Текст книги "Сушка, защита, отделка древесины и все о лакокрасочных покрытиях"

Илья Мельников
Сушка, защита, отделка древесины и все о лакокрасочных покрытиях

Сушка и защита древесины

Сушкой называют процесс удаления из древесины влаги испарением. Технологическое назначение сушки – предупреждение изменений деталей по размерам и форме в готовом изделии, улучшение технологических свойств древесины – чистоты распила, фрезерования, шлифования, повышения прочности склеивания и качества отделки покрытиями. Сушка повышает прочностные характеристики древесины.

Различают массовую и технологические сушки пиломатериалов и заготовок. В первом случае товарные пиломатериалы высушивают на лесопильных предприятиях до транспортной влажности – 22-23 % – в естественных условиях на открытых или закрытых складах или в специальных установках, где пиломатериалы обдуваются подогретым воздухом. В последнем случае пиломатериалы сушат до эксплуатационной влажности, среднее значение которой равно влажности воздуха, окружающего готовое изделие в условиях эксплуатации.

В некоторых случаях прибегают к комбинации способов сушки: сначала ведется атмосферная, затем камерная сушка.

Для изделий деревообработки эксплуатационная влажность древесины нормирована стандартами и техническими условиями.

В процессе механической обработки заготовок удаляется сухой поверхностный слой древесины, а при последующей сборке элементов и узлов изделий с клеем вносится влага, в результате чего влажность древесины увеличивается. По этой причине на практике материал из сушильных камер выгружают, когда влажность его на 2-3 % ниже влажности указанной в нормативно-технической документации.

В зависимости от назначения пиломатериалов и заготовок установлено четыре категории качества сушки. Первые три категории предусматривают сушку до средней эксплуатационной влажности готовых изделий. I категория дает возможность механически обрабатывать и собирать детали для высокоточных элементов изделий (производство лыж, несущих деревянных строительных конструкций и т. д.). II – механически обрабатывать и вести сборку в мебельном производстве, пассажирском вагоностроении и др. III – механически обрабатывать пиломатериалы для производства погонажных столярно-строительных изделий, в товарном вагоностроении и т. д.

Нулевая категория качества предусматривает сушку товарных пиломатериалов до транспортной влажности.

Камерная сушка

Ее проводят в специально оборудованных камерах при повышенной температуре, регулируемой влажности и интенсивной циркуляции воздуха.

Есть разные лесосушильные камеры. Их различают по агенту сушки – воздушные, паровые и газовые; по принципу действия – периодического и непрерывного действия; по способу циркуляции агента сушки – с естественной и принудительной. В воздушных и паровых камерах агенты сушки – влажный воздух и перегретый пар нагреваются калориферами. В газовых камерах – смесь влажного воздуха с топочными газами, получаемыми в специальных топках. Камеры периодического действия работают с остановками по окончании сушки для выгрузки и загрузки материала; камеры непрерывного действия работают без остановок.

Рис. Схема камер с принудительной циркуляцией:

а – воздушной камеры с принудительной циркуляцией вентиляторами, б – воздушной камеры с эжекционной циркуляцией агента сушки; 1 – увлажнительная труба, 2 – приточно-вытяжные каналы, 3 – калориферы, 4 – вытяжная труба, 5 – вентиляторы, 6 – штабель, 7 – сопла

Рис. Камера непрерывного действия:

1 – шторная перегородка, 2 – калорифер, 3 – электродвигатель, 4 – вентилятор, 5 – приточная труба, 6 – выхлопная труба, 7 – вспомогательный вентилятор, 8 – рекуператор, 9 – заборная труба, 10 – штабеля пиломатериалов

В камерах с естественной циркуляцией происходит вертикальное перемещение агента сушки, скорость перемещения мала и срок сушки пиломатериалов значителен. В камерах с принудительной вентиляцией агент сушки перемещается с помощью вентиляторов, что заметно сокращает срок сушки и повышает качество сушки за счет равномерности влажности материала.

В камерах периодического действия на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях ведется сушка пиломатериалов до транспортной влажности, а также пиломатериалов и заготовок – до эксплуатационной.

Одним из условий высокого качества сушки является правильная укладка материала в штабеля, что значительно снижается процент брака от коробления, улучшается равномерность просыхания материала.

Рис. Способы укладки досок:

а – сплошная укладка, б – укладка со шпациями, в – укладка в штабель досок разной длины

При формировании сушильных штабелей число прокладок устанавливается в зависимости от породы древесины, толщины пиломатериалов и длины штабеля.

Прокладки по высоте располагают друг против друга, крайние укладывают заподлицо с торцами заготовок или пиломатериалов. Необрезные доски укладывают концами в разные стороны. Узкие, а также короткие доски помещают в середину, широкие и длинные – по краям штабеля. Стыкуемые заготовки укладывают не менее чем на двух прокладкам. Форма поперечного сечения штабелей должна быть прямоугольной, торцы досок выровнены по вертикали.

Размеры межрядных прокладок 25х40х1800 мм, отклонения по толщине не должны превышать 1 мм. В качестве прокладок допустимо использование самих заготовок, если их сечение не превышает 32х70 мм.

Режимы сушки рассчитаны с учетом возникновения и развития внутренних напряжений в материалах. Основная задача – удаление влаги из древесины в максимально короткое время без нарушения целостности древесины и дефектов.

Режимомсушки называют расписание температуры сушильного агента в зависимости от влажности древесины в камере. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству древесины, пиломатериалы высушивают по режимам для низкотемпературного или высокотемпературного процессов.

Существует несколько видов режимов сушки: мягкие, нормальные, форсированные и высокотемпературные.

Мягкие режимы, обеспечивающие бездефектную сушку материала при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, в том числе прочности и цвета, рекомендуются для сушки до транспортной влажности экспортных пиломатериалов, в отдельных случаях – для заготовок собственного потребления до эксплуатационной влажности.

Нормальные режимы, обеспечивающие бездефектную сушку заготовок и пиломатериалов при практически полном сохранении прочностных показателей древесины с незначительными изменениями ее цвета, рекомендуются для сушки заготовок и пиломатериалов собственного потребления до любой конечной влажности.

Форсированные режимы обеспечивают бездефектную сушку заготовок и пиломатериалов при сохранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при снижении до 20 % прочности на скалывание и раскалывание с возможным потемнением древесины. Эти режимы рекомендуются также для сушки до любой конечной влажности заготовок и пиломатериалов, предназначенных для изделий и элементов, работающих с большим запасом прочности (штучный паркет, оконные и дверные блоки, и др.).

Высокотемпературные режимы обеспечивают бездефектную сушку при незначительном снижении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при существенном (до 35 %) снижении прочности на скалывание и раскалывание и потемнение древесины. Эти режимы рекомендуются для сушки до эксплуатационной влажности материалов целевого назначения, для изделий, работающих с большим запасом прочности (внутреннее заполнение столярных плит, полотен дверей щитовой конструкции и т. д.).

Для пиломатериалов и заготовок, высушиваемых по I и II категориям качества, конечная влаготеплообработка обязательна. Заготовки, подлежащие ребровой распиловке, высушиваемые по III категории качества, также подвергают конечной влаготеплообработке.

Какие дефекты чаще всего встречаются при сушке пиломатериалов? Это коробление и растрескивание.

Коробление вызвано неодинаковой усушкой в радиальном и тангенциальном направлениях. Этот дефект возникает при неправильной укладке пиломатериалов в штабель. Например, при разной толщине материала в ряду и прокладок часть материала не зажимается, просыхает в свободном состоянии и коробится в поперечном направлении. Если прокладками уложены редко, а материал не выровнен по торцам штабеля, к поперечному короблению добавляется продольное коробление свисающих концов и не зажатых прокладками участков пиломатериала.

Для предупреждения коробления в некоторых случаях материал необходимо зажимать в штабеле с помощью груза, который обеспечит равномерное давление на штабель. Удовлетворительные результаты дает применение пружинных стяжек, расположенных через 0,7 м с каждой стороны штабеля.

Растрескивание пиломатериала происходит из-за несоблюдения или неправильно выбранного режима сушки.

Чтобы избежать растрескивание пиломатериалов, режим сушки смягчают или проводят промежуточные влаготеплообработки в зависимости от сечения пиломатериалов. Промежуточная влаготеплообработка рекомендуется для сортиментов, сечение которых превышает, мм: для сосны, ели, кедра, осины – 60; для березы, ольхи – 50; для лиственницы, бука, клена – 40; для дуба, ильма, граба, ясеня – 32.

Кроме того, при укладке надо тщательно выравнивать торцы штабеля, а крайние прокладки укладывать заподлицо с торцами досок.

При сушке толстых заготовок, твердых лиственных пород и лиственницы, рекомендуется замазывать их торцы масляными красками, эмульсиями, специальными замазками.

Как определяется производительность лесосушильных камер? Производительность камер рассчитывают в фактическом материале, а для сопоставления технико-экономических показателей различных камер, учета и планирования работы сушильных цехов переводят высушенный материал в условный. За учетную единицу принят кубический метр условного материала – сосновые обрезные доски толщиной 40 мм (либо средневзвешенная толщина досок, находящаяся на границе толстых и тонких), шириной 150 мм, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60 % до конечной 12 %.

Атмосферная сушка

Атмосферная сушка – это выдерживание сырых пиломатериалов в штабелях под кровлей на открытом воздухе или в специальных помещениях до влажности 18-22%. Правила атмосферной сушки и хранения пиломатериалов на открытых складах регламентируются требованиями ГОСТа.

Атмосферная сушка пиломатериалов зависит от температуры и относительной влажности воздуха, времени года, месторасположения склада. Она требует длительного времени, значительной территории склада. Древесина при этом высыхает до воздушно-сухого состояния. Во время сушки возможны грибные поражения древесины, растрескивание концов пиломатериалов, коробление. Время сушки длится от 20 до 70 дней.

Поступающие для атмосферной сушки пиломатериалы при среднесуточной температуре 5° С и выше, если нет иных указаний потребителя, должны быть антисептированы.

Штабеля располагают по отношению к господствующим ветрам последовательно в зависимости от толщины материалов: до 25 мм – с наветренной стороны, свыше 50 мм – в середине, от 25 до 50 мм – с подветренной стороны.

Открытый склад пиломатериалов располагают на сухом, хорошо проветриваемом участке, территория склада должна быть очищена от деревьев и кустарников, поверхность спланирована. Укладывают пиломатериалы в рядовые штабеля (круглые, на рейках) и в пакетные. Способ пакетной штабелевки более практичен, так как позволяет механизировать погрузочно-разгрузочные работы.

Рис. Рядовой штабель

Рис. Пакетный штабель

Рис. Укладка досок в штабель заподлицо с прокладками (а) и впотай (б)

Рис. Схема расположения горизонтальных вентиляционных каналов в штабеле

Штабель укладывают на фундамент, который выполняется из железобетонных и бетонных опор и железобетонных и деревянных прогонов. Можно применять и деревянные опоры, но обязательно пропитанные антисептиками. Высота фундамента – не менее 50 см. В местностях с максимальной высотой снежного покрова более 50 см и высоким стоянием грунтовых вод фундамент должен быть выше – не менее 75 см.

Пакетный штабель состоит из отдельных сушильных пакетов, одинаковых по сечению и уложенных на фундамент в несколько горизонтальных рядов. Длина пакета определяется длиной пиломатериалов, а ширина и высота – возможностями подъемно-транспортных механизмов, имеющихся в наличии.

Пакеты каждого ряда отделяют друг от друга прокладками сечением 100Х100 мм, число которых должно соответствовать числу прокладок над прогонами (опорами фундамента). В рядовые штабеля укладывают пиломатериалы шириной не более 150 мм.

Каждый штабель по окончании формирования покрывают плотной крышей из досок толщиной 22-25 мм и шириной не менее 150 мм без гнили, синевы, выпадающих сучков и сквозных трещин. Минимальный уклон составляет: для крыш из досок 120 мм на 1 м; для крыш из панелей 80 мм на 1 м. Для пакетных штабелей уклон секционной (односкатный или двускатный) съемной крыши должен быть не менее 60 мм на 1 м ее длины.

Крыша должна быть со свесами в сторону промежутков между штабелями не менее 500 мм для штабелей до 10 м и не менее 700 мм для штабелей высотой более 10 м.

Сушка пиломатериалов из древесины лиственных пород имеет свои особенности, зависящие от твердости породы и толщины сортимента.

Пиломатериалы твердолиственных пород древесины необходимо укладывать в штабеля под навесом, за исключением I и II сортов толщиной до 25 мм и III сорта толщиной свыше 25 мм, которые допускается укладывать на открытой площадке. Заготовки мягких лиственных пород древесины II и III сортов укладывают в штабеля на открытых площадках. Заготовки II сорта толщиной выше 25 мм укладывают в штабеля как под навесами, так и на открытых площадках. Заготовки I сорта толщиной более 25 мм следует укладывать только под навесами, толщиной менее 25 мм допускается укладывать на открытой площадке.

Паркетные заготовки из березы можно укладывать как на открытых площадках, так и под навесами.

Торцы пиломатериалов лиственных пород должны быть покрыты влагозащитной замазкой.

Пиломатериалы укладывают в штабеля при температуре ниже 5° С в трехдневный срок, а при более высокой температуре – в суточный срок.

Прокладки изготовляют из древесины мягких лиственных пород влажностью не более 18 %. Крайние прокладки для рядовых штабелей изготовляют шириной 60 мм и укладывают в штабель так, чтобы их кромки выступали на 20 мм.

Высушенные материалы в случае их длительного хранения должны быть уложены в плотные пакеты. При хранении необходимо обеспечить защиту древесины от попадания влаги и загрязнения. Хранят пакеты в закрытых неотапливаемых складах или на открытых складах в водонепроницаемых обертках.

Пиломатериалы эксплуатационной влажности (4-19%) необходимо хранить в закрытых отапливаемых складах, относительную влажность воздуха в которых поддерживают отопительно-вентиляционной системой.

Штабеля формируют из пиломатериалов одинаковых породы, толщины, сорта и снабжают паспортом, в котором указывают породу древесины, размеры пиломатериалов, влажность в момент укладки и дату.

Защитная обработка древесины

По стойкости против гниения породы и зоны древесины подразделяют на четыре класса: I стойкие – сосна, ясень, ядро дуба и лиственницы; II среднестойкие – ель, пихта, перефирийная часть кедра, заболонь лиственницы, центральная часть бука; III малостойкие – заболонь березы, бука, граба, дуба, клена, ядро вяза; IV нестойкие – ольха, осина, заболонь липы, центральная часть березы.

Пропитываемость древесины антисептиками у разных пород также разная. В 1-ю группу легкопропитываемых входят заболонь березы, бука, сосны; во 2-ю умеренно пропитываемых – кедр, ольха, осина, граб, дуб, клен, липа; в 3-ю труднопропитываемых – ель, лиственница, пихта, дуб, ясень, ядро сосны.

При атмосферной сушке, хранении и перевозке лесоматериалов влажностью выше транспортной возможно поражение древесины различными грибами.

Обеззараживание пиломатериалов от грибной инфекции называют антисептированием. Антисептирование эффективно, если его проводят не позже 12 ч после распиловки леса. Антисептируют пиломатериалы, предназначенные для атмосферной сушки, и пиломатериалы, отгружаемые с влажностью выше транспортной, в которых недопустимы или ограничены грибные окраски и плесень.

Антисептики должны соответствовать следующим требованиям: обладать высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам и одновременно быть безвредными для людей и животных, сохранять высокую токсичность в течение заданного времени, легко проникать в древесину и не снижать ее физико-механических свойств, не затруднять отделку древесины, не разрушать металлические детали на ней, не иметь неприятного запаха.

В зависимости от климатических зон пиломатериалы антисептируют в определенные сроки, в теплый период года, в течение которого среднесуточная температура превышает 5° С.

Для антисептирования пиломатериалов применяют водорастворимые препараты ПБТ или пентахлорфенолят натрия. Концентрацию рабочих растворов выбирают в зависимости от породы древесины и климатических зон.

Пиломатериалы антисептируют в плотных пакетах или в пакетах с прокладками. Пакетный метод антисептирования заключается в погружении пакета пиломатериалов в раствор и выдерживании их в нем. Для полного смачивания поверхности досок выдержка пакетов в растворе должна быть не менее 20 с для плотных пакетов и до 10 с для пакетов на прокладках.

Оборудование для антисептирования включает бак с мешалкой для приготовления раствора, две емкости для хранения раствора, ванну с размерами 8Х2Х2 м из листовой стали или железобетона.

Пропитка древесины в горяче-холодных ваннах с маслянистыми антисептиками производится при температуре 90-110°С (горячая ванна) и 50-60°С (холодная ванна).

Пропитку в автоклаве производят под действием вакуума и давления. Этот способ антисептирования обеспечивает наиболее быструю и глубокую (часто сплошную) пропитку древесины.

Качество антисептирования контролируют в лаборатории по наличию антисептика на поверхности пиломатериалов.

Контрольно-измерительные приборы и инструменты

Для проверки настроечных размеров станков, контроля скорости подачи, размеров и формы обрабатываемых деталей на производстве используют универсальные измерительные инструменты, приборы и приспособления.

Поверочная линейка предназначена для измерения отклонений оверхности от прямолинейности или плоскостности.

Поверочный угольник служит для контроля не перпендикулярности смежных поверхностей деталей и сборочных единиц.

Щуп служит для измерения зазора между сопрягаемыми поверхностями. Он представляет собой набор калиброванных пластинок различной толщины, закрепленных между двумя щечками, предохраняющими пластинки от повреждения.

Концевые меры длины – стальные плоскопараллельные прямоугольные плитки или цилиндрические стержни с двумя отполированными параллельными поверхностями, расстояние между которыми является их номинальным размером. Каждая плитка воспроизводит только один размер. Плитки комплектуют в наборы.

Уровень служит для проверки отклонений от горизонтальности. Уровни бывают брусковые и рамные. У рамного четыре рабочие поверхности, благодаря чему его можно использовать для проверки горизонтальных и вертикальных поверхностей.

Индикатор часового типа служит для измерения отклонений детали от заданной геометрической формы и взаимного расположения поверхностей. Выпускают индикаторы с разными пределами измерений, цена деления – 0,01 мм. Прибор снабжен циферблатом, стрелкой, указателем оборотов и наконечником. При перемещении измерительного наконечника на 1 мм основная стрелка делает один оборот, а стрелка указателя оборотов поворачивается на одно деление.

Магнитная стойка с индикатором предназначена для измерения биения шпинделей, валов и других вращающихся деталей станка, а также параллельности рабочих поверхностей столов относительно шпинделя. Стойка состоит из магнитного основания, которым устанавливается на детали станка, штатива и индикатора. Положение измерительного наконечника индикатора относительно измеряемой поверхности регулируют винтом.

Контрольные оправки используются для проверки биения и взаимного расположения элементов станка. При проверке биения оправку устанавливают по рискам последовательно в четырех положениях с поворотом на 90°. Биение указывает разность между наибольшим и наименьшим показаниями индикатора. Прямолинейность перемещения суппорта станка или параллельность хода по направляющим проверяют по двум противоположным образующим оправки, поворачивая шпиндель и оправку на 180°.

Контрольные диски служат для проверки точности вращения шпинделя и опорных шайб, фланцев круглопильных и шипорезных станков. Диск изготовляют достаточно жестким с параллельными плоскостями, которые используют при измерении торцового биения индикатором. Диск крепят на шпинделе вместо режущего инструмента и производят проверку при проворачивании шпинделя вручную.

Линейки, складные метры и рулетки. Пределы измерения жестких линеек от 100 до 1000 мм, упругих – от 150 до 5000 мм. Интервал делений линеек равен 1 или 0,5 мм. Торцовая грань линеек совпадает с нулевым штрихом.

Штангенциркуль служит для измерения линейных размеров деталей. У него две штриховые шкалы – основная и дополнительная (нониус). Нулевой штрих нониуса указывает целое число миллиметров. Номер штриха, совпадающий со штрихом основной шкалы, указывает число десятых долей миллиметра. Интервал между штрихами основной шкалы – 1 или 0,5 мм. Допускаемые погрешности штангенциркуля принимаются равными величинам отсчетов по нониусу.

Микрометр. Цена деления шкалы – 0,01 мм. Прибор снабжен скобой с измерительной пяткой, стеблем, микрометрическим винтом и барабаном. Торцовая поверхность винта, обращенная к пятке, является измерительной. Трещотка предназначена для обеспечения постоянства измерительного усилия. Для отсчета числа оборотов винта служит продольная шкала, которая нанесена на стебле с интервалом деления 0 5 мм, равным расстоянию между двумя соседними штрихами, из которых один расположен сверху, а другой снизу. Сотые доли миллиметра отсчитывают по круговой шкале барабана. Указателем служит продольный штрих проведенный на стебле.

Угломер используют для измерения величины углов наклона смежных поверхностей. Угломеры бывают с нониусом и оптические. Угломер с нониусом позволяет измерять наружные углы от О до 180° и внутренние от 40 до 180° с погрешностью не более +5°.

Для измерения угловых параметров режущей части инструментов применяют оптические угломеры. Они снабжены лупой.

Индикаторный глубиномер предназначен для измерения глубины рисок, вырывов, волн и других микронеровностей высотой 800-1600 мкм. В колодке глубиномера укреплен индикатор, снабженный ощупывающим наконечником с шаровым сегментом. В свободном состоянии наконечник выступает на 2-5 мм над опорной поверхностью колодки. Прибор устанавливают на контрольную плоскую плиту и настраивают индикатор, совмещая стрелку с нулевым делением шкалы. При контроле прибор устанавливают на измеряемую поверхность так, чтобы его наконечник касался дна впадины. Высоту неровности отсчитывают по шкале.

Микроскоп используют для измерения неровностей разрушения и упругого восстановления в диапазоне 100-800 мкм, а также 800-1600 мкм. К измеряемой поверхности подводят нож с прямолинейным лезвием, которое освещают пучком параллельных лучей света. Возникающие тени от неровности наблюдают в микроскоп и измеряют с помощью окуляра-микрометра.

Образцы сравнения (эталоны) используют в цехах на рабочих местах. Изготовляют их из того же материала, что и обрабатываемую деталь, и аттестуют с помощью микроскопов.

При массовом производстве для контроля размеров деталей применяют также калибры. Калибры бывают следующих видов:

калибры-пробки – для контроля диаметра высверливаемых отверстий;

калибры-скобы – для контроля длины, ширины и толщины изделий, расстояний между заплечиками зашипованных деталей;

калибры-нутромеры – для контроля внутренних размеров продолговатых гнезд и проушин;

калибры-глубиномеры – для контроля глубины пазов, высоты заплечиков, ширины четвертей и т. п.;

комбинированные – для контроля толщины шипов и высоты заплечиков. Применение калибра снижает затраты времени на измерение детали.

Рис. Контроль размеров деталей предельными калибрами:

а – пробкой, б – скобой, в – уступомером, А1 – наименьший предельный размер, А2 – наибольший предельный размер

Рис. Приемы пользования предельными калибрами:

а – скобой, б – скобой большого размера, в – пробкой, г – уступомером

Предельные калибры маркируют надписями с обеих сторон с обозначением номинального размера, основного отклонения и номера соответствующего квалитета. Проходную и непроходную стороны калибра маркируют буквами ПР (проходная) и НЕ (непроходная). Размер одной стороны соответствует наименьшему, а другой – наибольшему предельному размеру контролируемой детали. У калибров, предназначенных для измерения глубины и высоты уступов, заплечиков и пазов, обозначение другое: Б – большая сторона, М – меньшая.

Калибры хранят в сухом вентилируемом и отапливаемом помещении в закрытых шкафах или на специальных стеллажах, защищенных от пыли. Металлические калибры повышенной точности хранят в деревянных футлярах, оклеенных внутри сукном.

Есть правила использования калибров: измерительные поверхности калибров должны быть чистыми; нельзя использовать калибры для выполнения других работ. Калибрами не пользуются, если температура и влажность древесины или помещения превышают эксплуатационные.Износ рабочих калибров проверяют эталонными контрольными калибрами и концевыми мерами длины 1 раз в месяц.

Электроизмерительные приборы используют для измерения электрических величин. По показаниям амперметра судят о степени загрузки электродвигателя станка, а также о превышении допустимых припусков на обработку или затуплении режущего инструмента.