпочтительным перпендикулярным к ткани древесины направлением и параллельным этой ткани.

Использование СВЧ энергии для увеличения проницаемости наиболее эффективно при повышенной температуре, и преимущественно способ согласно изобретению осуществляется при температуре древесины от около 80 до около 110°С, предпочтительно от около 90 до около 100°С. Древесина может быть нагрета любым подходящим способом, например с помощью конвекционного, контактного или электропро002414 водного способов. Преимущественно древесина нагревается СВЧ энергией, например, в диапазоне частот от около 0,1 до около 24 ГГц с интенсивностью источника энергии от около 0,1 до около 10 Вт/см² СВЧ подогрев может быть осуществлен в любой подходящий период, например от около 20 до около 600 с.

Для того, чтобы увеличить результат выборочного воздействия СВЧ энергией на разрушение лучевых клеток или размягчение смолы, при температуре свыше 100°С может быть преимущественным использование энергетических импульсов с высокой энергетической плотностью. Это может помочь избежать перегрева тела древесины.

При высокой интенсивности СВЧ обработки поверхность древесины может быть перегрета и обуглена. Для устранения этого желательно охлаждать поверхность газовым или воздушным потоком со скоростью предпочтительно не менее 1 м/с, более предпочтительно не менее 2 м/с, причем применение газового или воздушного потока на поверхности древесины может также преимущественно способствовать удалению паров, пыли и влаги из зоны облучения и может также помочь избежать конденсирования влаги в СВЧ аппликаторе.

Для создания одинаковых модификаций древесина может быть перемещена через зону СВЧ облучения с постоянной скоростью с облучением СВЧ конкретных частот. В некоторых случаях может потребоваться получение древесины с обработанной и необработанной зонами или зонами с различными степенями обработки и, таким образом, с различной проницаемостью. Для управления модификацией древесины как единообразно, так и неединообразно, интенсивность и частота СВЧ облучения могут быть изменены во время обработки, если требуется получить заданный результат. Это может быть задано специалистом в данной области техники.

Согласно другому аспекту изобретения создан материал на древесной основе, полученный СВЧ обработкой необработанной древесины, имеющей содержание влаги (в пересчете на сухой вес), по меньшей мере, 15%, причем материал на древесной основе имеет множество полостей преимущественно в его радиальнопродольных плоскостях, образованных путем полного или частичного разрушения лучевых клеток и расширения разрушенных лучей в полости при СВЧ обработке необработанной древесины, и имеет проницаемость в радиальном и продольном направлениях, которая, по меньшей мере, в 5 раз больше проницаемости необработанной древесины, при этом общая цельность необработанной древесины, по существу, сохраняется в материале на древесной основе.

Материал на древесной основе может обладать однородной проницаемостью, имея множество полостей, равномерно расположенных по телу материала. Однако в другом варианте воплощения материал на древесной основе имеет области, которые имеют высокую плотность полостей, чередующиеся с областями, которые имеют низкую плотность полостей или которые совсем не содержат полостей. Более конкретно, чередующиеся области могут чередоваться в продольном, радиальном и/или тангенциальном направлениях в материале на древесной основе. Более того, чередующиеся области можно формировать в материале на древесной основе выборочно или произвольно. Конкретное расположение этих областей, в основном, будет зависеть от предполагаемого использования конечного продукта.

Увеличение проницаемости материала на древесной основе по сравнению с необработанной древесиной весьма заметно. Аналогично, поглощение материалом на древесной основе обрабатывающего раствора также значительно увеличивается по сравнению с необработанной древесиной. В основном, материал на древесной основе будет иметь поглощение обрабатывающего раствора от около 120 до около 550 л/м³. Более конкретно, материал на древесной основе будет иметь поглощение раствора медь-хром-мышьяк от около 190 до около 520 л/м³. Кроме того, материал на древесной основе согласно изобретению предпочтительно имеет хорошее поглощение обрабатывающих материалов, таких, например, как креозот. Предпочтительно после 30-минутного выдерживания в креозоте материал на древесной основе согласно изобретению имеет поглощение от около 115 до около 220 кг/м³.

Общая целостность необработанной древесины, по существу, сохраняется в материале на древесной основе согласно изобретению. То есть, как показано выше, в материале на древесной основе нет никакого значительного разрушения клеток основной ткани древесины. Однако, в основном, будет иметь место уменьшение механических свойств материала на древесной основе по сравнению со свойствами необработанной древесины. В частности, можно ожидать, что материал на древесной основе будет иметь уменьшенный модуль упругости (МУ) и уменьшенный предел прочности (ПП) по сравнению с необработанной древесиной. Эти факторы будут рассматриваться и обсуждаться более подробно в последующих примерах.

Настоящее изобретение применимо для бревен, пиломатериала, бруса и других лесоматериалов и заготовок различной формы. Способ увеличения проницаемости древесины может быть использован перед любой сушкой древесины. Способ применим для любых пород дерева, но особенно подходит для долгосохнущих пород с большим числом лучевых клеток, таких как дуб черешчатый.

Настоящее изобретение будет описано далее только посредством примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематический вид устройства для осуществления способа согласно изобретению;

фиг. 2 - микрофотография при 100-кратном увеличении, показывающая лучевые клетки древесины сосны радиальной в тангенциальном сечении;

фиг. 3 и 4 - микрофотографии при 200- и 700-кратном увеличении, соответственно, сосны радиальной после СВЧ обработки в тангенциальном сечении; и фиг. 5 - микрофотография при 20-кратном увеличении поперечного сечения древесины после СВЧ обработки.

На фиг. 1 показано устройство 10, содержащее СВЧ генератор 12, который направляет СВЧ энергию через волновод 14 перпендикулярно пути 16 обработки, образованному парами 18 и 20 конвейерных валков, соответственно до и после волновода 14.

Волновод 14 открывается к верхней стороне пути 16 обработки и соединен с водяной поглощающей нагрузкой 22, которая поглощает СВЧ энергию, проходящую через прокатную заготовку 24 лесоматериала.

Прокатная заготовка 24 лесоматериала перемещается по пути обработки с помощью конвейера с заданной скоростью для обеспечения заданного времени обработки напротив волновода 14.

Волновод 14 направляет микроволны перпендикулярно прокатной заготовки лесоматериала, как показано стрелками 26. Таким образом, вектор Е напряженности электрического поля ориентирован перпендикулярно прокатной заготовке лесоматериала (т.е. основной ткани древесины). Ориентация вектора Е может быть изменена на параллельную основной ткани древесины с помощью электрических или механических средств, как будет понятно специалисту в данной области техники.

На фиг. 2-4, тангенциально, продольные сечения на микрофотографиях ясно показывают текстуру древесины и отдельные волокна (трахеиды) 28, проходящие слева направо на фиг. 2 и 3 и сверху вниз на фиг. 4. Также ясно показаны многочисленные лучи 30, проходящие приблизительно поперек сечения на микрофотографиях. Фиг. 2 является сечением сосны радиальной, взятым до СВЧ обработки, и ясно видны отдельные лучевые клетки в каждом луче.

На фиг. 3 и 4 сечения являются сечениями древесины, которая была подвергнута СВЧ обработке в устройстве 10 при частоте 2,45 ГГц с интенсивностью источника энергии 250 Вт/см²на время обработки 7 с для разрушения отдельных лучевых клеток и тем самым увеличения проницаемости древесины. Кроме того, из фиг. 2 и 3 ясно, что общая структура или целостность древесины была сохранена.

Смолистые каналы, которые проходят в радиально-продольных плоскостях древесины, имеют высокую способность поглощения СВЧ по сравнению с окружающей древесиной. Таким образом, при СВЧ обработке смола размягчается и плавится и под давлением пара выталкивается к поверхности древесины, оставляя каналы свободными. По меньшей мере, часть смолы также перемещается через поры в соседних клетках древесины. Преимущественно свободные каналы существенно увеличивают проницаемость древесины и, таким образом, склонность древесины к проникновению химикатов.

В поперечном сечении на фиг. 5 можно увидеть трещины 32, которые образованы в ра диально-продольных плоскостях древесины сосны радиальной после того, как древесина была подвергнута СВЧ обработке в устройстве 10 при частоте 2,4 ГГц и интенсивности источника энергии 500 Вт/см² длительностью 8 с.

Примеры

Пример 1.

Влияние СВЧ обработки на модуль упругости (МУ) и на максимальную прочность при изгибе (предел прочности - ПП) было исследовано на образцах сосны радиальной и древесины мессмейт. Были получены следующие результаты.

Сосна радиальная.

СВЧ обработка для увеличения проницаемости сосны радиальной со следующими параметрами обработки:

Частота СВЧ 0,922 ГГц

Мощность СВЧ 18-36 кВт

Ориентация вектора Е напря- Перпендику женности электрического поля Скорость конвейера Температура воздуха лярно волокну мм/с

100-120°С

Было обнаружено, что увеличение интенсивности СВЧ приводит к снижению МУ и ПП (%) в сосне радиальной, как представлено в следующей табл. 1 .

Таблица 1

	МУ	ПП
	Скорость конвейера, мм/с	Тангенц. направл.	Рад. направл.	Тангенц. направл.	Рад. направл.
Проверка		100	100	100	100
18 кВт	16	74	96	77	94
27	16	62	93	65	90
36	16	51	92	54	87

Мессмейт (австралийская разновидность эвкалипта).

СВЧ обработка для увеличения проницаемости мессмейт древесины со следующими параметрами обработки:

Частота СВЧ 0,922 ГГц

Мощность СВЧ 36-57 кВт

Ориентация вектора Е напря- Перпендикуженности электрического поля лярно волокну

Скорость конвейера 12 мм/с

Температура воздуха 100-120°С

Было обнаружено, что увеличение интенсивности СВЧ приводит к снижению МУ и ПП (%) в мессмейт древесине, как представлено в следующей табл. 2.

Таблица 2

	МУ	ПП
	Скорость конвейера, мм/с	Тангенц. направл.	Радиальн. направл.	Тангенц. и радиальн. направл.
Проверка		100	100	100
36 кВт	12	83	86	85
48	12	77	82	80
57	12	-	-	76

После СВЧ обработки минимальное уменьшение свойств прочности (т.е. модуля упругости - МУ и предела прочности - ПП) было определено, как представлено ниже (%).

Таблица 3

	МУ	ПП
Тангенц. направл.	Рад. направл.	Тангенц. направл.	Рад. направл.
Сосна радиальная	26	4	23	6
Древесина мессмейт	17	12	15	15

Пример 2.

Исследовалась также проницаемость древесины мессмейт до и после СВЧ обработки, и получены следующие результаты.

Древесина мессмейт (содержание влаги 12%, плотность древесины, высушенной в печи, 740 кг/м³).

Коэффициент воздухопроницаемости (см³ (возд.)/см атм.):

После СВЧ кондиционирования 291-1995

Проверка 1,7

Увеличение проницаемости (раз) 171-1174

Пример 3.

Было исследовано поглощение различных видов древесины до и после СВЧ обработки, и были получены следующие результаты.

Проницаемость значительно меняется, поэтому количество поглощения МХМ (раствора медь-хром-мышьяк) было использовано как индекс изменения проницаемости после СВЧ обработки.

Поглощение (л/м³) после обработки пропиткой под давлением

	Проверка	После СВЧ кондиционирования
Сердцевина лжетсуги тиссолистной	60-90	375-426
Сосна радиальная	120-140	361-516
Мессмейт	18	192-255
Стволы желтого австралийского эвкалипта	46	340-400

Поглощение (кг/м³) после 30-минутного вымачивания в креозоте

Мессмейт	38	119-169
Стволы желтого австралийского эвкалипта	55	162-220

веществами посредством его СВЧ обработки в устройстве 10. В промышленных целях была выбрана СВЧ 0,915 ГГц, так как эта частота обеспечивает равномерное распределение температуры по сечению лесоматериала.

Выходная СВЧ мощность генератора 12 устанавливалась 50 кВт, чтобы создать интенсивность источника энергии 420 Вт/см², а конвейер настраивался на время обработки 9 с, что является временем для прохождения каждым участком лесоматериала СВЧ волновода 14.

Пример 5.

Пиломатериал из сосны ладанной с поперечным сечением 5х5 см приготовлен для обработки пропиткой с использованием устройства 10 с фиг. 1 при частоте 2,45 ГГц, выходной СВЧ мощности 20 кВт, создающей интенсивность источника энергии 800 Вт/см², и при длительности обработки 3 с.

В примерах 4 и 5 проницаемость древесины увеличилась, по существу, без разрушения общей структуры или целостности древесины.

При использовании СВЧ обработки согласно настоящему изобретению возможно увеличить проницаемость образцов древесины до значения, в, до и свыше 100 раз превышающего проницаемость образца до обработки. Например, образец соснового лесоматериала, обработанный при частоте 2,4 ГГц интенсивностью источника энергии около 10 Вт/см² в течение 35 с, увеличивает температуру до 95-100°С. После дополнительных 3 с обработки при интенсивности источника энергии около 500 Вт/см² лучевые клетки разрушены и смола размягчена и удалена для образования открытых пор и тонких радиальных трещин и полостей преимущественно в радиально-продольных плоскостях образца. Проницаемость образца древесины в радиальном направлении превышает приблизительно в 120 раз проницаемость первоначального необработанного образца.

Как было установлено, плотность древесины после обработки, соответствующая плотности материала на основе древесины, снижается в зависимости от конкретного режима СВЧ обработки. Было установлено, что снижение составляет для сосны радиальной до 15%, для лжетсуги тиссолистной - до 9,4% и для мессмейт - до 13,4%.

Таким образом, возможно получить новый древесный продукт Тогдуш, который имеет множество полостей, расположенных в его радиально-продольных плоскостях. Более того, могут быть произведены материалы, имеющие обработанные и необработанные зоны, полученные посредством облучения выбранных областей образца или посредством использования прерывистого или импульсного облучения. Материалы согласно настоящему изобретению, или полученные способом в соответствии с изобретением, преимущественно имеют очень высокую проницаемость, увеличенную гибкость,

Пример 4.

Окоренный свежесрубленный лесоматериал сосны радиальной, имеющий диаметр 120 мм, приготовлен для обработки пропиткой защитными изменяющиеся усадку и механические свойства и низкую плотность в сравнении с природным деревом.

В данном описании и в формуле изобретения, следующей за ним, если контекст не требует иного, слово содержат или такие варианты, как содержит или содержащий, следует понимать как предполагающее включение перечисленных целых чисел или групп целых чисел, но не исключение любых других целых чисел или групп целых чисел.

Специалисту в данной области будет ясно, что изобретение, описанное здесь, допускает варианты и модификации, отличные от тех, которые описаны. Следует понять, что изобретение включает все разновидности и модификации, которые совпадают с его идеей и объемом. Изобретение также включает все этапы, признаки, составы и вещества, упомянутые или указанные в этом описании индивидуально или все вместе, и любую и все комбинации любых двух или более упомянутых этапов или признаков.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ увеличения проницаемости древесины, при котором древесину с содержанием влаги (в пересчете на сухой вес), по меньшей мере, 15% подвергают воздействию СВЧ излучения при частоте (ί) в диапазоне от около 0,1 до около 24 ГГц с интенсивностью источника энергии (р) от около 10 Вт/см² до около 100 кВт/см² в течение от около 0,05 до около 600 с для того, чтобы вызвать испарение воды в древесине, приводящее к такому внутреннему давлению в древесине, что проницаемость древесины увеличивается посредством частичного или полного разрушения ткани лучевых клеток, размягчения и перемещения древесной смолы, формирования проходов в радиальном направлении древесины и/или создания на базе разрушенных лучей полостей в древесине, причем полости образуются, главным образом, в радиально-продольных плоскостях древесины, и при этом общая целостность древесины, по существу, сохраняется.
2. Способ по п.1, при котором вектор Е напряженности электрического поля упомянутого СВЧ излучения при обработке древесины ориентируют перпендикулярно волокну древесины и, предпочтительно, параллельно радиальному направлению древесины.
3. Способ по п.1, при котором вектор Е напряженности электрического поля упомянутого СВЧ излучения при обработке древесины изменяют между перпендикулярной и параллельной ориентацией относительно древесной текстуры.
4. Способ по п. 1, при котором древесину подвергают воздействию более одной СВЧ и/или интенсивности источника энергии при отдельной обработке для получения обработан ной древесины, имеющей области с различной или одинаковой проницаемостью.
5. Способ по п.1, при котором СВЧ излучение прикладывают к древесине в виде импульсов заданной длительности и разделенных установленными временными интервалами или в виде произвольных импульсов для получения обработанной древесины, имеющей обработанные и необработанные области.
6. Способ по п. 1 , при котором перед облучением древесина имеет содержание влаги в диапазоне от около 15 до около 200% в пересчете на сухой вес древесины.
7. Способ по п.1, при котором длительность СВЧ облучения составляет менее 250 с.
8. Способ по п.7, при котором длительность СВЧ облучения составляет от около 1 до около 20 с.
9. Способ по п.1, при котором облучение древесины осуществляют при температуре древесины от около 80 до около 110°С.
10. Способ по п.9, при котором древесину нагревают конвекционным, контактным или электропроводным способами или посредством СВЧ энергии.
11. Способ по п.1, при котором во время СВЧ облучения поверхность древесины подвергают воздействию газового или воздушного потока при скорости, по меньшей мере, 1 м/с.
12. Древесина, обработанная способом, как он определен в любом из пп. 1-11.
13. Материал на основе древесины, полученный посредством СВЧ обработки необработанной древесины, имеющей содержание влаги (в пересчете на сухой вес), по меньшей мере, 15%, при этом упомянутый материал на основе древесины имеет множество полостей, главным образом, в его радиально-продольных плоскостях, образованных посредством полного или частичного разрушения лучевых клеток и распространения разрушенных лучей в полости во время вышеупомянутой СВЧ обработки необработанной древесины, и имеющей проницаемость в радиальном и продольном направлениях, которая, по меньшей мере, в 5 раз превышает проницаемость необработанной древесины, причем в материале на основе древесины, по существу, сохранена общая целостность необработанной древесины.
14. Материал на основе древесины по п.13, имеющий области, которые имеют высокую плотность упомянутых полостей, чередующиеся областями, которые имеют низкую плотность упомянутых полостей или не содержат ни одной из упомянутых полостей.
15. Материал на основе древесины по п.14, в котором чередующиеся области чередуются в продольном, радиальном и/или тангенциальном направлениях упомянутого материала на основе древесины.