книги из ГПНТБ / Бокщанин Ю.Р. Обработка и применение древесины лиственницы

Древесина лиственницы камчатской по основным физико-меха­ ническим характеристикам может быть без ограничения допущена наравне с сосной, елью, пихтой во всех ответственных конструк­ циях, если увеличение веса деталей и изделий на 15—20% по сравнению с деталями и изделиями из сосны допустимо.

Рассмотрим возможность использования древесины листвен­ ницы камчатской с учетом снижения размеров деталей. Для этого полученные результаты по двум основным видам нагрузки — статическому изгибу и скалыванию вдоль волокон — приведем к соответствующей плотности древесины. Они будут соответственно равны 1277 и 116. Сравнив полученные показатели и показатели, приведенные в табл. 19, можно сделать следующие выводы: дре­ весина лиственницы даурской и сибирской, как и древесина сосны и дуба, в сравнении с древесиной лиственницы камчатской при

прочностных показателей с учетом плотности показывает, что ис­ пользование лиственницы камчатской с пропорциональным умень­ шением размеров деталей возможно не во всех случаях и в кон­ кретных условиях требует предварительных специальных рас­ четов.

Лиственница камчатская имеет большие коэффициенты усушки, чем лиственница даурская и сибирская, как в тангенциальном, так и в радиальном направлениях, разность между тангенциальной и радиальной усушкой у всех видов лиственницы одинакова и со­ ставляет 0,19.

Увеличенные размеры усушки даже в сравнении с древесиной лиственницы других видов требуют дополнительных исследо­ ваний.

До их проведения следует использовать имеющиеся рекоменда­ ции и учитывать, что лиственница требует мягких режимов сушки и, если при сушке внутренние напряжения не сняты, заготовки и детали из такой древесины имеют тенденцию к короблению или растрескиванию. Влияние усушки на стабильность формы пилопродукции из лиственницы требует тщательного соблюдения режимов и ведения процесса сушки только в камерах, обеспечивающих вы­ сокую равномерность сушки по длине и сечению штабеля.

Способности древесины камчатской лиственницы удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы, скобы и т. д.) была проверена автором специальными экспериментальными рабо­ тами.

Лиственница камчатская так же, как и сибирская, удерживает гвозди диаметром 1,4—2,0 мм лучше, чем сосна. Прочность удер­ живания гвоздей диаметрами 1,4; 1,6 и 1,8 мм в радиальной плос­ кости у лиственницы камчатской ниже, чем у сибирской. Сопротив­ ление выдергиванию гвоздей разных размеров из лиственничных образцов в большинстве случаев увеличивается при предваритель­ ной засверловке и правильном соблюдении размеров высверли­ ваемых отверстий.

50

Исследования гвоздимости показали также, что прочность гвоздевых соединений возрастает с увеличением диаметров гвоз­

на Камчатке, показала высокие прочностные характеристики этой древесной породы. Выявлены повышенная усушка древесины при изменении влажности и несколько меньшие в сравнении с лист­ венницей других видов коэффициенты качества. Разработаны и утверждены для использования на деревообрабатывающих пред­ приятиях Камчатки инструктивные материалы по обработке этой древесной породы [16].

По данным Тихомирова Б. Н. [76], внешний вид и биологиче­ ские особенности лиственницы, произрастающей на Камчатке, по­ зволяют отнести ее к виду лиственницы даурской. Однако отдель­ ные физико-механические характеристики, как показано выше,

Данные по объему коры в составе сырья по породам приводит академик Анучин Н. П. [3]. Если за 100% взять выход сортимен­ тов в коре, объем древесины многих пород без коры будет состав­ лять 89—91%. Это ель, кедр, пихта, бук, клен, ильм, ясень. Объем древесины в сосновых сортиментах несколько меньше и состав­ ляет 87%.

Объем древесины в лиственничных сортиментах составляет только 77%. Это значит, что кора на лиственничных сортиментах занимает вдвое больший объем, чем на многих распространенных древесных породах.

По исследованиям Шиффеля [69],. кора стволов лиственницы Сукачева в среднем составляет 22% от их объема. Для сибирской лиственницы в возрасте свыше 100 лет удельный вес коры в общей массе составляет 20—22%. У даурской лиственницы доля коры достигает 23—37% от общего объема ствола.

Рассмотрим данные исследований лиственничной коры. Тихомиров Б. Н. [77] на материале обследования 6333 стволов

определил следующие средние толщины коры лиственницы на вы­ соте 1,3 м для деревьев разных ступеней толщины:

Средний процент коры в общей массе и колебания его в ком­ левой части ствола, по середине его длины и в вершине для ряда районов Сибири приведены в табл. 33.

Т а б л и ц а 33

Полученные средние данные по оценке авторов достаточно на­ дежны, так как показатель точности во всех случаях не превышал

Комлевые бревна крупных диаметров могут иметь слой коры толщиной 30—50 мм (вблизи от комля даже 50—75 мм и более).

Если учесть приведенные в начале раздела данные Н. П. Аиучина и данные других исследований, можно констатировать сле­ дующее: если принять в соответствии с существующими методами учета древесного сырья деловые круглые сортименты без коры за 100%, ресурсы лиственничной коры составят до 30%) от объема

органического сырья. Кора пока не находит сбыта и потребления. Она увеличивает вес и объем бревен, площадь складских поме­ щений, усложняет распиловку бревен, загрузку транспортных средств для удаления отходов. Все это, вместе взятое, значительно

Одной из первых задач, которые должны быть решены в тех­ нологии переработки лиственничного сырья, является окорка бре­ вен. Перед распиловкой лиственничное пиловочное сырье, как и сырье других пород, должно быть окорено. Это позволит распи­ ливать бревна на более высоких посылках, улучшить обзор поро­ ков на их поверхности, позволит отходы лесопиления использовать на технологическую щепу.

52

Трудности окорки лиственничного сырья на имеющемся в про­ мышленности оборудовании заключаются в большом количестве коры на поверхности бревен и в особенности окорки в зимний период.

Трудности окорки сырья всех пород при отрицательных темпе­ ратурах в настоящее время общеизвестны. Поэтому целесообразно знать, значительна ли разница показателей прочности на скалыва­

прочности подчиняется прямолинейной зависимости. Предел проч­

же данным при температурах в диапазоне от 0 до —30° С значи­ тельно выше. Так, предел прочности древесины на скалывание поперек волокон при —30° С в 5—5,5 раз больше, чем коры. Прочность древесины на перерезание волокон при —15° С больше прочности коры в 3—4 раза.

Полученные данные показывают теоретическую возможность окорки мерзлого пиловочного сырья методом сдвига слоя коры по заболонной древесине, так как разрушение связей коры с древе­ синой будет происходить в основном по камбиальному слою без повреждения древесины. Рекомендации относятся к лиственнич­ ному сырью, не находившемуся длительное время в условиях естественной подсушки, с влажностью заболонной древесины 100—120%.

Практически чистая окорка свежесрубленного лиственничного сырья при отрицательных температурах может быть достигнута на станках роторного типа при следующих параметрах резания и подачи: удельное усилие прижима короснимателя 25—28 кгс/см, коэффициент перекрытия — 3, радиус закругления резца — 1— 1,5 мм,- передний угол короснимателя.— 10°. Эти данные были про­ верены на станках ОК-6.6 в ЦНИИМЭ и ОК-66М на Ангарском лесокомбинате [66].

На Ангарском • лесокомбинате окаривались лиственничные столбы длиной 9—13 м, диаметром 20—24 см при —10-;—35° С. Средняя производительность станка составила 70 м3 в смену при удовлетворительном качестве окорки. Себестоимость окорки по лесокомбинату составляет 0,19—0,21 руб/м3, разница же между стоимостью 1 м3 окоренных и неокоренных столбов составляет 14 руб. (33 р. 20 к. и 46 р. 78 к.).

Если есть бассейны или специальные линии прогрева бревен [15.], во всех случаях наиболее качественную окорку обеспечивает

53

предварительный прогрев бревен на глубину до камбиального слоя, так как окорка мерзлых бревен даже при снижении произ­ водительности окорочных станков ведет к ухудшению чистоты окорки. Разная толщина коры на комлевых, срединных и вершин­ ных бревнах увеличивает потери древесины, снимаемой вместе с корой.

Практически прогрев толстого слоя лиственничной коры тре­ бует больших затрат тепла. Двухстадийная окорка снижает эти затраты. Сначала тупыми коросиимателямн снимается с мерзлого бревна пробковый слой коры. Затем бревно с камбием и тонким слоем коры поступает в бассейн с горячей водой и после оттаива­ ния до заболони вновь проходит окончательную окорку. Такая технология может быть рекомендована в районах с устойчивыми периодами температуры наружного воздуха —30° С и более под­ робно рассматривается ниже.

В летних условиях хорошее качество окорки лиственницы по­ лучается при прижиме короснимателя 15—20 кгс/см2, радиусе за­ кругления рабочей кромки короснимателя также 1 —1,5 мм, перед­ нем угле короснимателя от —20 до —30° и коэффициенте перекрытия 2—3.

Возможно, одним из наиболее радикальных путей окорки дре­ весины лиственницы в будущем окажется использование окороч­

качественной окорки в барабанах от влажности древесины, диа­ метра бревна, скорости вращения окорочного барабана. Данные о естественной влажности коры и древесины лиственницы в брев­

зволило отработать режимы чистой окорки бревен. Данные при­ ведены на рис. 5.

54

Время, мин

Рис. 6. Зависимость чистоты окорки от продолжительности окорки (обозначения см. на рис. 5)

банов достигается чистая окорка лиственничного сырья всех ви­ дов и размеров. Однако повышение чистоты окорки в барабанах всегда связано с некоторым увеличением потерь древесины.

55

Физико-механические свойства коры лиственницы в сравнении

Средняя плотность коры растущих деревьев, замеренная в ряде районов Восточной Сибири, значительно колеблется. Это объясня­ ется различной толщиной коры, неодинаковым соотношением пробковой и лубяной частей, влажностью среды во время прове­ дения исследования. Вверх по стволу плотность коры во всех слу­ чаях сильно увеличивается из-за увеличения доли лубяной части. Средние показатели плотности коры в комлевой части составляют

ляционные листовые материалы. Технологические решения этой проблемы подсказываются работами А. И. Калниньша [32] и опытом СвердНИИПДрев по изготовлению плит со связующим из коры. Так, А. И. Калниньш для получения бейца и теплоизоля­ ционных плит рекомендует измельченную кору лиственницы-

для последующей распиловки на листы необходимых размеров.

носухого материала. Заданные свойства обеспечиваются при соблю­ дении технологических режимов, утвержденных на заводе. Кора

56

При дальнейшей разработке вопросов получения плит из коры лиственницы рекомендуется использовать способ воздействия им­ пульсного разряда электрического тока в жидкости, в которой на­ ходится измельченная кора лиственницы. Под воздействием импульсного разряда частицы коры активно разрушаются [59]. Одновременно с механическим разрушением частиц (с потерей связи между волокнами) происходит их распушка, т. е. увеличи­ вается пористость. Теплопроводность коры, разрушенной таким путем, на 30% ниже, чем у коры, разрушенной резанием. Прессо­ вание плит из коры, прошедшей подобную обработку, улучшает переплетение волокон и увеличивает прочность листовых или дру­ гих материалов.

Органический и минеральный составы коры лиственницы си­ бирской в сравнении с составом коры сосны и ели приведены в табл. 36.

Химический состав коры лиственницы в процентах к весу аб­ солютно-сухого вещества, приведенный в табл. 36, значительно отличается от состава коры других распространенных хвойных пород. Кора лиственницы содержит значительно больше целлю­ лозы и экстрактивных веществ, чем кора ели и сосны. Содержание лигнина в коре почти такое же, как и в коре сосны, но значи­ тельно больше, чем в коре ели. Зольность коры лиственницы в 1,5—2 раза ниже, чем коры сосны и ели.

Минеральный состав коры лиственницы при 1,79% золы сле­ дующий: I<2 0 + Na2 0 —0,451; MgO — 0,21^-0,20; CaO —0,197;

SiOS— 0,31^-0,3; SOt— 0,26^-0,21; A1 2 0 3 +Fe 2 0 3 — 0,25^0,27.

При проведении опытных варок коры для получения целлюлозы выход составил 10%.

Содержание дубильных веществ в коре лиственницы Сукачева колеблется в пределах 5—10%, лиственницы сибирской—14— 15%, лиственницы даурской— 17%.

57

Переработка коры целесообразна при содержании таннидов не ниже 7%, поэтому кора лиственницы является ценным дубильным сырьем и вполне обоснованно допущена наравне с еловой корой для переработки на дубильные экстракты. Кроме того, кора мо­ жет служить источником получения целлюлозы.

О Б Р А Б О Т КА Д Р Е В Е С И Н Ы Л И С Т В Е Н Н И Ц Ы

СЫРЬЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Выход деловой древесины лиственницы зависит от условий ее произрастания, возраста, степени повреждения пожарами и гние­ нием и других пороков.

В лиственничных лесах южных районов Сибири и Дальнего Востока выход деловой древесины составляет 70—75% общего запаса, причем преобладают крупномерные сортименты.

Наибольший процент деловых стволов, из которых могут быть получены основные сортименты, достигает 95%; в основном это деревья в возрасте 100—140 лет. С увеличением возраста коли­ чество деловых стволов уменьшается и в 180—200 лет для основ­ ной части деревьев не превышает 80%.

Длина деловой части стволов в насаждениях даже средней производительности достигает 20 м. Основную часть деловой дре­ весины в южных и центральных районах Сибири составляет пило­ вочник, объем которого от всей деловой древесины колеблется от 55 до 90%.

Процент фаутных деревьев в южных районах Сибири колеб­ лется от 1 до 50. В северных районах в ряде случаев он еще больше.

Выход деловой древесины значительно снижается пз-за гнилей и повреждений пожарами. Наиболее распространены комлевые гнили, которые в отдельных насаждениях поражают до 70—75% деревьев. Средняя длина этих гнилей по высоте ствола невелика и составляет около 2 м, но они вызывают потери деловой древе­ сины из наиболее ценной комлевой части стволов.

Стволовые гнили встречаются реже, но повреждение ими ство­ лов большее, так как эти гнили обычно поражают ядровую древе­

дит редко, но повреждения комлевой части в виде выгоров наблю­ даются иногда у большинства стволов.

На качество деловой древесины оказывают также влияние сучковатость, наклон волокон, метики, смоляные кармашки и закомелистость.

Сучки — распространенный порок в растущем дереве, в брев­ нах, досках, деревянных деталях и изделиях. Особенно они рас­ пространены в досках, полученных из верхней и средней частей

58

ствола всех хвойных пород. Однако следует обратить внимание на выгодное процентное соотношение отдельных частей лиственнич­

а объем ветвей —лишь 6—8%. Следовательно, сучковатость лист­ венницы меньше по сравнению с сучковатостью сосны, не говоря о такой хвойной породе, как ель или пихта.

Высоко очищенные от сучьев стволы лиственницы в насажде­ ниях отличаются прямизной и могут дать значительный выход высококачественных круглых сортиментов. Однако при раскря­ жевке и тщательном осмотре бревен выявляются скрытые внут­ ренние пороки, которые часто значительно снижают выход дело­ вых сортиментов. Анализ данных по распространению и встречае­

Исследования проводились в Восточной Сибири, в районе со­ средоточения наиболее богатых лесных массивов с преобладанием

р о й — 7 3 % .

По длинам пиловочное сырье вырабатывается не всех стандарт­ ных размеров. В табл. 38 приведены данные о распределении бревен по длинам. Наиболее часто пиловочное сырье вырабаты­

Сибири, однако на отдельных предприятиях сырье имеет более высокие средние диаметры. Анализ имеющихся данных показы­ вает, что высокий средний диаметр пиловочных бревен не соот­ ветствует характеристике лесов этих районов. Объясняется это тем,, что лесозаготовительные предприятия значительный объем тонкомерной части хлыстов (вершины) не используют в качестве пиловочного сырья.

59