Využití vakua v dřevařském průmyslu Autor: Alexandr Otáhal Úvod Snížení tlaku je využíváno v různých průmyslových odvětvích a vědeckých oborech. Z nich je možné jmenovat elektrotechniku, kryogeniku, potravinářství ad. Takto velké rozšíření je zejména díky fyzikálním vlastnostem materiálů a chemických látek při sníženém tlaku. V této práci jsou popsány způsoby využití vakuové technologie v dřevařském průmyslu. Vakua se tedy využívá u počátečních úprav surového dřeva na vysušování a impregnaci. V dalších stádiích zpracování také pro výrobu, úpravu a formování dřevěných desek a jiných výrobků. Vakuové vysušování dřeva Metoda sušení dřeva s pomocí vakua byla registrována v roce 1922 [1]. V dnešní době se využívají dvě metody. První metoda je založena na přímém zvýšení teploty topným tělesem a druhá na zvyšování teploty pomocí signálu o vysoké frekvenci. Tlaky v komoře bývají řádově 10 4 10 3 Pa, ale jsou i technologie, které používají vysokého vakua. Je to z důvodu snížení bodu varu vody a tím i urychlení vysoušení. Sníží se díky tomu i potřebná teplota z 60-120 C, pro standardní bezvakuové metody, na 40-60 C [2]. Díky těmto vlastnostem se tento způsob vysoušení využívá především při potřebě dosažení vysoké kvality dřevěných výrobků s větší efektivitou procesu. Například 100mm tlustá deska se u standardní metody vysouší 25 dní a s vakuem jen 8 dní [2]. Na obrázku 1 je schématické znázornění jednoho ze základních provedení vakuové sušičky s přímým dodáním tepla. Jak vyplývá z nákresu jsou dřevěné polotovary (tj. pražce, latě ad.) umístěny ve vzduchotěsné komoře. Do ní je vedeno teplo pomocí vodního ohřevu a ventilátorem je zajištěna cirkulace tepla prostoru. Výpary jsou odsávány do kondenzační jednotky kde dochází k jejich ochlazení a v separátoru se odděluje plyn a kapalina. Plyn odčerpává například rotační vývěva a voda je odsávána čerpadlem.
Obrázek 1: Schéma zařízení na vysoušení dřeva pomocí sníženého tlaku a zvýšené teploty (vakua) [3] Druhá metoda je stejná jako předchozí až na způsob dodání tepla. Signál o rádiové nebo mikrovlnné frekvenci je dodáván do elektrod v podobě železných desek, které jsou umístěny na spodní a horní straně sušičky. Tyto dvě základní metody jsou u každého výrobce rozšiřovány a někdy i vzájemně kombinovány pro lepší efektivitu a kvalitu procesu. Na obrázku 2 je vidět vysokofrekvenční vakuová sušička dřeva, která se na první pohled příliš neliší od horkovzdušné. Obrázek 2 : Vysokofrekvenční vakuová sušička dřeva [4]
Vakuová a tlakově - vakuová impregnace dřeva Impregnace dřeva ochrannou látkou slouží k zabránění vzniku plísní a vniku škůdců. Dále také zlepšuje odolnost proti vodě. Tlakové impregnační technologie využívají rozdílných tlaků uvnitř a vně dřeva. Kombinaci podtlaku ve dřevě, přetlaku vzduchu, teploty apod. se dosáhne maximálního prosycení dřevní hmoty impregnační látkou v poměrně krátké době. Příjem a hloubka průniku ochranných látek jsou definované v normách a pohybují se od 3 mm do několika centimetrů. [5] Nákres systému pro impregnaci za sníženého tlaku je vidět na obrázku 3. Ústřední částí je impregnační kotel, ve kterém je umístěn dřevěný materiál. Do tohoto kotle je čerpadlem vháněn ochranný prostředek. Další částí je předehřívací komora, která je podobná impregnačnímu kotli a má za úkol vyhřívání při procesu pro větší efektivitu. Střídání mezi přetlakem a vakuem má na starosti tlakově vakuové čerpadlo. Obrázek 3: Nákres zařízení na vakuovou impregnaci dřeva [5] Při samotném procesu záleží na vlhkosti dřeva a jeho druhu. Například borovice-běl je lehce impregnovatelná zatímco jedle je těžce. Podle toho se volí charakteristika průběhu střídání tlaku a účast impregnační kapaliny ve vzduchotěsné komoře. Pro názornost je na obrázku 4 průběh vakuového procesu, který se využívá pro impregnaci dřeva s vlhkostí do 30-40 %. Jak je vidět tak tlak se sníží až na 20kPa. Vyšrafovaná část ukazuje kdy je v komoře napuštěna ochranná látka. Pro dřevěné materiály o vlhkosti od 60 do 100 % se používají cyklické a pulzační vakuotlaké průběhy. Jeden je ukázán na obrázku 5.
Obrázek 4: Průběh procesu pro suché dřevo (tj. do 30-40 % vlhkosti) [6] Obrázek 5: Průběh procesu pro mokré dřevo (tj. do 60-100 % vlhkosti) [6] Obrázek 6 ukazuje vakuový impregnátor. Jak je vidět tak spodní komora slouží pro umístění impregnovaného materiálu a horní na předehřev ochranné látky.
Obrázek 6: Ukázka zařízení na vakuovou impregnaci dřeva [7] Výroba, úprava a formování dřevěných desek a jiných výrobků ze dřeva za pomoci vakua Ve stolařství má vakuum také své nezastupitelné místo. Je ho využíváno k usnadnění a zkvalitnění práce. Zde jsou příklady použití [8]: Jemné vykládání nábytku Restaurace starých povrchů Desky skateboardů Ohýbání a laminování dřevených výrobků Výroba různých hudebních nástrojů (např. piána, kytary, bubny ad.) Modelářské modely letadel ad. První technologie, která se používá u výše popsaných příkladů jsou vakuové vaky. Jsou to plastové pytle s velkou pevností mající zipové uzavírání a ventil pro odčerpávání vzduchu. Jde u nich dosáhnout vakua až 3*10 3 Pa. Touto metodou lze vytvářet překližky různých tvarů, ohýbat hotové desky (viz. Obrázek 7), upravovat povrchy různými tapetami nebo zajistit pevné přilepení částí bez vzduchových bublin (viz. Obrázek 8).
Obrázek 7: Ohýbání desky ve vakuovém vaku [9] Obrázek 8: Zalepení švu na hřbetě kytary pomocí vakuového vaku [10] Druhou technikou je membránový nebo bezmembránový vakuový lis. Využívá tlaku a zvýšené teploty při tvarování a depozici plastových povrchů na dřevěné materiály. Tímto způsobem se laminují plastové povrchy. Příkladem výrobku jsou dvířka kuchyňské linky. Jedno z možných provedení přístroje je vidět na obrázku 9. Obrázek 9: Tepelně vakuový lis (bezmembránový) [11] Vzhledem k moderním ekologickým trendům zde lze také na okraj uvést technologii zpracování plastů, která je kombinovaná s dřevěnými pilinami. Tímto způsobem se vyrábí různé druhy profilů, např. pro okenní rámy. Tyto systémy jsou inline (viz. Obrázek 10). Na jedné straně se do zásobníku nasype již připravený granulát (plast-piliny) a na druhé straně vyjede potřebný vylisovaný profil.
Obrázek 10: Inline systém pro vytváření profilů z kombinace dřevených pilin a plastu [12] Vakuové držáky Jako poslední využití vakuové technologie lze zmínit vakuové držáky, pro manipulaci s velkými deskami (viz. Obrázek 11), nebo upínací aparatury (viz. Obrázek 12), které pomocí podtlaku zajistí nehybnost předmětu pro další manipulaci. Tyto technologie jsou univerzální a využívají se ve spoustě dalších průmyslových odvětvích. Obrázek 11: Ukázka manipulace s vakuovým držákem [13] Obrázek 12: Přípravek pro uchycení materiálu pomocí podtlaku [14] Závěr Z výše popsaných metod a technologií plyne, že využití vakua v dřevařském průmyslu má významnou úlohu. Hlavním přínosem je použití menších tlaků v procesu díky čemuž se zefektivňují a urychlují klasické metody vysušování a impregnace dřeva. Také při výrobě různých atypických tvarů (hudební nástroje, modely letadel ad.) a úpravě povrchů je vakuum důležitým pomocníkem.
Seznam literatury [1] Zhangjing Chen: Primary driving force in wood vacuum driving. c1997. [cit. 2010-12-15]. 185s. Dostupný z WWW: < http://www.svchtehnologii.ru/eng/primary%20driving%20force%20in%20wood%20vacuum%20 Drying.pdf > [2] NZ Wood: Drying. [online]. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.nzwood.co.nz/how-wood/treatment-and-durability/drying > [3] Tritherm Technology: TVD 10: Vacuum dryer. c2001. [online]. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.tritherm.com/images/products/vacuum%20dryer/vacuumdryer.htm > [4] Forest Grove Lumber Company: About Tru-Dry: Process Overview. [online]. c2008. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.fglco.com/preso/process/08.html > [5] Výzkumný a vývojový ústav dřevařský Praha: 6. Technologické postupy ochrany dřeva. c2005. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < drevari.humlak.cz/data_web/data_skola/hudreva/7.pdf > [6] Littlejarda: Ochrana dřeva impregnací. c2009. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://skolajarov.ic.cz/technologie/impreg.pdf > [7] Direct industry. [online]. c2010. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.directindustry.com/prod/isve/vacuum-impregnation-machines-for-woodprotection-19489-154161.html > [8] Joe Woodworker: What Can You Do With A Vacuum Press?. [online]. c1998-2010. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.joewoodworker.com/veneering/vacuumpress-uses.htm > [9] Rick Kemper: Vacuum Forming Curved Panels. [online]. c1998-2010. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.joewoodworker.com/veneering/vacuumforming.htm > [10] Joe Woodworker: Making A Small or Narrow Vacuum Bag. [online]. c1998-2010. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.joewoodworker.com/veneering/makingbags.htm > [11] Almex Presses: The Almex Vacuum Press. [online]. c2010. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.almex-online.com/vacuum_press.htm > [12] Top machinery. c2009. [online]. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.topmachinery.net/productshow.asp?pid=172 >
[13] Schmalz: Vacuum handling in wood processing. c2010. [online]. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://fr.schmalz.com/aktuelles/presse/vakuumhandhabungssysteme/00414/ > [14] Joe Woodworker: Vakuum camping matrix. c2009. [online]. [cit. 2010-12-16]. Dostupný z WWW: < http://www.joewoodworker.com/veneering/vacuumclampingmatrix.htm >