RU2123941C1 - Method of wood modification - Google Patents
Method of wood modification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123941C1 RU2123941C1 RU97118531A RU97118531A RU2123941C1 RU 2123941 C1 RU2123941 C1 RU 2123941C1 RU 97118531 A RU97118531 A RU 97118531A RU 97118531 A RU97118531 A RU 97118531A RU 2123941 C1 RU2123941 C1 RU 2123941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wood
- modification
- billet
- technological
- fibers
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к деревообработке, в частности к технологическим процессам модификации древесины по видоизменению физических свойств ее, характеризующих внешний вид поверхности или поверхностей модифицируемого древесного материала и его плотность, что может быть использовано при изготовлении мебельных заготовок, отделочных или поделочных изделий из древесины. The invention relates to woodworking, in particular to technological processes for modifying wood to modify its physical properties, characterizing the appearance of the surface or surfaces of the wood material being modified and its density, which can be used in the manufacture of furniture blanks, finishing or ornamental wood products.
Известны способы модификации древесины, заключающиеся в видоизменении внешнего вида поверхностей, в частности, по текстуре и цвету, и в изменении плотности модифицируемого древесного материала (RU 2037430 CI, 19.06.95 (1), RU 2055743 CI, 10.03.96 (2). Known methods for modifying wood, consisting in modifying the appearance of surfaces, in particular, in texture and color, and in changing the density of the modified wood material (RU 2037430 CI, 06/19/95 (1), RU 2055743 CI, 03/10/96 (2).
В известных технологических процессах [1, 2] подвергаемый модификации древесный образец (заготовка) предварительно подготавливается по форме, или/и геометрическим параметрам, влажности, затем названный образец (заготовку) размещают в разъемной пресс-форме, по крайней мере, одна из матриц которой имеет поверхность с рельефным изображением, обращенным к видоизменяемой поверхности древесного образца, производят термопрессование последнего в заданном технологическом режиме, а затем образец (заготовку) охлаждают для последующей технологической обработки. In known technological processes [1, 2], a wood sample (billet) to be modified is preliminarily prepared according to the shape, or / and geometric parameters, humidity, then the named sample (billet) is placed in a split mold, at least one of whose matrices has a surface with a relief image facing the mutable surface of the wood sample, the latter is thermally pressed in a predetermined technological mode, and then the sample (billet) is cooled for subsequent technological processing.
В соответствии со способом [1] термопрессование древесной заготовки осуществляют при исходной влажности ее менее 10% и при усилии демпфирования P = 800 - 1500 кг/см2, T = 80 - 300oC в течение t = 3 - 600 с, причем при указанном усилии прессования происходит разрушение структуры материала древесины по внутренним связям, а последующую технологическую обработку модифицированного по плотности материала древесного образца осуществляют путем изготовления из него изделия, по крайней мере одна из поверхностей которого имеет рельефное изображение, полученное в результате термопрессования.In accordance with the method [1], the wood blank is thermally pressed at an initial moisture content of less than 10% and with a damping force P = 800 - 1500 kg / cm 2 , T = 80 - 300 o C for t = 3 - 600 s, and at the specified pressing force is the destruction of the structure of the wood material according to internal bonds, and the subsequent processing of the density-modified material of the wood sample is carried out by manufacturing from it an article, at least one of the surfaces of which has a relief image obtained in result of thermal pressing.
В соответствии со способом [2] перед термопрессованием древесную заготовку на всю ее толщину пропитывают волокнообрабатывающим составом, в качестве которого используют газовый аммиак (NH3), а термопрессование осуществляют при исходной влажности древесного образца (заготовки) менее 10%, усилии демпфирования (давления) P = 20 - 100 кг/см2, T = 100 - 180oC в течение t = 5 - 20 мин, последующую технологическую обработку древесной заготовки осуществляют после ее охлаждения путем механического удаления рельефного изображения и поверхностного слоя с модифицированной после прессования поверхности заготовки с получением плоского рисунка, имеющего оптический эффект изображения, причем глубину механической обработки задают в пределах 0,1 - 1 мм.According to the method [2], before heat pressing, the wood preform is impregnated over its entire thickness with a fiber processing composition, which uses gas ammonia (NH 3 ), and heat pressing is carried out at an initial moisture content of the wood sample (preform) of less than 10%, damping (pressure) P = 20 - 100 kg / cm2, T = 100 - 180 o C for t = 5 - 20 minutes subsequent technological processing timber blanks is carried out after its cooling by mechanical removal of the image and embossed surface layer modifitsi ovannoy surface after pressing the workpiece to obtain a flat pattern having an optical effect of the image, wherein the machining depth is set in the range of 0.1 - 1 mm.
Описанные способы модификации древесины [1, 2] имеют ограниченные технологические возможности при использовании их с целью производства модифицированных по плотности и внешнему виду поверхностей мебельных заготовок и др. изделий, что, в частности, объясняется следующим:
при способе [1] с учетом заданного режима термопрессования и исходной влажности древесной заготовки при этом менее 10% явление разрушения структуры древесного материала по внутренним связям характерно только для древесины, в структурном построении материала которой волокна имеют поперечную ориентацию относительно демпфирующего усилия (P), например, в заготовках, выполненных из фанеры, а при структурном построении древесных материалов с продольной ориентацией (или близкой к ней) волокон древесины относительно усилия P происходит разрушение древесного материала с поперечно-тангентальным сдвигом волокон вплоть до явления дробления. Это объясняется тем, что усилие давления R ≥ 800 кг/см2 и T до 300oC превышает предельные значения механической и химической прочности древесных материалов с учетом влажности их менее 10%. При данной влажности материал древесины полностью не имеет свободной влаги с минимальным количеством связанной влаги в нем. В этом случае снижается (эластичность) упругость волокон, а структура материала древесины имеет как наружные так и внутренние трещины (раковины), снижающие прочностные свойства материала;
при способа (2) резко ухудшается процесс модификации древесных заготовок при влажности их менее 10% и структуре материала, имеющего поперечную ориентацию волокон относительно усилия давления P, т.к. незначительная величина последнего (P = 20-100 кг/см2) не оказывает существенного влияния на волокна древесины при указанной их ориентации, что особенно существенно при модификации древесных заготовок со значительной поверхностью, подвергающейся термопрессованию. Заданное по способу [2] технологическое время термопрессования (до 20 мин) не способствует стабилизации процесса модификации древесных заготовок с указанной структурой материала и приводит к снижению производительности процесса. Способ модификации [2] не обеспечивает и стабильности видоизменения физических свойств (плотность, внешний вид поверхностей) древесных материалов, имеющих продольную ориентацию волокон относительно усилия P, вследствие незначительной исходной влажности древесного материала менее 10%, при которой затрудняется модификация по глубине объема модифицируемой заготовки, что, в частности, подтверждается данными по способу [2] в части глубины механической обработки до 1 мм. При указанной глубине механической обработки затрудняется (технологически) выполнение рельефности на матрицах пресс-формы, а на плоском рисунке выявляются микротрещины, что снижает эффективность оптического изображения;
пропитка древесной заготовки перед термопрессованием по способу [2] волокнообрабатывающим составом в виде газового аммиака не способствует улучшению процесса модификации древесины, т. к. физические свойства указанного состава ухудшают химико-физическое состояние волокон древесины и образующих их клеточных элементов вследствие повышения их хрупкости при отверждении газового аммиака и химического взаимодействия последнего с влагой, находящейся в древесине с учетом влажности последней до пропитки более 15%. В этом случае газовый аммиак образует гидроокись аммония, обладающую щелочными (разрушающими) свойствами к волокнам древесины и их клеточным элементам;
использование газового аммиака нецелесообразно вследствие его высокой газопроницаемости при резком запахе.The described methods of wood modification [1, 2] have limited technological capabilities when using them for the production of surfaces of furniture blanks and other products modified in density and appearance, which, in particular, is explained by the following:
with the method [1], taking into account the set thermal pressing mode and the initial moisture content of the wood billet, less than 10% of the phenomenon of the destruction of the structure of the wood material by internal bonds is characteristic only of wood, in the structural construction of the material of which the fibers have a transverse orientation relative to the damping force (P), for example , in the blanks made of plywood, and in the structural construction of wood materials with a longitudinal orientation (or close to it) of wood fibers relative to the force P, it is destroyed wood material with a transverse tangential shear of fibers up to the phenomenon of crushing. This is because the pressure force R ≥ 800 kg / cm 2 and T up to 300 o C exceeds the limit values of the mechanical and chemical strength of wood materials, taking into account their moisture content less than 10%. At a given moisture content, the wood material does not completely have free moisture with a minimum amount of bound moisture in it. In this case, the elasticity of the fibers decreases (elasticity), and the structure of the wood material has both external and internal cracks (shells), which reduce the strength properties of the material;
when the method (2) sharply worsens the process of modifying wood billets when their moisture content is less than 10% and the structure of the material having a transverse orientation of the fibers relative to the pressure force P, because an insignificant value of the latter (P = 20-100 kg / cm 2 ) does not have a significant effect on the wood fibers at their indicated orientation, which is especially significant when modifying wood blanks with a significant surface subjected to heat pressing. Specified by the method [2], the technological time of thermal pressing (up to 20 min) does not contribute to the stabilization of the process of modifying wood blanks with the specified material structure and leads to a decrease in the productivity of the process. The modification method [2] does not provide stability of the modification of physical properties (density, appearance of surfaces) of wood materials having a longitudinal orientation of the fibers relative to the force P, due to the insignificant initial moisture content of the wood material less than 10%, which makes it difficult to modify in depth the volume of the modified workpiece, which, in particular, is confirmed by the data on the method [2] in terms of the depth of machining up to 1 mm At the indicated depth of machining, it is difficult (technologically) to perform embossing on the mold matrices, and microcracks are detected on a flat pattern, which reduces the efficiency of the optical image;
impregnation of the wood billet before heat pressing according to the method [2] with a fiber processing composition in the form of gas ammonia does not contribute to the improvement of the wood modification process, since the physical properties of this composition worsen the chemical-physical state of the wood fibers and their cellular elements due to an increase in their fragility during gas curing ammonia and the chemical interaction of the latter with moisture in the wood, taking into account the moisture content of the latter before impregnation of more than 15%. In this case, gas ammonia forms ammonium hydroxide, which has alkaline (destructive) properties to wood fibers and their cellular elements;
the use of gas ammonia is impractical due to its high gas permeability with a pungent odor.
Таким образом, известные способы модификации древесины [1, 2] технологически малоэффективны, ограничены в использовании при производстве различных изделий и малопроизводительны. Thus, the known methods of wood modification [1, 2] are technologically inefficient, limited in use in the manufacture of various products, and inefficient.
Техническая задача, на решение которой направлен предлагаемый способ модификации древесины - расширение технологических возможностей путем модификации физических свойств (по плотности, внешнему виду) древесины независимо от структурного построения ее материала, что способствует получению в процессе модификации древесных заготовок с улучшенными физическими свойствами для последующего экономически выгодного их использования в производстве различных изделий. The technical problem to be solved by the proposed method of wood modification is the expansion of technological capabilities by modifying the physical properties (in density, appearance) of wood, regardless of the structural structure of its material, which contributes to the production of wood billets with improved physical properties for the subsequent cost-effective their use in the manufacture of various products.
В качестве прототипа предлагаемого способа модификации древесины с учетом поставленной технической задачи и достигаемого при ее решении технического результата - улучшения модификации древесины с различным структурным построением ее материала, выбрано известное техническое решение (2), как наиболее близкое по совокупности, последовательности технологических приемов (операций) при осуществлении процесса модификации древесины. As a prototype of the proposed method of wood modification, taking into account the technical task and the technical result achieved by solving it - improving wood modification with various structural construction of its material, the well-known technical solution (2) was chosen as the closest in the aggregate sequence of technological methods (operations) in the process of wood modification.
Для достижения поставленного результата в способе модификации древесины, включающем предварительную подготовку древесной заготовки по геометрическим параметрам, форме, влажности, по пропитке ее волокнообрабатывающим составом, последующую сушку, термопрессование путем размещения древесной заготовки в пресс-форме, по меньшей мере одна из матриц которой имеет рельефное изображение со стороны, обращенной к модифицируемой поверхности заготовки, охлаждение и последующую технологическую обработку, согласно изобретению предложено древесную заготовку при пропитке ее волокнообрабатывающим составом увлажнять до 40-100%, при этом в качестве названного состава используют водный раствор клея, сушку древесной заготовки после ее пропитки осуществляют до влажности 15 - 40% и производят термопрессование при P = 80-1500 кг/см2, T = 80-110oC и t = 10-300 с, а перед охлаждением древесную заготовку технологически выдерживают в зафиксированных матрицах пресс-формы при T = 100-300oC в течение t = 2-30 мин.To achieve the result in a method of wood modification, which includes preliminary preparation of the wood billet according to geometric parameters, shape, humidity, impregnation of its wood processing composition, subsequent drying, heat pressing by placing the wood billet in the mold, at least one of the matrices has a relief image from the side facing the surface of the workpiece being modified, cooling and subsequent processing; according to the invention, a wood moisten the billet while impregnating it with a fiber-treating composition to 40-100%, while using the glue solution as the named composition, dry the wood billet after it is soaked to a moisture content of 15-40% and heat press at P = 80-1500 kg / cm 2 , T = 80-110 o C and t = 10-300 s, and before cooling the wood billet is technologically kept in the fixed mold matrices at T = 100-300 o C for t = 2-30 min.
Согласно изобретению последующую технологическую обработку осуществляют посредством механического удаления на глубину 0,5 - 5 мм рельефного изображения и части поверхностного слоя с модифицированной после термопрессования поверхности заготовки. According to the invention, the subsequent processing is carried out by mechanical removal to a depth of 0.5 - 5 mm of the relief image and part of the surface layer with the surface of the workpiece modified after heat pressing.
Согласно изобретению в качестве волокнообрабатывающего состава используют водный 5 - 50%-ный раствор клея. According to the invention, an aqueous 5-50% adhesive solution is used as a fiber processing composition.
При реализации способа модификации древесины в соответствии с изобретением, при подготовке древесной заготовки ее предварительно увлажняют до 40 - 100% с использованием водного раствора клея, а затем сушат до влажности 15 - 40%, что способствует повышению эластичности (упругости) волокон древесины, уменьшению объемных напряжений, улучшению контактных взаимодействий между волокнами древесины, а при осуществлении режима термопрессования, температура которого не превышает 110oC, а заданное демпфирующее усилие (P) не превышает предельных значений механической прочности древесины с учетом структурного построения по направленности волокон по отношению к названному усилию, причем технологическая выдержка прессованного древесного образца в зафиксированных матрицах стабилизирует физические свойства древесины по плотности и рельефности, полученные в результате термопрессования вследствие уменьшения явлений релаксации волокон древесины, при этом при тепловом режиме технологической выдержки одновременно улучшается модификация древесных заготовок по цвету текстуры древесины.When implementing the method of modifying wood in accordance with the invention, when preparing a wood billet, it is preliminarily moistened to 40-100% using an aqueous solution of glue, and then dried to a moisture content of 15-40%, which helps to increase the elasticity (elasticity) of the wood fibers, reduce bulk stresses, improving contact interactions between the wood fibers, and in the implementation of the thermal pressing mode, the temperature of which does not exceed 110 o C, and the specified damping force (P) does not exceed the limit values mechanical strength of wood, taking into account the structural structure of the direction of the fibers with respect to the named force, and the technological exposure of the pressed wood sample in the fixed matrices stabilizes the physical properties of the wood in terms of density and relief obtained as a result of thermal pressing due to a decrease in the phenomena of relaxation of wood fibers, while under thermal conditions technological exposure at the same time improves the modification of wood billets according to the color of the wood texture.
В результате описанных выше технологических приемов и режимов модифицированный древесный образец имеет высокую плотность, значительно превышающую по своей величине плотность исходного древесного образца, при этом величина плотности образца стабильна по его объему, что позволяет получать плоский рисунок на модифицированной поверхности образца при глубине механической обработки превышающей 1 мм. При такой глубине обработки удаляются микротрещины с поверхностного слоя древесной заготовки, образующиеся в результате термопрессования и технологической выдержки, улучшается эффект оптичности (объемности) плоского рисунка. As a result of the technological methods and modes described above, the modified wood sample has a high density that is significantly higher than the density of the original wood sample, while the density of the sample is stable in volume, which allows you to get a flat pattern on the modified surface of the sample with a machining depth exceeding 1 mm At this depth of treatment, microcracks are removed from the surface layer of the wood billet, resulting from thermal pressing and technological exposure, and the optical effect (bulk) of a flat pattern is improved.
Представленный анализ известного уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемый способ модификации древесины не следует явным образом из него, существенно отличается от данного уровня техники, а совокупность технологических приемов и режимов их осуществления в соответствии с изобретением обеспечивает достижение поставленного технического результата - улучшения качественных характеристик модифицируемой древесины по плотности и внешнему виду поверхностей независимо от структурного построения модифицируемого материала, что свидетельствует о соответствии предлагаемого способа критериям изобретения - новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость. The presented analysis of the prior art indicates that the proposed method of modifying wood does not follow explicitly from it, differs significantly from this prior art, and the combination of technological methods and modes of their implementation in accordance with the invention ensures the achievement of the technical result - improving the quality characteristics of the modified wood density and appearance of the surfaces, regardless of the structural structure of the modified material, Th It indicates the method according to the present invention, criteria - novelty, inventive step, industrial applicability.
Следует также отметить, что использование волоконообрабатывающего состава в виде водного раствора клея повышает эффективность достижения поставленного результата вследствие улучшения условий взаимодействия структурных элементов (волокна, клеточные образования) модифицируемого древесного материала в отличии от уже известных технических решений, в которых водный раствор клея используется с целью склеивания целых древесных частиц (щепа, стружка) между собой (RU 2009894 CI, 30.03.94 [3]). It should also be noted that the use of a fiber processing composition in the form of an aqueous solution of glue increases the efficiency of achieving the result due to improved conditions for the interaction of structural elements (fibers, cell formations) of the modified wood material, in contrast to the already known technical solutions in which an aqueous solution of glue is used for bonding whole wood particles (wood chips, shavings) between each other (RU 2009894 CI, 03.30.94 [3]).
Сущность изобретения подтверждается нижеприведенным его описанием. The invention is confirmed by the following description.
При реализации способа модификации древесины древесную заготовку с заданной структурой ее материала (по плотности с учетом породы, расположению волокон) предварительно подготавливают по геометрическим параметрам и форме. При подготовке используют сухую древесину с влажностью не более 12%. Заготовку пропитывают волокнообрабатывающим составом и повышают ее влажность до 40 - 110%, при этом в качестве пропитывающего состава используют водный 5 - 50% раствор клея. Затем после пропитки древесной заготовки на всю ее толщину (объем) до заданной влажности (40 - 100%) производят сушку, например, в режиме камерной сушки древесины, и уменьшают влажность древесины до 15 - 40%, сохраняя в ней свободную и связанную влагу с необходимой концентрацией клея в порах между волокон древесины и в клеточных элементах, образующих эти волокна. Подготовленный таким образом древесный образец размещают в пресс-форме с разъемными матрицами, имеющими форму и параметры с учетом модифицируемой древесной заготовки. По крайней мере одну из матриц выполняют с поверхностью (обращенной к поверхности древесного образца), имеющей рельефное изображение, формы и параметры, которые задают с учетом технологических требований по получаемому видоизменению внешнего вида по крайней мере одной из поверхностей древесной заготовки, при этом учитывается также структурное построение ее материала по расположению волокон, наличие в модифицируемой структуре этого материала сердцевинных лучей, годовых слоев. Производят прессование древесной заготовки при тепловом режиме, обеспечивающем нагрев заготовки до 80 - 100oC и демпфирующем усилии прессования P = 80-1500 кг/см2 в течение t = 10-300 с. Параметры по усилию прессования (давлению) и времени подбирают с учетом структурного построения (плотность, ориентация волокон) материала древесины, ее исходной влажности после сушки. После термопрессования фиксируют матрицы пресс-формы и заготовку технологически выдерживают в них в течение t = 2-30 мин при T = 100-300oC, что способствует снижению силовых напряжений в модифицированной после термопрессования древесной заготовке, возникающих вследствие релаксации волокон ее структурного материала, при этом одновременно при тепловом режиме выдержки в зафиксированных матрицах происходит цветовое изменение материала древесины. Затем древесный образец охлаждают до температуры ниже 100oC, преимущественно до T = 60-80oC.When implementing the method of modifying wood, a wood billet with a given structure of its material (according to density taking into account the breed, fiber arrangement) is preliminarily prepared according to geometric parameters and shape. In preparation, dry wood with a moisture content of not more than 12% is used. The preform is impregnated with a fiber processing composition and its moisture content is increased to 40-110%, while an aqueous 5-50% glue solution is used as the impregnating composition. Then, after impregnation of the wood billet over its entire thickness (volume) to a predetermined humidity (40 - 100%), drying is carried out, for example, in the chamber drying mode of wood, and the wood humidity is reduced to 15 - 40%, while maintaining free and bound moisture in it the necessary concentration of glue in the pores between the wood fibers and in the cellular elements that form these fibers. The wood sample thus prepared is placed in a mold with detachable matrices having the shape and parameters taking into account the modified wood blank. At least one of the matrices is made with a surface (facing the surface of the wood sample) having a relief image, shapes and parameters that are set taking into account the technological requirements for the resulting modification of the appearance of at least one of the surfaces of the wood billet, while also taking into account the structural the construction of its material by the location of the fibers, the presence in the modifiable structure of this material of core rays, annual layers. The wood billet is pressed under thermal conditions, heating the billet to 80 - 100 o C and damping pressing forces P = 80-1500 kg / cm 2 for t = 10-300 s. The parameters for the pressing force (pressure) and time are selected taking into account the structural structure (density, fiber orientation) of the wood material, its initial moisture content after drying. After thermal pressing, the mold matrices are fixed and the workpiece is technologically held in them for t = 2-30 minutes at T = 100-300 o C, which helps to reduce the stresses in the wood workpiece modified after thermal pressing that arise as a result of relaxation of the fibers of its structural material, in this case, simultaneously with the thermal regime of exposure in the fixed matrices, a color change of the wood material occurs. Then the wood sample is cooled to a temperature below 100 o C, mainly to T = 60-80 o C.
Процесс охлаждения производят или в зафиксированных матрицах или после расфиксации их. После охлаждения древесной заготовки последняя подготовлена для дальнейшей технологической обработки. Названный процесс в зависимости от технологических требований может быть осуществлен в режиме, например, покрытия, полученного в результате модификации рельефного изображения древесного образца облагораживающим его поверхность составом, например лаком. Технологический процесс дальнейшей обработки модифицированного древесного образца может быть осуществлен и в режиме механического удаления рельефного изображения и части поверхностного слоя древесины со стороны этого изображения для получения плоского декоративного рисунка с оптическим эффектом, при этом глубина обработки составляет 0,5-5 мм, при которой удаляются образованные в результате тепловых режимов модификации и усилий прессования поверхностные трещины и др. дефекты, связанные, в частности, с поверхностно-химическими изменениями материала древесины при ее нагреве. The cooling process is carried out either in fixed matrices or after fixing them. After cooling the wood billet, the latter is prepared for further processing. The named process, depending on technological requirements, can be carried out in the mode of, for example, a coating obtained as a result of modifying a relief image of a wood sample with a composition refining its surface, for example, varnish. The technological process of further processing of the modified wood sample can be carried out in the mode of mechanical removal of the relief image and part of the surface layer of wood from the side of this image to obtain a flat decorative pattern with an optical effect, while the processing depth is 0.5-5 mm, at which surface cracks and other defects formed as a result of thermal conditions of modification and pressing forces, related, in particular, to surface-chemical changes iyami timber material during its heating.
Процесс дальнейшей технологической обработки модифицированного древесного образца может быть также осуществлен и в режиме обработки и других его поверхностей, не имеющих рельефного изображения. Описанные технологические приемы по технологической обработке модифицированного древесного образца после термопрессования, его технологической выдержки и охлаждения зависят от технологических требований, предъявляемых к полученному образцу и его дальнейшему использованию. The process of further technological processing of the modified wood sample can also be carried out in the processing mode and its other surfaces that do not have a relief image. The described technological methods for the technological processing of a modified wood sample after thermal pressing, its technological exposure and cooling depend on the technological requirements for the obtained sample and its further use.
Полученная в результате модификации древесная заготовка имеет плотность структурного материала, превышающую исходную плотность этого материала до модификации, при этом физические свойства по плотности стабильны по объему слоев древесины, отсутствуют внутренние трещины, что повышает прочностные характеристики древесины с учетом дальнейшего ее использования. Механическая обработка поверхностного слоя древесины с рельефным изображением на глубину до 5 мм позволяет получать древесные заготовки с эффективным по оптичности изображением плоского рисунка как по текстуре, так и по цвету. The wood billet obtained as a result of the modification has a density of the structural material that exceeds the initial density of this material before modification, while the physical properties of density are stable in terms of the volume of wood layers, there are no internal cracks, which increases the strength characteristics of wood, taking into account its further use. The mechanical treatment of the surface layer of wood with a relief image to a depth of 5 mm makes it possible to obtain wood billets with an image that is efficient in terms of optics and has a flat pattern both in texture and color.
Описанная последовательность, совокупность технологических операций и выбранные режимы модификации древесины в соответствии с изобретением объясняются следующим образом:
увеличение влажности древесной заготовки до 40-100% оптимально взаимоувязывает максимальное количество связанной влаги (до 30%) в древесине (независимо от ее породы) и предельное количество свободной влаги в ней (с учетом породы модифицируемой древесины, определяемой ее пористостью);
увеличение влажности до 40-100% способствует снятию внутренних напряжений в материале древесины, имеющих место при влажности исходной древесной заготовки до 12%. В этом случае волокна древесины и образующие их клеточные элементы переориентируются, растягиваются, повышается эластичность волокон;
использование для повышения влажности древесины в качестве волоконообрабатывающего состава водного раствора клея обеспечивает смачиваемость волокон клеем, заполняемость им пор (пустот) и тех внутренних трещин, которые имели место в объеме древесной заготовки при исходной влажности ее до 12%;
клеевой состав способствует повышению эластичности волокон, улучшению контактного силового взаимодействия их между собой при силовом воздействии на них, обеспечивает склеиваемость волокон между собой в процессе термопрессования, повышая их прочность к силовым усилиям;
использование при пропитке древесного образца для повышения его влажности других волокнообрабатывающих составов, например, олифы, масел не обеспечит получения вышеописанной совокупности физико-механических явлений, необходимых для взаимодействия волокон и их клеточных элементов;
процесс сушки древесного материала после его пропитки с уменьшением влажности до 15-40% способствует увеличению концентрации клея в порах (пустотах) структурного материала древесины, что улучшает физико-механическое взаимодействие волокон и их клеточных элементов между собой с учетом дальнейшего силового воздействия на них;
заданная исходная влажность древесного образца при термопрессовании 15-40% оптимальна, т.к. при уменьшении влажности ниже 15% будет иметь место усушка древесины, как поверхностная, так и объемная, для которых характерны явления трещинообразования (поверхностные, внутренние), возникающие в результате деформирования волокон и их клеток, при этом наличие клея в порах (пустотах) структурного материала приведет к ухудшению процесса демпфирования волокон, к увеличению их хрупкости, т.к. резкое снижение влажности как свободной, так и связанной не позволит клеевому составу вследствие его малоподвижности благоприятно воздействовать на структуру древесного материала. При увеличении влажности свыше 40% в древесной заготовки, подлежащей термопрессованию, значительно увеличивается % содержание свободной влаги, что усложнит последующий технологический процесс, вследствие увеличения технологического времени на термопрессование;
заданный по технологическим условиям пропитывающей водный раствор, имеющий 5-50% содержание клея в нем, оптимально соответствует условиям концентрации клея в порах (пустотах) структурного материала древесины и режиму его введения, поскольку при содержании клея в водном растворе менее 5% уменьшается концентрация клея, ухудшаются явления физико-механического воздействия его на волокна древесины. При содержании клея > 50% в водном растворе затрудняется пропитка волокон древесины, увеличивается технологическое время на этот процесс и расход клея, снижаются качественные показатели;
при подготовке водного раствора клея используют, преимущественно, силикатные клеи, клей ПВА и др. , соответствующие санитарно-гигиеническим нормам;
заданный режим термопрессования при P = 80-1500 кг/см2, T = 80-110oC, t = 10-300 с оптимален по условиям модификации древесины, в структурном построении материала которой имеет место продольная (или близкая к ней) или поперечная ориентация волокон относительно демпфирующего усилия (P); при P < 80 кг/см2 и t = 10-300 с видоизменение физических свойств древесины по плотности и внешнему виду поверхности ухудшается для древесных заготовок с поперечной ориентацией волокон относительно усилия P, т. к. упругость (эластичность) последних затрудняет силовое воздействие на них, уплотнение (сжатие, растяжение) волокон происходит на незначительную глубину и при релаксации их после технологической выдержки в зафиксированных матрицах ухудшается выявление рельефности изображения, а также последующее получение плоского рисунка с эффектностью его оптичности;
при p < 80 кг/см2 затрудняется термопрессование древесных заготовок с незначительными геометрическими параметрами их модифицируемой поверхности;
при P > 1500 кг/см2 увеличивается разрушающее воздействие на волокна древесины, происходит их сдвиг относительно друг друга, клей выдавливается из пор (пустот) древесного материала, образуются внутренние раковины, трещины и др. дефекты, резко снижающие механическую прочность древесины;
при P > 1500 кг/см2 происходит разрушение древесных заготовок независимо от направленности по ориентации волокон материала относительно усилия P;
при P > 1500 кг/см2 затрудняется и создание технологического оборудования, т.к. значительно увеличиваются параметры пуансона для пресс-формы;
технологическое время термопрессования (t = 10-300с) оптимально для видоизменения физических свойств древесного материала по плотности и внешнему виду поверхностей, т.к. при указанном времени термопрессования находящийся в порах (пустотах) древесного материала клей оказывает регулирующее (смачивающее-клеящее) воздействие на волокна и клетки древесины при силовом воздействии на них;
при t < 10 с процесс термопрессования происходит с незначительным видоизменением плотности материала древесной заготовки, т.к. модификационный процесс происходит на незначительно высоте (на глубине не более 0,5 мм);
при t > 300 с в структуре древесного материала происходят необратимые физические явления, связанные с разрушением волокон древесины, что не компенсируется влиянием клея, т.к. с учетом силового и временного воздействий последний выдавливается из пор (пустот) древесного материала;
при выборе режима термопрессования для конкретного древесного образца по его параметрам, форме, породе древесины максимальные и минимальные параметры этого режима задаются с учетом и ориентации волокон древесины в нем относительно силового воздействия;
технологическая операция по выдержке древесной заготовки в зафиксированных после термопрессования матрицах при T = 100-300oC в течение t = 2-30 мин стабилизирует форму древесной заготовки после термопрессования, уменьшает явления релаксации волокон, возникающие в результате снятия усилия давления P, и обеспечивает окончательное склеивание волокон и их клеточных элементов со стабилизацией физических свойств (по плотности) по всему объему древесного образца (заготовки). Указанное время технологической выдержки оптимально и по условиям сушки клея, закрепления волокон между собой, по условиям релаксации и видоизменению цветовой тональности древесного материала с учетом теплового воздействия на него;
при T > 300oC технологическая выдержка древесной заготовки нецелесообразна, т. к. происходят необратимые химические явления по изменению цвета древесины (глубокое обугливание);
при T < 100oC и t = 2 мин ухудшается высыхание клея и видизменение тональности древесной заготовки;
охлаждение древесной заготовки осуществляют после ее технологической выдержки либо в зафиксированных матрицах, либо после расфиксации их, что, в частности, зависит от теплового режима операции выдержки. Охлаждение производят до T < 100oC, преимущественно, до T = 60-80oC, что наиболее целесообразно по условиям последующей технологической обработки древесной заготовки, например, в условиях использования деревообрабатывающего инструмента для механической обработки поверхностных слоев древесного материала, в т.ч. модифицированных по внешнему виду;
при осуществлении последующей технологической обработки модифицированной древесной заготовки, в режиме механического удаления рельефного изображения на поверхности заготовки, глубину обработки задают в пределах 0,5-5 мм, т.е. на глубину удаления рельефности и части поверхностного слоя древесной заготовки, модифицированной в результате термопрессования для получения плоского рисунка, в эффектности оптического изображения которого не выявляются микротрещины и др. дефекты, например, цветовые, возникающие в поверхностных слоях древесной заготовки вследствие силовых и тепловых режимов ее обработки при модификационном процессе.The described sequence, the set of technological operations and the selected modes of wood modification in accordance with the invention are explained as follows:
increasing the moisture content of the wood stock up to 40-100% optimally interconnects the maximum amount of bound moisture (up to 30%) in the wood (regardless of its species) and the maximum amount of free moisture in it (taking into account the breed of modified wood, determined by its porosity);
an increase in humidity up to 40-100% helps to relieve internal stresses in the wood material that occur when the moisture content of the original wood billet is up to 12%. In this case, the wood fibers and the cellular elements forming them reorient, stretch, and increase the elasticity of the fibers;
the use of an aqueous solution of glue to increase the moisture content of wood as a fiber processing composition ensures the wettability of the fibers with glue, the filling of pores (voids) and those internal cracks that occurred in the volume of the wood billet at an initial moisture content of up to 12%;
the adhesive composition helps to increase the elasticity of the fibers, improve the contact force interaction between them when the force is applied to them, ensures the adhesion of the fibers to each other in the process of thermal pressing, increasing their strength to force;
the use of other fiber-processing compositions during the impregnation of the wood sample to increase its moisture content, for example, drying oils, oils, will not provide the above-described combination of physical and mechanical phenomena necessary for the interaction of fibers and their cellular elements;
the drying process of wood material after its impregnation with a decrease in humidity of up to 15-40% contributes to an increase in the concentration of glue in the pores (voids) of the structural material of wood, which improves the physical and mechanical interaction of the fibers and their cellular elements with each other taking into account the further force impact on them;
the specified initial moisture content of the wood sample during thermal pressing is 15-40% optimal, because with a decrease in humidity below 15%, wood will shrink, both surface and volume, which are characterized by cracking phenomena (surface, internal) resulting from the deformation of fibers and their cells, with the presence of glue in the pores (voids) of the structural material will lead to a deterioration of the damping process of the fibers, to an increase in their fragility, because a sharp decrease in humidity, both free and bound, will not allow the adhesive composition due to its inactivity to favorably affect the structure of the wood material. With an increase in humidity of over 40% in the wood billet to be thermally pressed, the% content of free moisture increases significantly, which will complicate the subsequent technological process, due to the increase in technological time for thermal pressing;
the aqueous solution impregnated with technological conditions having 5-50% glue content in it optimally corresponds to the conditions of glue concentration in the pores (voids) of the wood structural material and the mode of its introduction, since when the glue content in the aqueous solution is less than 5%, the glue concentration decreases, the phenomena of its physical and mechanical effects on wood fibers are worsening. When the glue content is> 50% in an aqueous solution, the impregnation of wood fibers is difficult, the technological time for this process and the consumption of glue increase, and quality indicators decrease;
when preparing an aqueous solution of glue, mainly silicate adhesives, PVA glue, etc. are used, which correspond to sanitary standards;
the specified thermal pressing mode at P = 80-1500 kg / cm 2 , T = 80-110 o C, t = 10-300 s is optimal according to the conditions of wood modification, in the structural construction of the material of which there is a longitudinal (or close to it) or transverse fiber orientation relative to damping force (P); at P <80 kg / cm 2 and t = 10-300 s, the modification of the physical properties of wood in terms of density and appearance of the surface deteriorates for wood workpieces with a transverse orientation of the fibers relative to the force P, since the elasticity of the latter makes it difficult to force of them, the compaction (compression, stretching) of the fibers occurs to a small depth and upon relaxation after technological exposure in the fixed matrices, the detection of image bumps and the subsequent obtaining of a flat pattern with spectacular effect worsen Tew of its opticity;
at p <80 kg / cm 2, it is difficult to heat press wood blanks with insignificant geometric parameters of their modified surface;
at P> 1500 kg / cm 2 the destructive effect on the wood fibers increases, they shift relative to each other, the glue is squeezed out from the pores (voids) of the wood material, internal shells, cracks and other defects are formed that sharply reduce the mechanical strength of the wood;
at P> 1500 kg / cm 2 , the destruction of wood preforms occurs regardless of the orientation in the orientation of the fibers of the material relative to the force P;
at P> 1500 kg / cm 2 the creation of technological equipment is also difficult, because significantly increases the parameters of the punch for the mold;
the technological time of thermal pressing (t = 10-300 s) is optimal for modifying the physical properties of wood material in terms of density and appearance of surfaces, because at the indicated time of thermal pressing, the glue located in the pores (voids) of the wood material has a regulating (wetting-gluing) effect on the fibers and cells of the wood when the force is applied to them;
at t <10 s, the thermal pressing process occurs with a slight change in the density of the material of the wood billet, because the modification process occurs at a slight height (at a depth of not more than 0.5 mm);
at t> 300 s, irreversible physical phenomena occur in the structure of wood material associated with the destruction of wood fibers, which is not compensated by the effect of glue, because taking into account the force and time effects, the latter is squeezed out of the pores (voids) of the wood material;
when choosing the thermal pressing mode for a particular wood sample according to its parameters, shape, wood species, the maximum and minimum parameters of this mode are set taking into account the orientation of the wood fibers in it relative to the force impact;
the technological operation of holding the wood billet in the matrices fixed after heat pressing at T = 100-300 o C for t = 2-30 min stabilizes the shape of the wood billet after heat pressing, reduces the effects of fiber relaxation resulting from the removal of pressure P, and provides the final bonding of fibers and their cellular elements with stabilization of physical properties (in density) throughout the entire volume of a wood sample (blank). The indicated time of technological exposure is optimal also under the conditions of drying the glue, fixing the fibers together, according to the conditions of relaxation and modification of the color tone of the wood material, taking into account the thermal effect on it;
at T> 300 o C technological exposure of the wood billet is impractical, because irreversible chemical phenomena occur when the color of the wood changes (deep carbonization);
at T <100 o C and t = 2 min, the drying of the adhesive and the change in tonality of the wood billet deteriorate;
the wood billet is cooled after its technological aging either in the fixed matrices or after their unlocking, which, in particular, depends on the thermal regime of the aging operation. Cooling is carried out to T <100 o C, mainly up to T = 60-80 o C, which is most advisable under the conditions of subsequent technological processing of wood billets, for example, in conditions of using a woodworking tool for machining the surface layers of wood material, including . modified in appearance;
during the subsequent technological processing of the modified wood billet, in the mode of mechanical removal of the relief image on the surface of the billet, the processing depth is set within 0.5-5 mm, i.e. to the depth of removal of the relief and part of the surface layer of the wood billet, modified as a result of thermal pressing to obtain a flat pattern, the effectiveness of the optical image of which does not reveal microcracks and other defects, for example, color, arising in the surface layers of the wood billet due to the power and thermal conditions of its processing during the modification process.
Способ модификации древесины был реализован на различных древесных заготовках, выполненных, преимущественно, из лиственных рассеяннососудистых пород, в декоре разрезов которых соответственно поперек и вдоль волокон отсутствует явное выявление сосудопостроения их, что особенно характерно для таких пород как осина, ива. В процессе модификации древесных заготовок в соответствии с изобретением исходная плотность их увеличилась на 30-150%, а видоизмененные поверхности древесных заготовок имели плоский декоративный рисунок со зрительно четким эффектом оптичности рельефного изображения заданного рельефностью матриц. The method of wood modification was implemented on various wood billets, made mainly of dispersed vascular hardwood, in the decor of the cuts of which respectively across and along the fibers there is no obvious identification of their vessel construction, which is especially typical for such species as aspen, willow. In the process of modifying wood billets in accordance with the invention, their initial density increased by 30-150%, and the modified surfaces of the wood billets had a flat decorative pattern with a visually clear effect of the opticity of the relief image given by the relief of the matrices.
Данные по экспериментальным исследованиям приведены в табл. 1 и 2. Data on experimental studies are given in table. 1 and 2.
В табл. 1 приведены примеры реализации технологических процессов по модификации древесины с учетом изобретения - примеры 1-4, по контрольным режимам - примеры 5-8, по известному уровню техники (1-2) - примеры 9-12. In the table. 1 shows examples of the implementation of technological processes for the modification of wood, taking into account the invention, examples 1-4, for control modes, examples 5-8, according to the prior art (1-2), examples 9-12.
В табл. 2 приведены технологические показатели, полученные в результате модификации древесных заготовок по примерам 1-12. In the table. 2 shows the technological indicators obtained as a result of the modification of wood blanks according to examples 1-12.
Технологические процессы по модификации древесных заготовок были реализованы при следующих условиях:
при подготовке древесных заготовок по примерам 1-2, 5-6, 9-11 была использована осиновая доска толщиной 40 мм, из которой были изготовлены древесные заготовки с диаметром 15 мм.Technological processes for the modification of wood billets were implemented under the following conditions:
in the preparation of wood billets according to examples 1-2, 5-6, 9-11, an
Структурное построение материала древесных заготовок, выполненных из доски, основано на поперечной ориентации волокон древесины относительно продольной оси усилия давления P, создаваемого в матрицах пресс-формы. The structural construction of the material of wood preforms made of boards is based on the transverse orientation of the wood fibers relative to the longitudinal axis of the pressure force P created in the mold matrices.
При подготовке древесных заготовок для реализации модификационного процесса в соответствии с примерами 3-4, 7-8, 10, 12 были использованы березовые оцилиндрованные бруски высотой 40 мм и диаметром - 15 мм, в которых ориентация волокон древесины совпадала с продольной осью цилиндра каждого бруска и соответственно с направлением действия усилия давления P. When preparing wood billets for the implementation of the modification process in accordance with examples 3-4, 7-8, 10, 12, we used
Для всех примеров 1-12 были использованы пресс-формы с разъемными матрицами, при смыкании которых между ними образовывалась полость в виде сферы соответственно с диаметрами 15 мм или 10 мм. Поверхности матриц, обращенные друг к другу имели заданную форму рельефного изображения с высотой рельефности от 0,5 до 2 мм. For all examples 1-12, molds with detachable matrices were used, upon closing of which a cavity was formed between them in the form of a sphere with diameters of 15 mm or 10 mm, respectively. The surfaces of the matrices facing each other had a given shape of a relief image with a height of relief from 0.5 to 2 mm.
Таким образом в результате реализации технологического процесса модификации древесины в соответствии с изобретением (примеры 1-4) были получены модифицированные по плотности и внешнему виду поверхностей древесные заготовки, в объеме которых не обнаружены внутренние дефекты, а модифицированные по внешнему виду поверхности не имеют трещин и др. дефектов, связанных, в частности, с тепловыми режимами модификации, причем полученные в результате механической обработки поверхностей заготовок плоские рисунки имеют эффектное оптическое изображение. Полученные технологические показатели по качеству видоизменения физических свойств древесных заготовок не зависят от структуры материала их, в том числе от направленности ориентации волокон древесины относительно усилия давления P при термопрессовании. Thus, as a result of the implementation of the process of wood modification in accordance with the invention (examples 1-4), wood billets modified in terms of density and appearance of surfaces were obtained, in the volume of which no internal defects were detected, and surfaces modified in appearance did not have cracks, etc. defects associated, in particular, with the thermal regimes of modification, moreover, the planar patterns obtained as a result of machining the surfaces of the blanks have a spectacular optical image voltage. The obtained technological indicators on the quality of the modification of the physical properties of wood billets do not depend on the structure of their material, including the orientation of the orientation of the wood fibers relative to the pressure force P during thermal pressing.
Источники информации
1. Патент РФ 2037430, B 44 C 1/24, приоритет от 24.12.93 г.Sources of information
1. RF patent 2037430, B 44
2. Патент РФ 2055743, B 44 C 1/24, от 16.03.92 г. 2. RF patent 2055743, B 44
3. Патент РФ 2009894, B 44 C 3/00, от 25.11.91 г. 3. RF patent 2009894, B 44
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118531A RU2123941C1 (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Method of wood modification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118531A RU2123941C1 (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Method of wood modification |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2123941C1 true RU2123941C1 (en) | 1998-12-27 |
| RU97118531A RU97118531A (en) | 1999-03-20 |
Family
ID=20198811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97118531A RU2123941C1 (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Method of wood modification |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2123941C1 (en) |
-
1997
- 1997-11-11 RU RU97118531A patent/RU2123941C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101350645B1 (en) | The method for manufacturing a surface-reinforced solid wood section material | |
| TWI620848B (en) | Pulp molding method and paper-shaped object made thereby | |
| US7131471B2 (en) | Compressed wood product and manufacture | |
| CN102941612B (en) | Method for manufacturing recombined bamboo decorative material | |
| CN101134333A (en) | Bamboo filum floor blank opposite direction hot pressing manufacturing method | |
| CA2204271A1 (en) | Manufacturing method for a wood board | |
| CN110272294B (en) | Method for quickly forming special-shaped quartz composite ceramic wave-transparent antenna window | |
| CN105108877A (en) | Scrimber manufacture method | |
| WO2018040800A1 (en) | Recombinant wood board having log grain and manufacturing method therefor | |
| CN111531662A (en) | Processing method of bamboo jointed board | |
| RU1836210C (en) | Method of profiled plates manufacturing | |
| RU2123941C1 (en) | Method of wood modification | |
| CN107344381B (en) | High-strength truck composite bottom beam and manufacturing method thereof | |
| RU2140850C1 (en) | Method for manufacture of impregnated wooden articles | |
| JPH11254404A (en) | Sliced veneer and its manufacture | |
| RU2368510C1 (en) | Method of modifying wood part surface | |
| JP3580537B2 (en) | Wood forming apparatus and wood forming method | |
| CN112959447A (en) | Production method of densified bamboo board | |
| CN206653489U (en) | Structure poplar wood base Scrimber | |
| RU2055743C1 (en) | Method of getting flat ornamental pattern having optical effect of stereoscopic picture on the surface of thickened wood | |
| KR101237739B1 (en) | Sliced veneer that is thermally modified and treated by nano material and manufacturing method thereof | |
| AU2015201455B2 (en) | Method of manufacturing a timber composite | |
| EA004944B1 (en) | Method for producing a shaped part | |
| WO2019066085A1 (en) | Method for manufacturing high-density woody laminate material | |
| JP2002127108A (en) | Method for manufacturing compressed lumber |