employee
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
employee
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
graduate student
Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Russian Federation
employee
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Wood is widely used for the production of sleepers in Russia. Sleepers made of natural wood have the disadvantage – short service life. It is possible to increase the service life of wooden sleepers using pressed (modified) wood for their manufacture. Wood pressing is one of the most promising areas for improving its physical and mechanical properties. Pressed wood, in its turn, has a drawback – the ability to significantly change size and shape when humidity changes, as well as low biological resistance. The solution to this problem is to impregnate wood with an antiseptic solution with a stabilizer. The durability of pressed wood products largely depends on the quality of its impregnation and the amount of absorbed solution by the surface layer. The most simple and effective method (among the known for impregnation in the manufacture of railway sleepers) is impregnation of wood in hot-cold baths. In the work, the efficiency of wood impregnation by the method of hot-cold baths has been studied taking into account various conditions of exposure to a cold solution. The first option is to quickly replace a hot solution with a cold one. The second is the impregnation of wood during the natural cooling of hot solution. It was found that the depth of wood impregnation during gradual cooling of wood in a hot solution is 2.5 times less than the depth of impregnation during cooling in a cold solution, both in the longitudinal and transverse directions. The amount of solution absorbed by wood when impregnated by the hot-cold bath method with the gradual cooling of hot impregnating solution is 16% less than when cooling in a cold impregnating solution. Hot-cold bath method with cooling in a cold solution can be recommended for the manufacture of sleepers from modified wood
impregnation, hot-cold bath method, amount of absorbed solution, birch, modified wood, cooling, depth of impregnation
Введение
Элементом верхнего строения железно-дорожного пути являются шпалы, которые изготавливают в основном из древесины. Деревянные шпалы из натуральной древесины имеют ряд недостатков. Основной недостаток деревянных шпал является малый срок эксплуатации. Повысить срок эксплуатации деревянных шпал можно, если для их изготовления использовать прессованную (модифицированную) древесину. Прессование древесины – одно из наиболее перспективных направлений улучшения ее физико-механических свойств [1, 2].
Долговечность и качество изделий из прессованной древесины определяется её биостойкостью и формоустойчивостью. Одним из недостатков прессованной древесины является ее способность существенно изменять размеры и форму при изменении влажности. Повысить формоустойчивость и стабилизировать размеры, а также биостойкость возможно, если древесину перед прессованием пропитать раствором антисептика со стабилизатором [3-5]. Шпало-продукция пропитывается каменноугольным маслом (креозотом) либо антисептиком «ЖТК» и др. глубиной до 5-8 мм и более, что гарантирует надежную консервацию древесины.
Изготовление шпал из прессованной (модифицированной) древесины включает совмещенные технологические операции сушки-пропитки-прессования. Для пиломатериалов большого сечения (брусья) наиболее эффективным способом сушки является сушка в среде гидрофобной жидкости, при температуре, превышающей 100 °С [5-8]. Одним из простых и эффективных способов пропитки является метод горяче-холодных ванн [9]. Получение модифициро-ванной (прессованной) древесины методом одноосного прессования [1, 6, 10].
Для реализации данной технологии необходимо обосновать глубину и количество поглощенного раствора древесиной. В связи с чем, целью исследований является определение глубины и количества поглощенного раствора при пропитке древесины березы методом горяче-холодных ванн с учетом, способа охлаждения – естественного остывания в пропиточной ванне или интенсивного охлаждения, путем замены горячего раствора на холодный.
Методика проведения исследований.
Экспериментальные исследования по определению эффективности методов пропитки древесины методом горяче-холодных ванн и при естественном остывании выполнены на древесине березы бородавчатой (B. Pendula Roth) произрастающей в Липецкой области. Отбор деревьев для исследования был произведен согласно требований ГОСТ 16483.6-80 «Древесина. Метод отбора модельных деревьев и кряжей для определения физико-механических свойств древесины насаждений». Исходя из требований ГОСТа, модельные деревья исследу-емых пород выбирали из числа деревьев, которые по величине диаметра (
Затем брусья были высушены в маслянистой жидкости (ЖТК) при температуре 130 °С до конечной влажности 21-22 %. После сушки брусья были пропитаны двумя способами. Количество раствора поглощенного прессованной древесиной было определено после её пропитки методом горяче-холодных ванн и при естественном остыва-нии в ванне горячей пропиточной маслянистой жидкости. Первый способ горяче-холодных ванн. Из ванны в течение пяти минут замещали горячую маслянистую жидкость (ЖТК) (t=130 °С) на холодную (t = 50 °C). Продолжительность выдерж-ки брусьев в холодном растворе составила 1,5 часа. Второй способ пропитка при естественном остывании маслянистой жидкости (ЖТК) до температуры 50 °С.
После пропитки производили раскрой брусьев согласно схеме, представленной на рис. 1. Каждый брус был раскроен на заготовки толщиной
После этого измеряли линейные размеры образцов, взвешивали на весах с точностью до 0,01 г и определяли их плотность согласно ГОСТ 16483.1-84 «Древесина. Метод определения плотности» при влажности в момент испытания. По величине плотности пропитанной и непропитанной древесины было определено количество раствора, поглощенного древесиной при пропитке.
Результаты исследований
Большое влияние на срок эксплуатации деревянных шпал оказывает глубина пропитки и количество поглощенного пропиточного раствора. В табл. 1 представлены результаты экспери-ментальных исследований изменения плотности натуральной древесины березы и пропитанной различными методами.
Экспериментально установлено, что глубина пропитки древесины методом горяче-холодных ванн и остывании в холодном растворе составила в продольном направлении в среднем 130-
Таблица 1
Влажность и плотность прессованной древесины березы
|
Вид древесины |
Метод горяче-холодных ванн |
Метод горяче-холодных ванн при естественном остывании горячего раствора |
||
|
Плотность ρ, кг/м3 |
Влажность W, % |
Плотность ρ, кг/м3 |
Влажность W, % |
|
|
Пропитанная древесина |
776 |
- |
750 |
- |
|
Непропитанная древесина |
690 |
21,5 |
677,5 |
21 |
Количество поглощенного раствора при пропитке древесины методом горяче-холодных ванн с остыванием в холодном растворе составило
Экспериментально установлено, что продол-жительность пропитки методом горяче-холодных ванн при остывании древесины в холодном растворе составляет 2-2,5 часа, при медленном остывании в горячем растворе 8-8,5 часа.
При разработке высокотехнологичной малооперационной технологии производства модифицированной древесины был принят метод горяче-холодных ванн, с остыванием в холодном растворе, поскольку он обеспечивает большее поглощение пропиточного раствора и наибольшую глубину проникновения его в древесину, как в продольном, так и в поперечном направлении при меньшей продолжительности процесса.
Выводы
Срок эксплуатации железнодорожных шпал зависит от глубины пропитки и количества поглощенного пропиточного раствора. Глубина пропитки древесины методом горяче-холодных ванн при остывании в холодном растворе составляет в продольном направлении 130-
Количество поглощенного раствора при пропитке древесины методом горяче-холодных ванн с остыванием в холодном растворе составило
Экспериментально установлено, что продол-жительность пропитки методом горяче-холодных ванн при остывании древесины в холодном растворе составляет 2-2,5 часа, а при медленном остывании в горячем растворе 8-8,5 часа.
Для изготовления модифицированной древесины совмещенным методом сушки-пропитки-прессования, наиболее эффективной является пропитка методом горяче-холодных ванн, с остыванием в холодном растворе, обеспечивающая большее поглощение пропиточ-ного раствора и наибольшую глубину проникновения его в древесину, как в продольном, так и в поперечном направлении при минимальной продолжительности процесса.
Работа выполнена в рамках проекта госзадания № 11.3960.2017/4.6.
1. Huhryanskiy, P. N. Pressovanie drevesiny / P. N. Huhryanskiy // 2-e izd., ispr. i dop. - Moskva: Lesnaya promyshlennost', 1964 - 361 s. - Bibliogr.: s. 360.
2. Navi P., Heger F. (2004) Combined densification and thermo-hydro-mechanical processing of wood. MRS Bull 29: 332-336.
3. Sheikh Ali Ahmed, Morén T., Sehlstedt-Persson M., Blom Å. (2017) Effect of oil impregnation on water repellency, dimensional stability and mold susceptibility of thermally modified European aspen and downy birch wood Sheikh. Journal of Wood Science. 63: 74-82.
4. Nikolic M., Lawther J.M., Sanadi A.R. J Coat Technol Res (2015) 12: 445. https://doi.org/10.1007/s11998-015-9659-2.
5. Hrčka R, Babiak M, Németh R (2008). High temperature effect on diffusion coefficient. Wood Res Slovak 53:37-46.
6. Teoreticheskie i prikladnye aspekty polucheniya shpal iz drevesiny myagkih listvennyh porod : monogr. / V. A. Shamaev, I. N. Medvedev, D. A. Parinov [i dr.]. - Voronezh, 2019. - 159 s. - Bibliogr.: s. 147-157. - ISBN 978-5-7994-0877-0.
7. Sokolov, P. V. Sushka drevesiny / P. V. Sokolov. - 3-e izd. - Moskva : Lesnaya promyshlennost', 1968. - 363 s.
8. Youke Zhao, Xin Zhao, Ikuho Iida, Juan Guo (2019) Studies on pre-treatment by compression for wood impregnation II: the impregnation of wood compressed at different moisture content conditions. Journal of Wood Science. Vol. 65(28).Doi.org/10.1186/s10086-019-1808-2.
9. Miheevskaya, M. A. Izmenenie pogloschayuschey sposobnosti drevesiny berezy i osiny v zavisimosti ot polozheniya v stvole / M. A. Miheevskaya, A. D. Platonov, A. M. Volgankin // Forest Engineering / Materialy ochnoy nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem pod red. I.I. Slepcova. - Yakutsk, 30-31 maya 2018 g. - Yakutsk : YaGSHA, 2018. - 1 elektron. opt. disk. - S. 150-153 (297 s.). Bibliogr.: S. 153. - ISBN 978-5-7513-2527-5.
10. U golev, B. N. General laws of wood deformation and rheological properties of hardwood / B. N. Ugolev // Wood Science and Technology. - 1976. - Vol. 10(3). - P. 169-181.
