СУШКА НЕОБРЕЗНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ДУБА СКАЛЬНОГО БЕЗ ИСКУССТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Чернышев А.Н., Ефимова Т.В.
(ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, РФ)
(Public Educational Institution of Higher Professional Training Voronezhskaya gosudarstvennaya lesotekhnicheskaya akademiya, Voronezh, Russian Federation)
Рассмотрены особенности проведения процесса и режимы сушки без искусственного увлажнения необрезных пиломатериалов дуба скального в конвективных сушильных камерах без искусственного увлажнения для изготовления мебели и столярно-строительных изделий премиум-класса.
Features of carrying out process and drying modes without artificial moistening of not edging carving wood of an oak rocky in convective drying chambers without artificial moistening for manufacturing of furniture and joiner's and construction products of a premium class are considered.
Ключевые слова: дуб скальный, сушка, плотность, режим
Key words: oak rocky, drying, density, mode
На протяжении сотен лет, вплоть до наших дней дубовые изделия считались и считаются наиболее прочными, качественными и долговечными. Правда, если раньше большинство крестьянских семей обладало дубовым столом и дубовыми табуретками, то сегодня подобная мебель считается престижной и занимает свое место в домах, хозяева которых к числу крестьян не относятся.
В деревообрабатывающей промышленности все виды дубов делятся условно на «белые» с серовато-белой ядровой древесиной и «красные» с красновато-коричневой. Дуб скальный (лат.Quércuspétraea) относится к первым. Это древесная порода, вид рода Дуб (Quercus) семейства Буковые (Fagaceae), большое листопадное дерево 20—(30)40 м высотой, со стволом, одетым такой же корой, как и у дуба черешчатого, и с такой же мощной шатровидной кроной. Произрастает в странах Европы, Анатолии, Крыму, Кавказе (Дагестан, Азербайджан, Грузия, Северный Кавказ). Образует обширные леса на южных склонах гор и возвышенностей на высоте до 1100—1200 м над уровнем моря, в Закавказье является наиболее обычной деревообразующей породой.
Специалисты кафедры МТД ВГЛТА по договору о творческом содружестве с одной из девелоперских компаний г. Воронежа провели испытания физико-механических свойств скального дуба и произвели расчеты режимов камерной сушки без искусственного увлажнения среды, адаптированные к сушильным камерам, установленным на предприятии. Компания приобрела 30 м3 необрезных досок толщиной 32 мм этого вида для частного заказа. Порода для нашего региона редкая, очень дорогая, ни специалисты компании, ни сотрудники кафедры с ней никогда раньше не работали, поэтому были проведены очень тщательные исследования прикладного характера этой партии пиломатериалов.
По внешнему виду древесина дуба скального заметно отличается от дуба черешчатого, являющегося типичным для Центрально-Черноземного региона и, поэтому, хорошо изученного. Цвет – молочно белый со слегка розоватым оттенком, напоминает мрамор (за что, собственно, и ценится среди потребителей); граница между ядром и заболонью плавная, малоразличимая; поздняя зона годичного слоя заметно шире ранней (Таблица 1). Но текстура с характерными для дуба сердцевинными лучами ошибиться в определении породы не дает. Древесина твердая, упругая, тяжелая, прочная, менее ломкая и более однородная по сравнению с дубом черешчатым. Она усыхает меньше, хорошо обрабатывается, обтачивается, шлифуется (как и все дубы, имеет склонность к мшистости), позволяет выполнять более тонкую резьбу как на обрабатывающих центрах, так и ручным инструментом.Тонирование, отделка и покраска требуют умения, прилежания и старания. Микронеровности, остающиеся после механической обработки поверхности древесины дуба скального, составляют Rm40-50, поэтому окончательная отделка изделий из него способна дать некоторый глянцевый блеск поверхности с учетом придающих матовость сосудов ранней зоны годичного слоя. Древесина дуба скального - вязкая, по механическим свойствам, в частности, твердость радиальная (по Бринелю 4,7 - 4,8 [1]) несколько мягче древесины дуба черешчатого, хорошо знакомого деревопереработчикам ЦЧР. Но качество поверхности зависит от строения древесины: при неправильном расположении направления резания относительно волокон возможны задиры и сколы, хотя и в меньшей степени. Оптимальный угол резания – 220.Свежесрубленная древесина дуба скального имеет влажность около 70%. Породу можно отнести к малоусыхающим породам. Усредненные значения коэффициента разбухания /усушки (по нашим сведениям): радиальныйKr = 0,12; тангенциальный Kt = 0,22; объемный Kv = 0,37; значение плотности древесины при нормализованной влажности W=12% приведено в таблице 1.
Таким образом, переработка древесины дуба скального из-за его технологических и ценовых показателей требует крайне взвешенного подхода, требующего специальных навыков. Так как ни режимы сушки (тем более в отсутствие технологического пара) этой породы, ни особенности поведения во время сушки неизвестны, то были приобретены доски, как уже отмечалось выше, толщиной 32 мм. Предполагалось, что сушка материала такой толщины даже мягкими режимами не займет критически длительное время, позволит высушить равномерно по сечению пиломатериала и штабеля, без свищей, трещин, коробления и значительных остаточных напряжений, а в дальнейшем склеиванием получить конструктивные элементы любых линейных размеров.
Таблица 1 - Определение плотности, годичных слоев и процента поздней древесины дуба скального
|
№ п/п |
Число годичных слоев между метками 2 см N |
Число годичных слоев n в 1 см |
Общая ширина поздних зон δ, см |
Общее протяжение годичных слоев l , см |
Процент поздней древесины m, % |
Плотность ρ, кг м3 |
|
1 |
2,1 |
1,05 |
1,6 |
1,8 |
89 |
453,9 |
|
2 |
2,4 |
1,2 |
1,3 |
1,6 |
81 |
661,3 |
|
3 |
2,3 |
1,15 |
1,35 |
1,8 |
75 |
527,2 |
|
4 |
3,3 |
1,65 |
1,25 |
1,8 |
69 |
636,9 |
|
5 |
3 |
1,5 |
1,6 |
2 |
80 |
670,1 |
|
6 |
3,5 |
1,75 |
1,35 |
1,6 |
84 |
638,8 |
|
7 |
4 |
2 |
1,2 |
2 |
60 |
618,7 |
|
8 |
5,3 |
2,65 |
1,45 |
1,8 |
81 |
650,7 |
|
9 |
2,8 |
1,4 |
1,8 |
2,15 |
84 |
617,0 |
|
10 |
2,4 |
1,2 |
1,3 |
1,6 |
81 |
631,1 |
|
11 |
4,3 |
2,15 |
1,45 |
1,9 |
76 |
610,5 |
|
12 |
3,5 |
1,75 |
1,25 |
1,7 |
74 |
621,9 |
|
13 |
4,3 |
2,15 |
1,45 |
1,9 |
76 |
690,5 |
|
14 |
3,2 |
1,6 |
1,45 |
1,8 |
81 |
606,0 |
|
15 |
3,3 |
1,65 |
1,5 |
1,8 |
83 |
636,1 |
|
16 |
3,2 |
1,6 |
1,4 |
1,9 |
74 |
679,1 |
|
17 |
3 |
1,5 |
1,7 |
2 |
85 |
851,6 |
|
18 |
3,3 |
1,65 |
1,35 |
1,8 |
75 |
665,3 |
|
19 |
2,2 |
1,1 |
1,5 |
1,8 |
83 |
672,2 |
|
20 |
2,3 |
1,15 |
1,4 |
1,8 |
78 |
662,0 |
|
21 |
2,2 |
1,1 |
1,5 |
1,8 |
83 |
714,7 |
|
22 |
3,9 |
1,95 |
1,6 |
2,1 |
76 |
661,3 |
|
23 |
2,6 |
1,3 |
1,3 |
1,6 |
81 |
661,7 |
|
24 |
2 |
1 |
1,7 |
2 |
85 |
723,6 |
|
25 |
2,3 |
1,15 |
1,3 |
1,8 |
72 |
675,0 |
|
26 |
3 |
1,5 |
1,6 |
2 |
80 |
718,8 |
|
27 |
2,5 |
1,25 |
1,2 |
1,5 |
80 |
667,4 |
|
28 |
2,2 |
1,1 |
1,55 |
1,9 |
82 |
656,6 |
|
29 |
1,8 |
0,9 |
1,8 |
2,2 |
82 |
690,5 |
|
30 |
3,6 |
1,8 |
1,65 |
2,2 |
75 |
685,9 |
|
31 |
2,7 |
1,35 |
1,15 |
1,5 |
77 |
698,2 |
|
32 |
3 |
1,5 |
1,65 |
2 |
83 |
702,9 |
|
33 |
2,4 |
1,2 |
1,35 |
1,7 |
79 |
721,0 |
|
34 |
3,2 |
1,6 |
1,3 |
1,8 |
72 |
661,3 |
|
35 |
4,2 |
2,1 |
1,35 |
1,9 |
71 |
665,3 |
|
36 |
1,6 |
0,8 |
1,9 |
2,3 |
83 |
657,3 |
|
37 |
2,2 |
1,1 |
1,55 |
1,8 |
86 |
679,1 |
|
38 |
2 |
1 |
1,7 |
2 |
85 |
643,5 |
|
39 |
3 |
1,5 |
1,65 |
3 |
55 |
685,9 |
|
40 |
2,1 |
1,05 |
1,4 |
1,9 |
74 |
636,7 |
|
41 |
2,2 |
1,1 |
1,5 |
1,8 |
83 |
706,7 |
|
Итого |
|
1,4 |
|
|
78 |
661,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
В связи с вышеобозначенными обстоятельствами было решено не придерживаться традиционной технологии сушки, приведённой в РТМ [2], т.к. применение данной методики в полном объёме к сушке без пара не представляется возможным из-за отсутствия такового, что значительно удлиняет процесс. Поэтому, в связи с тем, что интенсивность и особенности развития внутренних напряжений при конвективной сушке без искусственного увлажнения несколько другие [3], то необходимо использовать так называемые параболические режимы [4], адаптированные для конвективной сушки (таблица 2). Эти режимы предусматривают 4 ступени с начальным прогревом и конечной ВТО. Искусство обезвоживания такими режимами на практике означает умение рационально использовать влагу, содержащейся в самой древесине, для поддержания необходимой для качественной и интенсивной сушки степени насыщенности сушильного агента.
Таблица 2 - Режимы низкотемпературной сушки дуба скального в конвективных камерах без искусственного увлажнения
|
Средняя влажность, % |
Параметры режима |
Толщина, 32 мм |
|
Мягкие режимы (М) |
||
|
>50
50-35
35-25
<25 |
t,0C Δt,0C φ t,0C Δt,0C φ t,0C Δt,0C φ t,0C Δt,0C φ |
57 5 0,77 52 3 0,84 61 8 0,62 77 25 0,29 |
Предварительно процесс сушки был математически смоделирован, получены значения переходных влажностей и другие основные режимные параметры, после чего осуществлены практические производственные сушки в одноштабельной камере объемом загрузки 10 м3. Таким образом, весь объем был высушен всего за три партии: пробная, контрольная и конечная, чтобы наработать хоть какой-то опыт. По своим физико-механическим показателям древесина дуба скального сохнет тяжело, медленно, склонна к торцевому, пластевому и внутреннему (свищи) растрескиванию, короблению в поперечной плоскости и к заметному потемнению древесины, что резко снижает его ценность.
Все три сушки были осуществлены летом и частично осенью 2012 г. и постепенно вовлечены в механическую переработку, отделку и сборку. К настоящему времени заканчивается монтаж готовых изделий для помещений: гостиная, каминная, кальянная и столовая, включающие панели настенные, потолочные, мебель и рамы для зеркал. В результате проведённых мероприятий удалось снизить среднюю продолжительность процесса на 25% - с 40 до 30 суток. Видимо, есть и резерв в продолжительности, т.к. сыграл фактор крайней осторожности в проведении процесса. Но для наработки статистики нужны производственные сушки, а это зависит, в общем, от экономической ситуации в стране.
Выводы:
- структурные изменения последних двух десятилетий, происходящие в деревоперерабатывающей отрасли, привели к значительному замещению ДОКов и ДОЗов небольшими столярно-мебельными мастерскими, способными быстро реагировать на изменения рыночной конъюнктуры;
- такие мастерские, перерабатывающие незначительное количество пиломатериалов разных пород и различного назначения, обходятся одной-двумя сушилками малого объема и зачастую не имеют доступа к технологическому пару;
- предлагаемые параболические режимы сушки без искусственного увлажнения могут стать альтернативой режимам РТМ, предназначенным для сушки в паровоздушной среде.
Список использованных источников
1. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения [Текст]/ Б.Н. Уголев. - М.: МГУЛ,2001.-336с.
2. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины [Текст]. А., ЦНИИМОД, 2000. -143 с.
3. Чернышев, А.Н. Напряжённо-деформированное состояние обрезного сортимента при непаровой сушке [Текст]: монография / А.Н. Чернышев. – Воронеж, ВГЛТА, 2005. - 80с.
4. Патент РФ №2319915 С1 Способ сушки пиломатериалов [Текст] / А.Н. Чернышев, А.А. Филонов. - МКП7F28 В1/00, 3/04. –№20061116335/06; Заявл.12.05.2006; Опубл. 20.03.2008, Бюл.№30. -4с.