Skip to content

Термомодифицированная древесина технология: Термомодифицированная древесина технология | Все Станки – Термомодифицированная древесина: что это такое

Содержание

Термомодифицированная древесина: что это такое

Дерево обладает серьезными недостатками. Основные среди них – восприимчивость к гниению, плесени и микроорганизмам, растрескивание, горение. Из-за них материал одно время даже стали меньше использовать в строительстве и отделке, пока на смену классической древесине не пришел ее улучшенный вариант. Термомодифицированная древесина.

Что такое термомодифицированная древесина

Термомодифицированным или термообработанным деревом называют материал, создаваемый по специальной технологии из обычных лесозаготовок. Для того чтобы брус приобрел принципиально новые свойства, его подвергают воздействию высоких температур с определенными нагрузками.

Технология производства термодревесины имеет несколько направлений, но наиболее качественно сырье преобразуется при температурах 150-220 градусов под нагрузками в безкислородной среде. Под действием указанных факторов происходит перераспределение волокон в структуре древесного материала, сгорают избыточные углеводные компоненты, уходит лишняя влага.

Дерево приобретает новые свойства, становится ценным и качественным. По многим параметрами приближается к показателям элитных древесных пород.

Термомодифицированная древесина: что это такое

Свойства термодерева

Термообработка дерева ставится гарантией того, что лесоматериал впоследствии будет:

  • Стабильным. Размеры заготовок меняются под действием влажности или условий окружающей среды.
  • Плотным. Изменение волокнистой структуры делает материал более однородным и прочным.
  • Сухим. Собственная влажность заготовок становится не более 5%, а водопоглощение сводится к минимуму.
  • Инертным. Дереву более не страшны биологические факторы, не требуется дополнительная обработка составами.
  • Эстетичным. Текстура и цвет древесного сырья приближается по внешнему виду к ценным, дорогим породам дерева.

Термическая обработка древесины превращает капризный материал в качественные прочные и долговечные заготовки, которые можно использовать там, где дерево ранее даже не применялось.

Термомодифицированная древесина: что это такоеПрименение термодревесины

Технология создания термообработанной древесины улучшает материал столь значительно, что модифицированное дерево можно использовать практически повсеместно:

  • отделка фасадов зданий;
  • оформление стен саун, бань;
  • изготовление дорожек, в том числе и у бассейна;
  • создание интерьеров;
  • изготовление беседок, веранд;
  • укладка напольного покрытия;
  • выпуск садовой мебели.

По видам лесоматериалов термодерево выпускается в том же ассортименте, что и обычная древесина, расширяя тем самым области применения и востребованность продукции.

технология изготовления и производство термодревесины, преимущества, особенности

Впервые термодревесину применили для своих жизненных потребностей кочевые племена Севера. Бродячие кочевники обычно не строили деревянные здания, а вместо этого стремились разбить свои (утеплённые шкурами животных) палатки, в любом месте, где бы не поселились. Однако обычные деревянные опоры, при помощи которых шкуры прикреплялись к грунту, долговременностью не отличались, и сгнивали. Со временем кочевниками было обнаружено, что структуру дерева благоприятно изменяет огонь, точнее, выделяемое при горении тепло. Поэтому они стали подвергать примитивной тепловой обработке все деревянные части своего жилья. Так зародились основы технологии термической обработки древесины, которые в своей сути сохраняются и сегодня.

Сущность термического модифицирования дерева

Натуральные и экологически чистые строительные материалы являются трендом нашего времени, обеспечивая приятность и эксклюзивность восприятия (см., например, рис. 1). Однако в большинстве случаев (не в последнюю очередь по причинам стоимости первичной древесины) в игру вступает параметр долговечности деревянных изделий и сооружений. Поэтому для того, чтобы добиться визуального эффекта экзотического дерева, натуральное дерево необходимо изменить таким образом, чтобы оно не темнело со временем, и сохраняло не только свои эксплуатационные характеристики, но и первоначальный внешний вид.

 

                Рисунок 1 – Внешний вид термически модифицированной древесины

Для термомодификации в основном пригодны все виды древесины. Практически подобной технологии  подвергаются ольха, бук, дуб, клен, ясень,береза среди лиственных деревьев, а также ель и сосна — среди хвойных.Термически модифицированная древесина еловых и лиственных деревьев считается экологической альтернативой тропической модифицированной древесине. С одной стороны, это производится вследствие  целесообразности использования термодревесины в условия влажного и сурового климата, с другой стороны, из-за тёмного цвета,который приобретает исходный материал в зависимости от интенсивности его термической обработки.

Термически модифицированная древесина  является конечным продуктом нагрева исходного материала до температуры не менее 160 °С в условиях дефицита кислорода. Целью термической модификации является улучшение технических свойств древесины строительного материала по всему поперечному сечению для определенных областей применения. Пионерами разработки и внедрения передовых технологий изготовления термодревесины считаются деревообработчики скандинавских стран – Швеции и Финляндии, впервые предложившие профильному рынку свои решения ещё  в конце 90-х  годов прошлого века.

Технология термической модификации дерева заключается в последовательном выполнении следующих операций:

  • Частичного пиролиза (термического разложения) исходных полуфабрикатов в атмосфере с низким содержанием кислорода. Длительность операции составляет от 24 до 48 часов, при температуре 170…250 ° C. В результате такого температурного воздействия внутренняя энергия материала увеличивается, что приводит к разрыву прежних меж молекулярных связей и к образованию новых.
  • Конверсии (заполнения) свободных ОН-групп, вследствие чего усадка и набухание древесины пропорционально уменьшается во всех направлениях (до 70%). Одновременно происходит уничтожение возможных вредителей и грибковых микроорганизмов. Цвет древесины темнеет по всему поперечному сечению.
  • При необходимости осветления отдельных участков полуфабрикат обрабатывают направленным ультрафиолетовым излучением.
  • Изменение физических свойств термодревесины:
  • Плотность полуфабриката снижается, поскольку во время пиролиза происходит выделение смолистых веществ. Мягкость термически модифицированного дерева облегчает процесс его дальнейшей механической обработки;
  • Уменьшается межслойная прочность, в частности, на изгиб и растяжение. Это ограничивает применение клеевых соединений для получения многослойных изделий.
  • Свежеизготовленная термодревесина приобретает характерный дымный запах, который вскоре улетучивается.

Стадии обработки

Поскольку термически модифицированная древесина является наиболее экологически чистым продуктом деревообработки, то для всех операций используется только водяной пар. Регулируемыми параметрами являются температура, длительность и цикличность отдельных стадий техпроцесса.

Существует два класса продуктов из термообработанной древесины, которые различаются по своей термостабильности (Thermo-S) и по долговечности (Thermo-D). Существенными особенностями продуктов Thermo-S являются внешний вид и длительная прочность. Классифицированный в соответствии со стандартом EN 350-1 (шкала: от 1- очень прочный, до  5 — недолговечный). Древесина класса Thermo-Sзначительно более стойкая и относится к 3 классу сопротивления распаду, в то время, как определяющей характеристикой продукции Thermo-D является её биологическая устойчивость. Так, например, термически модифицированное изделие класса 1 может выдерживать контакт с землёй в течение примерно 25 лет (определяется количеством влаги в почве).

При производстве термодревесины применяют только тело, воду и водяной пар, без добавления химических реагентов. Процесс включает в себя:

  • 1. Увеличение температуры для окончательной сушки исходного материала. Древесину нагревают, вначале примерно до 100 °С, а затем, с уже меньшей скоростью — до 130…140 °С. Содержание влаги в исходном материале значения не имеет, поскольку на данной фазе показатель влажности древесины будет уменьшаться примерно до нуля. Когда вся вода высвобождается, а процесс нагрева продолжается, состав полуфабриката претерпевает изменения, в основном, в составе гемицеллюлозы. Они начинаются уже с 150 ° C, а далее термомодификация только усиливается. Присутствующий водяной пар действует как защитный газ:поддерживает стабильность процесса под небольшим избыточным давлением, и замещает кислород внутри камеры.
  • 2. Фактическая фаза термической модификации. Она происходит при 185…220 °C, в зависимости от желаемой степени модификации. Температура повышается до требуемого уровня и поддерживается постоянной на протяжении от 2 до 3 часов. Для сохранения кислорода в камере и воздействия на химические изменения в древесине в камеру впрыскивается пар.
  • 3. Фаза охлаждения и восстановления. Характеризуется снижением температуры процесса из-за разбрызгивания воды. Здесь происходит восстановление влажности древесины до желаемого уровня, обычно около пяти процентов. Стабильность параметров конечного продукта очень высока.

Диаграмма последовательности процесса термического модифицирования древесины для разных её классов приведена на рис. 2.

           

Рисунок 2 – Последовательность этапов термомодифицирования древесины классов Thermo-S и  Thermo-D

Содержание влаги в конечном продукте стабилизируется на уровне 4 процентов или чуть больше, а среднее значение тангенциального набухания и усадки для обработанной древесины класса Thermo-S составляет 6…8%,а для Thermo-D – 5…6%.

Наилучшим исходным материалом для производства термодревесины считается северная сосна и ель видов Pinus Sylvestris и Picea Abies. Эти виды хотя и отличаются медленным ростом, но зато характеризуются повышенными значениями исходной плотности.

Оборудование

Тепловая модификация древесины происходит при высоких температурах и в точно контролируемых условиях. Производственная техника –камеры для пиролиза — разрабатываются так, чтобы обеспечить высокую производственную долговечность, с учётом того, что  внутри камеры постоянно присутствует и высокая кислотность. Сама камера и все её компоненты изготавливаются из нержавеющих сталей.

 

      Рисунок 3 –Общий вид установки для термомодифицирования древесины

Время обработки для одного цикла обычно составляет от 1,5 до 3 дней, но оно может быть и больше. Основными факторами, которые влияют на время обработки, являются:

  • Породы древесины;
  • Толщина и содержание влаги в начале процесса термической модификации;
  •  Степень автоматизации процесса.

 Предварительно высушенная древесина в целом имеет более короткое время обработки, чем свежесрубленная.Современные камеры оснащаются системами программного обеспечения,предназначенного для управления процессами. При этом генерируется вид кривой процесса (подобной той, которая приведена на рис. 2) в виде файла истории,который можно открыть позже, а детали процесса можно наблюдать либо в виде графической кривой, либо в виде числовых данных.

Система нагрева для процесса получения термодревесины обычно основана на использовании термически стойкого масла или на прямом электрическом нагреве. Оба варианта могут обеспечить очень точный контроль тепла, однако повышенную постепенность прогрева полуфабрикатов обеспечивает масляный нагрев.

Преимущества и особенности использования термодревесины

 

   Рисунок 4 –Типовая продукция из термомодифицированной древесины

Контролируемый пиролиз древесины обеспечивает:

  • Стабильность размеров.
  • Пониженное равновесное содержание влаги.
  • Улучшенную стойкость к гниению.
  • Пониженную теплопроводность из-за увеличенного количества пор.
  • Удаление смолистых веществ.
  • Стабильность цвета.
  • Не токсичность материала.

Термодревесина может использоваться во внутренних и внешних применениях, однако стоит помнить, что продукт обладает несколько сниженными показателями прочности на изгиб и раскалывание. Рекомендуемые области применения зависят от класса. Для термообработанной древесины Thermo-S это  строительные компоненты, предметы мебели (см.рис. 5) и светильники, эксплуатируемые в сухих условиях, напольные покрытия, садовая мебель, дверные и оконные элементы.

 

                                  Рисунок 5 –Диван из термодревесины

Из продукции класса Thermo-D изготавливают наружные двери,жалюзи, оснащение саун и ванных комнат (см. рис.6), вагонку, напольные покрытия,садовую мебель.  При выборе сорта следует учесть: чем выше была температура тепловой обработки, тем темнее цвет термодревесины.


                                          Рисунок 6 –Сауна из термодревесины

Термодревесина: применение, технология производства, оборудование

Дерево часто используется в качестве строительного и отделочного материала. Этот материал, при всех своих достоинствах, сильно подвержен внешним воздействиям. Чтобы деревянные изделия долго служили, сохраняя свои свойства, их подвергают обработке.

Защитная обработка древесины может быть проведена с помощью реагентов (химическая обработка) или высокой температуры.

ТермодревесинаТермодревесина

Термообработанная древесина или термодревесина подвергается воздействию высокой температуры и пара, что значительно улучшает её характеристики.

Описание материала

Древесина, подверженная влиянию высоких температур, изменяет свои свойства и внешний вид и называется термодревесиной.

Термомодификации могут быть подвержены любые породы древесины. Качества, приобретаемые древесиной при высокотемпературной обработке, позволяют использовать этот материал во влажных помещениях, в помещениях с повышенной температурой или с её перепадами.

Технология получения термодревесины в промышленных масштабах была разработана финскими специалистами. Финны используют в интерьерах и для отделки фасадов термообработанную сосну и ель. Термически обработанный березовый пиломатериал идет на изготовление полов. В саунах чаще применяется осина, хотя ель и сосна так же популярны.

Действие пара в сочетании с маслами при высоких температурах меняет цвет древесины по всему объему изделия, ярче проявляется текстура дерева, в итоге обычная доска выглядит дорого и благородно.

Технология производства термодревесиныТехнология производства термодревесины

В процессе обработки в древесине разлагаются простые сахара, то есть не остается источников питания для бактерий и грибков. Лабораторные испытания показывают, что термодревесина устойчива к гниению и появлению плесени, без какой-либо дополнительной обработки. Кроме того, увеличивается в 15-25 раз срок службы деревянных изделий.

Термодревесина устойчива к повышенной влажности. По этому показателю она приближается к лиственнице. Просачивание воды в результате обработки, уменьшается в 3-5 раз. Такой эффект достигается за счет изменения структуры поверхности. У необработанного дерева верхний слой пористый и впитывает влагу как губка. Тогда как у термодревесины она уплотненная и не пропускает воду.

Характеристики термодревесины

Термомодифицированная древесина обладает следующими характеристиками:

  • значительное увеличение срока эксплуатации изделий;
  • повышается качество деревянных поверхностей;
  • дерево становится невосприимчивым к перепадам температур;
  • практически нулевое усыхание;
  • отсутствие посторонних запахов;
  • низкая горючесть;
  • не гниет;
  • вся масса материала имеет одинаковую окраску, под каким углом не был бы сделан срез, он будет одного оттенка со всем изделием.
  • температурная обработка придает дереву ровный благородный цвет, избавляя от необходимости окраски, покрытия лаками и колерами.
Технические характеристики разных материаловТехнические характеристики разных материалов

Единственный недостаток термодревесины – она выгорает на солнце, сереет. Эта проблема легко решается покрытием любым защитным средством на масляной основе.

Так как термообработка проводится в различных режимах, то на в её результате получается разная термодревесина:

  1. 1 класс. Обработка ведется при 190 °С, в результате — легкое изменение тона древесины, такая древесина остается неустойчивой к неблагоприятным погодным факторам.
  2. 2 класс. Термомодифицирование проводится при 200 °С. Для этой термодревесины характерны высокие показатели прочности и устойчивость к гнилостным процессам, у неё более темное окрашивание. Недостаток – у материала снижается пластичность и увеличивается хрупкость.
  3. 3 класс. Обработана при 240 °С. Термодревесина с наивысшим качеством, максимальная устойчивость к среде, высокая плотность и твердость. Большая температура придает изделиям текстуру ценных пород и ровную темную окраску.

Применение термодревесины

Применение термодревесины обусловлено её уникальными характеристиками. Из термодревесины можно выполнить все, что обычно делают из дерева, но прослужит это изделие в разы дольше.

Технология изготовления термодревесины позволяет использовать её в следующих направлениях:

  • Фасады. Для их монтажа применяется вагонка и блок-хаус. Такой фасад долговечен, ему не нужна дополнительная обработка лаками и пропитками.
  • В помещениях с высокой влажностью и температурой, например, сауна или баня.
  • В местах, где просто высокая влажность, например, настил возле бассейна.

Технология термообработки древесины

Производство термодревесины включает три основных этапа:

  1. Сушка. Древесина помещается в термомеханическую камеру для сушки, там он теряет лишнюю влагу. Температура процесса 100-300 °С.
  2. Термообработка. На этом этапе древесина подвергается длительному, более 23 часов, воздействию высокой температуры и пара.
  3. Закаливание. Температура внутри камеры постепенно снижается, влажность дерева доводится до 5 %.

Оборудование для термообработки

В мире есть несколько фирм, производящих оборудование для термообработки пиломатериалов. Характеристики наиболее популярных сушильных камер приведены в таблице.

Популярные сушильные камеры
БрендСтрана-производительТемпература процесса

°С

Продолжительность обработкиДля каких пород подходитКомментарий
Vacuum PlusРоссияТермообработка — 165-190

вакуумная сушка — 45

3-7 сутоклюбые породыДополнительная функция сушки вакуумом
Bikos-TMTРоссия180-22038-52 часамягкие хвойные, твердые лиственные,Некоторые породы на выходе могут иметь неравномерное окрашивание
FromsseierДания180-2202-3 дняхвойные
Menz-HolzГермания180-23032-54 часавсеКроме пара вносятся масла, что позволяет качественно обработать любое дерево
RetificationФранция180-22040-62 часавсеИспользуется смесь пара и азота
PLATOГолландия170-2105-8 днейбереза, хвойники
WestwoodСША220-240до 48 часовценные породы лиственных: бук, дуб, ясень

Термообработка дерева в домашних условиях

Термообработка древесины своими руками в домашних условиях требует четкого соблюдения правил безопасности и технологического процесса.

На самом деле все не так уж сложно, для термомодификации необходимо оборудование:

  • герметично закрывающаяся емкость;
  • емкость с водой для поддержания необходимой влажности;
  • источник энергии для установления и поддержания температурного режима (электрический, газовый, твердотопливный обогреватель).

Принцип работы домашнего устройства для получения термодревесины основан на нагревании материала в герметичной емкости при определенных условиях. Значение температуры должно быть от 135 °С, пар не дает дереву загореться несмотря на высокую температуру.

На просторах интернета можно найти множество принципиальных схем самодельных установок для термомодификации древесины.

Интересно, что простейшим способом термообработки пользовались мастера на Руси. Заготовка кипятилась в чистой воде несколько часов, оборачивалась ветошью и просушивалась на печи.

Термомодифицированная древесина – отличный пример экологичной обработки материала, которая позволяет добиваться отличных характеристик устойчивости к внешним воздействиям. Её стоимость выше, чем обычного пиломатериала, но это с лихвой компенсируется долгим сроком службы и отсутствием необходимости в дополнительной обработке.

 

 

Термомодифицированная древесина (стр. 1 из 3)

Федеральное агентство по образованию РФ

Уральский государственный лесотехнический университет

Кафедра механической обработки древесины

Реферат на тему:

«Термомодифицированная древесина»

Екатеринбург 2009

Содержание

Введение.

Термо-модифицированная древесина — ТМД (Thermally Modified Timber – TMT) является натуральным, абсолютно экологически чистым материалом и обладает по сравнению с обычной поделочной и строительной древесиной рядом уникальных свойств.

Основные из них — это:

— пониженная равновесная влажность на уровне 3-5 %

— устойчивость к гниению

— стабильная геометрия изделий в эксплуатации, не зависимо от перепадов

температуры и влажности

— возможность получать из дешевых сортов древесины внешний вид

экзотических пород и старинного дерева

— возможность получать любые оттенки от светло-желтого до почти черного

вне зависимости от породы древесины на всю глубину изделия

— низкая гигроскопичность

— пониженная теплопроводность

— низкое содержание смолы в составе хвойных пород

Благодаря этим свойствам «термодерево» нашло широкое применение в европейских странах и начало применяться в России.

Термо-модифицированная древесина используется:

— в строительстве и облицовке домов (внутренняя и внешняя отделка дома,

фальш-фахверки, декоративные балки, вагонка, блок-хаус, стеновые панели,

имитация бруса, зимний сад, лестницы, беседки)

— для изготовления дверей, окон, других конструкционных элементов, где

важна стабильность геометрии изделия

— для изготовления мебели (в том числе кухонная мебель, столешницы, мебель для ванных комнат, ванны и раковины из массива, мебель для интерьера и сада)

— для отделки саун, бань, бассейнов, ванных комнат, причалов, яхт, катеров и

других объектов, имеющих непосредственный контакт с водой

— для изготовления полов (паркет, паркетная доска, фриз, половая доска),

в том числе разнотонных, теплых полов

— в реставрации

— для изготовления музыкальных инструментов

— для любых дизайнерских решений

— ограждения

— ландшафтный дизайн

— экологически чистые товары для детей (мебель, игрушки)

Изделия из термодерева используются без ограничений в любых климатических условиях. Они не нуждаются в антисептировании, пропитке, тонировании, крашении. Они и так очень красивы. Гидротермическая обработка подчеркивает и выявляет всю красоту натурального дерева и делает его еще более привлекательным.

Преимущества термодревесины перед обычно высушенной древесиной:

1. Высокие физико-механические и эксплуатационные свойства. С практической точки это означает: расширение сфер применения древесины; Экономия защитных средств; Возможность предоставления длительной гарантии на изделия без каких-либо дополнительных условий.

2. Эстетичный внешний вид. Процесс термообработки заметно улучшает эстетическую ценность дерева, придавая материалу вид древесины, подвергнувшейся старению. Поднимается древесная текстура. Оттенок вызван не тонировкой, а изменением в самой структуре древесины. Цвет однороден по всему сечению. Недорогие сорта древесины выглядят, как ценные породы.

3. Экологичность материалов. Такая древесина является экологичным и нейтральным по отношению к организму человека материалом.

1. История термодревесины.

Термическое модифицирование древесины было известно давно – при создании посуды и другой деревянной утвари древесину сначала вываривали в масле. Это давало ей свойства, которые невозможно было получить при воздушной сушке: древесина почти не впитывала воду, а значит, изделия из нее сохраняли свою форму в любых влажностных условиях и были устойчивы к гниению без дополнительной пропитки спец. составами и неглубокой обработки.

Попытки улучшить свойства древесины известны с самых глубоких времен. Еще викинги применяли воздействие на свои деревянные изделия открытого огня с целью увеличения их долговечности. Древние славяне и германские племена вымачивали и вываривали длинные тонкие полоски древесины и изготавливали из них домашнюю утварь. Индейцы обжигали на открытом огне концы копий с целью сделать их более прочными. Мельничные колеса сохранились с самых древних времен благодаря тому, что материал для их изготовления готовился многие годы, проходя разные способы обработки, такие как варку, пропаривание, сушку, пропитку маслами. И, наконец, каждый резчик по дереву знает очень быстрый способ высушить липу в домашних условиях: сварить полено в воде в течение полутора часов, завернуть его в полотенце и старые газеты и положить возле батареи.
Термообработку древесины на научной основе начали исследовать в 30-е годы прошлого века в Германии, затем в 40-е — в США.

В 1987 году в г. Новый – Уренгой Тюменской области (на базе Красноградской УБР) при организации мебельного производства, взяв за основу старинный способ обработки древесины, было разработана технология глубокой переработки древесины. Из подготовленного таким образом материала готовили мебель, спортивные тренажеры и пр.

Параллельно с этим велись многочисленные эксперименты по поиску оптимальных технологических режимов для повышения качества древесины и придания ей разнообразной цветовой окраски (по всей массе заготовки), вплоть до приобретения цветовой гаммы тропических пород деревьев.
До середины 1990-х годов самой передовой технологией являлась высокотемпературная сушка при температуре 100-150 °C. В 1997 году на одном из деревообрабатывающих заводов Финляндии в г. Миккели внедрили новую технологию, которая получила название термообработка. При данном технологическом процессе сушку ведут при температуре 150-230 °C.

Полученное в итоге экспериментов качество материала и потенциальные объемы его производства теперь позволяют представить созданный в результате многолетних испытаний продукт на рынок строительных материалов под названием ТМД – Термо Модифицированная Древесина.

2. Технология производства ТМД

Термообработанная древесина широко применяется в Европе:

В настоящее время наиболее широко известны следующие технологии термообработки древесины.

1. Финская технология Thermowood®. Разработчиками и производителями оборудования являются финские компании Lunawood Oy, Stellac Oy, Tekmaheat Oy, Valutec Oy, итальянская фирма Baschild, французская компания BCI-MBS (технология Ле Буа Пердюр). Их особенностью является то, что термомодификация древесины ведется в защитной атмосфере водяного пара при температурах 185-212ºС. Основные мощности по производству Термодревесины представлены именно таким оборудованием.

2. Голландская технология Plato®. Разработчиком и производителем оборудования является фирма PLATO-Wood (Providing Lasting Advanced Timber – Предлагаем Долговечную Прогрессивную Древесину на Смену). Ее особенностью является проведение термомодификации путем цикличного гидротермолиза (термического гидролиза) древесины при температурах 160-190 ºС.

3. Французская технология Retification, которую иногда называют технологией паростабилизации. Разработчиком технологии является Горный институт в г. Сент-Этьене, производителем оборудования – компания REI из этого же города. Сама термомодификация ведется при температуре 220-250 ºС в среде пенасыщенного водяного пара. Фирма REI активно продвигает на рынок камеры ретификации древесины с объемом полезной загрузки от 1,5 до 8 м³.

4. Немецкая технология на основе технологии сушки древесины в жидких органических веществах. В этой технологии в качестве защитной среды используются различные растительные масла (льняное, подсолнечное, рапсовое и др.), а сама термообработка ведется при четырех температурных режимах.

5. В других странах Европы, в Канаде и в России реализовано несколько технологий термообработки, близких указанным выше технологиям. Процесс термообработки древесины можно разделить следующие стадии: повышение температуры в камере до 130-150 °C и сушка при высокой температуре с уменьшением влажности почти до нуля. Затем происходит повышение температуры в камере и соответственно, собственно древесины в среде насыщенного водяного пара до температуры 200-240 °C. При этом в камере создается незначительное избыточное давление по сравнению с атмосферным. На этом этапе древесине и придаются определенные свойства и цвет, т.е. получается новый материал – термодревесина. Далее температура снижается, а влажность древесины доводится до уровня 4-6 %.

ТМД уже более 10 лет продается и обрабатывается в таких странах, как Бельгия, Франция, Финляндия и Англия. Но и сегодня этот продукт относится к числу инновационных. Во всех европейских государствах до сих пор непрерывно проводятся различные исследования и работы по усовершенствованию технологии получения ТМД.

Структурные изменения в ТМД

Основные изменения, происходящие в физической и химической структуре древесины при термообработке.

Термомодификация (или термообработка) древесины — это процесс воздействия на нее пара, температуры и вакуума без применения химических реактивов или пропиток. Это экологически чистый процесс.

Целлюлоза является тем компонентом древесины, который при термообработке при повышении температуры до 240 – 250 °С подвергается незначительному разрушению.

технология, применение, перспективы — Derevo.ua

Еще в глубокой древности человек обратил внимание на изменение свойств древесины под воздействием высоких температур. Не случайно деревянные колья заградительных сооружений и оборонительных крепостей на Руси обязательно обжигали, продлевая тем самым их жизнь. Паркетные заготовки прокаливали или выдерживали в горячем песке, чтобы получить необычный цвет древесины.

Первые исследования по улучшению качества древесины и изменению ее свойств путем термообработки были проведены еще в 30-40-х годах XX столетия в Германии и Соединенных Штатах. Однако промышленное производство термообработанной древесины и новейшие исследования появились лишь в 1990-е годы. Немалую роль сыграли высокий спрос на изделия из дерева, безудержный рост цен на природное сырье, а также стремление сохранить леса планеты и не дать исчезнуть редким экзотическим породам.

Исходные данные

Для термомодификации (Thermally Modified Timber — термически обработанная древесина) может быть использована как свежесрубленная, так и высушенная древесина. Если процесс начать со свежесрубленной древесины, ее можно высушить в сушильной камере, а затем провести термическую обработку.

Термически можно обрабатывать древесину как мягких, так и твердых пород дерева: сосна, ель, пихта, кедр, береза, осина, дуб, ясень, лиственница, ольха, бук, клен, липа и др. Наибольшим спросом пользуется древесина мягких пород, на чью долю приходится 88% потребления. Данная статистика свидетельствует о популярности использования термодревесины во внешней среде (фасады, природоохранные конструкции и т.п.), где применяются сосна и ель. Основным преимуществом твердых пород является их цвет и качество поверхности, поэтому они используются в интерьере в виде напольных покрытий, отделочных стеновых материалов или других элементов декора. Для каждой древесной породы технология (режим обработки) оптимизируется отдельно.

Изменение структуры и химреакции

В результате термической обработки структура древесины меняется. Нагрев меняет ряд ее химических и физических свойств. На рис. 1 и 2 показаны различия между структурой обычной необработанной сосны и сосны, подвергнутой термообработке.

Перед тем как описать процессы, происходящие при термической обработке древесины, необходимо указать, что основными составляющими оболочки клеток древесины являются целлюлоза (40-58%), гемицеллюлоза (15-38%), лигнин (20-50%) и экстрактивные вещества (0,8-6,9%). Большая часть клеточных стенок целлюлозы отвечает за их механическую прочность и эластичность тканей. Гемицеллюлоза является своеобразным цементирующим составом в клеточных стенках. Лигнин — это органическое полимерное соединение, вызывающее одревеснение клеточных оболочек.

С нагревом древесины — сначала при малых температурах — испаряются экстрактивные вещества — терпены, воски, фенол, жиры. Они не являются структурообразующими и удаляются очень легко. Под действием более высоких температур (150 °С и выше) первой, до растворимых сахаров и глюкозы, которые вымываются паром из состава древесины, разлагается гемицеллюлоза. В результате происходит исчезновение питательной среды для грибков и бактерий, уменьшение объема материала, снижение уровня его внутренних напряжений и способности к водопоглощению. По мере дальнейшего повышения температуры начинают происходить структурные изменения и с целлюлозой: древесина в еще большей степени теряет способность впитывать влагу и, соответственно, меньше поддается деформации. Кроме того, она, как правило, становится тверже, но незначительно утрачивает эластичность или прочность на изгиб. Для заготовок древесины разной толщины существуют определенные режимы обработки. Так же как и при сушке древесины, чем меньше их толщина, тем легче процесс модификации.

Главная особенность термодревесины как конечного продукта заключается в сочетании высоких физико-механических свойств. Необходимо отметить, что по своим характеристикам термодревесина представляет собой сочетание качественных свойств химически обработанной древесины с экологичностью природной древесины.

Технология термообработки

Обработка древесины проводится в среде пересыщенного водяного пара, при температурах свыше 180 °С. Обеспечивая защиту, пар также влияет на химические изменения древесины. Следует отметить немаловажный фактор: при термической обработке не используют никаких химических добавок или каких-либо веществ, кроме воды и дерева, следовательно, в результате такой обработки древесина продолжает оставаться экологически чистым материалом. Технологический процесс не требует сколько-нибудь значительных объемов сточных вод. Экстрактивные вещества, выделяемые из древесины, выводятся из камеры в виде водного раствора и отделяются в специальном отстойнике.

Процесс термической обработки можно разделить на три фазы (рис. 3).

Фаза 1. Нагрев и сушка. Происходит повышение температуры среды и сушка древесины при высокой температуре. Посредством тепла и пара температура в камере интенсивно поднимается приблизительно до 100 °С. После чего температура неуклонно повышается до 130 °С, при этом происходит сушка при высокой температуре, содержание влаги снижается практически до нуля. Данный этап важен с точки зрения дальнейшего качественного проведения процесса термообработки. Под действием высоких температур древесина становится эластичной, и ее сопротивление деформации значительно улучшается.

Фаза 2. Термообработка. После сушки температура внутри камеры увеличивается до 180- 220 °С. Фаза термообработки проводится непосредственно после фазы высокотемпературной сушки. Пар в качестве защитной среды не допускает горения древесины. По достижении необходимого уровня температура остается неизменной на два-три часа в зависимости от конечного назначения изделия.

Фаза 3. Охлаждение. На окончательном этапе температура среды в камере снижается. При этом работает система водяного орошения. Конечная влажность древесины играет существенную роль для ее эксплуатационных характеристик — пересушенную древесину сложно обрабатывать. Поэтом при снижении температуры до 80-90 °С древесина снова увлажняется с тем, чтобы содержание влаги в ней дошло до приемлемого уровня 5-7%. В зависимости от породы древесины и температуры термообработки фаза охлаждения продолжается 5-15 часов. При проведении процесса термомодификации древесины общая тепловая потребность всего на 25% выше, чем при обычной сушке пиломатериалов. Затраты электрической энергии такие же, как и при обычной сушке древесины.

Оборудование для производства

Технологический процесс предусматривает применение воды, пара и высоких температур. Вследствие наличия данных параметров, а также благодаря составляющим компонентам, выделяющимся из древесины в процессе термообработки, в камере создается коррозионно-активная среда. Поэтому оборудование для термообработки рекомендуется изготавливать из нержавеющей стали.

Термическая обработка древесины происходит в специальной сушильной камере с хорошей теплоизоляцией и герметичностью. Конструктивно камера для термообработки выполнена в виде автоклава с плотно прилегающей дверью для загрузки обрабатываемого материала; она может выглядеть как обычная конвективная сушильная камера, правда, с более высокой герметичностью ограждающих конструкций. Основными параметрами камеры термообработки являются габаритные характеристики, объем загрузки, климатические требования, мощность. Камеры термообработки изготавливают небольшого объема загрузки, обычно 3-12 м3 древесины. Укладка пиломатериалов в штабель на прокладки проводится аналогично обычной камерной сушке. Загрузка штабеля производится на тележках по рельсовому пути (обычно вручную, так как объем штабеля небольшой).

Для теплоснабжения процесса термообработки в камерах используются системы масляного отопления (сжигающие мазут, газ). Также применяются другие решения, например теплоснабжение от электрокалориферов. Система вентиляции также схожа с конвективными камерами: вентилятор, обдувая теплообменники, либо электрокалорифер снимают тепло и переносят к штабелю обрабатываемого материала. Оборудование камеры термообработки должно предусматривать парогенератор. Современные системы проведения технологических процессов оснащаются высокоинтеллектуальными системами автоматического управления. И камеры для термомодификации древесины — не исключение. В контроллер записываются различные режимы обработки, по которым и проводится процесс без вмешательства человека. К дополнительному оборудованию можно отнести системы утилизации отходов технологического процесса.

Классы термообработки

От уровня температуры, применяемой в процессе термообработки, можно получить продукт, обладающий разными свойствами. В зависимости от области применения древесины уровень обработки можно тщательно оптимизировать. Так, финская ассоциация Thermowood выделяет два класса обработки — Thermo S (от англ. stability — стабильность) и Thermo D (от англ. durability — прочность). Ключевыми свойствами данных классов является размерная стабильность при перепадах влажности и температуры окружающей среды (Thermo S), либо очень высокая устойчивость к гниению (Thermo D). В классе Thermo S обработка ведется при температуре 185-190 °С. В классе Thermo D обработка ведется при температуре 215-220 °С.

Кроме указанных классов также проводят обработку и более низкими температурами (160-180 °С). При этом никаких значительных изменений физических свойств древесины не происходит. Главное назначение этого режима — придать декоративные свойства древесине: ее цвет темнеет, приобретает коричневатый, красноватый или желтоватый оттенок. Дешевые, распространенные породы дерева приобретают вид дорогих. Обработанную таким образом древесину рекомендуется использовать в тех же случаях, что и не подвергшуюся термообработке.

Свойства термодревесины

Термомодифицированная древесина приобретает следующие свойства:

1. Долговечность. Термообработка существенно (в 15-25 раз) повышает биологическую долговечность материала (устойчивость к биологическим поражениям).

2. Гигроскопичность. Термообработка приводит к уменьшению равновесной влажности материала в среднем на 40-50% по отношению к необработанной древесине и существенно уменьшает проникновение воды (в 3-5 раз). Поверхность термодерева не пористая, а плотная, что снижает его способность впитывать влагу из воздуха.

3. Теплопроводность. У термодревесины этот показатель на 20-25% ниже по сравнению с обычной древесиной, что дает возможность лучше сохранять тепло в деревянных домах.

4. Размерная стабильность. Термодревесина обладает стабильностью размеров при перепадах температуры и влажности окружающей среды.

5. Эстетические свойства. Однородное изменение цвета (различных оттенков) на всю глубину дерева. Возможность приобретения древесиной благородного оттенка состаренного дерева. При обработке эффектно проявляется структура древесины, повышаются ее декоративные свойства. Недорогим породам древесины возможно придание внешнего вида ценных пород.

Практическое применение

Уникальные технологические свойства (основные — долговечность, низкая гигроскопичность и размерная стабильность) термодревесины делают возможным ее применение в различных направлениях. Важно отметить, что в некоторых областях уникальным становится сочетание нескольких или всех свойств.

Благодаря широким эстетическим возможностям материал часто используется дизайнерами для внутренней отделки. Стабильность геометрических размеров термодревесины и устойчивость к внешней среде (не боится воды и изменений температурного режима) способствует ее использованию в производстве мебели, оконных рам, дверей, паркетных полов. При изготовлении мебели возможна имитация древесины ценных пород. Кроме этого, при механических повреждениях мебель из термодревесины в отличие от обычной древесины не требует подкрашивания из-за однородности цвета по всему сечению материала. В производстве окон обработанная древесина не требует дополнительной защиты и многократной покраски в течение многих лет эксплуатации.

Одно из направлений использования термодревесины — в качестве конструкционного материала для уличного применения. Например, внешняя облицовка фасадов, которой не страшны ни колебания температуры, ни влажности (снег, проливные дожди). Высокая стойкость к гниению, резистентность к воздействию грибков и вредителей позволяют использовать древесину в виде террасной доски и садовых дорожек Термодревесина отлично подходит для обшивки саун и бань. Древесина практически не впитывает влагу, не выделяет смолу. Кроме того, удерживая тепло, сама по себе она существенно меньше нагревается, что делает пребывание в парной более комфортным.

Термодревесине нет равных в жестких условиях эксплуатации. Например, при отделке яхт — в качестве палубной доски, обшивки, элементов интерьера. Практически 100%-ная влажность, палящее солнце и ветер термодревесине не страшны. Стойкость к влаге дает возможность использовать ее при отделке, которая располагается в непосредственной близости от воды: территория рядом с бассейном, интерьер аквапарка, ванн, искусственных водоемов и т.д.

Что в перспективе

Кроме указанных областей использования термодревесины потенциальные сферы ее применения так же обширны, как и сферы применения обычной древесины. Из термообработанной древесины могут изготавливаться комплектующие, музыкальные инструменты, домашние принадлежности, малые архитектурные формы, садово-парковые конструкции и т. п.

Использование дерева в строительстве становится все более востребованным. До недавнего времени природные недостатки древесины как строительного материала устранялись с помощью химической обработки. В результате получался продукт, имеющий вид дерева, но отнюдь не являющийся образцом экологической чистоты. В связи с этим в Евросоюзе в начале 2004 года был введен запрет на использование химически обработанного дерева. Таким образом, применение в строительстве термодревесины как материала экологически чистого сегодня весьма востребовано и актуально.

Использование термодревесины в качестве материала несущих конструкций в наши дни является одной из приоритетных областей научных исследований. В настоящее время решение найдено в виде композитного клееного бруса («клееный термобрус»), объединяющего ламели из модифицированной и обычной древесины. Функции термодревесины заключаются в поддержании стабильности размеров и противодействии внешней среде, а центральные ламели из необработанного материала служат для придания необходимой прочности. Помимо клееного бруса на рынке присутствует и другой конструкционный материал — термически обработанный массивный (профилированный) брус. Одним из перспективных направлений термомодификации древесины можно считать переработку и использование низкокачественной древесины, в частности березы.

Еще совсем недавно, пять — семь лет назад, термодревесину в Россию импортировали из Европы. Сегодня российский рынок термодревесины находится на начальной стадии развития, спрос еще далек от насыщения, и каждый год ознаменовывается выходом на рынок новых именно отечественных производителей, считающих этот материал перспективным.

DEREWO.RU — Николай Ладейщиков

Камеры для термомодификации древесины

Термообработка древесины может производиться четырьмя различными способами.

1. Одноступенчатая обработка перегретым паром при температуре 150-200 градусов по Цельсию. Таким способом получают, так сказать, стандартное термодерево, которое можно приобрести в больших строительных магазинах.

2. Многоступенчатая обработка перегретым паром под давлением. В большинстве случаев данная технология применима для не высушенной древесины.

3. Обработка горячим маслом – помещение в растительное масло и медленный нагрев в нем. В процессе такого воздействия древесина впитывает некоторое количество масла, в результате чего приобретает способность противостоять влаге и не трескаться при пересыхании.

4. Обработка древесины в среде инертных газов – как правило, в азоте при повышенном давлении и низком содержании кислорода(ретификация) – с его помощью получают термодревесину самого высокого качества.

Термообработка дерева осуществляется за счет воздействия водяным паром на сырье, помещенное в герметичную камеру. Заготовки делаются из дуба, ясеня, бука, ореха, реже сосны.

Подготовленное сырье в закрытом модуле, при отсутствии доступа кислорода, подвергается многоступенчатому воздействию пара, разогретого до 190-240 С.

Необходимо учитывать, что режим в 190 С обеспечит лишь создание декоративного эффекта, не оказывая значительного влияния на эксплуатационные характеристики.

В большинстве случаев термообработка проводится в режиме 200-230 С. Таким образом повышается устойчивость к гниению в несколько раз. Данный материал можно будет использовать в производстве мебели, декора, оконных рам, внутренних дверей.

Цена термомодифицированной древесины, которая термировалась температурой 230 С, будет выше, так как заметно улучшатся ее ее свойства. Доска получит устойчивость не только к гниению, но и к разбуханию. В результате материал можно будет использовать практически для любой наружно работы или агрессивной среды, например, в бассейнах, саунах, банях и пр.

технология обработки и новые качества дерева

Подбирая древесину для строительства, ремонта, отделки, возникает важный вопрос, какому материалу отдать предпочтение. Пиломатериалы в Минске предлагаются в широком ассортименте, изготовленные из разных пород дерева, обладающие разными техническими характеристиками. В последнее десятилетие наряду с традиционными видами популярной для внутренней отделки стала термомодифицированная древесина.

Процесс термообработки дерева

Как следует из самого названия, термомодифицированная древесина — это пиломатериал, прошедший глубокую термическую обработку. При нагревании (180-220 градусов в зависимости от породы дерева) дерево меняет свои химические, физические свойства. Происходит процесс вследствие разрушения полисахаридов, содержащихся в ее структуре. Термообработка — экологически чистый метод воздействия на пиломатериал, выполняется без использования химических добавок. 

Качества термомодифицированной древесины

Температурная обработка наделяет обычный пиломатериал новыми качествами: износостойкостью, прочностью. Благодаря улучшенным свойствам изделия из такой древесины не подвержены образованию грибков, плесени, устойчивы к деформации, долго сохраняют внешний вид, не поддаваясь негативному воздействию окружающей среды.

Улучшенные характеристики пиломатериала после термообработки сделали его популярным материалом для внутренней отделки в Европе и США. Ежегодные объемы продаж такого сырья на европейском рынке достигают порядка 150 тысяч кубометров.

Влияние термообработки на различные породы дерева

Технология термообработки универсальна: ее воздействию поддается любой вид древа.

Обрабатанные этим способом липа, ольха, кедр, сосна, другие мягкие породы дерева становятся существенно прочнее. В результате, материал не уступает по свойствам высокопрочному сырью.

Береза относится к дереву средней мягкости, но, пройдя термообработку, становится не только прочнее, но и улучшает свойство удерживать форму. При воздействии внешних факторов она не разбухает, обладает влагоотталкивающими качествами, не подвержена гниению.

Дуб, груша и орех, которые от природы имеют прочную структуру, под воздействием высоких температур приобретают благородный, глубокий оттенок. Их текстура значительно улучшается, а природный аромат усиливается.

Объединяющими свойствами, которые приобретаются пиломатериалами вне зависимости от породы дерева после такой обработки, являются:

  • высокая прочности;
  • стойкость к появлению плесени, грибков;
  • повышение уровня влагоустойчивости;
  • улучшение способности к сохранению стабильности геометрических размеров.

Термомодифицированная древесина устойчива к негативным факторам окружающей среды. Еще одно качество, за которое так полюбилась термомодифицированная древесина покупателями, — это ее внешний вид. Дерево после термического воздействия становится темнее, рисунок более выраженным. Дерево не нуждается в покраске, достаточно просто покрыть его лаком или маслом. 

Чтобы найти термомодифицированную древесину, посетите магазины пиломатериалов в Минске, контакты которых найдете в каталоге TAM.BY.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *