ЗАКОНОМІРНОСТІ ТЕРМІЧНОГО МОДИФІКУВАННЯ ДЕРЕВИНИ ДУБА У ВУГЛЕКИСЛОМУ ГАЗІ

summary

Основний зміст роботи

У вступі проаналізовано стан науково-технічної проблеми, обґрунтовано доцільність та актуальність теми дисертації, визначено мету та завдання, описано об’єкт, предмет та методи досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Наведено дані про апробацію отриманих результатів, публікації та зазначено особистий внесок автора дисертаційної роботи.

У першому розділі роботи здійснено аналіз сучасного стану питання термічного модифікування деревини, на основі якого зроблено висновок, що на сьогоднішній день термічне оброблення деревини є перспективним методом одержання унікального конструкційного матеріалу, який характеризується екологічністю, довговічністю, покращеними теплоізоляційними властивостями, формо- та біостійкістю, а також широкою палітрою відтінків кольорів (естетичною привабливістю).

На підставі огляду літературних джерел [А. Pfriem, A.O. Rapp, P. Bekhta, B.F. Tjeerdsma, S. Jämsä, A. Wagenführ, P. Niemz, D. Kačíková, L. Dzurenda та ін.] виявлено, що наукова робота в основному спрямована на дослідження зміни фізико-механічних властивостей термодеревини, її кольору, тощо. Проте, обсяги досліджень щодо закономірностей проходження процесу, впливу режимних параметрів на його кінетику, рекомендацій щодо вибору режимних параметрів є незначними.

Проведений порівняльний аналіз існуючих технологій термічного модифікування дозволяє стверджувати, що не зважаючи на інтенсивність їх розвитку, все ще не існує раціонального підходу до вирішення ряду проблем, в першу чергу технічного характеру, які безпосередньо впливають на якісні показники виготовленої продукції.

З’ясовано вплив використовуваних в якості агента обробки речовин на якісні показники модифікованого матеріалу, проведено техніко-економічний аналіз існуючих технологій теплового оброблення деревини (MenzHolz, ThermoWood^®, Plato, Bois Pserdure, та ін.). Запропоновано застосування та доведено доцільність використання в якості агента оброблення вуглекислого газу. Проведено загальну характеристику, встановлено суть та основні принципи технології термічного модифікування деревини у вуглекислому газі.

За результатами аналізу стану проблеми обгрунтовано актуальність дослідження процесу термічного модифікування деревини у вуглекислому газі, сформульовано мету роботи і визначено основні завдання досліджень.

У другому розділі представлена математична модель і алгоритм розрахунку процесу термічного модифікування деревини дуба у вуглекислому газі.

На теоретичному рівні показано, що дослідження процесу термічного модифікування деревини в інертному середовищі (в т. ч. в середовищі вуглекислого газу), в порівнянні з сушінням деревини, ускладнюється з точки зору особливостей його проходження — дія високих температур (до 240ºС), використання в якості агента обробки суміші газів (повітря - CO₂), здійснення хімічних перетворень в деревині, що призводять до зміни її структури, тощо.

Для опису механізму та кінетики термообробки в інертній атмосфері СО₂ запропоновано використання моделі мультифазових перетворень [S. Whitaker,    Y. Kocaefe], яка базується на принципі термодинамічної рівноваги всіх процесів системи в задану одиницю часу при конкретному значенні температури. Процес термооброблення розглядається як сукупність одночасних явищ перенесення маси та енергії (тепла) на поверхні та в середині пористого матеріалу, з урахуванням фазового поділу стану вологи в деревині на вільну (рідина), зв’язану та водяну пару.

Сформульована математична модель визначення розподілу температури Т(t, х) та вологовмісту U(t, х) під час термічного модифікування дубового пиломатеріалу протягом часу t(0, t_кін.) в області поперечного перерізу                     Ω = {х = (х₁, х₂): х₁(0, l₁), х₂ (0, l₂)}, осі анізотропії якого збігаються з координатними осями (l₁, l₂ – геометричні розміри пиломатеріалу).