Исследование физико-механических свойств древесины (березы, сосны), пропитанной водорастворимыми полимерами

Древесина представляет собой капиллярно-пористое коллоидное тело
со сложным строением. Модифицирование древесины – это процесс
направленного внесения изменений в её свойства. Одним из основных путей
получения модифицированной древесины является пропитка. На
сегодняшний день применяется ряд эффективных веществ, обеспечивающих
защиту от разрушающих воздействий грибков и микроорганизмов, а также
огнезащиту, понижающих водопоглощение, обеспечивающих стабильные
физико-механические характеристики получаемых изделий.
Древесина легкий и в тоже время прочный материал, хорошо
сопротивляющийся статическим и динамическим нагрузкам. Благодаря
пористой структуре древесина плохо проводит тепло. Она поддается
механической обработке, хорошо склеивается. К своеобразным качествам
древесины относится ее способность удерживать металлические крепления –
гвозди, шурупы, скобы.
В тоже время как строительный материал древесина имеет некоторые
недостатки: неоднородность строения (анизотропность), гигроскопичность,
подвержена поражению грибками, легкая воспламеняемость, большая
изменчивость показателей прочности даже в пределах одной и той же породы
в зависимости от условий роста и наличия тех или иных пороков. Кроме
того, при использовании древесины следует учитывать большую роль лесов в
формировании климатических, водных, ландшафтных и экологических
характеристик местности и то, что площадь их в последнее время
сокращается.
Качество древесины характеризуется строением (количеством
годичных слоёв), наличием пороков, физико-механическими свойствами.
Для оценки качества древесины без учета влияния местных пороков
(сучки, гниль) используют образцы, вырезанные из участков древесины,
лишенных пороков. Размеры и количество образцов для различных
испытаний древесины регламентированы стандартом (ГОСТ 16483.0–83).
Основные испытания древесины: определение числа годичных слоев
и процента поздней древесины (являются основными характеристиками
микроструктуры), определение влажности и плотности, прочности
при различных нагрузках. Для определения указанных свойств древесины
испытывают не менее трех образцов, и результаты испытаний древесины
рассчитывают как среднее арифметическое значение результатов испытаний
отдельных образцов.
Так как свойства древесины зависят от влажности, для получения
сравнимых данных о её физико-механических показателях результаты
испытаний (численные значения свойств) приводят к стандартной
влажности, значение которой установлено равным 12 % как в
международных стандартах ISO, так и в ГОСТах РФ.
Способность древесины впитывать капильно-жидкую влагу (обычно
для характеристики этого используют термин водопоглощение [1])
обусловлена пористой гетерокапиллярной структурой древесинного
материала и гидрофильностью его полисахаридных компонентов, в
частности наличием большого числа гидроксильных групп в макромолекулах
целлюлозы и гемицеллюлоз [2].
Далеко не все лиственные и хвойные древесные породы одинаково
используются в строительстве. Преимущество хвойных пород – в большей их
распространенности, прямизне стволов и лучшем качестве древесины. В
настоящее время использование лиственных пород осины, березы, ольхи,
липы и тополя увеличивается при постройке временных подсобных
помещений, при изготовлении столярных изделий. Древесину названных
лиственных пород разрешается применять для рубленых стен (за
исключением нижних венцов), для опалубки (при бетонных работах) и
подмостей. Широкие возможности использования древесины открываются
при ее модификации полимерными составами, обработке антисептиками и
антипиренами.
Самым эффективным способом, позволяющим сохранять любые
деревянные конструкции, является обработка его специальной пропиткой.
Пропитка дерева бывает глубокой и поверхностной. Применяют такие
составы для внутренних работ, где важно обеспечить поверхностям
эстетичный внешний вид и сохранить природную структуру материала.
Глубокая пропитка обладает большей эффективностью. Подобная
пропитка для дерева обуславливает максимальное проникновение в массив
дерева защитных составов и позволяет равномерно распределять состав по
толще.
Глубокую пропитку дерева производят в промышленных условиях.
Для этого требуются особые автоклавы и ванны, в которых растворы под
высоким давлением внедряется в структуру древесины и полностью
заполняют объем.
Одним из направлений в решении задачи рационального
использования древесины малоценных пород является повышение ее
качества, улучшение свойств пропиткой соответствующими растворами.
Качество объёмной пропитки древесины определяется равномерностью
распределения пропитывающего состава по объёму заготовки.
Целью данной работы является исследование физико-механических
свойств березы и сосны, пропитанной водорастворимыми полимерами.
Задачи исследования:
 Подготовлены образцы из березы и сосны.
 Пропитка образцов растворами полиакрилата натрия,
поливинилового спирта и глиоксаля.
 Экспериментальные исследования по определению физико-
механических характеристик древесины березы и сосны:
определение модуля упругости при статическом изгибе,
определение предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Научная и практическая новизна работы заключается:
В экспериментальных исследованиях физико-механических
свойств образцов из древесины березы и сосны, пропитанных
водорастворимыми полимерами: ПВС, глиоксаль, полиакрилат
натрия.
 В создании возможности использования альтернативного вида
материала для строительства, что не только подразумевает под
собой снижение стоимости строительных работ, но и
«разгрузку» лесного сектора хвойных пород, за счет вырубки
быстрорастущей березы.
Положения, выносимые на защиту:
Результаты физико-механических испытаний древесины, пропитанной
водорастворимыми полимерами: глиоксалем и полиакрилатом натрия с
концентрацией – 5 г/л, ПВС с сконцентрациями – 5 г/л и 15 г/л.
1Аналитический обзор литературы
1.1 Строение древесины