Деревообрабатывающая промышленность. Изделия из древесины. Переработка отходов. ДСП. Фанера. Лесопильная продукция (Мебельная промышленность- см. 684)

Направление исследования – формирование представлений о структуре и свойствах композитных материалов, получаемых на основе древесины сосны, а также о процессах, происходящих в структуре древесной ткани. Изучено влияние условий баротермической обработки образцов цельной древесины сосны обыкновенной методом взрывного автогидролиза на плотность, прочностные и гидрофобные характеристики термодревесной композиции, получаемой горячим прессованием. Обработка древесины выполнена в разных условиях фактора жесткости взрывного автогидролиза – при температуре 200 ОС и продолжительности процесса от 0,08 до 10 мин. Установлено, что увеличение фактора жесткости гидролиза снижает плотность гидролизованной древесины от 440 до ~350 кг/м3. При выбранных параметрах обработки не происходит фрагментации образцов. Горячее прессование гидролизованной древесины, полученной в условиях незначительной или умеренной жесткости, сопровождается линейным увеличением плотности термодревесного композитного материала от ~440 до 500 кг/м3. Следствием дальнейшего роста жесткости является замедление темпов повышения плотности композитного материала. Условная граница, определяющая достижение максимального количества сшитых межмолекулярных структур в этом материале, соответствует фактору жесткости 3000…4500 мин. Более жесткие условия обработки вызывают интенсификацию процессов термической деструкции. Зависимость гидрофобных характеристик от жесткости условий баротермической обработки носит сложный характер. При факторе жесткости 1000...3000 мин наблюдается точка экстремума, до достижения которой гидрофобные показатели материала ухудшаются. Его водопоглощение возрастает от 50 до 130 %, а разбухание – от 15 до 54 %. После достижения точки экстремума гидрофобные показатели значительно улучшаются. Водопоглощение снижается до ~20 %, разбухание – до ~10 %. Мягкие условия гидролиза не приводят к получению материала со стабильно высокими гидрофобными показателями. Образующихся сшитых структур недостаточно для формирования прочной и водостойкой композиции, вследствие чего ухудшаются гидрофобные характеристики. Возрастание жесткости гидролиза увеличивает количество активных компонентов. Образующиеся при прессовании дополнительные межмолекулярные связи улучшают гидрофобные характеристики. Полученные результаты могут быть использованы при создании моделей процессов, происходящих в структуре лигноцеллюлозного вещества при взрывном автогидролизе и получении композитных материалов, при определении оптимальных параметров баротермической обработки для изготовления композитных материалов с заданными физико-механическими характеристиками. Баротермическая обработка цельной древесины сосны методом взрывного автогидролиза способствует появлению в структуре древесной ткани химически активных компонентов, на количество которых влияет жесткость условий обработки. Свойства получаемого термодревесного композитного материала находятся в зависимости от условий процесса. Для цитирования: Скурыдин Ю.Г., Скурыдина Е.М., Сафин Р.Г., Хабибуллина А.Р. Физико-механические характеристики термодревесной композиции из древесины сосны при баротермической обработке // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 2. С. 143–155. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-2-143-155
The studies are aimed at forming ideas on the structure and properties of composite materials obtained from pine wood and the processes occurring in the structure of wood tissue. The article presents the data on the influence of the conditions of barothermal treatment of pine wood samples by the method of explosive autohydrolysis on the properties of a thermowood composition. The composite material is obtained by hot pressing. The influence on density, strength and hydrophobic characteristics was studied. A series of samples was made under different conditions of the explosive autohydrolysis rigidity factor; at a temperature of 200 °C and the process duration from 0.08 to 10 min. All samples of composite material were obtained without the use of additional components. It was found that the increase in the hydrolysis rigidity factor leads to a decrease in the density of hydrolyzed wood from 440 to ~350 kg/m3. There is no fragmentation of wood samples with the selected processing parameters. Hot pressing of hydrolyzed wood obtained under conditions of low or moderate rigidity is accompanied by a linear increase in the density of the thermowood composite material from ~440 to 500 kg/m3. The consequence of a further increase in the rigidity factor is a slowdown in the rate of increase in the density of the composite material. The conditional boundary that determines the achievement of the maximum number of cross-linked intermolecular structures in the composite material corresponds to the rigidity factor of 3000–4500 min. More rigid processing conditions cause intensification of thermal degradation processes. The dependence of hydrophobic characteristics on the rigidity of the barothermal treatment conditions is complex. At the rigidity factor of 1000–3000 min, an extreme point is observed, before which the hydrophobic properties of the material deteriorate. Its water absorption and swelling increase from 50 to 130 % and from 15 to 54 %, respectively. The hydrophobic performance is significantly improved after reaching the extreme point. Water absorption and swelling reduce to ~20 % and ~10 %, respectively. Mild hydrolysis conditions do not result in a material with consistently high hydrophobic properties. The cross-linked structures are not enough to form a strong and water-resistant composition, and as a consequence, the hydrophobic characteristics deteriorate. Increasing the value of the hydrolysis rigidity factor increases the number of active components. Additional intermolecular bonds formed during pressing improve hydrophobic characteristics. The obtained results can be used in the creation of models of processes occurring in the structure of lignocellulose substance during explosive autohydrolysis and in the preparation of composite materials based on it. Optimal parameters of barothermal treatment for obtaining composite materials with specified physical and mechanical characteristics can be determined. Barothermal treatment of solid pine wood by explosive autohydrolysis contributes to the occurrence of chemically active components in the structure of wood tissue. Their number depends on the rigidity of the processing conditions. The properties of the resulting thermowood composition depend on the conditions of explosive autohydrolysis. For citation: Skurydin Yu.G., Skurydina E.M., Safin R.G., Khabibulina A.R. Physical and Mechanical Characteristics of a Pine Thermowood Composition during Barothermal Treatment. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 2, pp. 143–155. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-2-143-155.

Древесные плиты находят широкое применение во многих областях, особенно в домостроении. В последние 20 лет активно проводятся исследования в области получения древесных плит малой плотности. В статье приводятся результаты работ по изучению влияния гидродинамической обработки древесных частиц (опилок) на их физические свойства и геометрические характеристики в целях выяснения механизма аутогезионного взаимодействия в процессе формирования плитных материалов малой плотности без использования связующих веществ. Обработка частиц проводилась в гидродинамическом диспергаторе роторно-пульсационного типа. Для оценки степени обработки использовался показатель водоудерживающей способности. Для контроля за величиной фибриллирования древесных частиц и увеличением доступных межфазных поверхностей в результате обработки применены метод определения адсорбции воды древесиной и растровая электронная микроскопия. Для сохранения капиллярной структуры гидродинамически обработанной древесной массы ее замораживали при температуре –60 ºС, после чего подвергали лиофильной сушке. Построены изотермы сорбции исходных опилок, опилок, обработанных в гидродинамическом диспергаторе и лиофильно высушенных, а также полученных древесных плит малой плотности. Установлено, что изотермы сорбции гидродинамически обработанных и лиофильно высушенных древесных частиц существенно отличаются от изотерм исходных опилок и готовых плит. Проведенные расчеты по методу Брунауэра, Эммета, Тейлора показали, что удельная поверхность обработанных и лиофильно высушенных древесных частиц составляет около 350 м2/г абс. сухой массы, исходных опилок и полученных плит – примерно 130 м2/г абс. сухой массы. Это говорит о том, что гидродинамическая обработка позволяет существенно повысить фибриллирование древесных частиц, тем самым увеличить площадь доступных межфазных поверхностей, что создает условия для аутогезионного взаимодействия между частицами, в результате чего формируется структура плит без использования связующих веществ. Методом растровой электронной микроскопии изучена динамика изменения геометрических характеристик древесных частиц в процессе гидродинамической обработки, установлено, что при этом происходит измельчение древесных опилок и увеличивается доля лентообразных частиц в виде частично разрушенных трахеид с фибрилированными поверхностями. При высокой степени обработки (водоудерживающая способность по Джайме – 250 %) древесная масса становится более однородной. Для цитирования: Ермолин В.Н., Баяндин М.А., Казицин С.Н., Намятов А.В. Фор- мирование структуры плит малой плотности из гидродинамически активированных мягких отходов деревообработки // Лесн. журн. 2019. № 5. С. 148–157. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.148 Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, правительства Красноярского края, краевого фонда науки в рамках научного проекта «Исследование процессов структурообразования материалов из кавитационно активированной древесины».
Wood boards find wide application in many fields, especially in house building. Research has been actively conducted in the field of obtaining low-density wood boards in the past 20 years. This article presents the results related to studying the influence of hydrodynamic processing of wood particles (sawdust) on their physical properties and dimensions, for the purposes of identifying the mechanism of autohesion interaction in formation of low-density boards without the binding agents. The particles were processed in a hydrodynamic rotarypulsed disperser. Water retention value (WRV) was used in order to evaluate the degree of processing. A method for determination of water adsorption by wood, and scanning electron microscopy were taken as a criterion of the fibrillation size of wood particles and increase in available interphase surfaces as a result of processing. Hydrodynamically processed wood pulp was frozen at –60 ºС and then lyophilized in order to preserve its capillary structure. As a result of the study, we have constructed sorption isotherms of the following samples: initial sawdust, sawdust processed in the hydrodynamic disperser and lyophilized, and lowdensity wood boards. It was found out that the sorption isotherms of hydrodynamically processed and lyophilized wood particles are considerably different from the isotherms of initial sawdust and final boards. The calculations made according to the BET method showed that the specific surface area of the processed and lyophilized wood particles is about 350 m2/g of dry weight, and the area of the initial sawdust and obtained boards is approximately 130 m2/g of dry weight. This suggests that hydrodynamic processing allows us to considerably increase the fibrillation of wood particles, thereby increase the area of available interphase surfaces, which creates the conditions for autohesion interaction between the particles. As a result the board structure is formed without binding agents. The dynamics of changes in the wood particles dimensions under hydrodynamic processing was studied by the scanning electron microscopy. Sawdust crushing and increasing the share of ribbon-shaped particles in the form of partially destroyed tracheids with fibrillated surfaces take place at that. The wood pulp becomes more homogeneous under the high degree of processing (water retention value by the Jaime method – 250 %). For citation: Ermolin V.N., Bayandin M.A., Kazitsin S.N., Namyatov A.V. Structure Formation of Low-Density Boards from Hydrodynamically Activated Soft Wood Waste. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 148–157. DOI: 10.17238/issn0536- 1036.2019.5.148 Funding: The study was carried out with the financial support from the Russian Foundation for Basic Research, the Government of Krasnoyarsk Krai, and the Krasnoyarsk Regional Fund for Scientific and Technical Development Support within the frame of a scientific project “Study of Structuring Materials made of cavitation activated wood”.

В статье проанализированы результаты работ отечественных и зарубежных авторов в области напряженно-деформированного состояния древесного ствола и распределения внутренних напряжений в нем. Установлено, что на начальные напряжения, при их дальнейшем изменении в процессе роста деревьев, накладываются циклические напряжения растяжения и сжатия, возникающие при ветровой нагрузке. Древесный ствол, как уравновешенная система и живой организм, стремится компенсировать возникающие нагрузки за счет увеличения плотности стенок клеток, изменения их структуры – скручивания. Возникновение предельных нагрузок и цикличность нагрузок при раскачивании могут приводить к микроповреждениям – трещинам. У хвойных пород образовавшиеся полости заполняются природным антисептиком – смолой. Под воздействием переменных сжимающих и растягивающих напряжений происходит дальнейшее увеличение полостей и заполнение смоляных кармашков. С учетом характера начальных напряжений в радиальном и тангенциальном направлениях кармашки в среднем будут длиннее в зонах наибольших радиальных напряжений растяжения. Целью исследования являлось обоснование местоположения наибольшего скопления смоляных кармашков. Основываясь на том, что форма ствола соответствует форме стержня равного сопротивления, при котором напряжения в наружных во локнах при изгибе должны быть одинаковыми по всей высоте дерева, был произведен расчет окружных и радиальных напряжений по радиусу сечения ствола. При учете взаимосвязи между размером ядровой зоны, напряжениями в центре и по контуру сечения и пределами прочности древесины при статическом изгибе и сжатии для расчета начальных напряжений в стволе древесины лиственницы даурской методами сопротивления материалов применена функция распределения начального продольного напряжения в виде параболоида 14-й степени. В результате получены эпюра суммарного напряжения в стволе, на основе обобщенного закона Гука – график распределения главной относительной деформации в радиальном направлении по диаметру сечения ствола. В качестве подтверждения теории формирования смоляных кармашков проведены лабораторные испытания для определения пределов прочности при статическом изгибе и сжатии вдоль волокон с учетом соотношения радиусов ядровой и заболонной древесины в образцах. Изучение локализации кармашков по диаметру сечения стволов лиственницы даурской показало, что наибольшее их количество расположено в зоне максимальной радиальной деформации.

Даже сейчас, в XXI в., все еще нет отдельно изложенной теории профилирования резца, однако имеющиеся теоретические основы теории резания древесины способны вооружить конструкторов необходимыми данными. Но для этого на рассматриваемый объект надо посмотреть с другой стороны, в некоторых моментах скорректировать имеющиеся данные, представить их в ином свете и использовать при проектировании инструмента, анализе и профилировании его режущих элементов. Эффективным и новым в данном случае инструментом исследования является функционально-элементный анализ. На основании функционально-элементного анализа у резца выделены плоские передняя и задняя грани и прямая режущая кромка, располагающаяся перпендикулярно к вектору скорости резания. Элементы резца: режущая кромка, передняя и задняя грани. Функции элементов и самого объекта описаны в естественной форме, с обязательным наложением на них особых условий и ограничений. На резце-клине исходным элементом является его режущая кромка – край, находящийся на смыкании и окончании передней и задней поверхностей резца. Этот край (кромка) и осуществляет резание, отделение от предмета его части путем силового концентрированного воздействия на локальную область. Клиновая форма резца придает режущей кромке необходимую прочность и жесткость, передает энергию. Функционально-элементный анализ показал, что взаимосвязанные элементы простого резца (передняя и задняя грани) в зависимости от толщины срезаемой стружки, переднего угла и других условий резания содействуют выполнению функций резания по-разному. Кроме того, это содействие ограничено простотой формы резца-клина. Поэтому для повышения эффективности резания рассмотренные элементы резца следует выполнять более сложными, оснащать его дополнительными элементами, приспосабливать резец к конкретным режимам и условиям резания.