ПРОЧНОСТЬ ТЕРМОДРЕВЕСИНЫ. МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «СУШКА И ТЕРМООБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ»

Баранов А. В.,

инженер-технолог,

Белорусский государственный технологический университет

Термодревесина. Процесс её производства и применения до сих пор окутан неким ореолом «таинственности» и слухами о её якобы уникальных свойствах, в том числе особой прочности, по заявлению некоторых продавцов и производителей. В данной статье мы попробуем более подробно осветить этот вопрос и, если получится, поставить в нем точку.

 

Процесс термомодификации представляет собой нагрев и выдержку древесины при температуре от 150 до 240 °C в инертной среде, исключающей возгорание. Именно воздействие высокой температуры приводит к изменению структуры древесины: термическому разложению её наименее стойких элементов — гемицеллюлоз. В результате пустот в структуре древесины становится больше, а её плотность уменьшается. На рис. 1 показано отличие структуры обычной необработанной сосны и сосны, подвергнутой термообработке.

 

Рис. 1. Отличие структуры обычной необработанной сосны (слева) и сосны, подвергнутой термообработке (справа)

«Но плотность и пористость — это еще не прочность», — возразите вы. Да, конечно. Однако между ними существует довольно сильная корреляционная зависимость.

Плотность древесины является мерой её объемного веса, и согласно ГОСТ 16483.1– 84 различают несколько показателей: а) плотность при данной влажности — ρw; б) базисная плотность — ρбаз; в) парциальная (относительная) плотность — ρотн; г) плотность абсолютно сухой древесины — ρ0.

Заметим, что из всех показателей плотности древесины только ρбаз не зависит от влажности и определяется по формуле:

 

где m0 — масса образца древесины при влажности 0 % (абсолютно сухая древесина); V30 — объем образца древесины при влажности 30 % и более.

Под прочностью понимается способность древесины сопротивляться внешней нагрузке. В зависимости от вида нагрузки и её направления относительно волокон древесины различают: прочность при статическом изгибе по ГОСТ 16483.3–84; прочность на скалывание по ГОСТ 16483.5–73; прочность на сжатие вдоль волокон по ГОСТ 16483.10–73 и другие показатели.

Согласно данным из книги В. Н. Волынского «Взаимосвязь и изменчивость физико-механических свойств древесины» (Архангельск, 2000 г.) между показателями плотности и прочности древесины существует тесная связь, которую можно описать с помощью следующих уравнений, представленных в табл. 1. Из этой таблицы видно, что плотность древесины является надежным показателем её прочности и может использоваться для оценки вероятных пределов прочности чистой древесины.

Таблица 1. Взаимосвязь показателей прочности (σ) и плотности (ρбаз) древесины лиственных и хвойных пород

 

Из всего вышеперечисленного следует сделать вывод, что в чистом виде (без учета влажности) с уменьшением плотности, а конкретно — массы образца, прочность древесины будет снижаться. Это в полной мере соответствует тому, что происходит в ходе процесса термомодификации и подтверждается научными исследованиями. На рис. 2 и рис. 3 представлены графики зависимости влияния температуры и времени обработки на прочность при сжатии вдоль волокон и изгибе древесины березы [Р. Р. Сафин, А. В. Сафина, А. Х. Шаяхметова. Исследование физико- механических свойств термомодифицированной древесины березы. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 4. С. 213–217].

 

Рис. 2. Зависимость влияния продолжительности и температуры обработки на изменение прочности образцов при сжатии вдоль волокон

 

 

Рис. 3. Зависимость влияния продолжительности и температуры обработки на изменение прочности образцов при изгибе

Результаты данных исследований однозначно свидетельствуют о том, что с ростом температуры и продолжительности обработки уменьшается относительная масса образцов древесины и, следовательно, все её прочностные показатели, включая твердость и прочность на сжатие и изгиб.

В данной статье мы попытались с помощью открытых источников развеять некоторые мифы о сути процессов, происходящих при термомодификации древесины и о её реальных прочностных свойствах. Следует отметить важность для практики понимания физической сущности получения термодревесины, так как именно завышенные ожидания или непонимание свойств материала приводят к грубым ошибкам на этапе проектирования и производства. Что, в свою очередь, влечет за собой снижение выхода готовой продукции, срывы сроков заказов и, в конечном итоге, — отказ от применения данного вида обработки.

 

 

Также вам может быть интересна предыдущая публикация автора на эту же тему в № 1–2018.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.