ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ПРЕССОВАНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОЦЕСС УПРОЧНЯЮЩЕЙ ДЕКОРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Процессы прессования и термической обработки древесины в технологии деревообработки применяются для улучшения эксплуатационных характеристик отделочных и строительных материалов из массивной древесины. Во время прессования древесины поперек волокон происходит уплотнение древесных клеток, которое приводит к увеличению плотности и прочности материала [1]. Термическая обработка приводит к снижению гигроскопичности, увеличению твёрдости, а также дополнительно придает древесине благородный внешний вид [2].

Целью данной работы является   исследование влияния различных режимов прессования и термической обработки заготовок из массива сосны с декоративной поверхностью на физико-механические свойства материала.

Получение декоративной поверхности осуществляется следующим образом. Заготовки из малоценных хвойных пород подвергаются обжигу открытым огнем паяльной лампы или газовой горелки, а затем с обожжённой поверхности механически удаляются сгоревшие и менее плотные слои древесины до получения рельефной текстуры. Для упрочнения декоративной поверхности и выравнивания рельефа дополнительно применяется операция холодного прессования.

Для анализа процесса прессования проведен поисковый эксперимент. Образцы из массива сосны толщиной 12 мм размерами 70x55 мм с рельефной поверхностью, полученной в результате обжига и обработки металлической и нейлоновой щетками, запрессовывались без нагрева до разных толщин. Усредненная начальная влажность всех образцов составляла 7,1 %. Измерения проводились электронным влагомером HYDROMETTE COMPAKT производства фирмы GANN GmbH. Максимальная высота неровностей декоративной поверхности до прессования не превышала 1,5 мм. Параметры шероховатости получены с помощью индикаторного глубиномера.

Варьирование степенью деформации предполагалось проводить в интервале 15-60%. Для обеспечения требуемой величины деформации вдоль кромок заготовки с двух сторон необходимо было установить металлические упоры, ограничивающие высоту прессования. Эксперимент проводился на восьми образцах согласно данным, представленным в таблице 1.

Таблица 1.

Исходные данные для прессования заготовок

Параметры шероховатости декорированной поверхности после выравнивания рельефа представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Высота неровностей декорированной поверхности после прессования

После обработки давлением образцы прошли термообработку, которая заключалась в выдержке экспериментальных заготовок в течении 1 часа при температурах 90 и 180 °С.  При температурном режиме 90°С отмечено изменение цвета древесины до слегка золотистого. Заготовки, выдержанные при температуре 180°С, приобрели по всему объему золотисто-коричневатый оттенок, на торцах образовались пятна от вытопившейся смолы. В таблице 3 представлены режимы обработки образцов.

Таблица 3.

Режимы обработки образцов

Так как древесина по своей природе является упруго-вязким телом, после снятия нагрузки наблюдалось частичное восстановление деформированных волокон за счет сил упругости. Измерения толщины образцов велись в течении месяца после прессования. Условия выдержки образцов до и после прессования оставались идентичными. В таблице 4 представлены результаты замеров параметров образца № 3.

Таблица 4.

Замеры параметров образца № 3

Так как образцы изготавливались из пиломатериала тангенциального распила, поэтому после прессования произошло их коробление. Степень покоробленности измеряли по величине стрелы прогиба. Допущение поискового эксперимента – использовать только один металлический упор – привело к неравномерному уплотнению образцов. Поэтому замеры толщины выполнялись в местах прилегания образца к упору и наиболее удаленном от него. В таблице 4 представлены замеры параметров образца № 8.

Таблица 5.

Замеры параметров образца № 8

Анализируя полученные результаты эксперимента, установлено, что в процессе прессования влажность образцов не меняется. На рисунке 1 изображен график изменения влажности исследуемых образцов на протяжении всего времени эксперимента. Для графика принято условное сокращение термической обработки – т.о.

Рисунок 1. График изменения влажности образцов

Падение влажности зафиксировано после проведения термической обработки. Причем, существенного отличия влияния температурного режима на величину данного скачка не замечено. После термической обработки наблюдалось плавное увеличение влажности.

На протяжении всего времени эксперимента происходил процесс восстановления толщины прессованных заготовок. Результаты показали, что за 1 месяц наблюдений увеличение размеров составило в среднем 17,2 %.

Расчетный способ измерения плотности образцов позволил проследить зависимость изменения плотности древесины от режимов обработки прессованием и термообработки. График изменения плотности древесины в зависимости от величины упрессовки представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. График зависимости плотности древесины от величины упрессовки

Согласно справочным данным, средняя плотность древесины сосны при влажности 12 % варьируется в диапазоне 450-500 кг/м³ [3]. Плотность древесины образцов до прессования при влажности 8 % составляла 430 кг/м³. Наибольшая плотность древесины зафиксирована при температуре обработки 90°С и величине деформации 58,3 %. Она составила 703,5 кг/м³. Таким образом, в результате обработки плотность древесины возросла в 1,6 раза.

Для оценки влияния изучаемых режимов обработки на гигроскопичность древесины на декоративную поверхность образцов наносились капли воды. Для данного эксперимента проводилась 3 опыта.

В ходе первого сравнивалось пять образцов: не обработанный прессованием образец без термообработки; два термически обработанных образца при температуре 90 и 180 °С соответственно и еще два прессованных образца со степенью деформации 41,6 %, обработанные при температуре 90 и 180°С. Поверхность необработанного образца за считанные секунды впитала влагу. Образец, прошедший термообработку при температуре 90°С и прессование, впитал каплю за 20 сек. На деформированном образце, термообработанном при 180°С по прошествии 2 минут капля практически не впиталась. Наглядно результаты опыта представлены в таблице 6.

Таблица 6.

Результаты опыта

В ходе второго опыта устойчивость к воздействию влаги декоративной поверхности оценивалась у трех образцов, прошедших термообработку при 180°С с величиной упрессовки 58,3; 41,6; 16,7 %. По прошествии также двух минут времени капли воды так и остались не впитавшимися на поверхности всех трех образцов, что показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Исследование гигроскопичности декоративной поверхности

В третьем опыте испытывались 4 образца, обработанные давлением и термически при 90°С.  Время впитывания капли воды оказалось в прямой зависимости от величины деформации. Наиболее деформированный образец влагу практически не впитал.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований позволили установить, что обработка давлением и температурой декоративной поверхности в значительной мере снижает гигроскопичность древесины, причем степень деформирования и температурный режим термической обработки оказывают прямое влияние на этот показатель.

В результате проведения поисковых экспериментов по исследованию зависимости физико-механических свойств декоративных упрочнённых заготовок от режимов прессования и термической обработки заготовок выявлены закономерности изменения влажности, плотности и гигроскопичности древесины; установлена целесообразность предлагаемой технологии декорирования и упрочнения поверхности древесины.

Список литературы:

1. Прессованная древесина. Технология и свойства // Сетевая академия мебели [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://c-a-m.narod.ru/material/presswood.htm (дата обращения: 11.01.2018).
2. Технологии термообработки древесины // Termo WOOD [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.termo-wood.ru/stat/detail.php?ID=304 (дата обращения: 11.01.2018).
3. Плотность дерева, древесины [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://tree-forest.ru/classification/plotnost-dereva/ (дата обращения: 12.01.2018).