Применение лазерной перфорации для повышения декоративных свойств древесины пихты сибирской (Abies sibirica). С. 151–163

УДК

674.048.5

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-5-151-163

Аннотация

Представлены результаты исследования возможности применения лазерной перфорации для повышения декоративных свойств древесины пихты сибирской (Abies sibirica). Древесина пихты имеет относительно низкие физико-механические свойства и невыразительный внешний вид, из-за чего не пользуется высоким спросом. Повышение декоративных свойств пихтовой древесины позволит производить из нее отделочные материалы. Обзор научной литературы установил, что существующие технологии крашения древесины мало подходят для труднопропитываемой древесины пихты. Поэтому с учетом одновременной возможности повышения проницаемости древесины и ее контролируемого окрашивания для формирования текстуры была использована лазерная перфорация древесины. В ходе исследования изучены особенности окрашивания перфорированной лазером древесины пихты в зависимости от режимных параметров пропитки и структуры древесины. Для этого в образцах древесины пихты (165×65×32 мм) при помощи лазера были прожжены каналы диаметром до 0,2 мм и глубиной 15 мм. Затем образцы древесины пропитывались в автоклаве. Режимные параметры пропитки определены в соответствии с планом 2-факторного эксперимента: давление 0,2; 0,5 и 0,8 МПа, продолжительность пропитки 30; 225 и 480 мин. Показано, что при пропитке перфорированной древесины окрашивающий раствор в первую очередь проникает через прожженные лазером каналы и в основном продвигается вдоль волокон. В зависимости от продолжительности пропитки и давления краситель проходит от прожженных каналов вдоль волокон на расстояние от 10,9 до 24,6 мм. Поперек волокон краситель проникает незначительно и суммарно в обе стороны от отверстий окрашенные зоны в зависимости от давления и продолжительности пропитки имеют ширину от 1,3 до 1,7 мм. Установлено, что режимные параметры пропитки значительно влияют на размеры окрашенных зон вдоль волокон и в абсолютных значениях мало влияют на поперечное окрашивание. При пропитке перфорированной древесины большее воздействие на размер окрашенных участков древесины из двух изученных факторов оказывает давление. Практически доказана возможность применения разработанной технологии для формирования искусственной текстуры древесины, в том числе имитирующей ценные породы древесины.

Сведения об авторах

С.Г. Елисеев, канд. техн. наук; ResearcherID: ABF-2131-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7746-0158
В.Н. Ермолин, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: X-9597-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2113-4142
Д.В. Дук*, лаборант; ResearcherID: AIF-4170-2022, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9821-0927
Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнёва, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», д. 31, г. Красноярск, Россия, 660031; vnermolin@yandex.ru, s-555s@yandex.ru, danil211199ler@mail.ru

Ключевые слова

пихта, пихта сибирская, Abies sibirica, древесина, лазер, лазерная перфорация, пропитка, автоклавная пропитка, текстура древесины, крашение, декоративные свойства древесины

Для цитирования

Елисеев С.Г., Ермолин В.Н., Дук Д.В. Применение лазерной перфорации для повышения декоративных свойств древесины пихты сибирской (Abies sibirica) // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 5. С. 151–163. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-5-151-163

Литература

1. А. с. 54011 A1 СССР, МПК B05D 7/06 (1995.01), B27K 5/02 (1995.01). Способ улучшения текстуры древесины: № 693: заявл. 23.02.1937: опубл. 31.10.1938 / Г. Л. Элькишек. 

2. А. с. 164108 A1 СССР, МПК B27K 3/10 (1995.01). Устройство для пропитки срубленной древесины: № 829507/29-14: заявл. 06.04.1963: опубл. 30.07.1964 / С.А. Черненко. 

3. А. с. 1471988 A1 СССР, МПК A01G 7/06 (2006.01). Способ окрашивания древесины на корню: № 4216231: заявл. 09.02.1987: опубл. 15.04.1989 / Е.Ф. Нагорный. 

4. Баракс А.М., Никифоров Ю.Н. Пропитка древесины путем применения наколов. М.: Лесн. пром-сть, 1969. 176 c. 

5. Беляев Е.Ю., Ермолин В.Н., Мелешко А.В., Соколов В.Л. Крашение древесины (обзор) // Химия раст. сырья. 1999. № 2. С. 5–18. 

6. Елисеев С.Г., Ермолин В.Н., Дук Д.В. Повышение декоративных свойств древесины пихты сибирской (Аbies sibirica) // Лесной и химический комплексы–проблемы и решения: сб. материалов по итогам Всерос. науч.-практ. конф., Красноярск, 29 окт. 2021 г. Красноярск, 2022. С. 206–208. 

7. Ермолин В.Н. Основы повышения проницаемости жидкостями древесины хвойных пород: дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 2001. 332 с. 

8. Каргашина Е.В. Исследование влияния красителей на пропитываемость древесины // Науч. вестн. МГГУ. 2010. № 8. С. 38–40. 

9. Клупт Ф.Б., Бродоцкий А.И. Глубокая прокраска древесины в автоклавах. М.; Л.: Гослебумиздат, 1958. 68 с. 

10. Кушнирская М.Ц. Крашение древесины в производстве мебели. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 116 с. 

11. Лукаш А.А. Формирование фактуры с ярко выраженной текстурой на поверхности древесины // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2020. № 58. С. 183–187. 

12. Патент 2014994 С1 РФ, МПК B27K 3/10 (2006.01). Устройство для пропитки под давлением: № 5009582/05: заявл. 23.08.1991: опубл. 30.06.1994 / В.И. Бычин, А.А. Прошкин. 

13. Патент 2375171 С2 РФ, МПК B27K 5/02 (2006.01). Способ окрашивания круглого лесоматериала: № 2007104971/02: заявл. 09.02.2007: опубл. 10.12.2009 / Э. Липшанс, Я. Маковскис. 

14. Патент 2470770 С1 РФ МПК B27K 5/02 (2006.01), B27K 3/08 (2006.01). Способ облагораживания древесины: № 2011128459/13: заявл. 08.07.2011: опубл. 27.12.2012 / В.Л. Соколов, М.А. Баяндин, П.П. Звонарева. 

15. Патент 2726556 С1 РФ МПК B27K 3/02 (2006.01), B27K 5/04 (2006.01). Способ получения древесины с измененной текстурой: № 2019119572: заявл. 21.06.2019: опубл. 14.07.2020, бюл. № 20 / В.А. Шамаев, Д.А. Паринов, И.Н. Медведев, Е.В. Поздняков, А.М. Волганкин. 

16. Патент 2764696 С1 РФ, МПК B27K 3/08 (2006.01). Способ формирования текстуры древесины: № 2021113108: заявл.: 05.05.2021. опубл.: 19.01.2022 / В.Н. Ермолин, С.Г. Елисеев, Д.В. Дук. 

17. Соколов В.Л. Автоклавная технология глубокого крашения древесины хвойных пород: автореф. дис. … канд. техн. наук. Красноярск, 2000. 20 с. 

18. Трубников Н.А. Разработка технологии улучшения текстуры древесины мягких лиственных пород избирательным окрашиванием и прессованием: автореф. дис. … канд. техн. наук. Воронеж, 2009. 16 с. 

19. Трубников Н.А. Анализ декоративных признаков древесины и модельное исследование изменения текстуры древесины // Лесотехн. журн. 2011. № 3(3). С. 31–37. 

20. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение. М.: МГУЛ, 2007. 351 с.

21. Шамаев В.А. Воздействие ультразвукового и импульсного магнитного поля на древесину // Технология и оборудование деревообработки в XXI веке: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГЛТА, 2008. Вып. 4. С 38–44.

22. Шетько С.В., Игнатович Л.В., Гайдук С.С., Чуйков А.С. Применение технологии печати для имитации текстуры ценных пород древесины при производстве мебели // Тр. БГТУ. Сер. 1: Лесн. хоз-во, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2020. № 2(234). С. 217–222. 

23. Dömény J., Koiš V., Dejmal A. Microwave Radiation Effect on Axial Fluid Permeability in False Heartwood of Beech (Fagus sylvatica L.). BioResources, 2014, vol. 9, no. 1, pp. 372–380. https://doi.org/10.15376/biores.9.1.372-380

24. Fukuta S., Nomura M., Ikeda T., Yoshizawa M., Yamasaki M., Sasaki, Y. UV-laser Incisions to Apply Wood-plastic Compositions to Wood Surfaces. Journal of Wood Science, 2018, vol. 64, no. 1, pp. 28–35. https://doi.org/10.2488/jwrs.64.28

25. He S., Lin L., Fu F., Zhou Y., Fan M. Microwave Treatment for Enhancing the Liquid Permeability of Chinese Fir. BioResources, 2014, vol. 9, no. 2, pp. 1924–1938. https://doi.org/10.15376/biores.9.2.1924-1938

26. Hong-Hai L., Qing-Wen W., Lin Y., Tao J., YingChun C.A.I. Modification of Larch Wood by Intensive Microwave Irradiation. Journal of Forestry Research, 2005, vol. 16, no. 3, pp. 237–240. https://doi.org/10.1007/BF02856823

27. Islam M.M., Ando K., Yamauchi H., Kamikawa D., Harada T., Khalil A., Hattori N. Impregnation of Laser Incised Wood of Douglas Fir, and Japanese Cedar by Dipping (Passive Impregnation) in Solutions of Copper Azole (CuAz-B) and a Fire Retardant (PPC). Wood Research, 2013, vol. 68, no. 3, pp. 353–360. https://doi.org/10.1515/hf-2013-0140

28. Islam M.N., Ando K., Yamauchi H., Kobayashi Y., Hattori N. Comparative Study between Full Cell, and Passive Impregnation Method of Wood Preservation for Laser Incised Douglas Fir Lumber. Wood Science and Technology, 2008, vol. 42, no. 4, рр. 343–350. https:// doi.org/10.1007/s00226-007-0168-z

29. Islam N., Ando K., Yamauchi H., Hattori N. Effects of Species and Moisture Content on Penetration of Liquid in Laser Incised Lumber by the Passive Impregnation Method. European Journal of Wood and Wood Products, 2009, vol. 67, no. 2, pp. 129– 133. https://doi.org/10.1007/s00107-008-0292-y

30. Li X.J., Lu K.Y., Lin L.Y., Zhou Y.D., Cai Z.Y., Fu F.Fundamental Characteristics of Microwave Explosion Pretreatment of Wood I. Properties of Temperature Development. Forestry Studies in China, 2010, vol. 12, no. 1, pp. 9–13. https://doi.org/10.1007/s11632-010-0004-7

31. Listyanto T., Ando K., Yamauchi H., Hattori N. Microwave and Steam Injection Drying of CO 2 Laser Incised Sugi Lumber. Journal of Wood Science, 2013, vol. 59, no. 4, pp. 282–289. https://doi.org/10.1007/s10086-013-1331-9

32. Terziev N., Daniel G., Torgovnikov G., Vinden P. Effect of Microwave Treatment on the Wood Structure of Norway Spruce and Radiata Pine. BioResources, 2020, vol. 15, no. 3, pp. 5616–5626. https://doi.org/10.15376/biores.15.3.5616-5626

33. Wang Y., Ando K., Hattori N. Changes in the Anatomy of Surface and Liquid Uptake of Wood after Laser Incising. Wood Science and Technology, 2013, vol. 47, no. 3, pp. 447–455. https://doi.org/10.1007/s00226-012-0497-4