CC BY
35
4. Поберейко Б.П. Дослщження процеав теплоперенесення всерединi та на меж неруйшвноi област деформування деревини// Науковi працi: Зб. наук. праць ЛАН Украши. -Л^в : Вид-во НУ мЛьвiвська полiтехнiкам. - 2007. - Вип. 5. - С. 139-144.
5. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика. - М.: Наука, 1983. - 416 с.
6. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
УДК 674.02.048 Проф. 1.М. Озармв, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв;
тж. Б.М. Перетятко - Львiвський ДУ безпеки житт£дшльност1
МЕТОДИКА ПРОСОЧЕННЯ ДЕРЕВИНИ АНТИП1РЕНАМИ МЕТОДОМ ТЕПЛО-ХОЛОДНИХ ВАНН
Наведено аналiз особливостей просочення деревини антитренами з метою вив-чення фiзичних закономiрностей та способiв введення вогнезахисних речовин, а та-кож напрацювання методики визначення якосп просочення деревини.
Prof. I.M. Ozarkiv-NUFWTof Ukraine, L'viv; eng. B.M. Peretyatko -
Lviv State University of Vital Activity Safety
The methods of wood percolation with the help of antypirens using the baths of medium temperature
The analysis of pecularities of wood percolation with help of antypirens was used to learn physical rules, the ways of firefighting substances engagement and working on the methods of the quality of wood percolation.
Вщомо [1], що захист вщ горшня деревини та дерев'яних конструкцш е обов'язковим у дерев'яному домобудуванш, буд1внищш складських та тва-ринницьких споруд, пасажирському машино- й вагонобудуванш й ш. Однак надати деревиш абсолютно! вогнестшкосп е практично неможливо. Тому, на сьогодш вогнезахист деревини зводиться, в основному, до обмеження !! заго-ряння та поширення полум'я на !! поверхню.
1накше кажучи, просоченням деревини антитренами можна домогти-ся того, що деревина, яка охоплена вогнем, не шдтримуе горшня, а в раз1 вщ-далення джерела вогню - швидко гасне та не тл1е. При цьому вогнезахисш речовини тд час нагр1вання 1нод1 плавляться та покривають поверхню деревини вогнезахисною пл1вкою, яка перекривае доступ кисню до деревини. В шшому випадку антишрени розкладаються 1з одночасним видшенням велико! кшькосл негорючих газ1в, як вщтюняють повггря вщ поверхш матер1алу та розбавляють горюч1 гази, що видшяються 1з деревини.
Горючють природно!, непросочено! антишреном деревини залежить вщ багатьох чинниюв, серед яких слщ видшити основш, а саме: породу, во-лопсний стан, здатшсть антишрешв сорбуватися деревиною, особливютю будови деревини i мюцем розташування дерев'яних елемент1в у конструкци т1е! чи шшо! споруди. Крiм цього, просочення антишренами буде впливати на мехашчш властивостi деревини, тобто характер i ступiнь впливу буде за-лежати вщ типу i кiлькостi антишрена, що вводиться в деревину та режиму просочення. Своею чергою, режими просочення деревини будуть визначати-ся здатшстю деревини пропускати рiдини та гази.
Як вщомо [1], залежно вiд величини просочення основш породи дере-вини умовно можна роздшити на три групи:
• важко просочувальн1 породи - сюди вщносятъ хвоин1 стлодеревн1 породи (смереку, ялицю) та ядро хвоИних И листяних порвд (сосни, модрини, дуба, ясена, в'язу, каштана, гор1ха);
• легко просочувальт породи (заболонь хвоИних та листяних порщ);
• дуже легко просочувальт листят без ядров1 породи (береза, бук, клен, вшь-ха, осика, липа, тополя, верба, платан, груша 1 т.п.).
Рiвномiрнiстъ розподшення антишрена в деревинi буде залежати вiд властивостеИ самого антипiрена та Иого розчинника (Иого здатност до дифу-зiИного перерозподiлення, сорбцшно! здатност антипiрена) i вiд методу просочення деревини. Проте необхщно зазначити, що пiд час просочення шд тиском градiент концентраци за глибиною е невеликим.
Щодо проникливостi, яка характеризуе здатшсть пропускати рiдини (воду, антишрени, антисептики) або гази (пов^я, азот тощо) пiд тиском, то, як показали дослщження [1-3], вона буде мати однаковиИ характер у вЫх ви-падках. Аналiз результат водо проникливостi деревини показуютъ:
• водопрониклившть вздовж волокон значно вища у листяних порщ, нiж у хвоИних (в 3.. .10 раз1в);
• у межах одте! породи водопроникливють заболот вища, тж ядра та зршо! деревини (в 5.8 раз);
• впоперек волокон водопрониклившть у рад1альному напрямку (в середньо-му) для бшьшост! порщ деревини е трохи вищою, нiж в тангентальному напрямку. Таку залежтсть можна пояснити особливютто анатом1чно! будови деревини р1зних порщ, тобто розташуванням 1 станом пор на стшках клггин, кшьшстю 1 ступенем проникливост серцевинних прометв, станом горизон-тальних смоляних ход1в, а також самою смолистштю деревини.
Як вiдомо [1], вода в деревиш рухаеться системою капiлярiв, яка охоплюе порожнини клггин, отвори в мембранах пор та субмшроскотчш ка-нали в кттинних стiнках. Розташування торуса окаИмлених пор не впливае на проникливють ядра та заболош сухо! деревини. Наявшсть смолястих та ш-ших екстрактивних речовин, що знаходяться в ядр^ затрудняють або повшс-тю усувають можливiстъ перемiщення води по мжрокапшярах у мембранах пор i в кттинних стiнках. Пiзня деревина рiчних шарiв (наприклад, у смере-ки, сосни, ялищ) е бiлъш водопроникливою, нiж рання деревина. 1стотниИ вплив на водопроникливють впоперек волокон мають серцевиннi променi.
Вiдзначимо, що на^вання деревини ядра вище температури плавлен-ня смолястих речовин пiдвищуе водопроникливють деревини. Щодо проник-нення газiв у деревину, то слiд звернути увагу на те, що газопроникнення мо-же вщбуватися: за атмосферного тиску (мае мюце газопоглинання деревини); за надлишкового тиску (мае мюце газопроникливiстъ). ПершиИ випадок мае мюце при пiдвищеннi дезшфекци деревини, заражено! комахами або грибами, i газовому фарбуваннi, а другиИ - в деяких видах тари (чанах, пивних бочках i т.п.).
Таким чином, деревина е системою водопровщних комушкацш (судин в листяних та трахе!д в хвоИних породах), в порожнинах яких збер^алися i
перемщалися живилънi соки, а шсля !х випаровування в процес висушуван-ня виникли порожнини. Заповнюючи останш антипiренами, можна шдвищи-ти вогнестiИкiстъ деревини, а також надати матерiалу зовсiм новi властивост вiдповiдно до властивостеИ антипiренiв, що вводяться в деревину. З огляду на це, важливе значення мае проникливють деревини (остання хоч i вiдносно невелика [1, 3]), просочувальна емнiстъ для кожно! породи при рiзнiИ воло-гостi i рiзних способах сушiння. Саме вiд цих двох властивостеИ залежить глибина проникнення i величина поглинання просочувально! рщини (антиш-рена) пiд час кожного способу просочення.
Глибина проникнення антишрена е одним iз основних И важливих по-казниюв якостi просочення. Необхщно зазначити, що для маслянистих i во-дорозчинних антипiренiв [4], як забарвлюють деревину, глибину !х проникнення слiд визначати за змшою кольору деревини. Глибина безколiрних ан-типiренiв встановлюеться за допомогою спещальних проявникiв, якi дають iз антипiренами забарвленi сполуки. Якщо деревина е вологою, то вона повинна бути шдсушеною до вологост не бшьше 25 % (при бшьшш вологостi деревини шдикатор може дати похибку). Проявник може наноситись на торце-ву поверхню м'яким пензлем або помазком iз вати, туго намотаним на де-рев'яну або пластмасову паличку. З щею метою можна використати також звичаИниИ капельник. При нанесеннi реактиву слщ обов'язково охоплювати дiлянки, не просочеш антисептиком. Пiд дiею проявника поверхня деревини буде забарвлюватися у вщповщниИ колiр. Глибину просочено! зони треба вщзначити хiмiчним олiвцем, адже з часом проявник може змшювати колiр або зникнути.
Величина поглинання антишрена е також важливою характеристикою якост просочення И визначаеться кшьюстю введеного антишрена (г, кг або л) на одиницю просочено! деревини (м ). Кшьюсть введеного антишрена можна визначати двома методами (шляхом аналiзу i в ходi самого процесу).
При першому методi iз просочено! деревини за допомогою бура бе-руться проби i за ними визначають вмiст введеного в матерiал антипiрена, якиИ по^м перераховуеться на весь об'ем просочено! деревини. Але, внасль док нерiвномiрного розподiлення антипiрена (зовнiшнi шари, як правило, ма-ють бiлъшиИ вмют антипiрена, а внутрiшнi меншиИ) вибрати точниИ середнiИ взiрецъ просочено! деревини дуже важко (практично неможливо). Тому даниИ аналiтичниИ метод не дае змогу визначити середне поглинання антишрена сортименпв i застосовуеться дуже рiдко.
За другим методом визначення кшькост введеного антипiренами проводиться або з допомогою спещального пристрою-вимiрника (при автоклавному процеЫ), або шляхом визначення рiзницi мас сортимента (об'екта просочення) до i пiсля просочення. Для водорозчинних антипiренiв величину поглинання характеризують кшьюстю сухо! солi антипiрена (кг), якиИ був введениИ у матерiал, на 1 м3 просочено! деревини (виходячи iз ваги поглине-ного розчину i концентрацi! антипiрена).
Слiд зауважити, що зв'язок мiж глибиною проникнення i величиною поглинання антипiрену дуже складниИ i недостатньо вивчениИ. Адже цеИ
зв'язок визначаеться багатьма чинниками як при заповненш кап1ляр1в у продев проникнення рщини (антишрена) в глибину матер1алу, так 1 мжрокапшя-р1в шд час ii проникнення в кштинну стшку.
Також необхщно наголосити, що, незважаючи на велике й досить значне нагромадження експериментальних та емшричних даних з проникли-вост деревини р1зними рщинами, мае значення вщсутшсть встановлених уза-гальнених теоретичних законом1рностей, або iх мала кшьюсть. Тобто, не от-римано надшних р1внянь просочення антишренами. Звщси, й слабо розроб-леш методи тдвищення проникливост деревини антишренами. Хоча на сьогодш е найбшьш поширеними методами захисного оброблення деревини методи, що базуються: на просоченш без застосування дп зовшшнього тиску (дифузшне просочення пастами i розчинами, просочення вимочуванням i в тепло-холодних ваннах); на просоченш 1з використанням зовшшнього тиску (просочення в автоклавах).
Дифузшне просочення полягае в нанесенш на поверхню деревини антишрешв (у вигляд1 паст або концентрованих розчишв) i дальшою дифуз1ею iх у внутршш шари матер1алу. Це просочення здшснюеться шд д1ею гра-д1ента кондентрадii антишрена. Дифузшне просочення пастами - сезонна опе-рад1я, яка е малопродуктивною, трудомюткою i в зв'язку з чим застосовування його е обмеженим. Дифузшне просочення розчинами використовуеться у ви-падку, коли е неможливим вимивання антишрешв (застосовуеться як додатко-вий запобiжний захщ до конструктивно!" профiлактики споруди).
Просочення в тепло-холодних ваннах застосовують для оброблення деталей заводського домобудування. Просочення в тепло-холодних ваннах використовуеться для деревини не бшьше 40 %. Суть дього методу базуеться на явишд термодифузп (зпдно якого газ iз бшьшою молекулярною масою ру-хаеться в сторону бшьшо! температури, а газ iз меншою молекулярною масою - в сторону меншо! температури), тобто при про^ванш повiтря, що зна-ходиться в деревинi, перемщаеться i розширюеться до поверхнi та частково виходить з не!'. При наступному охолодженш в холоднш ванш повiтря, що за-лишилося в деревиш, стискаеться i за рахунок утвореного розрщження роз-чин антитрена всмоктуеться в середину деревини.
1стотним параметром режиму просочення в теплш та холоднiй ваннах е перепад температур. Вщомо [1, 3], що температура горячо! ванни змь нюеться в межах 90.. .100 °С, а холодно!" - 30.. .50 °С. Слщ зауважити, що метод тепло-холодних ванн може використовуватися в декшькох варiантах:
а) просочення в однш ваннi iз почерговим, послiдовним замшенням гарячо-го розчину на холодний;
б) просочення в однш вант iз повшьним остиганням гарячого розчину;
в) просочення в двох ваннах iз просоченням деревини iз гарячого розчину в холодний;
г) про^вання деревини парою або пвдгрггим повiтрям, як вiдiграють роль тепло! (гарячо!) ванни.
Але найбшьш iндустрiальними iз перерахованих вище способiв е варь ант "б" i "в", якi використовуються у разi досить великих об,емiв просочення.
Для двохванного варiанту просочення негативним е безпосереднш контакт деревини з повггрям у процес перенесення матерiалу в холодну ванну iз га-рячо! ванни, що приводить до зменшення ефективност просочення. Для просочення методом гарячо-холодних ванн використовують таке обладнання:
• дв1 ванни (об'емом 3,5 л кожна), одна з яких забезпечена електричним пщг-р1ванням з терморегулювальним пристроем;
• термометри;
• вимфювальт л1н1Икн;
• фшьтрувальниИ патр;
• вантаж для запоб1гання спливанню просочувальних вз1рщв (вир1заних 1з за-болот та ядра одного И того ж кряжу) у вигляд1 реИок розм1ром 40x40x250 мм;
• циркульна пилка та сокирка;
• антип1рени вщомо! концентраци.
Взiрцi п'яти порiд деревини (сосни, ялини, берези, вiлъхи та осики), як вирiзанi вздовж волокон iз заболонно! частини, маркують (де перша буква оз-начае породу, друга цифра - номер взiрця в заготовщ). Наприклад, с-1-4 озна-чае, що взiрець випиляниИ iз деревини сосни, першо! заготовки i мае номер 4.
Послщовшсть виконання дослiдженъ така. Спочатку заповнюють обидвi ванночки антитреном таким чином, щоб при зануренш взiрцiв анти-пiрен не переливався через краИ. Далi беруть два взiрцi, якi пiдготовленi до просочення, i замiряютъ !х об'ем V та визначають масу М кожного взiрця ( результати записують в таблицю).
По^м включають ванночку через терморегулятор i доводять температуру в гарячш ваннi до 85.90 °С, а при досягненнi антишреном задано! тем-ператури взiрцi помщують в цю ванночку, встановлюють протиспливниИ вантаж, витримують взiрцi 10.15 i 20 хв. Дальше переносять взiрцi в холодну ванну i витримують також 10.15 i 20 хв.
Витягнувши взiрцi iз холодно! ванни, обтирають !х фiлътрувалъним папером та зважують окремо кожниИ взiрець для встановлення маси пiсля просочення Мпр. Результати зважування також заносять в таблицю. Шдрахо-вують масу поглиненого кожним взiрцем антипiрена у виглядi розчину (АМ=Мпр - М) або в сухому виглядi (т).
Розпилюють кожниИ iз взiрцiв посередиш, розколюють кожну половинку i за забарвленою або проявленою зоною визначають середню глибину просочення (мм) в краИковому, радiалъному та тангентальному напрямках.
Упр = V.1 +У2+ Уз, (1)
де: У., У3 - вщповщно об'ем зон суцшьного просочення iз боку краИок; У2 -об'ем зони часткового просочення в середнш частинi взiрця.
У.= Ь. ■ 8; Уз = Ьз ■ Б; У2 = Ь2 ■ ^ (2)
2 2
де: Б - площа перерiзу краИок взiрцiв, мм (см ); ЬЬ3 - довжина (протяж-шсть) зон суцшьного просочення (глибина просочення iз краИки); Ь2 - площа поперечного перерiзу просочено! зони.
Повноту просочення визначають за формулою
П = Vnp-100 %.
V
Наприкшщ дослiдження здiйснюють оцiнку результатiв просочення шляхом зютавлення величини поглинання антитрена взiрцем (А = m/V) та захисно! дози цього антипiрена за його характеристикою, користуючись до-вщниковими матерiалами. Порiвняти слiд iз яюстю просочення заболонно! та ядрово! частин деревини.
Л1тература
1. Перелыгин Л.М. Древесиноведение. - М.: Лесн. пром-сть, 1969. - 320 с.
2. Уголев Б.Н. Испытания древесины и древесинных материалов. - М.: Лесн. пром-сть, 1965. - 252 с.
3. Озаркчв 1.М., Перетятко Б.М. Анашз бювогнезахисних препарат1в для дерев'яних i споруд// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2003, вип. 13.4. -С. 101-106.
4. Озаркчв 1.М., Перетятко Б.М. Нов1 антитрени на основ1 карбам1ду та сполук крем-шю i фосфору// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2006, вип. 16.5. - С. 89-97.
УДК 674.047 Проф. П.В. Бтей, д-р техн. наук; асист. 1.В. Петришак,
канд. техн. наук; ст. викл. 1.А. Соколовський, канд. техн. наук -
НЛТУ Украти, м. Львiв
ЕФЕКТИВН1СТЬ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОВО1 ЕНЕРГ11 П1Д ЧАС ВИГОТОВЛЕННЯ ШПОНУ I ФАНЕРИ
Визначено ефектившсть використання теплово! енергл в технолопчних проце-сах виготовлення шпону i фанери.
Prof. P.V. Biley; assist. I.V. Petryshyak; senior teacher I.A. Cokolovsky -
NUFWTof Ukraine, L'viv
Efficiency of thermal energy using in lead and plywood's production
Certainly efficiency of the use of thermal energy in the technological processes of production lead and plywoods.
Деревина порiвняно з шшими матерiалами мае таю переваги: високу мщтсть при низькш вазц матерiал, що добре обробляеться шструментами, добре склеюеться, фарбуеться, лакуеться, полiруеться; погано проводить теплоту, звук, електрику; при змш температури практично не змшюе сво! розмь ри; завдяки пружним властивостям краще за iншi будiвельнi матерiали пог-линае удари, вiбрацiю; стiйка до дп хiмiчних речовин. Однак, як матерiал ор-ганiчного походження, деревина мае i багато недолiкiв: при змш вологостi значно змiнюе свш об'ем i розмiри; пiддаеться бю- i вогнеруйнуванню; мае анiзотропнi фiзико-механiчнi властивостi; коливання в значних границях фi-зико-механiчних властивостей однiе! i тiе! ж само! породи i залежно вiд умов проростання. За цими ознаками масивна деревина поступаеться плитним ма-терiалам та фанерь
