Термодревесина

Содержание

При строительстве или отделочных работах излюбленным материалом было и остается до сих пор дерево. Но, чтобы деревянные материалы долго служили, не гнили, не набухали и не усыхали, их приходится предварительно обрабатывать разными химическими веществами.

Но не всем хочется сталкиваться с химией, поэтому сейчас стала широко использоваться термообработанная древесина.

Термообработанная древесина, описание

Многие задаются вопросом, что это такое термообработанная древесина? Это деревянные изделия, которые прошли термическую обработку под высокими температурами без добавления химических средств.

Благодаря такой обработке дерево получает много положительных качеств:

  • — повышается срок эксплуатации деревянных изделий;
  • — поверхность изделия высокого качества;
  • — может выдержать разные перепады температуры;
  • — практически не усыхает, в отличие от обычного дерева;
  • — экологически чистый материал без использования химии, поэтому не имеет никаких посторонних запахов;
  • — термообработанное дерево имеет слабую воспламеняемость, плохо разгорается;
  • — такая древесина не поддается процессу гниения;
  • — у данного дерева тон на срезах будет одинаковый.

Технология термической обработки древесины

Данную технологию изобрели финские специалисты.

Она состоит из нескольких стадий обработки:

  • — сначала древесина просушивается путем помещения ее в камеру для сушки на длительное время при температуре от 100-300 градусов. На этом этапе обработке вся влага с древесины убирается;
  • — термическая обработка – для такой обработки в камеру, где находится древесина, запускают горячий пар, температура там выше 250 градусов.

ВАЖНО! Термическая обработка производится около 3 часов. Ппод конец термообработанную древесину охлаждают, снижая температуру в камере, влажность изделия делается 4-6%.

Термическая обработка есть разная:

  1. — одноступенчатая;
  2. — многоступенчатая – при такой обработке пар подается под определенным давлением.

ВАЖНО! Для изготовления термодревесины наивысшего качества под давлением подается не воздушный пар, а азот (делается ректификация). Древесина может отличаться внешним видом, оттенком и своими свойствами, если обрабатывать разной температурой пара, следовательно, и цена у нее будет разная.

Поэтому она подразделяется на классы:

  • — первый класс — обработка паром до 190оС, оттенок слега меняется, свойства улучшены по минимуму;
  • — второй класс – обработка паром до 210оС, оттенок получается темнее, повышается прочность древесины, а также становится выше устойчивость к процессу гниения;
  • — третий класс – обработка паром до 240оС, у дерева насыщенные темные оттенки, здесь все свойства повышены до максимума (прочность, устойчивость, плотность).

ВАЖНО! Прежде чем купить термодревесину уточните, какого она класса, и определитесь, какого оттенка вам она необходима при строительстве.

Как изготовить термообработанную древесину дома самому?

Купить термически обработанную древесину не составляет труда, например, купить в Санкт-Петербурге или купить в Москве, она сейчас продается везде. Но обычно только в специализированных магазинах. Только и стоимость на нее гораздо выше, чем на обычное дерево. Поэтому многие умельцы все часто задают такой вопрос – как можно сделать такую древесину своими руками в домашних условиях?

При большом желании это сделать, возможно. Только процесс изготовления термодревесины очень трудоемкий, но результат того стоит.

Для изготовления термической камеры нам понадобятся следующие элементы:

  • — емкость, которая будет совсем плотно закрываться, чтобы воздух ни в коем случае при обработке дерева не могу туда проникнуть (она будет служить самой камерой);
  • — решить каким образом данная емкость будет нагреваться (электричеством, газом или же твердым топливом);
  • — подобрать емкость для воды, чтобы сделать внутри основной емкости влажность нужного уровня;
  • — для всех процедур нужен будет инструмент для работы по металлу.

В камеру для термодерева размещается емкость с водой для того, чтобы шло испарение воды из-за высокой температуры. Это предотвратить возможность возгорания древесины. Для поддержания высокой температуры камера должна хорошо обогреваться.

ВАЖНО! Камера обязательно должна закрываться герметично, поскольку если туда попадет кислород, то возникнет риск возгорания древесины.

Этот вариант подходит, если вам необходимо обработать деревянные изделия больших размеров. Для обработки небольших отрезков дерева есть, и другой способ как это сделать своими руками. Взять дерево, кипятить его в течение 1,5 часа, после чего обвернуть в тряпки или бумагу и сушить эти деревянные изделия около печи, батареи или обогревателя.

Использование термообработанного дерева

Из-за своих положительных качеств термодревесина является универсальным материалом. Его можно использовать строительства садовой беседки, террасы. Отлично смотрится в качестве внешнего отделочного материала для фасада дома, может служить еще и напольным покрытием.

Фасадная термодревесина – представлена в виде вагонки, блок-хауса. Красивый внешний вид у таких изделий сохраняется долго, не требует сильного ухода.

Во влажных помещениях (сауна, баня) также часто можем встретить использование термодоски. Она не сильно нагревается и не боится влажности.

Хоть термообработанная древесина и имеет много достоинств, но есть и недостаток – под воздействием солнечных лучей поверхность со временем выгорает и оттенок становится серым. Но повреждается только самый верхний слой, внутри она остается прочной. Для того чтобы предотвратить выгорание можно дополнительно обработать термодерево масляными средствами. После чего такая древесина будет служить вам долгое время, и радовать глаз своим красивым внешним видом.

Еще один недостаток, это, конечно же, стоимость такой древесины, но мы вам описали возможность сделать ее своими руками, что будет гораздо выгоднее.

Древесина как материал характеризуется многочисленными положительными свойствами, что позволяет использовать ее в различных отраслях народного хозяйства. Однако два показателя снижают ее конкурентоспособность по сравнению с металлами и синтетическими материалами – это относительно малый срок эксплуатации и сравнительно малая стабильность формы. Решающим фактором в пригодности изделий из древесины является влияние грибковой инфекции вследствие естественного содержания в ней влаги.

Из практики известны такие традиционные методы защиты древесины:

  • камерная сушка до влажности материала ниже 20%, при которой создаются неблагоприятные для развития грибка условия;
  • химическая защита путем пропитки или поверхностной обработки древесины органическими или неорганическими солями, токсичное действие которых прекращает развитие грибка.

Однако использование химической защиты в некоторых случаях может сопровождаться потерей защитных веществ, что снижает эффективность защиты в целом и осуществляет негативное воздействие на окружающую среду.

В последние годы ведутся активные дискуссии относительно использования химической защиты древесины. В этом свете меняются и требования к защите древесины. Так, в частности, наряду с ранее известными требованиями к эффективности защитных композиций, простоты и доступности способов их нанесения на необходимую глубину материала, сегодня выдвигаются требования и к экологичности защитных веществ.

Технологии не стоят на месте, и сейчас применяется много инновационных методов защиты древесины. Эти методы имеют целью решение двух проблем — уменьшение риска развития грибка и понижение гигроскопичности древесины. Применяются следующие методы:


Массивная доска пола из ясеня до и после
термообработки

1. Тепловая обработка древесины. Метод заключается в нагревании древесины до температуры 150–270ºС, при которой происходит изменение химической структуры стенок клеток, но без изменения их химического состава. В результате уменьшается количество гидроксильных групп, меньше проявляется гигроскопичность древесины и возрастает биоустойчивость. Такая обработка может проводиться различными способами и характеризуется общим снижением механических показателей, что в определенной степени может ограничивать область использования этой древесины в качестве конструкционного материала.

2. Пропитка древесины горячими гидрофобными растительными маслами. Этот способ принципиально не отличается от химической защиты по технологии и оборудованием. Масло в количестве 80–180 кг/мдревесины размещается в стенках клеток и тем самым снижает гигроскопичность древесины.

3. Пропитка меламиновыми смолами, которые также откладываются в стенках клеток, блокируют химическое взаимодействие между древесиной и водой, при этом никакой химической реакции между смолой и древесиной не происходит.

4. Ацетилирование — химическая реакция, в результате которой происходит замещение гидроксильных групп в древесине.

Независимо от способа защиты полученный материал состоит из тех же химических элементов, что и сама древесина (углерод, водород, кислород и азот). Поэтому отходы, остающиеся после процесса обработки такого материала, могут сжигаться без вреда для окружающей среды.

Свойства материала

Таблица 1. Характеристики методов защиты древесины

Для всесторонней оценки альтернативных экологически чистых методов защиты древесины необходимо знать основные свойства модифицированной древесины, которые имеют решающее влияние на возможное ее применение.

Приведенные в табл. 1 характеристики методов защиты древесины указывают на снижение прочности материала при термическом способе обработки и возможную недостаточную биоустойчивость, особенно при контакте с грунтом. С другой стороны, решающее влияние на промышленное внедрение того или иного способа имеет стоимость обработки, которая в отдельных случаях ограничивает использование пропитки меламиновыми смолами и ацетилирования. Исходя из таких соображений, сосредоточим все внимание исключительно на промышленно пригодных альтернативных способах модификации древесины.

Промышленные способы термической модификации древесины


Обе эти доски из березы термомодифицированы, но при
разных температурах

Использование огня с целью увеличения долговечности древесины известно человечеству уже сотни лет. Так, еще во времена викингов элементы ограждений обрабатывались на открытом огне. Научные основы термической защиты древесины заложены в 1930‑х годах в Германии и в 1940‑х в США. Дальнейшие исследования в Германии в период 1950 - 70‑х гг. стали основой для современных исследований в 90‑х гг. в Финляндии, Франции, Германии и Нидерландах. Основные параметры промышленных процессов термической модификации древесины отличаются, но общей их характеристикой является то, что осуществляются они при ограниченном содержании кислорода в закрытых системах. Известные на сегодня способы производства термодревесины можно разделить на четыре группы:

1. Одноступенчатая обработка водяным паром. В этом случае используются агрегаты наподобие сушильных камер, в которые после загрузки материала подается пар. При этом содержание кислорода в воздухе этих установок уменьшается до 3,5%, что при температурах 150–200ºС замедляет оксидацию (горение) древесины. При обработке предварительно высушенной древесины общая продолжительность процесса составляет около трех дней. Также возможна обработка и сырого материала, но в этом случае продолжительность процесса будет больше с учетом времени собственно сушки.

2. Многоступенчатая обработка. Влажная древесина в течение 4–5 ч подвергается обработке насыщенным паром или водой (процесс варки) при температуре 150–200ºС. Сам процесс происходит в герметичной емкости под давлением до 1,6 МПа. После этого древесина высушивается в камере в течение 3–4 дней до конечной влажности (около 10%). Во время фазы твердения древесину еще раз нагревают до температуры 170–190ºС на 14–16 ч.

3. Обработка в горячем масле. Сухая древесина погружается в растительное масло и медленно нагревается до температуры 180–220ºС. Продолжительность этой обработки составляет 2–4 часа. При этом дополнительно происходит поглощение масла древесиной, которое зависит от размеров материала (поверхности) и может регулироваться. Длительность процесса составляет примерно сутки.

4. Обработка в среде инертных газов. Этот процесс известен как Retification, или, как называют в России, ретификация (не путать с ректификацией). В этом случае вместо водяного пара или масла древесину обрабатывают в среде азота с содержанием кислорода до 2% при повышенном давлении.

Характеристики термодревесины


Пример использования термодревесины для внутренних перекрытий

Минисауна из термодревесины

Тепловая обработка древесины сопровождается разрушением и испарением некоторых составных компонентов стенок клеток и является причиной уменьшения массы древесины в целом. Стабильность размеров в зависимости от способа термической обработки, параметров самого процесса и породы древесины на 10–40% больше, чем у немодифицированной древесины. Это более всего заметно при высыхании и свидетельствует о существенном снижении влагопоглощения древесины.

Немаловажным является увеличение хрупкости древесины, что отражается на механической стороне обработки модифицированного материала: растут требования к режущему инструменту, скорости подачи материала при строгании или фрезеровании и др. Вследствие пониженной прочности существенно уменьшается сопротивление вытягиванию шурупов. Так, для древесины сосны, независимо от способа тепловой модификации и направления, этот показатель является меньшим в среднем на 30% по сравнению с немодифицированной древесиной и является особенно важным в разработке конструкций и производстве окон.

Для всех способов термической модификации общей чертой является потемнение естественных цветов пропорционально росту температуры, времени обработки и влажности самой древесины. Цвет меняется от светло-коричневого, светло- или темно-шоколадного до темно-коричневого. Что касается биоустойчивости, то данные разнятся в зависимости от способов термообработки, пород древесины, методов их испытания.

При испытании тепловых свойств столярных плит, изготовленных из модифицированной древесины, выявлено, что показатель их теплопроводности на 17–25% меньше и наблюдается зависимость теплопроводности древесины от ее плотности. Так, плотность модифицированной древесины сосны в среднем на 8,7–10,4% меньше, чем немодифицированной. Можно сделать вывод о потенциале энергосбережения при использовании термически модифицированной древесины, например, в производстве окон, где теплопотери могут быть уменьшены на 5%.

Свойства термодревесины в определенной мере можно менять в зависимости от температуры и продолжительности обработки, давления и вида среды, а также от породы и изначальной влажности древесины. Но при этом необходимо учитывать, что при улучшении одних характеристик может произойти ухудшение других. Так, в частности, значительное повышение температуры улучшает биоустойчивость материала, но приводит к росту хрупкости и уменьшению прочности в целом. При одновременном повышении температуры и продолжительности обработки увеличивается жесткость и стабильность размеров, но одновременно снижаются механические показатели прочности древесины, что ограничивает внедрение материала данного способа обработки как конструкционного материала. С другой стороны, длительная термическая обработка при очень низких температурах не позволяет вообще модифицировать древесину, а многоступенчатое изменение по сравнению с одноступенчатым может иметь существенно меньший эффект на формирование заданных свойств материала. Учитывая вышесказанное, можно подытожить, что целенаправленная термическая модификация древесины является прежде всего компромиссом между основными и второстепенными свойствами древесины, которые играют решающую роль в производстве конечного продукта.

Применение термодревесины

Таблица 2. Изменение свойств модифицированной древесины в
зависимости от температуры модификации

Возможности применения термодревесины зависят от специфических свойств, которые она приобретает после модификации. Каждый производитель самостоятельно определяет для себя те сегменты рынка, которые могут быть заполнены его продуктом.

Анализируя современный европейский рынок продукции из термодревесины, можно отметить, что наиболее широко этот материал используется для производства фасадов домов, оконных рам, заборов, внутренних интерьеров, скамеек, дверей, напольных покрытий, различной мебели, а также для теплоизоляции стен. Таким образом, сфера применения термодревесины не особо отличается от традиционного применения массивной древесины. Подробную классификацию в зависимости от температуры модификации смотрите в табл. 2.

Патенты и лицензии на производство термодревесины

Финская технология Thermowood® является одной из наиболее известных торговых марок термически модифицированной древесины. Она принадлежит основанной в декабре 2000 года организации ThermoWood Association. Разработчиками и производителями оборудования являются шведско-финский концерн Stora Enso Timber, финские компании Finnforest, Lunawood, Stellac, Tekmaheat, Valutec, итальянская фирма Baschild, французская компания BCI-MBS. Особенностью этой технологии является то, что термомодификация древесины ведется в защитной атмосфере водяного пара при температурах 185–212ºС.

Наибольшее число производимого оборудования относится именно к этому методу термообработки древесины. Кроме Thermowood® распространены также и такие технологии:

Голландская технология Plato®. Разработчиком и производителем оборудования является фирма PLATO-Wood (Providing Lasting Advanced Timber). Ее особенность — проведение термомодификации путем цикличного гидротермолиза (термического гидролиза) древесины при температурах 160–190ºС.

Французская технология Retifi-cation, или, как называют в России, ретификация (не путать с ректификацией). Разработчиком технологии является Горный институт в г. Сент-Этьене, производителем оборудования — компания REI из этого же города. Сама термомодификация ведется при температуре 220–250ºС в среде насыщенного водяного пара. Фирма REI активно продвигает на рынок камеры ретификации древесины с объемом полезной загрузки от 1,5 до 8 м.


Покрытие для лестницы из термообработанного дуба

Немецкая технология на основе технологии сушки древесины в жидких органических веществах. В этой технологии в качестве защитной среды используются различные растительные масла (льняное, подсолнечное, рапсовое и др.), а сама термообработка ведется при четырех температурных режимах.

В других странах Европы, в Канаде и в России реализовано несколько технологий термообработки, близких указанным выше технологиям. Например, в нашей стране запатентована технология WESTWOOD. Цикл обработки по этому методу занимает всего 12 ч. По технологии WESTWOOD в России уже запущены три завода по термообработке древесины — в Московской области проектной мощностью по 3,5 тыс. и 4 тыс. м в год и в Перми проектной мощностью 4 тыс. м в год. Серия продукции марки Mafi Vulcano с термически модифицированной древесиной (исключительно напольные элементы внутреннего использования) фирмы Mafi Holzverarbeitung GmbH, в отличие от предыдущих марок, не защищена патентами и лицензиями. Также известна марка Menz-Holz, которая принадлежит одноименной фирме и защищена патентами на термическую модификацию древесины в горячем масле. Ассортимент продукции данной фирмы ограничивается в основном изделиями садового назначения.

Владельцем патента на производство термодревесины по методу ретификации Bois rétifié является NOW S. A. (New Option Wood Limited Company), а основными производителями продукции данной марки являются HTT SOUSTONS, RETITECH, RETIMAC и RETIBOIS.

Внедрение термодревесины на рынок

Таблица 3. Удельная стоимость оборудования при объемах
обработки 500 м³ древесины в год

Преобразование доступных дешевых пород древесины в качественно новый материал расширяет их область применения и повышает ценовую конкурентоспособность. Процесс термической модификации древесины является экологически чистым способом защиты дерева и может выступать как альтернатива химическому. Также нужно добавить, что специфические свойства термодревесины позволяют воплощать в жизнь новые дизайнерские и инженерные решения.

Использование термодревесины для внешней отделки
зданий
Терраса из термодревесины
Оконный брус из термообработанных березы и клена

Для сравнения цен продукции из термически модифицированной древесины с альтернативными изделиями необходимо учесть стоимость самого производства, которая зависит от затрат на оборудование, сырье и проведение процесса. Стоимость оборудования напрямую зависит от метода ограничения емкости оборудования и стоимости лицензий. Поэтому для сравнения целесообразно рассмотреть удельную стоимость оборудования при обработке, например, 500 м древесины в год (табл. 3).

Решающее влияние на ценовую политику имеет порода, качество и размеры сырья. В Скандинавии наиболее распространенными являются ель, сосна и береза, а в Центральной Европе – сосна, ель и тополя. Принципиально иным является ценообразование на рынке термически модифицированной древесины ценных пород (дуб, ясень, акация), которые после обработки приобретают измененную окраску и устойчивую форму. Стоимость тепловой модификации различными способами, по разным данным, находится в пределах 60–160 евро/м. Обработка методом Thermowood® стоит 160 евро/м, Plato® – 100 евро/м в горячем масле – 60–90 евро/м в инертном газе – 150–160 евро/м.

Стоимость обработки является переменной в пределах конкретного способа и зависит:

От среды обработки. Например, обработка водяным паром значительно дешевле, чем в масле или инертном газе.

От потребляемой энергии. Энергозатраты зависят в первую очередь от вида и стоимости энергоносителей, продолжительности и уровня температуры обработки и возможности повторного использования полученного тепла.

От времени обработки. Продолжительность обработки, в том числе охлаждения, зависит от породы древесины, ее размеров, требуемых свойств и является решающей в производительности оборудования. В частности, финская технология Thermowood® осуществляется в три фазы:

1) нагревание древесины до температуры около 100ºС и сушка в паровоздушной среде до влажности 0 %. После этого температура повышается до 130ºС;

2) тепловая обработка при температуре 185–215ºС и стабилизация температуры в течение 2–3 ч в зависимости от заданных свойств;

3) охлаждение до температуры 80–90ºС, увлажнение до конечной влажности 4–7% и постепенное снижение температуры. Продолжительность процесса — около 5–15 ч.

В целом стоимость термообработки возрастает вместе с толщиной материала, а, учитывая еще и стоимость самого оборудования, самым доступным способом является одноступенчатая обработка водяным паром. С другой стороны, сложное оборудование для многоступенчатого процесса Plato® является самым дорогим. На полезный выход, по данным производителей, основное влияние оказывает качество сырья, а во вторую очередь – опыт оператора в проведении самого процесса.

Стоимость механической обработки модифицированной древесины существенно не отличается от традиционной деревопереработки, за исключением некоторых моментов:

  • вследствие увеличения хрупкости при шлифовке растет количество мелкодисперсной пыли, что требует использования эффективных аспирационных систем;
  • необходимо уменьшить давление при склеивании, а соединение деталей гвоздями необходимо заменить на шурупы;
  • позитивным является отсутствие смолы в термодревесине.

Проследить ценовую политику на термообработанную древесину довольно трудно, однако можно отметить, что цена термически модифицированной древесины находится между химически пропитанной древесиной и древесиной тропических пород, для которых характерна относительно высокая естественная биоустойчивость. Если говорить о стоимости конечного изделия, то здесь вследствие разнообразия продукции вычислить среднюю цену еще проблематичнее.

Проведенный анализ позволяет утверждать о реальных перспективах развития продукции из термически модифицированной древесины на современном рынке. Практика показывает, что на сегодняшний день распространение продукции из термически модифицированной древесины концентрируется в традиционном для изделий из древесины сегменте. При этом в низкоценовом сегменте, к которому принадлежат товары внешней эксплуатации, термически модифицированная древесина не выдерживает конкуренции со стороны традиционных материалов. В целом можно считать, что термически модифицированная древесина находится на стадии внедрения на рынок, а технология термообработки – на стадии разработки и оптимизации, то есть как с экономической, так и с технической стороны речь идет об инновационных технологиях, которые позволяют создавать новый материал с заданными свойствами.

Значительным потенциалом и одновременно риском характеризуется сама оптимизация технологических процессов термической модификации, которая заключается в повышении качества и снижении общих расходов. Таким образом, современный рынок продукции из древесины находится в состоянии перемен, поэтому производитель должен объективно оценивать ситуацию и быть готовым занять рыночную нишу изделий из термически модифицированной древесины. Однако следует учитывать, что такая активность связана с риском высоких инвестиций и актуальным остается вопрос кооперации усилий в анализе рынка и внедрении инновационного материала.

Никита НАЛИМОВ

Таблица 1. Характеристики методов защиты древесины

Таблица 2. Изменение свойств модифицированной древесины в зависимости от температуры модификации

Таблица 3. Удельная стоимость оборудования для производства термодревесины при объемах обработки 500 м³ в год

Таблицы смотрите в PDF-версии журнала

Термодревесина − надежный друг человека (ЛесПромИнформ №1 (67) за 2010 год)

  • Что такое термодревесина?
  • Термодревесина технология
  • Термодревесина своими руками
  • Недостатки термодревесины

Деревянные изделия без каких-либо химикатов, которые стабильны в самых разнообразных условиях? Для фасада и для кровли, в саду и возле бассейна? Сто лет назад люди даже не мечтали о таком. Однако в 21 веке даже самые смелые предположения находят реальное воплощение. В этой статье мы поговорим о термодревесине: что это такое, как ее производят и чем же она так уникальна?

Что такое термодревесина?

Тремодревесина – это лесоматериал, который специалисты подвергают термической обработке под действием высоких температур от 180 до 230С без использования химических препаратов. В итоге получился продукт, ставший актуальным «материалом XXI века», который сочетает в себе экологичность древесины с абсолютно бесценными физико-механическими параметрами.

В процессе эксплуатации не меняется геометрия термодерева, т.е. оно не усыхает, не набухает, не подвержено короблению и растрескиванию, не гниет при длительном контакте с водой. А самое главное – ему не нужна ни в какая обработка химикатами. Такой материал отличается высокой плотностью структуры и почти на 30% лучше простых лесоматериалов держит тепло в зимний период и прохладу в летние месяцы. Отметим, что даже самые бюджетные сорта лесоматериалов во время термообработки тонируются на всю толщину и приобретают глубокий, благородный оттенок более ценных сортов.

Этот материал получают при помощи обработки лесоматериалов водяным паром с использованием природных растительных масел. Во время многоступенчатой сушки из сырья полностью вытягивается вся влага и летучие соединения, тогда как качества самой древесины существенно улучшаются. Интересно, что первоначальный этап сушки включает обработку сырья водяным паром. Это делается для того, чтобы предотвратить растрескивание будущего изделия. В процессе термообработки в условиях пересыщенного пара свободные атомы водорода «крепятся» к концам углеродно-водородных цепей лесоматериалов, препятствуя в будущем притяжению молекул воды и, как следствие, разбуханию сырья на молекулярном уровне. Показатели адсорбции жидкости снижаются в 4-5 раз.

После такого сложного и беспрерывного технологического процесса получается эффектное и экологически чистое, почти универсальное сырье. До начала процедуры термообработки на сырье вначале воздействуют высокими температурами на протяжении нескольких часов, после чего можно приступать непосредственно к самой термообработке. После этого полученный материал остужают. Для создания термодревесины можно использовать и мягкие и твердые сорта лесоматериалов. При этом мягкие сорта подходят для наружной отделки, а из твердых сортов создают различные предметы интерьера или проводят внутреннюю отделку.

Термодревесина технология

Стоит отметить, что эту технологию придумали финны. Финские специалисты для отделки фасадов и интерьерных работ, изготовления настилов используют сосну, ель. А в саунах применяют европейскую осину, сосну, ель. Напольные покрытия они создают из березы.

Производство термодревесины включает такие этапы:

  • при температуре 130-150 C происходит сушка, вследствие чего влажность удается снизить практически до нуля повышение температуры до 200-240 C в условиях насыщенного водяного пара. Обязательным условием является наличие избыточного давления в сравнении с атмосферным. Именно в этот момент лесоматериалам придается определенный оттенок и получается новый материал – термодревесина
  • температура понижается, а влажность сырья доводится до уровня 4-6 %.

Во время реализации термообработки меняется цвет лесоматериала, причем не только верхнего слоя, а по всей толщине. Можно получить самые различные оттенки от бежевого до шоколадного, все зависит от выбранного режима. Помимо этого, эффектно выглядит текстура древесины. Простой кусок дерева выглядит как благородный материал, подвергшийся долголетнему старению, а это сегодня очень модно. При помощи термообработки самое дешевое сырье будет иметь вид элитных сортов древесины.

При обработке паром полностью разлагается любимая микроорганизмами среда – древесные сахара. Тесты, которые проводили специалисты в лабораториях, доказывают, что полученный материал устойчив к гниению и образованию плесени, ему не нужны дополнительные защитные покрытия. Срок службы такого материала в 15–25 раз выше, чем обычной древесины. Постоянство размеров в условиях колебаний влажности и температуры окружающей среды увеличивается в 10–15 раз – по окончанию высыхания материал не меняет своих первоначальных геометрических форм, вследствие структурирования молекулярных цепочек во время обработки. В условиях постоянных проливных дождей изменение размеров термодерева в 3–4 раза меньше, чем у необработанного материала.

Путем термической обработки практически любой лесоматериал можно приблизить по характеристикам к лиственнице, которая столетиями не подвергается действию влаги. По этой причине лиственница пользуется огромной популярностью в Венеции. Просачивание жидкости после обработки снижается в 3–5 раз. Это происходит потому, что поверхность термодерева не пористая, как у обычных лесоматериалов, а уплотненная, вследствие чего ей не страшна даже повышенная влажность воздуха.

Сегодня люди все больше заботятся о своем здоровье, поэтому материалы для строительства и предметы интерьера выбираются экологически безопасные. Термически обработанная древесина как раз такой материал, потому что даже отходы этого производства утилизируются сжиганием.

Главные достоинства этого материала:

  • глубокий и однородный по всему сечению оттенок
  • идеальное качество поверхности;
  • длительный период эксплуатации
  • значительное снижение процента усыхания
  • стойкость к температурным колебаниям
  • аромат натуральной древесины
  • стопроцентная экологичность.

Изготовление термодревесины осуществляется под действием перегретого пара при температуре от 150 до 240 градусов Цельсия – разлет значительный, но именно позволяет разделить всю термодревесину на классы:

  • 1-й класс. Лесоматериалы обрабатываются при температуре до 190 С. Этот материал слегка тонирован, а его технические показатели самые низкие
  • 2-й класс. Обработка проводится при температуре до 210 градусов. Полученный материал устойчив к гниению и высокопрочный, однако, он менее пластичный и хрупкий. Он имеет более темный цвет
  • 3-й класс является наиболее высоким классом термообработки лесоматериалов. Его получают после «обжига» до 240 градусов. Полученный материал невероятно плотный, твердый и устойчив к любым погодным явлениям.

В целом, сфера использования термодревесины не ограничена. Она применяется везде, где используется обычная древесина. В строительной отрасли термодерево применяют в работах, связанных как с внутренней, так и с внешней отделкой фасадов. Широкая палитра оттенков не ограничивает дизайнерской фантазии, а физико-механические характеристики дают возможность использовать этот материал даже для создания несущих конструкций. В результате нейтрального отношения к влажности материал пользуется популярностью в обустройстве бань, саун и бассейнов. Единственный нюанс, который необходимо принять во внимание перед покупкой – это цена. Стоит этот материал очень дорого, и чаще всего расходы на покупку оказываются нецелесообразны. Например, использовать такой материал для интерьерной отделки комнат, конечно, можно, но дорого – для этих работ подойдут и обычные лесоматериалы. Термодерево имеет свою собственную область применения, в которой расходы на него оправдываются.

Из термодерева производят деревянные плитки для ванных комнат и кухонь, которые являются прекрасной альтернативой холодному кафельному покрытию. Кроме этого из него делают цельные ванны и раковины.

При наличии неограниченного бюджета материал можно использовать для:

  • отделки фасадов здания. В строительных магазинах можно найти вагонку различного плана – от стандартных реек с пазами до блок-хаус
  • создания террас, площадок на открытом воздухе, беседок и других сооружений
  • ограждения из этого материала будут радовать не одно поколение вашей семьи. Такой забор не нуждается в уходе, его нужно лишь периодически мыть со шланга
  • производство декоративных изделий – напольных покрытий, панелей для стен, уличной мебели, разнообразных садовых декоров

Термодревесина своими руками

Ввиду такой высокой стоимости многие домашние мастера задумываются о том, чтобы сделать термодерево в домашних условиях. Конечно, при наличии огромного желания и электрической печи с регулятором температуры, вы сможете справиться с этой работой. Только не забывайте, что в электрическую печь необходимо обязательно установить тару с жидкостью, потому что без присутствия пара древесина легко загорится при такой высокой температуре.

Однако дело это довольно трудоемкое. На специализированных форумах можно найти мастеров, которые создали сушильную камеру собственноручно из железнодорожной цистерны, вмещающей 15 куб. м. Основным условием является стопроцентная герметичность камеры. В противном случае присутствие кислорода станет причиной возгорания лесоматериалов во время нагрева свыше 135 С. Самый простой способ термообработки своими руками заключается в проваривании небольшой деревянной заготовки на протяжении 1.5 часов в воде. После этого ее нужно завернуть в ткань и старые газеты, и разместить около любого источника тепла для того, чтобы она просохла. К такому методу прибегают резчики по дереву для сушки липы.

Недостатки термодревесины

Однако, идеального материала без недостатков еще придумать не удалось. Поэтому даже у такого, на первый взгляд, безукоризненного материала, есть отрицательные качества. В результате термической обработки лесоматериалы становятся не только более твердыми, но и более хрупкими, по этой причине специалисты советуют сверлить направляющие отверстия для шурупов и гвоздей, в особенности около торцов доски.

Термодревесина более чувствительна к ультрафиолету и может приобретать серебристо-серый оттенок, раз в несколько лет участки древесины, расположенные под открытым солнцем, понадобится обрабатывать.

Поскольку технология является новой и малоизученной, экспертам пока не известна стойкость этого материала, при длительном нахождении в земле. По этой причине, столбы, части каркаса террасы, беседки и прочих садовых сооружений лучше создавать из пропитанной антисептиком древесины.

Сегодня этот материал можно купить лишь в специализированных магазинах, в розничной продаже она встречается достаточно редко. Однако в ближайшие несколько лет стоит ждать большей доступности вследствие роста объемов производства и, как следствие, уменьшения стоимости, потому что все больше и больше производств начинают осваивать эту технологию.

В конце отметим, что, несмотря на сложность технологии, можно сделать этот материал и в домашних условиях. Однако такой материал все же будет более низкого качества, чем изготовленный на предприятии. И даже, сделанное дома термодерево, будет иметь более высокие характеристики, чем обычное.

Термообработка древесины

Веками дерево считалось хоть и ценным, но хрупким материалом, который подвержен гниению, нападению паразитов, усушке и прочим неприятностям. И только в конце прошлого века в Финляндии был разработан процесс, позволяющий избежать порчи деревянных изделий при эксплуатации. Термообработка древесины стала спасением для любителей конструкций и отделки из этого сырья. Теперь даже самый недорогой тип дерева может выглядеть презентабельно, иметь насыщенный и благородный оттенок.

Термообработанная древесина

Первыми, кто догадался использовать термообработку дерева для повышения его физических качеств были финны. Чтобы получить термомодифицированную древесину, сырой материал подвергается процессу, при котором поддается сушке и обработке паром при высокой температуре. Молекулярная текстура сырья меняется, расщепляются волокна и характерная для пиломатериала пористость пропадает.

Вода термомодифицированной древесине не страшна, дополнительные химические составы для защиты от влаги не используются. Скачки температуры окружающей среды она переносит стойко, не сохнет и не разрушается.

Оттенок пиломатериала после такой обработки меняется в лучшую сторону. Термомодифицированная древесина приобретает благородный оттенок, свойственный дорогим породам. Плесень, насекомые и гниение для нее не страшны. Качественные характеристики становятся выше примерно в 20 раз по сравнению с сырьем, которое не подвергалось такой обработке. При этом все природные свойства после термообработки у дерева сохраняются. Оно по-прежнему остается экологически чистым, отлично проводящим тепло материалом.

Технология термообработки древесины

Существует определенный порядок действий, позволяющий на выходе получить качественную термомодифицированную древесину:

  • Сырой пиломатериал помещается в специальную камеру. Там под воздействием температуры свыше 100 градусов (в пределах 300) он подвергается термосушке. Вся влага из дерева выпаривается практически до нулевой отметки.
  • Далее, происходит термообработка дерева при помощи пара под температурой в пределах 220-240 градусов. Процесс длится больше суток. В это время сырье получает тот неповторимый оттенок, особую прочность и долговечность.
  • В завершение камера остывает, температура снижается. Термостабилизированная древесина должна содержать не более 6% влаги в волокнах.

Есть два варианта создания термомодифицированной древесины, в зависимости от способа обработки паром:

  • Одноступенчатый (описан выше);
  • Многоступенчатый. Пар подается под давлением, которое периодически меняется. Этот способ дает более стойкий защитный результат у материала.

Высшее качество у термомодифицированной древесины появляется после обработки азотом вместо пара. От этого зависит цена готового пиломатериала.

Для простоты были введены классы сырья, которые различаются по способу обработки:

  1. Класс 1. Температура пара не превышает 190 градусов. Обработка слабая, материал немного меняет свои свойства, естественный цвет практически сохраняется, немного темнеет оттенок.
  2. Класс 2. Температура пара до 210 градусов, износостойкость материала возрастает, появляются защитные функции против гниения. Оттенок становится насыщеннее, материал заметно темнеет.
  3. Класс 3. Температура пара до 240 градусов, цвет существенно изменяется до темного. Все защитные функции повышаются до максимального предела.

Перед покупкой следует определиться какая технология термообработки древесины подходит в конкретном случае, от этого существенно зависит цена вопроса.

Преимущества термодревесины

После термообработки пиломатериал получает качества, которые существенно отличают его от необработанного дерева:

  • Долгий срок эксплуатации. Деревянные волокна больше не способны впитывать влагу из-за новых физических свойств. Термомодификация древесины не дает материалу разбухнуть или потрескаться. Полисахариды в составе больше не присутствуют. А значит нет приманки для паразитов и насекомых. Эти факторы влияют на срок службы в положительную сторону.
  • Высокий уровень пожаробезопасности. Термическая обработка делает волокнаплотными. Они содержат меньше кислорода, а значит, возгорание будет происходить гораздо медленнее, чем у обычного сырья.
  • Внешне древесина выглядит дороже. Структура дерева выделяется сильнее, оттенок становится глубоким, насыщенным. Такими цветами обладает природная плотная структура ствола лиственницы, дуба.
  • Физические свойства улучшаются. Материал больше не боится царапин, ударов. Сломать его не так просто, как было раньше.
  • Обработка термодревесины химическими составами для сохранения целостности больше не требуется. Есть нюанс: пока ее свойства до конца не изучены, прошло мало времени. Рекомендуется наносить защитный состав на те части конструкции, которые будут находиться в земле (сваи, части фундамента и пр.).

Сфера применения деревянных изделий больше ничем не ограничивается.

Оборудование для термообработки

Основной вид специального оборудования для создания термомодифицированной древесины — камера. Она представляет собой длинный резервуар, который вмещает крупный объем материала. Доска поступает в камеру на специальной подставке. На ней же находится все время.

Пар должен равномерно поступать и распределяться по всей длине резервуара. В процессе оборудование для термообработки выполняет функции сушильной камеры, нагревает воздух внутри до предельной температуры, подает пар, откачивает кислород. Также вносит инертный газ, органические масла и обжигает материал при критических температурах, корректирует количество влаги в волокнах термомодифицированной древесины.

Производители термокамер заявляют основные характеристики, которые оборудование придает пиломатериалу при создании термомодифицированной древесины. От них зависит технология термообработки, древесина какого качества получится на выходе. Некоторые варианты используются только для определенных пород.

Отличия и особенности термокамер

Качество и условия термообработки зависят от производителя оборудования. Традиционно лучшими считаются финские термокамеры, немецкие, французские и голландские. Российские производители тоже предлагают свой вариант камеры для термообработки древесины.

Таблица отличий лучших камер

Сравнение характеристик термокамер производителей

Наименование производителя Параметры функционирования камеры Для каких пород используется
Westwood (США) цикл 48 часов, t 220-240 градусов Ясень, бук, дуб
Thermowood (Финляндия) 45-96 ч, t 180-215 Для хвойных
VacuumPlus (Россия) 72-168 ч, t 165-190 Универсальная
Bikos-TMT (Россия) 38-52 ч, t 180-220 Для ценных пород
Menz-Holz (Германия) Среда органических масел, 32-54 ч, t 180-230 Хвойные, твердолиственные
PLATO (Голландия) 120-192 ч, t 170-210 Хвойные, береза
Retification (Франция) Пар и инертный азот, 40-62 ч, t 180-220 Универсальная
Fromsseier (Дания) Повышенное давление, 48-72 ч, t 180-220 Хвойные

Камера для термообработки

Производство термодревесины в камере характеризуется следующими данными:

  • Максимально возможная исходная влажность сырья;
  • Время полного цикла. Количество часов работы термокамеры зависит от параметров загружаемого материала: порода, технология обработки, способ подготовки.
  • Безопасность и особенности в управлении камеры для термообработки.
  • Допустимые размеры толщины сырья, для равномерной обработки паром.
  • Расход энергии и других ресурсов.
  • Вместительность на один цикл и размер рабочего пространства.

При желании термообработку древесины можно выполнить самостоятельно.

Термообработка дерева в домашних условиях

Чтобы создать термодревесину своими руками потребуется:

  • Бак, который можно закрыть настолько плотно, что воздух туда не будет поступать.
  • Обеспечить постоянный равномерный нагрев всей площади резервуара.
  • Емкость с жидкостью, для создания термического пара внутри бака.
  • Инструмент для размещения сырья.

Принцип работы: внутрь бака помещается кусок древесины, конструкция непрерывно подогревается чаще всего электрическим способом до температуры не ниже 135 градусов.

Еще один простой вариант для термообработки в домашних условиях небольших кусков древесины: прокипятить его в кастрюле 1,5 часа, завернуть в полотенце и дать просохнуть рядом с обогревателем. Этот способ актуален для тех, кто занимается резкой по дереву.

Термодревесина — материал экологически чистый. Не требует особого покрытия, используется как для внешней отделки помещения, так и для внутренней. На осадки и перепады температуры не реагирует. Прослужит своим хозяевам десятки лет, сохранив благородный внешний вид и защитные качества.

Оборудование для термической модификации древесины

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.

Таблица 1. Сравнение существующих технологий термообработки
древесины и технологии НПО «Победа»

— 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?

Сосновый брус после термической обработки

— 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./м3. Минимальные затраты, которые приходятся на энергоресурсы, по существующим технологиям составляют 5000 руб./м3.

Согласно законам термодинамики, на термообработку 1 м3 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.

Таблица 2. Параметры термообработки древесины по разным
технологиям

— 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 м3, после обработки объем готовой продукции составляет 3,5 м3.

— Для промышленного производства домокомплектов камера объемом 5 м3 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 м3 и 20-25 м3.

— 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 для термической модификации древесины

— 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 м3 занимает около 9,5 м2, 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.

— Какими будут характеристики строительного материала после термообработки?

Изделия из термически обработанной березовой древесины
Сувенир из термоберезы

— Термобрус и термобревно обладают такими же характеристиками, как термодоска и термовагонка: стабильностью геометрических размеров, повышенной гигроскопичностью, биологической стойкостью, низкой теплопроводностью, экологической безопасностью, эстетичностью.

Если мы говорим о термобрусе, то это товар — заменитель профилированного бруса естественной влажности. Термообработка позволяет сократить сроки строительства до трех лет: влажность термобруса около 6%, поэтому не потребуется собирать стены дома, а затем ждать их усадки. Повышенная биостойкость бруса после термирования исключает обработку стен дома составами, защищающими древесину от поражений микроорганизмами или насекомыми. Как я говорил ранее, низкие затраты на электроэнергию обеспечивают снижение себестоимости готовой продукции, что позволяет сократить затраты на строительство дома из массивной древесины до 30%, если сравнивать с затратами на строительство дома из клееного бруса.

В термокамеру закладывается брус сечением 300х300 мм, а после механической обработки его сечение будет 260х240 мм, воздействие повышенной температуры на древесину позволяет снизить теплопроводность материала и повысить теплоизоляционные характеристики, что является его преимуществами перед клееным брусом.

После термообработки геометрические размеры бруса или бревна не зависят от переменных температурно-влажностных условий (например, атмосферных осадков). Поэтому и строить дом можно в любое время года. В соответствии с результатами предварительных испытаний, которые проводили наши специалисты, тепловые характеристики дома из термобруса или бревна на 20-30% выше тепловых характеристик дома из клееного или профилированного бруса.

Беседовала Екатерина МАТЮШЕНКОВА