Способ модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций

(51) 44 1/24 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ процессам модификации и упрочнения деревянных конструкций или элементов. Задачей способа модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций является интенсификация процесса и снижение производственных издержек. Для этого в способе,включающем подготовку конструкции по геометрическим параметрам и форме, влажности,температуре и высокочастотному деформирующему воздействию, которое осуществляется посредством наборов металлических стержневых элементов на поверхность с нанесенным на не защитнодекоративным составом. Технический результат изобретения заключается в улучшении качества деревянных изделий,упрощении и удешевлении технологического процесса и создания новых декоративных возможностей.(72) Унасбеков Берикбай АкибаевичСиваченко Леонид АлександровичСиваченко Татьяна Леонидовна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ И УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ(57) Предлагаемое изобретение относится к деревообработке, в частности к технологическим Предлагаемое изобретение относится к деревообработке, в частности к технологическим процессам модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций или элементов для улучшения и видоизменения физикомеханических и декоративных свойств древесного материала, что может быть использовано при изготовлении мебельных и строительных заготовок,отделочных или поделочных изделий, комплексной обработки строительных конструкций, например,деревянных полов и т.д. Известны методы модификации древесины путм прессования деревянных конструкций внешним давлением, величина которого превышает предел прочности при сжатии, а направление прессования перпендикулярно направлению волокон с нарушением структуры клеток и сосудов,а также пропитки древесины различными веществами, например, синтетическими смолами,прежде всего на основе конвективной обработки Рыбьев И.А. Строительное материаловедение /И.А. Рыбьев М. Высшая школа 2002 с.701. с.197-198 Использование приведнных методов, хоть и обеспечивает достаточно высокий технологический результат, но на практике их использование связано с целым рядом значительных затруднений. Вопервых, это технически сложная система операций,требующих дорогостоящего оборудования, оснастки и энергоресурсы. При этом нагружению подвергается весь объм деревянных заготовок, где трудно обеспечить глубинное и концентрированное приложение механических воздействий. Во-вторых,введение модифицирующих составов происходит независимо от механического нагружения, что не обеспечивает одновременное действие этих факторов и характеризуется длительным периодом обработки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ модификации поверхностей древесной заготовки, заключающийся в подготовке древесной заготовки по геометрическим параметрам и форме, пропитки ее волокнообразующим составам,последующее обезвоживание заготовки, термопрессование в пресс- форме, одна из матриц которой имеет рельефное изображение, причем перед пропиткой заготовки на ее тыльной поверхности,противолежащей модификации, на площади, равной площади термопрессования, выполняют надрезы - пропилы,имеющие глубину менее высоты заготовки на величину превышающую глубину ее термопрессования. При этом древесную заготовку возможно после пропитки протягивать через деформирующие валки, а на ее модифицированной поверхности после шлифования выполняется текстурная накатка Патент Российской Федерации 2368510 Способ модификации поверхностей древесной заготовки авт. Крапухин Г.А. Опубликовано 27.09.2002. При реализации изобретения благодаря заявляемым технологическим режимам и приемам по осуществлению способа модификации 2 поверхности древесной заготовки видоизменяются физико - механические и декоративные свойства древесины с одновременным уменьшением явлений релаксации и разрыва волокон древесины, и трещинообразования на модифицированной поверхности древесной заготовки вне зависимости от используемой для ее изготовления породы и ориентации волокон в древесном материале. Названные обстоятельства объясняются тем, что наличие надрезов - пропилов с тыльной стороны модифицируемой поверхности древесной заготовки при указанной в изобретении их ориентации относительно волокон древесины в заготовке, а также предлагаемые по изобретению режимы пропитки, термопрессования и последующей технологической выдержки приводят к значительному снижению хрупкости волокон, к улучшению их эластичности, к увеличению объема открытых зон в волокнах древесины для выхода пара, образующегося в них при термопрессовании. В результате описанных выше технологических приемов и режимов модифицированный древесный образец имеет высокую плотность, значительно превышающую по своей величине плотность исходного древесного образца, а структура древесной заготовки обладает антисептическими свойствами. Критически анализируя эффективность данного способа следует отметить целый ряд существенных недостатков,которые не позволяют его рассматривать как перспективное новшество для широкого практического использования. Во первых, это очень сложная и технически насыщенная технология, требующая значительных финансовых и трудовых затрат,высокой квалификации персонала при высокой энергоемкости на получение конечного продукта. Во - вторых, что, пожалуй, особенно важно,качество готовых изделий существенно снижается. Это обусловлено выполнением на тыльной стороне заготовок весьма глубоких надрезов-пропилов,которые снижают их механическую прочность и создают дополнительную поверхность, которая при длительной эксплуатации не может в полной мере противостоять вредным внешним воздействиям влаге, плесени, насекомым, гниению, а также образованию трещин различного рода и даже разрушением усталостного рода, т.к. надрезы выполняют роль концентраторов напряжений, что совмещнное с дефектами древесины только усиливает эти негативные явления. Выводом из перечисленных замечаний является поиск таких технологий модификации и упрочнения деревянных конструкций и заготовок, которые позволяют использовать современные достижения в методах обработки материалов. В качестве технической идеи считаем возможным решать поставленные проблемы путем использования интенсивных локально приложенных высокочастотных механических воздействий на поверхность древесины, которая предварительно покрыта слоем защитно-декоративного состава. Таким образом получается механически упрочненный и уплотннный защитнодекоративный слой на поверхности изделия. Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса упрочнения и модификации деревянных конструкций и заготовок и уменьшение производственных затрат на его проведение. Поставленная задача реализуются тем, что в способе модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций, включающем подготовку этой конструкции по геометрическим параметрам,форме,влажности и температуре,и деформирующему воздействию,согласно изобретению, по меньшей мере, одну из поверхностей,преимущественно фронтальную подвергают механическому упрочнению посредством наборов металлических стержневых элементов диаметром от 2 до 30 мм,воздействующих на деревянную поверхность с частотой от 3 до 200 Гц и создаваемым удельном давлении на их торцевой поверхности от 10 до 1000 кг/см 2. В вариантах реализации способа предусмотрено, что обработке подвергаются и другие поверхности деревянных конструкций,причем перед упрочняющей обработкой на них наносится защитно-декоративный состав. Важным условием реализации способа является механическая обработка поверхности по свеженанеснному защитно-декоративному составу до его отверждения. Использование метода локального механического воздействия с целью упрочнения поверхностей деревянных конструкций позволяет не только активизировать обработку, но и производить изменение структуры материала на большую глубину т.к. контактные напряжения при этом будут максимальны, что очень выгодно. Вместе с тем, множественность таких актов приложения внешних сил, в том числе на каждую единичную поверхность, делает возможным осуществлять по сути своеобразный наклп поверхностного слоя, повышая его плотность и тврдость. Важнейшей составляющей способа является тот факт, что его реализация базируется на базовых закономерностях физико-химической механики,приложением которой является тот факт, что перед упрочняющей обработкой на поверхности деревянных заготовок или конструкций наносится защитно-декоративный состав различного типа,например, масло каменноугольное креозотовое или антраценовое, кремнийорганические соединения,силиконы, поливинилацетатные краски и т.д. Особенность и уникальность такого технологического подхода заключается в том, что жидкотекучая композиция в момент приложения ударных нагрузок на поверхность древесины выполняет диспергирующие функции, проникает между волокон и их расклинивает. При этом наносимый состав претерпевает изменения, его частицы или агрегаты становятся меньше, а проникают они в глубь древесной матрицы значительно глубже, чем при традиционном механическом прессовании. Иными словами, в этом процессе соединяются естественным образом два явлением - собственно упрочнение и внедрение защитно-декоративного состава в структуру поверхностного слоя. Покрытие такого рода является более прочным и долговечным. Обработка различных поверхностей деревянных конструкций, например, лицевой и тыльной сторон половой доски, имеет своей целью улучшить защиту изделий применительно к различным условиям эксплуатации. Упрочнение деревянной поверхности по свежеуложенному защитно-декоративному составу связано с оптимизаций технологического процесса и возможностью использования потенциала всех физико-механических свойств древесины. Идеология такого подхода состоит в возможности замены обработки всего массива на эквивалентную соответствующую обработку только поверхностного слоя,что технически и экономически более выгодно. Параметры и режимы работы элементов упрочняющей головки, как основного инструмента,выбраны исходя из условий практической реализации процесса механохимической обработки деревянных поверхностей. Так размер стержней, т.е. их диаметр зависит от типа обрабатываемой древесины, е твердости и ряда других факторов,причем уменьшение диаметров стержней менее 2 мм разрушает структуру образца, а более 30 мм резко снижает контактные напряжения и замедляет эффект упрочнения. Частота колебаний стержневой системы, как рабочего инструмента, определяется свойствами породы древесины и зависит также от характеристик приводных механизмов, например,дебалансных вибраторов. Представленная совокупность отличительных признаков показывает их причинно-следственную связь с технической основой реализации и достигаемым положительным эффектом от использования в реальных условиях. Представленный анализ известного уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемый способ модификации и упрочнения древесины не следует явным образом из него, существенно отличается от данного уровня техники,а совокупность технологических примов и режимов их осуществления, в соответствии с изобретением,обеспечивает достижение поставленного технического результата интенсификации процесса и уменьшение производственных издержек, что свидетельствует о соответствии предлагаемого способа критериям изобретения новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость. Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлен базовый вариант реализации способа, где изображены под позицией 1 металлические стержни, под позицией 2- деревянная заготовка, 3 - обрабатываемая поверхность. Механизм обработки поверхности 3 заготовки 2 заключается в том, что стержни 1 совершают многочастотные воздействия своими 3 торцевыми поверхностями на поверхность заготовки с нанеснным на не защитнодекоративным составом и производят упрочнение и модификацию. При этом рабочий торец стержневых элементов должен быть с закругленными кромками,что предотвращает разрушение волокон древесины. Пример реализации способа На лицевую поверхность сосновой половой доски размерами сечения 45120 мм наносится защитно-декоративный состав - лак по дереву ПФ 157 глянцевый алкидный, изготовленный по ТУ 2311-033-49404743-2007 РФ с укрывистостью 150 г/м 2. Обработка поверхности производится через 15 минут после нанесения состава металлическими стержнями диаметром 5 мм при частоте воздействий 48 Гц и создаваемом удельном давлении 50 кг/см 2 при приведнном коэффициенте воздействия на единицу поверхности 150 раз. Под приведнным коэффициентом К воздействия следует понимать показатель, определяемый по выражению где К - приведенный коэффициент воздействия- радиус единичного стержня- количество работающих стержней- частота колебаний упрочняющего органа- площадь обработанной поверхности В результате проведнной обработки и высыхания поверхности через 24 часа получается высококачественное упрочненное и модифицированное покрытие, полученное при незначительных затратах энергии и труда. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными способами позволяет получать упрочннный и модифицированный слой на деревянных поверхностях в заводских условиях производства пиломатериалов,в условиях строительства, например, для смонтированного деревянного пола и в ремонтных или специальных целях. Следует также заметить, что по желанию потребителя стержневая обработка поверхности позволяет выполнять различные контуры и декоративные изменения поверхности деревянных изделий, подобно чеканке по металлу, что может представить определнный художественный интерес. Предлагаемое новшество отличается простотой,удобством в реализации и низкой энергомкостью. Его применение обеспечивает повышенное качество деревянных изделий и характеризуется низкими производственными издержками. На рынке в сфере деревообработки разработанный способ модификации и упрочнения поверхности деревянных конструкций имеет ряд конъюнктурных преимуществ и может рассматриваться как инновационный продукт. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций,включающий подготовку этой конструкции по геометрическим параметрам и форме, влажности и температуре, и деформирующему воздействию,отличающийся тем, что по меньшей мере одну из поверхностей, преимущественно фронтальную,подвергают механическому упрочнению посредством наборов металлических стержневых элементов диаметром от 2 до 30 мм,воздействующих на деревянную поверхность с частотой от 3 до 200 Гц и создаваемом удельном давлении на их торцевой поверхности от 10 до 1000 кг/см 2 2. Способ модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций, по п.1 отличающийся тем,что механическому упрочнению подвергают и другие поверхности, в том числе тыльные. 3. Способ модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций по п.1 отличающийся тем, что перед упрочняющей обработкой на них наносят защитно-декоративный состав. 4. Способ модификации и упрочнения поверхностей деревянных конструкций по п.п.1, 3 отличающийся тем, что упрочняющую обработку производят до отверждения нанесенного защитнодекоративного состава.