Как сделать сосну крепче
Стабилизация древесины в домашних условиях
Среди технологий обработки древесины одним из наиболее интересных и увлекательных моментов является придание заготовке прочности и стойкости к негативным воздействиям окружающей среды. Традиционно в домашних условиях применяется несколько вариантов обработки – нанесение защитного слоя и пропитка консервационными рецептурами. Но как показывает практика, такие методы не дают большого эффекта, через 2-3 года приходится исправлять дефекты покрытия и заново делать обработку. Такое положение дел часто подталкивает к поиску новых решений проблемы защиты изделий из дерева, например, такого метода как стабилизация древесины в домашних условиях.
Что такое стабилизация древесины
В процессе механической обработки древесины используются разные приемы и методы – пиление, строгание, шлифовка, резьба. Во время всех этих работ происходит нарушение природного порядка расположения волокон. Часть волокон раскрывается по всей длине, часть нарушается в поперечном разрезе. В итоге после всех манипуляций получается изделие нужной формы. Но вместе с получением нужной формы, само дерево становится еще более не защищенным к внешнему воздействию. Обработанные волокна по-прежнему сохранят способность впитывать влагу, что чревато развитием грибковых инфекций и гнили.
Изменить такое положение дел можно, только прибегнув к применению технологии стабилизации или обработке дерева специальным составом способным проникнуть глубоко в поры и буквально закупорить поры. Процесс стабилизации древесины по своему характеру носит комплексный характер. В процессе стабилизации дерево приобретает не только качества, повышающие его прочность и твердость, но и более интересный внешний вид.
Основные цели стабилизации
Несмотря на трудоемкость процесса и довольно долгое время, которое будет потрачено на стабилизацию, результат позволит обеспечить легкость обработки заготовки. Так, в процессе обработки специальные составы позволяют добиться следующих свойств материала:
Способы стабилизации
Сегодня для работы в домашних условиях применяются такие же методы как для обработки древесины на промышленных установках. Сам процесс условно можно разделить на два этапа. Первый этап называется пропиткой и заключается в насыщении волокон специальным составом. Во время пропитки происходит вытеснение воздуха в целлюлозных трубках и замена его полимерным составом. Второй этап заключается в полимеризации состава, вследствие чего изменяются качества волокон дерева.
Для применения того или иного метода стабилизации выбирается оптимальный состав веществ и технология проведения работ. В домашних условиях чаще всего применяются следующие методы обработки дерева:
Полимеризация веществ происходит по-разному – для одних достаточно высыхания при обычной температуре, для других этот процесс обязательно должен происходить при повышенной температуре или под воздействием других факторов, например, ультрафиолета.
Стабилизирующие составы для дерева
Для достижения нужного результата в домашних условиях используется несколько типов веществ для стабилизации древесины. Условно можно провести классификацию по нескольким признакам, например, по происхождению веществ или по способу их применения. Если за основу брать классификацию по типу происхождения веществ для стабилизации, то классификация будет иметь следующий вид:
По своему составу пропитки могут быть – однокомпонентные и многокомпонентные. Например, препарат «Буравид» представляет собой однокомпонентный раствор полимера, который не требует дополнительной подготовки перед применением. А эпоксидная смола представляет собой двухкомпонентный состав – саму смолу и отвердитель, без которого процесс полимеризации не происходит.
Полимерные составы
Современные полиэфирные масла чаще всего применяются для изготовления полимерных пропиток дерева. Эти составы на основе однокомпонентных масел позволяют обеспечить стабилизацию древесины с глубоким проникновением и надежной фиксацией. Большинство составов используют технологии вакуумной пропитки и обработки давлением с последующей термической полимеризацией при температуре 100-150 градусов.
В процессе пропитки применяются жидкие составы полимеров, а во время термической обработки полимер изменяет свое физическое состояние по всей глубине структуры дерева. Среди наиболее популярных сегодня составов для стабилизации древесины в домашних условиях можно рекомендовать «Анакрол-90», «100терм», «Буравид», «Пентакрил».
Пошаговая инструкция по стабилизации древесины
Наглядно представить процесс стабилизации древесины в домашних условиях поможет пошаговая инструкция метода вакуумной пропитки с последующей термической полимеризацией. Это один из самых сложных процессов, требующих наличия специального оборудования – вакуумной камеры. Но, несмотря на кажущуюся сложность, все работы можно проводить в условиях домашней мастерской, при этом получать довольно высокий результат обработки заготовок.
Для работы здесь используется доступный полимерный материал «Буравид», а вакуумная камера используется обычный компрессор от бытового холодильника, так что собрать такой агрегат можно самостоятельно.
Для работы отобраны два бруска березы, материал предварительно прошел небольшую обработку – выровнены грани и сделана фаска. Сушка осуществлялась при нормальной комнатной температуре.
Для работы используется пропитка «Буравид», полимерное средство готовое к применению.
Образцы помещаются в емкость и заливаются пропиткой.
Чтобы пропитка проходила равномерно бруски прижимаются грузом, в данном случае используется гайка от баллона.
Для получения приятного оттенка можно использовать специальный краситель пигмент, но в данном случае обработка будет осуществляться без красителя, чтобы ясно понимать, как изменится цвет дерева только под действием полимера.
Еще до помещения емкости в вакуумную камеру начинается процесс замещения воздуха полимером – на рисунке видно, как из березового сувеля начинают отходить пузырьки воздуха.
Емкость помещают в вакуумную камеру. После закрытия крышки включается компрессор и в камере создается разреженное пространство.
Через смотровое стекло камеры видно, воздух пузырьками покидает древесину.
Спустя 72 часа бруски извлекаются из камеры. Такой вид имеет березовый сувель.
А такой вид имеет доска из обычной березы.
Следующий этап – запекание полимера при температуре 100 градусов.
Чтобы не допустить реакции пропитки и горячего воздуха необходимо сделать защитное покрытие. Для этого берется пищевая пленка, поверх которой бруски оборачиваются алюминиевой фольгой.
Упаковка ставится в металлический лоток и ставится на 1 час в прогретую до 100 градусов газовую духовку.
Такой вид приобрел брусок березы.
А это березовый сувель. На поверхности появились видимые трещины в местах где волокна имели слабую плотность. Трещины в дальнейшем можно заделать эпоксидным составом. Но там, где волокна изначально имели высокую плотность, полимеризованный состав «Буровида» придал материалу высокую плотность и прочность.
До начала работ брусок березы весил 101 грамм, а после полимеризации его вес стал равняться 194,5 граммам. Березовый сувель до стабилизации весил 225 грамм, а после полимеризации смолы стал весить 335,1 грамм.
Применение стабилизированной древесины
Процесс стабилизации древесины позволяет существенно упростить создание многих предметов имеющих деревянные вставки и элементы. На практике использование стабилизации дает возможность применять мягкие сорта древесины для изготовления рукоятей инструмента. Из такого материала получаются удобные ручки для напильников, рукояти резцов и стамесок они не боятся ударов, да и служат они намного дольше, чем ручки из мягких пород дерева. Стабилизированная древесина отлично подходит и для изготовления ножей. Деревянные накладки получаются прочными и удобными.
Приемы стабилизации используются и мастерами оружейниками – из стабилизированного дерева получаются отличные ложе и приклады для ружей. А еще, стабилизацию часто применяют мастера моделисты, именно из такого материала получаются модели парусников и исторических кораблей.
Незаменима технология стабилизации дерева и для мастеров мебельного дела, в такой пропитке нуждаются практически все детали мебели из натуральной древесины. Благодаря стабилизации изделия служат намного дольше, ведь дерево, пропитанное полимерной смолой не подвержено короблению и изменению формы.
Ковать древесину
России на нехватку лесов грех жаловаться, но все же: деревьев твердых пород у нас не изобилие. У липы средняя плотность, по Бринеллю, – 1,8, у осины – 1,8. Можно и не знать, кто такой Бринелль (шведский инженер, 1849 – 1925; предложил метод определения твердости); достаточно сказать, что у дуба, по Бринеллю, показатель 3,7, а с дубом в стране не так богато. Сосна есть, за Уралом и в Сибири лиственницы много (у них твердость – 2,5; 2,6). Но лиственница, к примеру, дорогая и до дуба ей тоже далеко. Вот чего полно, так той самой «мягкой» осины. Однако оказалось – ее поверхность можно сделать тверже дубовой, а если и дуб обработать, то его твердость станет сопоставимой с красным деревом.
ФОТО предоставлено «Инлаб-ультразвук»
– Вообще-то способов модификации древесины множество, – говорит Алена Вьюгинова, кандидат технических наук, преподаватель ЛЭТИ. – Другой вопрос, что все они очень сложные, дорогостоящие, энергозатратные. Например, недостаточно спрессовать дерево, нужно еще и закрепить эффект, скажем, обработав древесину аммиаком или пропитав мочевиной. Это к тому же не очень экологично.
Свою технологию ученые назвали «кованая древесина», причем «куют» ультразвуком. На своем сайте разработчики поясняют: «Ковка – это процесс изменения внутренней структуры и свойств металла посредством механического и температурного воздействия. В нашем случае речь идет о схожем процессе изменения свойств поверхности древесины за счет механического и ультразвукового воздействия».
По словам Алены Вьюгиновой, идея возникла «частично случайно, как в большинстве открытий».
Лет десять назад ЛЭТИ и фирма «Инлаб-ультразвук» экспериментировали с сушкой древесины при помощи ультразвука. И попутно получили на древесине маленькое пятнышко: ровное, глянцевое. Замерили твердость: ничего себе, плотность поверхности сосновой доски повысилась втрое!
Пытались развивать технологию, но с нуля построить опытный образец станка для обработки древесины очень дорого.
Деньги пришли от государства: в 2011-м разработчики подали на конкурс Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, на программу «Умник-на-СТАРТ».
– Я к тому времени закончила институт, поступила в аспирантуру и уже участвовала в программе «Умник» этого фонда, как раз по технологии ультразвуковых излучателей, – рассказывает Алена Вьюгинова, человек вообще опытный в получении грантов. Аспиранткой выигрывала гранты от Американского акустического общества – «деньги символические, зато диплом красивый».
На выигранный по программе «Умник-на-СТАРТ» 1 млн рублей сделали новый макет оборудования, получили первые образцы, подтвердили эффект и подали на конкурс того же фонда «СТАРТ-2», на сей раз на 2 млн рублей, с условием софинансирования. Выиграли.
– Преимущества технологии очевидны: когда человеку, который занимается деревообработкой, говоришь про повышение твердости в полтора – три раза, ему больше ничего не нужно объяснять, – комментирует Алена. – Технология применима в принципе везде, где нужно твердое дерево, и в первую очередь – в изготовлении напольных покрытий. Квадратный метр массивной дубовой доски стоит 2,5 – 3 тысячи рублей, а та же доска из осины – 600 – 800 рублей. А стоимость ультразвуковой обработки квадратного метра древесины всего 60 – 70 рублей.
Специалисты Лесотехнической академии сделали микрофотографии срезов обработанной ультразвуком древесины. Позвонили создателям технологии: «обнаружилось кое-что удивительное, надо поговорить. »
Оказалось, уплотняется не только верхний слой (примерно на миллиметр); ультразвук и в глубине уплотнял мягкие участки, при этом не трогая участки твердые.
– Ну это понятно: ультразвук – волновой процесс, – поясняет Вьюгинова. – Вообще по древесине тут не одну диссертацию защитить можно. Мы, к примеру, знаем, что уменьшается впитываемость обработанной древесины, но насколько – пока не исследовали. А уменьшение впитываемости – это уменьшение расхода лакокрасочных покрытий. Один из потенциальных заказчиков нам сказал: мне не твердость нужна, а вот если вы мне на 20% снизите расход лака и краски. Или еще одно направление: известно, что ультразвук убивает большинство видов бактерий и грибов, то есть происходит обеззараживание – это тоже нужно изучать.
Вьюгинова не специалист по древесине. Она, повторим, специалист по ультразвуку. Кандидатская посвящена расчетному проектированию ультразвуковых волноводов. Это та самая часть станка, которая контактирует с поверхностью древесины и делает ее более твердой.
Спрашиваю, можно ли это ноу-хау перенять или, говоря по существу, украсть. Отвечает:
– Получить маленькое пятнышко на опытной установке – это не то же самое, что получить трехметровую доску, с двух сторон обработанную. Почему разработка технологии и заняла десять лет. Перейти от лабораторных результатов к промышленным – известная стандартная сложность, а тут еще и много нюансов в самой технологии. Чем больше размер волновода, тем сложнее его проектировать, а у нас размер большой, сейчас мы можем обрабатывать пиломатериалы до 135 мм шириной, при этом волновод способен выдерживать значительные нагрузки. Кроме того, в конструкции станка применены уникальные по своим свойствам ультразвуковые преобразователи.
Технология пока на стадии выхода на рынок (с поправкой на нынешнюю заторможенность в бизнесе и экономике). Команда – шесть человек; технопарк ЛЭТИ помогает консультациями. Опытный образец оборудования установили на арендованной площадке в ЛОМО («Для заказчика станок сделаем красивее. Как в анекдоте, знаете: «Сам вижу, что синхрофазотрон; почему не покрашен!»). Планируют продавать не только станки, но и для наглядного примера запустить небольшое производство напольных покрытий.
– Без государственной поддержки трудно было бы что-то сделать, – считает Алена Вьюгинова. – Вот все жалуются: сидим на нефтяной игле! Это понятно. Но я вижу, что и поддержка инноваций не пустой звук. Мы это не только по себе видим: в конкурсе участвовали много людей, у них запущено производство, они малые инновационные предприятия открывают. Технопарки поддерживают молодых ребят, те создают фирмы, рабочие места. И, в конце концов, мы гордимся, что эта технология разработана именно в России.
Эту и другие статьи вы можете обсудить и прокомментировать в нашей группе ВКонтакте
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 019 (5392) от 05.02.2015.
Как обработать сосновую древесину тонирующей пропиткой и лаком
Сосна является деревом со своими особенностями. Это хвойное растение, поэтому необходимо учитывать наличие в нем смол и иных веществ, которые имеют свойство выступать из древесины, влиять на ее впитываемость, по-особому взаимодействовать с окрашивающими средствами и придавать прочие эффекты.
Этапы
Если мастер выбрал сосну в роли материала для пола или иных элементов помещения, то нужно учесть свойства этого дерева при обработке морилкой и лаком. Этапы правильной работы такие:
Многие столяры и специалисты по дереву любят сосну из-за легкости работы с ней, небольшого веса, низкой стоимости. Кроме того, эта древесина доступна повсеместно.
Сосновая поверхность при отделке прозрачными материалами словно излучает теплый солнечный свет. Этот эффект редко встречается у иных пород.
Меньше проблем возникает, когда поставлена задача сохранить или подчеркнуть природный цвет. Но если нужно придать ему более темные оттенки, то результат пропитки морилкой зачастую будет непредсказуемый. Это обуславливается тем, что из-за смоляных веществ древесина сосны на отдельных участках обладает разной впитываемостью. Неравномерность этого процесса делает поверхность пятнистой или с полосами, отличающимися по тону.
Из-за указанного недостатка не стоит отказываться от обработки такого материала. Тонировать сосновые доски можно равномерно, если знать технологию и способы, как это правильно делать. При этом потребуется лишь несколько простых действий и чуть больше времени на подготовку древесины.
Равномерная тонировка сосны: 4 шага для идеального результата
В торговых точках зачастую в штабелях готовых сосновых досок есть много иных родственных пород, но продавцы не делают особых различий между ними, называя все «сосной». Такие породы очень близкие по ботанической классификации, но, все же, это не совсем сосна и они имеют несколько иные свойства. То есть, морилку они будут впитывать по-разному. Впрочем, это наблюдается также и у чистой сосны: даже одна и та же доска может иметь на разных участках иное содержание смол и разную впитываемость. Что уж говорить, если выбраны доски из разных деревьев.
Непредсказуемость, вот, что надо учитывать, приступая к использованию морилки для этой породы. Чтобы определить ее уровень и границы, используют пробные образцы. Это самый верный метод проверить качество и параметры материала.
Выбор «правильных» досок
Правильная шлифовка
Поэтапно проверенный способ, как правильно отшлифовать сосновую доску:
Грунтовка сосны
Опыт обработки сосновой древесины показывает, что нанесение морилки на ее чистую поверхность приводит к неравномерности тона и образованию пятен.
После нанесения и высыхания состава поверхность слегка отшлифовывают в направлении волокон губкой с абразивом №320 и наносят жидкую морилку.
Как создать разные оттенки
Для создания требуемого оттенка на пробные образцы наносят смеси из разных морилок (темных и светлых). То есть, если требуется оттенок темнее, то в светлую пропитку добавляют более темную, и наоборот. Далее, смесь наносят на пробный образец, который должен быть создан строго из той же партии древесины, что и основной обрабатываемый материал. Если это стена или иной объект, то можно выбрать несколько участков и экспериментировать на них или рискнуть и взять похожую древесину, но следует учесть, что результат может отличаться, так как дерева той же породы в нашем случае могут обладать значительными отличиями по показателям насыщения их смолами.
Разные по оттенкам пропитки для хвойных пород можно смешивать для достижения требуемого тона. Еще одним способом добиться нужного результата является добавление в морилку специальной краски-концентратора. Осветление же можно осуществить, добавляя бесцветную жидкость в более темную.
При покупке следует обратить внимание, что в продаже есть разные цветовые варианты морилки. Кроме того, есть большое количество красок для этого вещества. Можно выбрать несколько отдельных концентратов для изменения цвета или их комплект. Некоторые торговые точки предлагают создание требуемого оттенка по образцам покупателя.
Подготовка древесины
Перед применением морилки поверхность необходимо смочить и высушить. Это не допустит деформации волокон непосредственно после обработки. После этих двух этапов дерево необходимо прошлифовать. Зернистость шлифовальных инструментов должна быть 120 – 150. После очистки от пыли – осуществить шлифовку абразивом зернистостью 150 – 180 и затем снова тщательно зачистить от пыли. Желательные параметры древесины: температура > +15 С°, влажность 8 – 12%.
Смолистую древесину сосны крайне желательно обработать средством для очистки ее от смол.
Нанесение
Перед использованием пропитку периодически взбалтывают. Это следует делать основательно: жидкость должна быть максимально однородной, чтобы исключить малейшую возможность тоновых различий при покраске.
Распыление
Распыляют обильно. Важно следить за равномерностью. Движения должны осуществляться вдоль полотна (по его длине). По прошествии 1 – 2 мин. оставшуюся на поверхности жидкость разравнивают чистой сухой кистью. Если удастся распилить вещество так, чтобы объект был покрыт ее равномерно, то указанные действия не потребуются.
Как наносить кистью
Желательно использовать плоские кисточки: чем шире будет рабочая часть, тем лучше – это уменьшит риск накладывания слоев пропитки друг на друга, что приводит к неравномерности оттенка. Наносят сначала по длине, затем – по ширине и после этого снова по длине. То есть, крестообразными движениями. После 1 – 2 мин. остатки разравнивают такой же кистью, но чистой и сухой – это дополнительно нивелирует разницу, обусловленную неравномерностью впитывающих свойств дерева. Оставленный на поверхности сочный, выровненный слой пропитки обеспечит эффектный вид обрабатываемой поверхности.
Высыхание
Сохнет при 20 С°. При этом относительная влажность воздуха в помещении должна быть до 50%. Относительно сухой поверхность будет через 30 мин., но для покрытия лаком потребуется выждать 10 – 12 часов. Период для сушки сокращать штучно нельзя, то есть, не надо повышать температуру и инициировать движение воздуха (феном или иными инструментами). Эффект после таких манипуляций будет непредсказуемым.
Финальная обработка лаком
Под морилку определенного изготовителя желательно подбирать и лак той же фирмы. Работа с лаками на водной основе имеет особенность: такой вид продукции следует наносить распрыскивателем (пульверизатором), а не кисточкой или валиком. Это обуславливается особенностями их текучести: при нанесении водных/спиртовых лаков вручную очень сложно обеспечить равномерность, в то время как иные виды таких покрытий имеют густоту и тягучесть, позволяющую им распространиться по поверхности более ровно.
Важные особенности и советы
Хвойной древесине свойственно желтеть со временем, поэтому следует выбирать светлые или серые морилки. Рекомендовано использовать только лаки, стойкие к выгоранию.
Специалисты рекомендуют сначала на опытном образце опробовать пропитку и покрыть поверхность лаком. То есть, обработать пробник полностью до конца: так будет виден результат сочетания морилки и выбранного лака, что позволит проверить, подходит ли мастеру тон, созданный в результате «сотрудничества» этих двух веществ.
Дерево, а особенно его хвойные породы, имеет некоторую степень непредсказуемости в свете описываемых нами работ. Существует возможность появления тоновых изменений окраски со временем.
Емкости, используемые в процессе работы, должны быть максимально чистыми и состоять из идентичного материала. Если смешиваются пропитки, то надо это делать чрезвычайно тщательно в одном и том же резервуаре. Если он состоит из металла, то его примеси могут незначительно изменить тон.
Для создания тонов светлого или серого диапазона следует подбирать древесину максимально приближенную к ним по цвету. Кроме того, результат во многом зависит от структуры дерева. Например, на него влияет качество твердых колец этого материала.