Технологические схемы автоклавной пропитки древесины

Имеется ряд технологических схем (или способов) автоклавной пропитки, различающихся последовательностью операций воздействия на древесину повышенного и пониженного давления пропитывающей жидкости и воздуха. Изменяя эту последовательность, уровень давления и температуры, а также длительность операций, можно управлять результатами пропитки в соответствии с предъявляемыми к ней требованиями.

В промышленности в настоящее время применяют следующие способы:

• «вакуум — давление — вакуум» (сокращенно ВДВ);
• «давление — давление — вакуум» (ДДВ);
• многоцикличные;
• «вакуум — атмосферное давление — вакуум» (ВАДВ);
• автоклавно-диффузионная пропитка;
• совмещенная сушка — пропитка.

Пропитка древесины способом ВДВ

График пропитки этим способом, называемым также способом полного поглощения, приведен на рис. 1, а.
Автоклав загружается древесиной. Затем последовательно выполняются следующие операции:

1. — создание воздушного вакуума;
2. — выдержка древесины в вакууме;
3. — заполнение автоклава жидкостью;
4. — создание жидкостного давления;
5. — выдержка древесины в жидкости под давлением; 6— сброс давления до атмосферного;
6. — слив жидкости из автоклава; 8— создание воздушного вакуума;
7. — выдержка в вакууме;
8. — сброс вакуума и разгрузка автоклава.

Рис. 1. Графики автоклавной пропитки: а — способ полного поглощения (ВДВ); б — способ ограниченного поглощения (ДДВ); в — многоцикличный способ МЛТИ; г — вакуумный способ (ВАДВ)

Собственно пропитка происходит во время выдержки древесины под давлением. Начальный вакуум способствует повышению глубины пропитки и увеличению поглощения древесиной жидкости, так как из полостей клеток удаляется воздух, препятствующий ее движению. Повторный вакуум предназначен для подсушки поверхности сортиментов.

Способ ВДВ применяют преимущественно для пропитки древесины водорастворимыми веществами. Для пропитки маслами этот способ используется в тех случаях, когда требуется высокое поглощение пропитывающих веществ. Он является также основным при пропитке антипиренами, которые, как отмечалось выше, необходимо вводить в древесину в большом количестве.

Результаты пропитки (ее глубина и поглощение) определяются свойствами пропитываемой древесины, а также режимом процесса, регламентирующим продолжительность основных операций, давление и температуру жидкости. В зависимости от породы и размеров сортиментов, их назначения и характера пропитывающей жидкости параметры режимов пропитки изменяются в следующих пределах: глубина вакуума 0,08...0,09 МПа; жидкостное давление 0,6... 1,5 МПа; продолжительность выдержки под вакуумом - 0,25...0,35 ч, под давлением - 0,5...8 ч; температура растворов солей - 20...60 °С, масел - 85...95 °С.

Конкретные режимы пропитки устанавливаются техническими условиями предприятий. Для примера в табл. 6.2 приведен режим пропитки деталей градирен раствором ХМ-11.

Пропитка способом ДДВ

Процесс пропитки способом ДДВ, называемым также способом ограниченного поглощения, состоит из следующих операций (рис. 6.13, б):

1. — загрузки автоклава и создания в нем воздушного давления;
2. — выдержки древесины под воздушным давлением;
3. — заполнения автоклава жидкостью;
4. — подъема жидкостного давления;
5. — выдержки в жидкости под давлением;
6. — сброса давления;
7. — слива жидкости;
8. — создания вакуума;
9. — выдержки под вакуумом;
10. — сброса вакуума и разгрузки автоклава.

Таблица 1.

Режим пропитки способом ВДВ сосновых деталей градирен толщиной до 30 мм раствором антисептика ХМ-11 (ТУ Волгоградского мачтопропиточного завода)

Особенность этого процесса - выдержка древесины под избыточным воздушным давлением до заполнения автоклава жидкостью, при которой в полости клеток вводится добавочный воздух. В конце процесса, во время выдержки под вакуумом, сжатый в древесине воздух выходит наружу, выталкивая часть поглощенной жидкости. Способ ДДВ применяют при использовании высокотоксичных антисептиков (масел, растворов нафтената меди), когда нет необходимости оставлять в древесине излишнее их количество. Преимущество этого способа по сравнению с ВДВ состоит в сокращении расхода пропитывающих веществ. Один из режимов пропитки способом ДДВ приведен для примера в табл. 2.

Таблица 2.

Режим пропитки сосновых шпал каменноугольным маслом способом ДДВ (ТУ РЖД)

Разновидностью рассмотренного способа является способ «давление — вакуум» (ДВ), называемый также способом полуограниченного поглощения. Он отличается от ДДВ отсутствием операции выдержки под избыточным воздушным давлением (на рис. 1, б показано пунктиром). Так как количество сжатого воздуха в древесине в конце пропитки здесь будет меньше, чем при способе ДЦВ, то и количество вытесненной жидкости также уменьшается Этот способ используют для пропитки маслами, когда требуется несколько большее поглощение, чем это обеспечивает способ ДЦВ.

Способы ВДВ, ДЦВ и ДВ известны очень давно, с конца позапрошлого века, и могут быть названы классическими способами автоклавной пропитки. Они применяются для консервирования сухих или подсушенных (W < WnH) сортиментов и обеспечивают сквозную пропитку легкопропитываемой древесины (например, березы и заболони сосны). Труднопропитываемая древесина (ель и ядро сосны и др.) пропитывается на глубину не более 5 мм. Для повышения глубины пропитки такой древесины необходима предварительная операция накалывания.

Пропитка миогоцикличными способами. Увеличить глубину пропитки труднопропитываемой древесины можно не только с помощью накалывания, но и путем 2 - 3-кратного повторения циклов ВДВ, ДДВ или ДВ. Такая пропитка с последовательным чередованием нескольких единичных циклов называется многоцикличной.

Технологических вариантов многоцикличной пропитки может быть достаточно много. Хороший результат показал разработанный в МЛТИ способ, основанный на применении «мокрого» вакуума, т. е. вакуума, создаваемого в автоклаве, заполненном пропитывающей жидкостью. График этого варианта показан на рис. 1, е. Например, для пропитки пиломатериалов препаратом ХМФ рекомендуется следующий режим: глубина «мокрого» вакуума 0,09 МПа, «сухого» вакуума 0,08 МПа, продолжительность выдержки в вакууме 45 мин (3 раза по 15 мин), величина жидкостного избыточного давления 1,1 МПа, продолжительность первой выдержки под давлением 60 мин, второй — 30 мин.

Температура раствора (около 40 СС) поддерживается на уровне точки его кипения в вакууме. При этих условиях имеет место увеличение глубины пропитки на 50 % (в ядровой зоне сортимента) по сравнению с другими многоцикличными способами и двукратное по сравнению со способом ВДВ. Способ был применен для пропитки деревянной обшивки судов специального назначения.

Пропитка способом ВАДВ. Этот способ, называемый иногда просто вакуумным, предусматривает использование автоклавов или герметичных резервуаров упрощенных конструкций, не рассчитанных на высокое давление. Последовательность пропитки этим способом (рис. 1, г) такова: вначале древесину, загруженную в автоклав, выдерживают 15...20 мин под вакуумом глубиной 0,08...0,09 МПа, затем автоклав заполняют пропиточной жидкостью и вакуум сбрасывают. Собственно пропитка происходит в течение 30...60 мин под действием атмосферного давления, избыточного по отношению к давлению в древесине.

После этого автоклав освобождают от жидкости и вновь создают в нем кратковременный вакуум для подсушки поверхности сортиментов. Способ ВАДВ применяют в тех случаях, когда в древесину требуется ввести ограниченное количество пропитывающей жидкости на небольшую глубину (по заболони 5...10 мм, по ядру 1...2 мм). Значительно лучшие результаты пропитки (не менее чем на 50 %) имеют место при применении начального «мокрого» вакуума и температуре водного раствора близкого к температуре кипения воды при данной глубине вакуума. Такой способ (А.И.Расев) принят к применению на одном из предприятий Вологодской области для пропитки столбов из древесины березы.

Автоклавно-диффузионная пропитка

Все рассмотренные ранее автоклавные способы обеспечивают удовлетворительную пропитку лишь подсушенной древесины влажностью не выше предела насыщения клеточных стенок. Автоклавно-диффузионный способ — один из способов пропитки сырой древесины с целью ее консервирования. Сущность его состоит в следующем. Сырую древесину загружают в автоклав, нагревают в среде насыщенного водяного пара, а затем подвергают выдержке в вакууме. В результате такой обработки влажность поверхностных зон древесных сортиментов понижается на 20...30% (при влажности древесины менее 70...80% пропаривание можно не проводить).

Затем в подсушенную зону под избыточным давлением вводят на глубину 5... 10 мм концентрированный водный раствор антисептика. Наиболее целесообразно применять невымываемые препараты (ХМ-11, ХМФ и др.), которые легко диффундируют в древесину. После пропитки древесину выгружают из автоклава и выдерживают на складе в течение 2-4 недель. В это время за счет диффузии происходит пропитка внутренних слоев материала. Возможен вариант, при котором после введения в древесину антисептика делается кратковременная поверхностная обработка гидрофобной жидкостью при температуре 90... 100 СС, что обеспечивает фиксацию антисептика в этой зоне. Древесина в этом случае отправляется потребителю без выдержки.

Автоклавно-диффузионным способом пропитывают в основном круглые лесоматериалы (столбы), идущие на изготовление опор ЛЭП и связи. Институтом «Энергожилиндустрпроект» (г.Волгоград) и МЛТИ разработана технология их автоклавно-диффузионной пропитки, предусматривающая замену пропаривания древесины ее сушкой в нагретом насыщенном растворе бишофита (MgCl).

Совмещенная сушка — пропитка. Этот способ применяют при консервировании древесины маслами или растворами антисептиков в органических растворителях, которые являются гидрофобными жидкостями и способны быть сушильными агентами. Совмещенная сушка-пропитка включает два процесса, последовательно протекающих в одном автоклаве: сушку древесины в жидкости и ее последующую пропитку той же жидкостью.

Сушку в автоклаве можно проводить при атмосферном давлении или под вакуумом. В первом случае температура жидкости должна быть выше 100 °С, а во втором может быть и ниже 100 СС, но выше точки кипения воды при поддерживаемом пониженном давлении. Более прост и экономичен вариант сушки при атмосферном давлении. Оптимальная температура жидкости здесь 120...130 °С. Недостаток этого варианта — снижение эксплуатационной прочности древесины при воздействии такой температуры.

Сушкой в вакууме глубиной 0,07...0,085 МПа (чему соответствует точка кипения воды 65...50 ^оС) указанный недостаток устраняется, так как температура жидкости может быть понижена до 70...90°С. Для вакуумной сушки требуется более сложное оборудование. Но она будет вполне оправданна, если по условиям эксплуатации не допускается снижение прочности древесины (например, для шпал и переводных брусьев) Технология вакуумного варианта совмещенной сушки — пропитки (разработка ВНИИЖТ и МЛТИ) была принята для внедрения на заводах по производству шпал.

Продолжительность сушки в пропитывающей жидкости зависит от формы и размеров обрабатываемых сортиментов, породы древесины, ее начальной и конечной влажности, а также от мощности теплового оборудования пропиточных установок. Она колеблется от 3 до 20 ч и может быть рассчитана по методике, приведенной в учебнике «Тепловая обработка и сушка древесины». По окончании сушки в автоклаве проводят собственно пропитку, при этом в зависимости от требуемого поглощения применяют один из ранее рассмотренных классических способов (ДДВ, ДВ или ВДВ).