Камера для термообработки древесины своими руками

Большой спрос на строительные и отделочные материалы из древесины связан с чистотой, экологичностью и хорошими качествами дерева. В последние десятилетия активно разрабатывалось другое сырье, которое не подвержено влиянию влажности, деформации, гниения и других дефектов. Однако часто синтетической продукции нахватает полезных свойств древесины, поэтому разработки по поиску новых способов повышения стойкости и качеств естественного материала продолжаются и сейчас. Вершиной упрочнения брусьев, досок и других пиломатериалов является метод термообработки.

Технология термообработки древесины

Впервые способ термообработки дерева появился в Финляндии. Именно жители этой страны обнаружили повышение стойкости материала к атмосферным влияниям в результате термической обработки березы, если, сосны и осины.

Согласно их методике для процесса необходимо провести материал через несколько этапов:

Устранение влаги с волокон лесоматериала за счет сушки в закрытых камерах при температуре от 130 °С до 150 °С.
При высоком давлении с использованием водяного пара продолжается термоупрочнение пиломатериалов при температурах от 200 °С до 240 °С. На данной стадии древесина окрашивается в характерный оттенок.
Снижение температуры с доведением процента содержания в волокнах влаги до уровня не более 4-6%.

В результате проведения такого цикла отделки у лесоматериала получается новая текстура, измененная на молекулярном уровне. Это связано с расщеплением волокон и связи между ними, в результате высокого давления и температуры. Таким образом, поверхность становится менее пористой, она способна противостоять влаге, менее реагировать на деформацию под проливными дождями, не требует дополнительного защитного покрытия. Также термодерево может похвастаться переносом высоких температурных колебаний и скачков влажности в 10-15 раз.

Цвет древесины после такой обработки становится приближенным к оттенку дорогих сортов. Даже с самого простого дешевого куска дерева можно сделать материал, сходный по виду с лиственницей или иными дорогими породами. Изменение структуры повышает противостояние гниению, плесени и заражению насекомыми, что увеличивает срок службы деревянных элементов в среднем в 20 раз по сравнению с природным аналогом.

Описание материала

Древесина, подверженная влиянию высоких температур, изменяет свои свойства и внешний вид и называется термодревесиной.

Термомодификации могут быть подвержены любые породы древесины. Качества, приобретаемые древесиной при высокотемпературной обработке, позволяют использовать этот материал во влажных помещениях, в помещениях с повышенной температурой или с её перепадами.

Технология получения термодревесины в промышленных масштабах была разработана финскими специалистами. Финны используют в интерьерах и для отделки фасадов термообработанную сосну и ель. Термически обработанный березовый пиломатериал идет на изготовление полов. В саунах чаще применяется осина, хотя ель и сосна так же популярны.

Действие пара в сочетании с маслами при высоких температурах меняет цвет древесины по всему объему изделия, ярче проявляется текстура дерева, в итоге обычная доска выглядит дорого и благородно.

В процессе обработки в древесине разлагаются простые сахара, то есть не остается источников питания для бактерий и грибков. Лабораторные испытания показывают, что термодревесина устойчива к гниению и появлению плесени, без какой-либо дополнительной обработки. Кроме того, увеличивается в 15-25 раз срок службы деревянных изделий.

Термодревесина устойчива к повышенной влажности. По этому показателю она приближается к лиственнице. Просачивание воды в результате обработки, уменьшается в 3-5 раз. Такой эффект достигается за счет изменения структуры поверхности. У необработанного дерева верхний слой пористый и впитывает влагу как губка. Тогда как у термодревесины она уплотненная и не пропускает воду.

Преимущества термодревесины

Экологически чистое происхождение.
Пахнет как дерево без сторонних ароматов.
Выдерживает существенные температурные перепады.
Обладает низким процентом усыхания.
Большой эксплуатационный срок.
Качество поверхности очень высокое.
По всему поперечному и продольному сечению материала одинаковый тон, соответствующий внешнему цвету.

В силу значительного разлета температурного режима обработки лесоматериалов, различают следующие классы термодревесины:

Класс 1. Материал с самыми низкими показателями и легкой степенью тонирования, за счет обработки при температурах до 190 °С.
Класс 2. Лесоматериал получает высокую прочность и устойчивость к гниению с более темным цветом, однако хрупкий и менее пластичный из-за обработки при 210 °С.
Класс 3. Самые высококачественные пиломатериалы с высокой устойчивостью к агрессивным воздействиям внешней среды, твердостью и плотностью. Обладают равномерным темным оттенком и благородной текстурой поверхности. Производятся при 240 °С.

Применение термодревесины

Применение термодревесины обусловлено её уникальными характеристиками. Из термодревесины можно выполнить все, что обычно делают из дерева, но прослужит это изделие в разы дольше.

Технология изготовления термодревесины позволяет использовать её в следующих направлениях:

Фасады. Для их монтажа применяется вагонка и блок-хаус. Такой фасад долговечен, ему не нужна дополнительная обработка лаками и пропитками.
В помещениях с высокой влажностью и температурой, например, сауна или баня.
В местах, где просто высокая влажность, например, настил возле бассейна.

Оборудование для термообработки

Существует много производителей оборудования для создания термодерева, которые используют различные технологии для процесса обжига конкретных пород. Самыми популярными брендами считаются:

Vacuum Plus;
Bikos-TMT;
Fromsseier;
Menz-Holz;
Retification;
PLATO;
Thermowood;
Westwood.

Отличия и особенности термокамер

Название технологии/компании	Диапазон рабочих температур	Длительность одного цикла, часов	Страна	Породы дерева
Vacuum Plus	45 для вакуумной сушки, 165-190 для термообработки	3-7 дней	Россия	все, за счет вакуумной сушки
Bikos-TMT	180-220	38-52	Россия	мягкие хвойные, ценные твердолиственные на выходе с неоднородным оттенком
Fromsseier	180-220	2-3 дня	Дания	мягкие хвойные
Menz-Holz	180-230	32-54	Германия	все, благодаря внесению в пар органичных масел
Retification	180-220	40-62	Франция	все, за счет использования азота в паре
PLATO	170-210	5-8 дней	Голландия	береза и хвойные
Thermowood	180-215	45-96	Финляндия	мягкие хвойные
Westwood	220-240	до 48	США	ценные твердолиственные: бук, дуб, ясень

Читать также: Микросхема lm339n и ее применение схема

Камера для термообработки

Оборудование представляет собой плотно закрывающийся резервуар определенного объема, в который загружаются пиломатериалы на специальных подставках. Необходимо обеспечивать возможность доступа пара ко всем поверхностям доски или бруса. В ходе цикла обработки, в зависимости от технологии в камере, материал подвергается сушке при высоких температурах, откачке воздуха или внесению инертного газа, органических масел, обжигу при экстремальных температурах и коррекции влаги.

Читайте также: Как правильно утеплить крышу бревенчатого дома – подробная инструкция

Каждая термокамера должна характеризоваться следующими параметрами:

Уровень безопасности и специфика управления работой устройства.
Допустимый уровень влажности исходного сырья.
Длительность полного цикла (зависит от технологии, породы древесины, способа предварительной обработки пиломатериалов).
Допустимые размеры поперечного сечения бруса, при котором сырье получит однородный окрас по всей толщине.
Энергозатраты и другие требуемые ресурсы для процесса термообработки.
Габаритные размеры и объем рабочей зоны, что позволяет увеличить количество обработки древесины за один цикл.

Термообработка дерева в домашних условиях

Создание термокамеры кустарным методом подразумевает наличие следующих комплектующих:

Плотно закрывающейся емкости, которая не позволит в процессе нагревания попасть внутрь кислороду.
Способа подведения энергии: электрический, газовый или твердотопливный обогрев полости камеры.
Емкости с водой для создания внутри рабочей области нужного уровня влажности.
Инструментов по работе с металлом, электро — и газооборудования.

Принцип действия устройства заключается во внесении в камеру емкости с водой, которая будет испаряться в результате повышения температуры, предотвращая в режиме от 135 ℃ возгорание пиломатериалов. Камера должна обогреваться так, чтобы внутри устанавливалась нужная высокая температура. Чаще всего для этого используют электрический способ обогрева. Попадание кислорода повышает риск возгорания дерева, поэтому камера должна надежно и герметично закрываться.

Пример подобных поделок можно встретить на всевозможных форумах народных умельцев. Некоторые представляют свои творения с железнодорожных цистерн со сложными внутренними конструкциями для установки материалов. Однако дома небольшие кусочки дерева можно обработать и по-другому. Достаточно прокипятить заготовку примерно полтора часа в обычной воде, а затем завернуть в теплые старые вещи или газеты. В таком виде продолжать сушку возле печки или другого источника тепла. Этот способ много сотен лет использовали резчики по дереву для упрочнения липы.

Как производят термодревесину

Процесс термодификации осуществляет под воздействием температуры свыше 230 градусов. Чтобы предотвратить воспламенение пиломатериала в процессе его обработки прибегают к использованию бескислородных камер.

Достичь такого эффекта удаётся в результате правильной замены кислорода на молекулы водяного пара.
Производители из Германии прибегают к использованию масляной среды. Пиломатериал подвергается обработке маслянистой жидкостью.
Готовый продукт не нуждается в дополнительной обработке и защите.
Воздействие водяным паром или маслом позволяет уничтожить патогенную микрофлору и предотвратить дальнейшее ее распространение во внутренних слоях массива.

При длительном воздействии высокой температуры, древесина любой породы становится тёмно-коричневого цвета, который проникает в глубокие слои пиломатериала. Лиственные породы подвергают полировке, благодаря которой удается получить мягкий глянцевый блеск.

Многочисленные испытания в лабораториях доказали, что стройматериал из России и Финляндии имеет минимальный уровень влажности, а также минимальный процент влагопоглощения. Такие критерии позволяют получить строительный материал с высокими эксплуатационными характеристиками.

Производственные этапы

Изготавливается термодревесина в Москве или ином городе на специальном оборудовании. При этом никаких дополнительных компонентов производственной технологией не предусмотрено. Термообработка дерева осуществляется за счет воздействия водяным паром на сырье, помещенное в герметичную камеру. Заготовки делаются из дуба, ясеня, бука, ореха, реже сосны.

Первоначально технология термообработки древесины в современном виде была разработана финскими специалистами. Подготовленное сырье в закрытом модуле при отсутствии доступа кислорода подвергается многоступенчатому воздействию пара, разогретого до 185-212 С. Такая прогрессивная термообработка древесины стала применятся не только в Европе, но и в Канаде и на территории России. Задействуются следующие этапы:

Нагрев заготовки. В первую очередь оборудование для термодревесины проводит нагрев помещенного внутрь материала до 13-150 С. Далее методом варки на дерево воздействуют паром в течение 5 часов.
Сушка. Термообработанные пиломатериалы высушивают, снижая уровень влажности сырья до 10%. Термомодифицированная древесина в сушильном оборудовании остается на 2-3 дня для достижения оптимальных параметров.
Выдержка. В закрытых условиях проводится повышение температуры и насыщение водяным паром при повышенном давлении. Такой процесс технологии термомодифицированной древесине придает характерную для материала твердость и неповторимый цвет. Палитра меняется в зависимости от терморежима, а не от длительности обработки. Повышается стойкость к внешнему воздействию влаги, исключаются гнилостные явления и не происходит дальнейшей деформации.

Читать также: Как подобрать пусковой конденсатор для однофазного двигателя

Особенности технологии

Необходимо учитывать, что режим в 190 С обеспечит лишь создание декоративного эффекта, не оказывая значительного влияния на эксплуатационные характеристики.

В большинстве случаев термообработка проводится в режиме 200-230 С. Таким образом повышается устойчивость к гниению в несколько раз. Данный материал можно будет использовать в производстве мебели, декора, оконных рам, внутренних дверей. Цена термомодифицированной древесины, которая подвергалась более чем 230 С, будет выше, так как заметно улучшатся ее свойства. Доска получит устойчивость не только к гниению, но и к разбуханию. В результате материал можно будет использовать практически для любой наружно работы или агрессивной среды, например, в бассейнах, саунах, банях и пр.

В Германии термообработка древесины, цены которой колеблется в зависимости от сорта дерева, применяемой технологии и может составлять от 25 000 руб. до 80 000 руб. за куб.метр, проводится в масляной среде. Обрезную сухую доску помещают в масло при 180-220 С, выдерживая 3-4 часа. Как сделать термодерево своими руками, представлено на видео. Также встречается методика обработки доски в инертных газах и азотной атмосфере при повышенном давлении. Уровень кислорода не должен превышать 2%.

Сравнительные характеристики технологий термомодификации древесины представлены в таблице.

Можно ли за 72 часа высушить брус до влажности 6% и получить термобрус сечением 300х300 мм? Специалисты по сушке древесины говорят: нет. А вот в научно-производственном объединении «Победа» утверждают, что это возможно – при использовании разработанной в НПО камеры для модификации древесины. Об особенностях работы термокамеры корреспонденту нашего журнала рассказал генеральный директор торгового дома «ДревТермо» (соучредитель НПО «Победа») Олег Шульман.

– Олег Исаакович, расскажите, пожалуйста, почему вы решили разрабатывать оборудование для термообработки?

– Российский потребитель с термодревесиной знаком больше 15 лет, и с каждым годом сфера ее применения расширяется. Термодревесина зарекомендовала себя на отечественном рынке в качестве современного материала для наружной и внутренней отделки домов, саун и бань, как материал для изготовления напольных покрытий, покрытий для террас, патио, устройства садовых дорожек, территорий возле бассейнов, изготовления лестниц, предметов интерьера, а также садовой мебели, элементов ландшафтного дизайна и ограждений. Мы проанализировали существующие технологии термообработки (Bikos-TMT, Vacuum Plus, Mirako, Fromsseier, Menz-Holz, Retification, Plato, Thermowood) и пришли к выводу, что их основные недостатки – это повышенные требования к качеству сырья (древесина должна быть не ниже первого сорта) и высокие энергозатраты (продолжительность термообработки может занимать до 20 дней). Ни по одной из используемых технологий невозможно получить термомодифицированный брус или бревно низкой себестоимости в короткие сроки.

Несколько лет назад в нашей стране начали изготавливать термобрус. Этим материалом заинтересовались предприятия деревянного домостроения. Учитывая популярность технологии термомодификации в России, в нашем научном центре проводили опрос домостроительных компаний, которые подтвердили востребованность термообработанного бруса или бревна, а также желание изготавливать их на собственных производствах.

– В чем особенность вашей технологии?

– У технологии, разработанной инженером нашего научного центра Олегом Моичкиным, по сравнению с теми, которые распространены сейчас, есть отличия в способах нагрева древесины и удаления влаги. Режимы термирования отработаны таким образом, что есть возможность использовать сырье влажностью до 100% (свежесрубленное), не требуется предварительная сушка древесины до термообработки. Термомодификация осуществляется всего за один цикл, его продолжительность зависит от породы и размеров обрабатываемого материала, а по существующим технологиям термообработка выполняется в несколько этапов. Сокращение продолжительности термообработки позволяет снизить затраты на электроэнергию до 1200 руб./м 3 . Минимальные затраты, которые приходятся на энергоресурсы, по существующим технологиям составляют 5000 руб./м 3 .

Согласно законам термодинамики, на термообработку 1 м 3 древесины требуется не меньше 250 кВт электроэнергии. Процессы, происходящие в камере, описать этими законами нельзя, так как КПД нашей камеры приближается к 200% (по существующим технологиям КПД камеры не превышает 80%). Исходя из результатов исследований строения электровещества ученым Юрием Рыбниковым и его периодической таблицы электроатомов, полученный результат вполне объясним.

– Является ли ваша технология аналогом той, что представляет на рынке компания Thermowood?

– Финскую технологию Thermowood нельзя сравнивать c нашей: они разные. Изучением способов обработки древесины и ее сушки занимаются давно. Но на самом деле процессы, которые описывают тот или иной физический процесс, на практике нельзя воспроизвести со 100%-ной точностью. Классификация видов и способов сушки обычно базируется на методах передачи тепла. В нашей термокамере древесина подвергается одновременной обработке инфракрасным излучением, конвективной и кондуктивной сушке. Расход энергии минимален за счет того, что не требуются затраты электроэнергии на начало или завершение одного из процессов нагревания. Термомодификация древесины проходит в среде перегретого пара. В процессе термообработки древесина приобретает насыщенный благородный коричневый оттенок, однородный по всему сечению. После термомодифицикации материал может сразу подвергаться механической обработке и покрываться лакокрасочными материалами.

Читать также: Объемно центрированная кристаллическая решетка металла

– При каких режимах происходит термообработка бруса?

– В настоящий момент отлажены режимы термирования для получения термобруса из древесины березы, сосны, ели, липы и осины. Для обработки древесины осины необходимо учитывать больше параметров, чем для древесины других пород, чтобы снизить в полученном материале внутренние напряжения. Брус сечением 300×300 мм термировать лучше при температуре 160-170°С в течение 72 часов. При таком режиме незначительно снижается прочность древесины на изгиб и скалывание. Высокая температура обработки (180-200°С) делает ее хрупкой, также она сильно темнеет, что ухудшает ее эстетические качества. Для обработки древесины названных выше пород требуется разное время, но разница составляет всего несколько часов. Помимо термобруса, камера рассчитана на обработку оцилиндрованного бревна (диаметром до 30 см) и пиломатериалов. Объем единовременной загрузки камеры – 5 м 3 , после обработки объем готовой продукции составляет 3,5 м 3 .

– Для промышленного производства домокомплектов камера объемом 5 м 3 мала. Вы планируете увеличивать ее габариты?

– Поскольку происходящие процессы не поддаются описанию с помощью математических алгоритмов, и при создании камеры большого объема придется отрабатывать режимы термомодификации, параметры которых будут рассчитаны с учетом большого объема обрабатываемой древесины. Уже сейчас мы работаем над созданием камер объемом единовременной загрузки 10-12 м 3 и 20-25 м 3 .

– Как происходит управление режимами камеры?

– Сейчас камера управляется простейшей автоматикой, и режим термообработки регулируется вручную. При увеличении размеров камеры все процессы будут полностью автоматизированы. Оператору будет достаточно выставить необходимые параметры до загрузки сырья, закрыть камеру, а после завершения процесса выгрузить термообработанные материалы.

– Каким образом камера устанавливается на действующем предприятии по изготовлению домокомплектов деревянных домов?

– Камера довольно легко и быстро встраивается в существующий технологический процесс. Если компания занимается изготовлением домокомплектов из профилированного бруса, то понадобятся дополнительные площади для установки камеры, а станки, которые есть на производстве по обработке профилированного бруса, могут использоваться и для обработки термомодифицированного материала. Ограничений нет. Производство нового вида продукции – термобруса – позволяет расширить ассортимент продукции, выпускаемой предприятием, и не создает сложности в работе. В своем ценовом сегменте термированные брус или бревно составят конкуренцию клееному брусу, а в строительстве деревянных домов из профилированного бруса заменят последний.

– Вы сказали, что на предприятии понадобятся дополнительные площади только для установки камеры. Какие именно?

– Камера объемом загрузки 5 м 3 занимает около 9,5 м 2 , ее длина 6,7 м, ширина и высота – 1,5 м. Для промышленного предприятия это небольшая площадь.

– Вещества, которые выделяются из древесины в процессе термообработки, экологически небезопасны. Как решается вопрос по утилизации отходов, возникающих в процессе модификации древесины?

– На наших камерах установлены специальные системы утилизации, поэтому в процессе термообработки не выделяются вредные вещества, что свидетельствует об экологической безопасности процесса.

– Обычно после высокотемпературной обработки древесина приобретает запах гари. У вашего термобруса или термобревна он присутствует?

– Продукты пиролиза, которые образуются при термической модификации бруса или бревна, удаляются в процессе обработки, что позволяет после термирования сразу везти материал на строительную площадку, а не выдерживать его на складе для удаления запаха.

Что такое термодревесина

Термодревесину получают в результате термомодифицированного воздействия на обработанные древесные волокна. В процессе производства придерживаются методике, в результате которой на поверхность воздействуют высокой температурой от 160 до 250 градусов.

Под давлением удаётся добиться нужного уровня плотности во внутренней текстуре. На производстве наблюдают отсутствие доступа кислорода, который может стать причиной воспламенения отделочного материала.

Суть технологии термодификации заключается в длительной обработке поверхности древесины высокой температурой в условиях инертной среды. Производители придерживаются определенного интервала времени. Для этого достаточно выдерживать пиломатериалы в течение 72 часов в определённых условиях.

В итоге наблюдают структурные и химические изменения. В первую очередь разлагается гемицеллюлоза, а затем полисахариды. Постепенно из структуры древесины испаряются войсковые соединения, смола и деготь.

Выделяют ряд преимуществ, которых удается достичь благодаря подобной методике. Они заключаются в следующем:

Увеличение стабильности. Термодревесина не изменяет своих качеств в результате резких перепадов температуры;
Хорошая формоустойчивость. Готовый материал не деформируется и не изменяет своей формы в процессе эксплуатации;
Отличная влагостойкость. Гигроскопичность внутренней структуры древесины сокращается до 6 раз. Волокна приобретают равновесную влажность, объем которой составляет до 6%. Такие критерии обеспечивают выносливость пиломатериалам в разное время года;
Повышение теплопроводности. Древесный массив обеспечивает до 30% повышение уровня тепла;
Увеличение твердости. Термодревесина имеет хорошие износостойкие качества;
Увеличение биологической стойкости. Благодаря выпариванию полисахаридов древесные волокна не годятся для питания патогенных микроорганизмов.
В процессе обработки и термического воздействия насекомые внутри древесины погибают;
Благородный оттенок. Такая методика позволяет добиться равномерного кофейного цвета. Цветовая палитра материала напрямую зависит от методики изготовления и длительности температурного воздействия;
Сокращение плотности. Материал после термической обработки становится легче на 10% от первоначального веса;
Сохраняет свою геометрию. Такая разновидность древесины способна сохранять свой размер и форму. Воздействие высокой влажности и температурные катаклизмы никак не отражаются на эксплуатационных качествах этого типа отделочного материала;
Увеличение теплоизоляционных качеств. При выборе термодерева в качестве фасадной и интерьерной отделки удается обеспечить хорошую теплоизоляцию. Такое покрытие сокращает теплопотери до 70%.

Длительному воздействию температурой подвергают все хвойные породы деревьев, лиственные культуры.

Термомодификация позволяет добиться декоративных качество и улучшить технологические свойства. При соблюдении методики изготовления удаётся добиться отличных эксплуатационных характеристик, которые способны заменить дорогостоящие сорта дерева.