Український журнал лісівництва та деревинознавства

МОБІЛЬНА ТЕХНОЛОГІЯ ТЕРМІЧНОГО МОДИФІКУВАННЯ ДЕРЕВИНИ

Олександра Горбачова, Юрій Володимирович Цапко, Сергій Мазурчук, Олексій Юрійович Цапко
Завантажити статтю
Анотація

Деревина як конструкційний матеріал має ряд недоліків, до яких відносяться малий термін служби, відносно низька формостійкість, значні об’ємні деформації під впливом вологи, виражена анізотропія та водопоглинання. Термомодифікування дещо покращує фізико-механічні властивості, але постає проблема зміни поверхневих характеристик, зокрема адгезії. З метою визначення технологічних характеристик термічно модифікованої деревини та розроблення можливих заходів покращення технології нанесення захисних покриттів визначено поверхневу енергію та межу міцності на стиск вздовж волокон. Застосовано комплексний підхід для аналізу стану поверхні термічно модифікованої деревини через вивчення поверхневих енергетичних характеристик на основі методу Фоукса, який враховує дисперсійні, водневі та диполь-дипольні взаємодії на міжфазній границі «тверде тіло-рідина». За крайовим кутом змочування встановлено, що процес термічного модифікування деревини сприяє збільшенню стійкості її поверхні до змочування за рахунок зменшення полярності в 1,68 рази із збільшенням тривалості модифікування до 30 хв. При цьому вільна енергія поверхні для зразків модифікованих за 300 °С упродовж 5 хв. становить 64,5 мДж/м2, упродовж 30 хв. – 24,1 мДж/м2. Щодо стійкості на стиск – термічне модифікування знижує межу міцності у 1,46 рази. Так, за температури 300 ºС і часу 5 хв. та 15 хв. показник залишається на рівні звичайної деревини – 42 МПа. Оброблення упродовж 30 хв. зменшує межу міцності до 29 МПа, деревина втрачає пластичність. Отримані результати дають можливість ефективно підібрати стабільні покриття для такої деревини для якісної обробки поверхні лакофарбовими матеріалами. Знаючи момент часу, з якого починається зменшення межі міцності, ведення процесу термічного модифікування стає більш контрольованим і дає можливість передбачити характеристики майбутнього матеріалу

Ключові слова

деревинний матеріал, технологічні параметри, процес термічного модифікування, кут змочування, вільна поверхнева енергія, стиск вздовж волокон, межа міцності, крихкість

ЦИТУВАТИ
Horbachova, O., Tsapko, Yu., Mazurchuk, S., & Tsapko, O. (2022). Mobile technology of thermal modification of wood. Ukrainian Journal of Forest and Wood Science, 13(3), 22-31. https://doi.org/10.31548/forest.13(3).2022.22-31
Використані джерела

[1] Zelinka, S.L., Altgen, M., Emmerich, L., & Guigo, N. (2022). Review of wood modification and wood functionalization technologies. Forests, 13(7), article number 1004. doi: 10.3390/f13071004.

[2] Klébert, S., Mohai, M., & Csiszár, E. (2022). Can plasma surface treatment replace traditional wood modification methods? Coatings, 12(4), article number 487. doi: 10.3390/coatings12040487.

[3] Khademibami, L., & Bobadilha, G.S. (2022). Recent developments studies on wood protection research in academia: A review. Frontiers in Forests and Global Change, 5, article number 793177. doi: 10.3389/ffgc.2022.793177.

[4] Godinho, D., Araújo, S.O., Quilhó, T., Diamantino, T., & Gominho, J. (2021). Thermally modified wood exposed to different weathering conditions: A review. Forests, 12(10), article number 1400. doi: 10.3390/f12101400.

[5] Mukhametzyanov, S.,  Khasanshin, R.,  Safin, R.,  Shaikhutdinova, A., & Safiullina, A. (2021). Modification of the surface of thermally modified wood with ozone when creating glued structures. E3S Web of Conferences, 274, article number 04014. doi: 10.1051/e3sconf/202127404014.

[6] Hill, C.,  Altgen, M., & Rautkari, L. (2021). Thermal modification of wood – a review: Chemical changes and hygroscopicity. Journal of Materials Science, 56(11), 6581-6614. doi: 10.1007/s10853-020-05722-z.

[7] Spear, M.J., Curling, S.F., Dimitriou, A., & Ormondroyd, G.A. (2021). Review of functional treatments for modified wood. Coatings, 11, article number 327. doi: 10.3390/coatings11030327.

[8] Paes, J.B., Brocco, V.F., Loiola, P.L., Silva, M.R., & Juizo, C.G.F. (2021). Effect of thermal modification on decay resistance of Corymbia Citriodora and Pinus Taeda wood. Journal of Tropical Forest Science, 33(2), 185-190. doi: 10.26525/jtfs2021.33.2.185.

[9] Wu, Y.,  Wu, X.,  Yang, F.,  Feng, X., & Zhang, J. (2020). Effect of thermal modification on the nano-mechanical properties of the wood cell wall and waterborne polyacrylic coating. Forests, 11(12), article number 1247. doi: 10.3390/f11121247.

[10] Meija, A., Irbe, I., Morozovs, A., & Spulle, U. (2020). Properties of Populus genus veneers thermally modified by two modification methods: Wood treatment technology and vacuum-thermal treatment. Agronomy Research, 18(3), 2138-2147. doi: 10.15159/AR.20.184.

[11] Nhacila, F., Sitoe, E., Uetimane Jr. E., Manhica, A., Egas, A., & Möttönen, V. (2020). Effects of thermal modification on physical and mechanical properties of Mozambican Brachystegia spiciformis and Julbernardia globiflora wood. European Journal of Wood and Wood Products, 78(2), 871-878. doi: 10.1007/s00107-020-01576-z.

[12] Chu, D., Hasanagić, R., Hodžić, A., Kržišnik, D., Hodžić, D., Bahmani, M., Petrič, M., & Humar, M. (2022). Application of temperature and process duration as a method for predicting the mechanical properties of thermally modified timber. Forests, 13(2), article number 217. doi: 10.3390/f13020217.

[13] Bytner, O., Drożdżek, M., Laskowska, A., & Zawadzki, J. (2022). Temperature, time, and interactions between them in relation to colour parameters of black poplar (Populus nigra L.) thermally modified in nitrogen atmosphere. Materials, 15(3), article number 824. doi: 10.3390/ma15030824.

[14] He, Z., Qi, Ya., Zhang, G., Zhao, Yu., Dai, Yo., Liu, B., Lian, Ch., Dong, X., & Li, Yo. (2022). Mechanical properties and dimensional stability of poplar wood modified by pre-compression and post-vacuum-thermo treatments. Polymers, 14(8), article number 1571. doi: 10.3390/polym14081571.

[15] Kúdela, J., Lagaňa, R., Andor, T., & Csiha, C. (2020). Variations in beech wood surface performance associated with prolonged heat treatment at 200 °C. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 62(1), 5-17. doi: 10.17423/afx.2020.62.1.01.

[16] Rekiel, E., Zdziennicka, A., & Jańczuk, B. (2021). Mutual influence of ethanol and surfactin on their wetting and adhesion properties. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 627, article number 127161.

[17] Traciak, J., Fal, J., & Żyła, G. (2021). 3D printed measuring device for the determination the surface tension of nanofluids. Applied Surface Science, 561, article number 149878. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.149878.

[18] ISO 13061-3:2014 Physical and mechanical properties of wood. Test methods for small clear wood specimens. Part 3: Determination of ultimate strength in static bending. (2014). Retrieved from https://www.iso.org/standard/60065.html.

[19] Tsapko, Yu., Horbachova, O., Mazurchuk, S., & Bondarenko, O. (2022). Specific aspects of the study of the surface properties of plywood. Materials Science Forum, 1066, 175-182. doi: 10.4028/p-b15jpx.

[20] Tsapko, Yu., Horbachova, O., Tsapko, А., Mazurchuk, S., Zavialov, D., & Buiskykh, N. (2021). Establishing regularities in the propagation of phase transformation front during timber thermal modification. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1/10(109), 30-36. doi: 10.15587/1729-4061.2021. 225310.