8.3. Другие способы пропитки сырой древесины
Пропитка сырой древесины в кипящем креозоте. Стремление пропитать сырую древесину в горячем креозотовом масле привело к повышению температуры обработки древесины в масле и к использованию метода кипячения. При температуре масла, близкой к 100 С, происходит быстрая сушка древесины. В этом методе используется каменноугольные масла, которые меньше вспениваются.
Предполагается, что при этом методе обработка древесины идет в две стадии: в начале процесса идет сушка, а затем пропитка высушенной древесины.
Во избежание значительного снижения прочности древесины температура пропитки при этом методе должна быть не выше 125 С (но не ниже 90 С). С целью ускорения процесса пропитки или увеличения поглощения антисептика (например, при защите древесины от морских древоточцев) целесообразно после горячей ванны древесину выдерживать в холодной или остывающей ванне.
Во многих случаях метод кипячения может быть полезен для пропитки сырой древесины, поскольку он прост по техническому выполнению и не очень длителен по времени.
Следует, однако, иметь в виду, что при кипячении древесины горячее масло вспенивается и частично улетучивается. Поэтому необходимо процесс вести в закрытой ванне, удаляя из нее пары масла.
Двойные процессы. Двойным процессом пропитки (двойной пропиткой называют пропитку древесины водорастворимым и маслянистым антисептиками, причем вместо маслянистого антисептика могут быть использованы и нетоксичные маслянистые продукты.
Пропитку вначале ведут водорастворимым антисептиком, а затем креозотовым маслом. По другому варианту вначале пропитывают древесину на некоторую глубину креозотовым маслом, а затем на большую глубину – водорастворимым антисептиком. В обоих случаях креозотовое масло играет роль гидроизоляционного защитного слоя. Однако в процессе экслуатации происходит выщелачивание водорастворимого антисептика. Например, сроки служб шпал, пропитанных двумя антисептиками, несколько выше, чем при пропитке только водорастворимым антисептиком, но ниже, чем шпал, пропитанных одним маслянистым антисептиком.
Двойные процессы применяют при пропитке и сухих и сырых лесоматериалов.
Пропитка с торца. Так называется способ пропитки, при котором пропиточная жидкость, вводимая под давлением в древесину через торец, проходит по проводящим путям древесины и вследствие непрерывного поступления вытесняется наружу через другой конец отрезка древесины. Применяется этот метод для пропитки неокоренной сырой древесины. При этом деревья должны быть здоровыми и не иметь сильных повреждений коры и луба.
В простейшей форме способ заключается в следующем: в свежему спилу комля прикрепляют не проницаемую для жидкости камеру. Камеры соединяются резиновыми шлангами с напорным баком, наполненным пропиточным составом и расположенным на высоте около 10 м.
Жидкость из напорного бака в силу гидростатического давления поступает по шлангам в камеры и проникает в древесину путем фильтрации.
При таком способе пропитки вначале из вершин вытекает вода и древесные соки, а затем пропиточный раствор. Время пропитки кряжей зависит от их длины. Для расчетов принимают, что при давлении жидкости в 1 атм для продвижения раствора на 1 м ствола требуется около 5-5,5 часа, а для пропитки 12-метровых хлыстов – 2,5-3 суток.
Для вязких жидкостей и эмульсий способ считается непригодным.
Пропитка дерева на корню. Так называется пропитка древесины при жизни дерева, основанная на использовании его способности впитывать жидкости через искусственно сделанные в стволе отверстия.
В XIX веке работы по прижизненной пропитке велись с целыми древесными стволами, путем погружения комлей в сосуды или емкости с пропиточным составом. Однако вследствие сложности от этих методов отказались. Позднее стали испытывать методы введения пропиточных растворов через сделанные в стволе отверстия.
При таком методе пропитки обычно удается пропитать примерно ¾ всей массы у ядровой древесины. При этом пропитывается слой, гораздо более широкий, чем заболонь, и не пропитывается лишь центральная часть ядровой древесины.
Установлено, что не только деревья различных видов, но и отдельные деревья одного и того же вида пропитываются неодинаково. Легче всего пропитываются заболонные лиственные, труднее – ядровые породы. Раствор всасывается и вверх, по направлению к кроне, и вниз, по направлению к корням.
Естественная пропитка древесины смолой (осмоление). Обильно просмоленная древесина хорошо сопротивляется различным вредителям и меньше подвергается гниению. Обычно естественная пропитка смолой при обработке дерева в течение одного летнего сезона происходит примерно на глубину шести годичных колец.
Содержание канифоли в трех наружных годичных слоях достигает 30%, а в десяти наружных кольцах – в среднем 12% в пересчете на абсолютно сухой вес, против 2-3% для неосмоленной древесины заболони такой же сосны.
Если проводить осмоление в течение двух-трех летних сезонов, то можно осмолить всю древесину заболони. Содержание канифоли во всей древесине заболони под обнаженным участком может быть доведено в этом случае до 16% от абсолютно-сухого веса древесины.
Для пропитки смолой древесины окорку ствола начинают в конце мая – начале июня на высоте 0,9-2,5 м от уровня земли, с таким расчетом, чтобы осмоленная зона примерно совпала с уровнем земли после закапывания столба в землю. Высота окоренной части ствола может достигать 3,5 м.
Окорку ведут отдельными вертикальными полосами шириной 5-8 см. Окорку ствола производят сверху вниз от 4 до 20 раз в течение лета. При 2-4-х годичной работе очищаемая полоса берется каждый раз уже. Последняя полоса коры снимается только в последнее лето перед рубкой дерева. При 3-х годичной работе обычно вся древесина заболони пропитывается смолой. Оказывается, что дерево под подновкой обогащается смолой в течение 3-4 лет.
Работа по осмолению живых деревьев может дать живицу, как побочный продукт, собираемый во время процесса осмоления.
Осмотические процессы. Процесс пропитки по осмотическому методу заключается в следующем.
Заготовленный лес вскоре после рубки в сыром состоянии подвергается окорке. На окоренный лес наносится антисептическая паста, состоящая из водорастворимой соли, воды и связующего вещества.
Обмазанные пастой лесоматериалы укладываются в плотные, без прокладок, штабели, укрываемые (для предохранения от высыхания леса) подходящим материалом: рубероидом, тесом, горбылями, опилками и т.д. Лесоматериалы в плотно укрытых штабелях оставляют лежать в теплую погоду на 3-4 месяца. За этот срок в теплое время года соль проникает в сырую древесину на значительную глубину.
После такой выдержки покрытие снимается, лесоматериалы очищаются от пасты, иногда просмаливаются и поступают в эксплуатацию.
На основании полученных данных можно считать установленным следующее:
Древесина любых пород(в том числе некоторая часть ядровой древесины) может быть пропитана водорастворимыми антисептиками, если в пропитку поступает сырая древесина.
Скорость проникновения антисептиков в древесину зависит от влажности древесины, от анатомического строения древесины, от свойств антисептика и от свойств клеящего вещества, если оно применяется.
Глубина проникновения антисептика увеличивается прямо пропорционально времени выдержки древесины в условиях, в которых протекает диффузия.
Проникновение антисептиков в сырую древесину из паст, наносимых на ее поверхность, происходит в штабелях очень медленно.
Простота и легкость применения осмотического способа послужили причиной широкого применения этого способа пропитки древесины.
Холодный способ пропитки Д.А.Беленкова. Данный способ предусматривает холодный процесс пропитки, глубокое введение раствора в древесину, короткий период пропитки, экологическую чистоту древесины после пропитки. Способ разработан в Уральском государственном лесотехническом университете проф. Д.А.Беленковым, которым сконструирована полезная стационарная модель для пропитки древесины антисептиком УЛТАН.
Эта модель позволяет получить глубокую пропитку древесины холодными водными растворами при минимальных расходах энергии и времени контакта древесины с раствором, существенно сократить цикл пропитки и получить после пропитки экологически чистую древесину. Схема пропиточной установки приведена на рис. 56.
Рис. 56. Схема пропиточной установки.
Пропиточная установка состоит из котла (1), вакуумного ресивера (2), равного по объему котлу; маневровой емкости для раствора (3), расположенной под котлом, водокольцевого вакуумного насоса (4) мощностью, позволяющей за 5-6 минут создать в котле, ресивере и древесине разрежение не менее 90%, гидронасоса (5), позволяющего создать в котле гидродавление до 0,2-0,3 Мпа за 1-2 минуты, вакуумного затвора (6), обеспечивающего быстрое выравнивание давление воздуха в ресивере, котле и древесине, кран (7), соединяющий котел с маневровой ванной с пропускной способностью, обеспечивающей заполнение котла с древесиной, и выпуск раствора после пропитки за 3-5 минут, кран (8), соединяющий вакуумный насос с ресивером; кран (9), соединяющий гидронасос с пропиточным котлом; кран (10) для соединения котла с атмосферой, кран подачи воды (11) в водокольцевой вакуумный насос, обратный клапан перед вакуумным насосом (12), обратный клапан гидронасоса (13), устройство для обеспечения чистоты пропиточного раствора при заполнении котла и спуска раствора из котла (14), вакуумметр на ресивере (15), мановакуумметр на пропиточном котле (16), смотровое окно для наблюдения за наполнением котла раствором (17).
Процесс пропитки обеспечивается следующими технологическими операциями: создается резкий перепад давления воздуха в котле и ресивере при открывании вакуумного затвора, длительный глубокий 90%-ный и более сухой вакуум, быстрое заполнение котла раствором за счет вакуума в котле, древесине и ресивере (возможна подкачка вакуума), отключение ресивера после полного заполнения котла сопровождается быстрой пропиткой древесины за счет вакуума в древесине и атмосферного давления в маневровых емкостях, отключение котла от маневровых ванн, подачи в котел пропиточного раствора гидронасосом. Гидронасос быстро стравливает оставшийся в котле вакуум и создает гидродавление до 0,1-0,2 Мпа. При достижении такого давления насос должен быть отключен. Гидродавление в котле быстро падает до атмосферного, раствор уходит в древесину. Следует повторить подкачку раствора в котле до того же уровня и вновь отключить. Такая циклическая подкачка раствора должна осуществляться до момента резкого замедления падения гидродавления. Это является сигналом немедленного удаления раствора из котла: открываются краны спуска раствора в маневровую емкость и подача воздуха в пропиточный котел.
Такой режим пропитки обеспечивает высокое поглощение раствора древесиной, глубокое ее проникновение и экологическую чистоту пропитанной древесины. На древесине нет капель, раствор из нее не вытекает, поскольку оставшийся в глубине вакуум подтягивает раствор внутрь древесины.
Способ пропитки Д.А.Беленкова наиболее эффективен для пропитки сырой древесины, так как позволяет благодаря пневмоудару, глубокому длительному сухому вакууму, заполнению котла раствором при постоянном разрежении убрать из древесины максимальное количество воздуха и быстро заменить его раствором за счет атмосферного давления и небольшого гидродавления с оставлением части вакуума под слоем жидкости, введенной в древесину.