ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2019
Просмотров: 8569
Скачиваний: 3
216
1. Повышается формостабильность за счет образования
полимера в клеточных стенках древесины (в набухшем
при пропитке состоянии).
2. Повышается прочность за счет заполнения высокопроч-
ным полимером полостей клеток.
Для оценки степени пропитки древесины полимерами при-
меняется сравнительный параметр
m
= m /V. Степень наполне-
ния древесины полимером:
S = (
m
mod
-
m
nat
) /
m
nat
. (10.3)
Модификаторы древесины (береза, осина, ольха):
Радиационно-химический способ:
Термохимический способ:
Акрилонитрил (АН)
Глифталевые смолы
Винилацетат (ВА)
Карбамидные
Метилметакрилат (ММА)
Фенолоспирты (ФС)
Стирол
Фурановые смолы (ФрС)
Полиэфирные смолы
Эпоксидные смолы (ЭС)
(ненасыщенные)
В клеточные стенки древесины легко проникают фенолос-
пирты, фурановые смолы, труднее акрилонитрил, стирол, ММА.
В качестве пластификаторов при пропитке используют ди-
бутилфталат, диэтиленгликоль.
Табл. 10.1 Свойства полимеров-модификаторов
Полимер
m
,
кг/м
3
R
c
,
МПа
R
f
,
МПа
,
кДж/м
2
ПММА 1200
70
99-121
13-15
ПСт
1050
80-100
80-100
1,5-22
ПЭфир
1100-1500
80-140
25-130
2-15
ПФС
1250-1380
140-200
50-100
10-20
ПФрС
1250-1450
120
50
4
ПЭ С
1160-1250
100-240
70-140
5-40
Технология модифицирования состоит из двух стадий: пер-
вая стадия - пропитка; вторая стадия - отверждение.
217
Рис. 10.6. Пропиточная установка:
1 – вакуум-насос; 2 – автоклав;
3 – пакет заготовок; 4 - расходная
емкость
Пропитка заготовок проводится обычно в автоклавах. По
способу «вакуум - атмосферное давление», «вакуум – избыточ-
ное давление» или «вакуум - давление – вакуум». Давление мо-
жет создаваться посредством инертных газов (азота).
Отверждение модификатора: термохимическое или радиа-
ционно-химическое. Процесс образования полимера в капилля-
рах древесины происходит под действием нагрева (или -
излучения) с использованием инициаторов твердения.
Достоинства термохимического способа: не требуется
больших капиталовложений; не нужны специальные меры за-
щиты; применимость при малых мощностях; более широкий ас-
сортимент пропиточных веществ.
Инициаторы твердения при повышении температуры разла-
гаются и образуют активные центры полимеризации (для стиро-
ла, ММА, ненасыщенных полиэфиров). Количество инициатора
- 0,1-2 % от массы мономера.
Температура разложения инициаторов (для полимериза-
ции): перекись бензола - 70 , гидроперекись изопропилбензола -
100 .
Внешний подвод энергии к пропитанной древесине осуще-
ствляется только в начальный период процесса. Максимальная
температура не более 100 (максимум 150 ) для исключения
кипения модификаторов и влаги в древесине.
218
Отверждение модификатора ведется в закрытых емкостях
или в жидкой вязкой среде (парафиновое масло или глицерин).
Поликонденсационные полимеры отверждают путем нагре-
ва, возможно также применение катализаторов (бензосульфо-
кислота). Тепловая обработка пропитанных заготовок произво-
дится в две стадии: подсушка при 60-70 С; окончательная тер-
мообработка при 120-150 .
Радиационно-химическое отверждение, в отличие от термо-
химического, требует сложного оборудования. Достоинства ра-
диационно-химического метода: не нужны инициаторы отвер-
ждения; возможность многократного использования мономеров;
простота управления процессом. В качестве источника излуче-
ния обычно применяется Со
60
.
Свойства модифицированной древесины.
Физико-механические свойства.
Модифицированная древесина - материал с заранее задан-
ными свойствами. Поэтому при желании заказчика можно изго-
товить модифицированные изделия с требуемым набором
свойств.
При ацетилировании и обработке аммиаком свойства древе-
сины изменяются в наименьшей степени: увеличивается плот-
ность до 800 кг/м
3
; возрастает в 1,5 раза прочность при сжатии;
древесина темнеет.
Обработанная аммиаком и прессованная древесина (лигна-
мон) уплотняется в большей степени: = 1400 кг/м
3
; прочность
при сжатии поперек волокон возрастает почти на порядок;
прочность при сжатии вдоль волокон R
с
= 180 МПа (у нату-
ральной древесины 70 МПа).
Рис. 10.7. Зависимость
прочности при сжатии
от плотности древесины
219
При модифицировании повышается и износостойкость дре-
весины поперек волокон: береза (лигнамон) 12% потеря массы;
дуб натуральный 22%, бук 21%.
В 2-3 раза увеличивается стойкость к загниванию. Лигнамон
нетоксичен, горюч.
Модифицированная полимерами древесина ДПК характери-
зуется следующими свойствами: окраска - коричневая - фено-
лоспирты; объемное разбухание снижается с 15% до 3-4%;
прочность увеличивается в 4-6 раз (кроме прочности при стати-
ческом изгибе и скалывании вдоль волокон - они в 1,5 раза);
ударная вязкость может даже снижаться с 70 до 40 кДж/м
2
, т.к.
большинство модификаторов обладают пониженной прочно-
стью к ударным воздействиям; для повышения деформативно-
сти в них вводят пластификаторы; износостойкость ДПК в 2-3
раза выше, чем у натурального дуба; повышенная стойкость и
долговечность в агрессивных средах (морской воде, растворах
минеральных удобрений, растворах кислот, щелочей).
Огнестойкость.
Модифицированная древесина приобретает также огнестой-
кость. Натуральная древесина в муфельной печи при 500 заго-
рается через 1-1,5 мин и сгорает за 5 мин. Модифицированная
древесина (ФС) загорается через 9 мин и горит 8 мин.
Огнезащитные свойства модифицированной древесины за-
висят от пропитывающих полимеров. Например, для древесины,
модифицированной ММА, огнезащитными добавками являются
акриловая кислота (тормозит окислительные реакции) и моче-
вина (способствует самозатуханию). При огневых испытаниях
самостоятельное горение отсутствовало, потеря массы - 4,4 %.
Биостойкость.
Полимер, заполняющий полости древесины, способствует
повышению ее биостойкости. Уже при 5%-ном содержании фе-
нолоспиртов модифицированная древесина приобретает практи-
чески абсолютную стойкость к дереворазрушающим грибам.
Это объясняется действием фенола и затруднением проникания
мицелия вглубь древесины. После двух месяцев выдержки об-
разцов на культуре пленочного домового гриба древесина, мо-
220
дифицированная фенолоспиртами и карбамидной смолой, поте-
ряла в массе 2-3 %, непропитанная - 16-23 %.
Химическая стойкость.
Повышенная химическая стойкость модифицированной
древесины объясняется замедленной диффузией агрессивного
агента в древесину (кольматирующее - закупоривающее дейст-
вие полимера); повышенной стойкостью полимера.
Прочность при сжатии модифицированной древесины (ФС)
в 10%-ной серной кислоте снижается в 1,3 раза, натуральной - в
4 раза. Повышенной стойкостью отличается модифицированная
древесина и в растворах солей и щелочей. Модифицированную
древесину предпочтительно применять в особо тяжелых услови-
ях эксплуатации.
Атмосферостойкость.
Замедленная диффузия влаги в модифицированной древе-
сине и пониженный уровень влажности обусловливает ее повы-
шенную атмосферостойкость и формостабильность.
На открытом воздухе влажность натуральной древесины в
течение года менялась от до 23%, модифицированной - 5-8 %.
Таким образом, влажностные деформации и напряжение в мо-
дифицированной древесине оказались в 4-5 раз меньше, чем у
натуральной.
При циклическом характере атмосферных воздействий про-
исходит разрушение связей модификатора и древесины и общее
ослабление материала. Это объясняется повышенной жестко-
стью полимеров. Улучшают стойкость к циклическим воздейст-
виям добавки пластификаторов - ПВА, латексы, промышленные
полимерсодержащие отходы (сланцевые смолы, на-
трия, лактамное масло, нейрозин ?). Отходы коксохимии.
Для обшивки градирен, вагонов, сиденья трибун и т.д., а
также для реставрации памятников старины.
Модифицирование древесины серой.
Помимо различных полимеров для пропитки древесины
применяют серу. Запасы серы значительны, ее получают при
переработке нефти, попутных газов, угля, цветных металлов.
Кроме того, имеются серные месторождения в Астрахани, По-