Баранов А. В.,
инженер-технолог,
Белорусский государственный технологический университет
Разрушение древесины может происходить под действием различных факторов, в том числе физических, химических,биологических. Эта особенность древесины является как преимуществом, так и, одновременно, недостатком. На практике особенно часто приходится сталкиваться с проблемой защиты торцов лесо- и пиломатериалов от растрескивания. Каковы причины этого явления и есть ли надежные методы защиты? Об этом мы поговорим в сегодняшней статье.
Введение в суть происходящих процессов. Проблема растрескивания торцов является одной из основных в процессе заготовки и переработки древесины. Связано это, с одной стороны, с особенностью строения древесины: наличием продольно вытянутых водопроводящих элементов сосудов и трахеид; с другой стороны, — с имеющимся в растущем дереве значительным количеством воды. Влажность древесины некоторых пород в свежесрубленном состоянии представлена в табл. 1.
Таблица 1. Влажность древесины некоторых пород
Влажность древесины, находящейся на открытом воздухе или в помещении, постепенно уменьшается. При этом происходят одновременно два процесса: испарение воды в окружающую среду и перемещение воды изнутри к поверхности. Эти процессы определяются несколькими факторами, главные из которых — относительная влажность воздуха, его температура и скорость перемещения воздушной массы у поверхности древесины, а также водопроницаемость самой древесины, которая, в свою очередь, зависит от направления волокон.
Так, по данным С. И. Ванина и Н. Н. Чулицкого, водопроницаемость торцевой поверхности заболони древесины сосны в 14 раз превышает таковую в поперечном направлении. Таким образом, получается, что именно торцевые участки круглых лесоматериалов и досок быстрее всего теряют воду, поскольку испарение её с поверхности древесины происходит быстрее, чем продвижение по древесине [Ванин. С.И. Древесиноведение. М., 1949].
Потеря воды древесиной ниже предела насыщения клеточных стенок, который в среднем принимается равным 30 %, приводит к уменьшению их толщины и поперечных размеров клетки. Учитывая, что анатомические элементы вытянуты преимущественно вдоль оси ствола, наибольшая усушка наблюдается в поперечных направлениях. Причем в тангенциальном направлении поперек волокон усушка в 1,5–2 раза больше, чем в радиальном. Далее, если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, появляются трещины. Они (наружные и внутренние) обычно имеют радиальное направление, так как разрыв тканей происходит вдоль сердцевинных лучей вследствие сравнительно слабой связи между ними и древесными волокнами [Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение. М., 2007].
Таким образом, наиболее уязвимыми участками с точки зрения возникновения максимальных растягивающих напряжений являются торцы лесо- и пиломатериалов, а поэтому основной задачей становится предупреждение развития в них трещин, для чего необходимо снижение или полное прекращение испарения из них влаги. Нормативная база. Классификация и измерение трещин в древесине проводится согласно ГОСТ 2140–81. В данном стандарте указывается, что трещины, особенно сквозные, нарушают целостность лесоматериалов и, в некоторых случаях, снижают их механическую прочность. Тут можно добавить, что данный порок древесины также весьма сильно влияет на эстетические и эксплуатационные свойства готовых изделий. Что вкупе с их почти неизбежным образованием и многочисленностью делает трещины едва ли ни самым распространенным дефектом на практике. Такими же многочисленными являются и способы борьбы с появлением этого дефекта. По ГОСТ 9014.0–75 лесоматериалы круглые подразделяются на группы по стойкости к растрескиванию (табл. 2).
Таблица 2. Распределение лесоматериалов по группам стойкости к растрескиванию
Хотелось бы обратить внимание читателя на то, что практически все породы, отнесенные к группе стойких с точки зрения образования трещин, имеют низкую или среднюю плотность древесины. Это неслучайно. Величина усушки (т. е. величина растягивающих напряжений) находится в гиперболической (близкой к линейной) зависимости от плотности древесины: чем больше масса клеточных стенок в единице объема древесины (т. е. чем больше находится в данном объеме древесины адсорбционной воды), тем больше усушка, а, следовательно, и больше вероятность образования трещин. И чем выше плотность древесины, тем при прочих равных условиях она будет более подвержена образованию трещин.
Требования и правила хранения круглых лесоматериалов описаны в ГОСТ 9014.0, а правила хранения пиломатериалов — в ГОСТ 7319–80 (для лиственных пород) и ГОСТ 3808.1–80 (для хвойных пород). В качестве защитных мер эти стандарты предусматривают: затенение, покрытие торцов, дождевание, затопление. Остановимся на данных методах подробнее.
◆◆Затенение места хранения древесины с помощью навеса или специальных щитов. На практике чаще всего используется для пилопродукции. Не дает полной защиты, т. к. только замедляет, но не исключает испарение воды с торцов сортиментов.
◆◆Покрытие торцов — нанесение на торцы лесо- и пиломатериалов влагозащитных составов, физически замедляющих или прекращающих влагообмен с окружающей средой.
◆◆Дождевание — опрыскивание продукции с помощью систем распыления воды.
◆◆Затопление — погружение лесоматериалов в специальные резервуары с водой. На практике используется редко в связи со сложностью подготовки и хранения больших объемов лесоматериалов, их разгрузки и транспортировки.
ЗАКРАСКА ТОРЦОВ
Чаще всего на практике используется покрытие торцов и в меньшей степени — дождевание. Последнее непопулярно как из-за сложности организации процесса и потребности в обустроенной площадке и коммуникациях, так и из-за своей недостаточной эффективности.
По сути, имеется единственный и наиболее часто встречающийся на производстве способ защиты торцов от растрескивания — нанесение на них влагозащитных покрытий. Варианты рецептур данных покрытий содержатся в ГОСТ 9014.2–79 и ГОСТ 26910–86.
В табл. 3 приведены некоторые рецептуры влагозащитных составов из данных нормативных документов.
Таблица 3. Рецептуры влагозащитных составов из ГОСТ 9014.2–79 и ГОСТ 26910–86
Следует отметить, что на реальном производстве в современных условиях как альтернативу чаще всего используют обычные масляные краски типа ПФ‑115 или аналогичные им — в силу их большей доступности, простоты нанесения и сравнимой стоимости с приведенными составами.
Однако есть некоторые особенности технологии нанесения краски, от которых напрямую зависит качество будущей влагозащиты: окрашивание обязательно выполняется в два прохода вручную с помощью кисти (рис. 1).
Рис. 1. Окрашивание торцов пиломатериалов
Это нужно для того, чтобы нанести за каждый проход порядка 250 г/м2. Слой краски должен быть таким, чтобы на торце после этой операции не было видно текстуры древесины. В этом случае необходимая влагозащита гарантирована. Стоимость 1 кг такой краски на сегодняшний день составляет около 1,3 €/кг. Средняя площадь торцевой поверхности одного пакета пиломатериалов — порядка 1,5 м2, т. е. получаем расход краски 0,25 х 2 х 1,5 х 1,3 = 1 €/пакет, или приблизительно 0,5 €/м3.
Важно заметить, что окрашивание торцов масляной краской возможно только в условиях открытой площадки и при температуре воздуха не менее +5°C, что накладывает определенные ограничения на технологический процесс. Выход здесь может быть найден в направлении использования термоплавких материалов на основе этиленвинилацетата и полиамидных смол (рис. 2).
Рис. 2. Торец пиломатериала защищен полиамидным расплавом
Данные виды составов выпускаются, как правило, в форме гранул и не содержат растворителей, благодаря чему они экологичны и соответствуют требованиям охраны труда. Отверждение происходит в результате снижения температуры и в считанные секунды. Из минусов данного способа — его стоимость (порядка 6–12 €/кг) и потребность в специальном оборудовании для нанесения стоимостью 1000…3000 € (рис. 3).
Рис. 3. Оборудование для нанесения терморасплавов методом распыления
УСТАНОВКА ТОРЦЕВЫХ ЗАКРЕПИТЕЛЕЙ, ИЛИ СТРИНГЕРОВ
Данный вид защиты торцов используется, как правило, в круглых лесоматериалах и представляет собой устанавливаемую заплату на пути распространения трещины или в месте её наиболее вероятного появления (рис. 4).
Рис. 4. Круглый лесоматериал с установленными торцевыми закрепителями
Механика этого вида защиты заключается в снижении коэффициента интенсивности напряжений у вершины трещины, а также в генерации сжимающих напряжений [Николаева Е.А. Основы механики разрушения. Пермь, 2010]. Здесь стоит отметить, что торцевые закрепители из оцинкованной стали, широко используемые при защите торцов деревянных шпал, иногда применяют для защиты от растрескивания круглого лесоматериала. Но я бы не рекомендовал это делать, поскольку при столкновении с ними может порваться или выйти из строя полотно дереворежущего инструмента, а удалить закрепители с торцов бревен до распиловки крайне проблематично.
Выход может быть в использовании стрингеров из достаточно прочных композитных материалов. На сегодняшний день уже имеется немало примеров их успешного применения в мире. Данный вид защиты торцов только набирает популярность и будет все чаще использоваться по мере неизбежного удорожания лесных ресурсов.
Хотелось бы отметить, что на практике нередко наблюдается либо пассивное отношение, либо вообще пренебрежение таким важным способом сохранения качества древесины, как защита торцов. Отчасти это связано с трудоемкостью и слабой автоматизаций этого процесса, отчасти — с имеющимся дефицитом знаний и реально работающих технологий, а также недостатком информации на этот счет. Безусловно, каждое производство характеризуется особенными технологическими процессами, используемыми в соответствии с экономической целесообразностью, но пренебрегать таким важным, на мой взгляд, методом защиты торцов всё же не стоит.
Со всеми возникшими вопросам можно обращаться непосредственно к автору данной статьи: е‑mail: baranov-by-@mail.ru
Дорогу осилит идущий!
