Технология модификации древесины свч обеспечивает много применений в промышленном масштабе:

• Пропитка древесины антиперенами и антисептиками

• Быстрая сушка древесины твердых пород

• Снятие внутренних напряжений сушки и роста

• Фабричное производство СВЧ модифицированной древесины Торгвин

• Производство нового лесоматериала Винторг

• Бревна с увеличенной проходимостью, пиломатериалы и древесная щепа для пульпирования.

Эта статья описывает анализ и оценку, которые включающих в себя детальные исследования, каждого из пунктов: требования к заводу, товарооборот и стоимость. К коммерциализации готовы 3 технологии. Эти технологии включают: модификацию древесины СВЧ для последующей пропитки антисептиками и смолами, предварительную обработку пиломатериалов твердых породы для быстрой сушки и СВЧ обработку древесины и щепы для варки.

Авторы - профессора, Отдел Науки Леса и Экосистемы, Унив Мельбурна, Мельбурна, Виктория, Австралия (grigori@ unimelb.edu.au, pvinden@unimelb.edu.au <mailto:pvinden@unimelb.edu.au>). Эта бумага была получена для публикации в мае 2009. Статья № 10623.

Общество Продуктов ©Forest 2010.

Напоминание леса. J. 60 (2):173-182.

1.2Основное положение (свч Модификация Древесины, Параметры Процесса и Оборудование)

Когда прикладывается интенсивная СВЧ энергия к сырой древесине, то внутренняя вода нагреваясь до точки кипения создает давление пара внутри клеток древесины. Внутреннее давление вырастает за 0,3 до 6 секунд до 6 бар и градиенты давления разрывают самые слабые элементы деревянной структуры, увеличивая проходимость древесины для жидкостей и газов. Были установлены три уровня СВЧ модификации древесины которые используются в зависимости от режима обработки: низкий, умеренный и высокий. (Торговников и Винден 2009)

Низкий уровень СВЧ модификации может увеличить коэффициент проводимости от 1.1 до 1.5 Низкий уровень СВЧ модификации древесины не имеет ни какого статистического воздействия на прочностно-силовые характеристики древесины. Умеренный уровень модификации увеличивает проходимость в тысячи раз и, в то же самое время, восстанавливает прочностные свойства, такие как модуль упругости (МУ) и модуль разрушения (МР), на 12 - 26 процентов. Высокий уровень модификации может преобразовать древесину в высокопроницаемый материал с многочисленными порами, главным образом в радиально-продольных направлениях. Проходимость модифицированной древесины увеличивается резко по сравнению с естественной древесиной и этот пористый материал называют Torgvin. Высокий уровень модификации древесины приводит существенному сокращению МУ и МР (от 17 % до 65 % начального МУ и от 15 % до 80 % начального МР), в зависимости от режима обработки и параметров обработки СВЧ (Торговников и Винден 2000). Модификация древесины требует высоких затрат на энергии СВЧ до 1200 MДж/м³. В некоторых случаях снижение мощности может быть допустимой, принимая во внимание изменчивость естественной древесины (∓20 %). Высокий уровень СВЧ модификации образовывает многочисленные пустоты в древесине и изменяет множество свойств древесины, таких как: пористость, проходимость, плотность, прочность, гибкость, усадка, набухание, удельная теплопроводность, звукопроводимость и диэлектрические свойства.

Обработка древесины СВЧ модифицированием - непрерывным конвейерным способом – свежеспиленный лес или хлысты движутся сквозь зону СВЧ в зону с СВЧ излучателем (СВЧ - устройство, в котором энергия СВЧ взаимодействует с древесиной).

СВЧ излучатели сосредотачивают высокоинтенсивную энергию СВЧ в ограниченный объем древесины. СВЧ излучатели фокусируют СВЧ энергию высокой интенсивности в ограниченный объем древесины. Заданные главные процессы параметра, которые обеспечивают различные уровни СВЧ модификации древесины, они включают в себя частоту СВЧ, удельную мощность. Сорт древесины определяет характер прикладываемой энергии подаваемой в лесоматериал, скорость подачи и параметры потока воздуха, которые определяют конфигурацию излучателей (температура и скорость).

Глубина проникновения СВЧ в древесину зависит от частоты СВЧ. Более низкая частота обеспечивает более глубокое проникновение. Частота 2.45 ГГц может использоваться для того, чтобы обработать пиленый лесоматериал с толщиной до 90 мм или для подготовки поверхности более толстых деревянных образцов, в то время как 0.922 ГГц (или 0.915 ГГц в некоторых странах) могут использоваться для древесины 450 мм толщиной. Чтобы достигнуть необходимого градуса модифицирования древесины. СВЧ энергия должна быть достаточной интенсивностью прикладываемая к древесине. Необходимо создать высокое паровое давление в внутри клеток, чтобы разорвать деревянную микроструктуру. Однако, слишком много энергии СВЧ может инициировать поджоги древесины. Удельная мощность прикладываемая к древесине 2.45 ГГц должна находиться ь в диапазоне от 13 000 до 135 000 КВт/м³. В 0.922 ГГц энергия должна быть в диапазоне 5 000 - 25 000 КВт/м³. СВЧ энергия для модификации древесины, должна быть в диапазоне от 250 до 1 200 MДж/м³ (70 - 330 КВт/м³; Торговников и Винден 2009).

Все коммерческие заводы СВЧ модифицирования древесины (Рис. 1) состоят из четырех основных изделий:

1. Система СВЧ, которая включает генераторы с блоками настройки и специализированными СВЧ излучателями.

2. Системы подачи древесины – механизмы, которые обеспечивают цетровку и перемещения древесины через излучатели на контролируемых скоростях.

3. Система движения воздуха, которая удаляет пары, воду, и деревянные частицы от машины излучения и предотвращает конденсацию воды на внутренних поверхностях излучающей машины.

4. Управление процессом и система контроля, которая обеспечивает централизацию операций процесса модификации древесины.

Могут использоваться различные конфигурации СВЧ излучателей для того, чтобы обеспечить желаемую модификацию древесины. Что включает в себя использование круглых излучателей, с отверстиями от двух до четырех штук и прямоугольных излучателей с отверстиями от одного и до четырех, для подачи микроволной энергии. (Торговников и Винден 2005, 2006, 2007). Энергозатраты для СВЧ оборудования определяются исходя из потребности промышленного оборудования и может колебаться от 50 до 1000 киловатт.