Все поступающие в пропитку лесоматериалы рассортировываются по породам, сортиментам и размерам.
Перед укладкой в штабеля лесоматериалы обязательно окориваются до древесины. Механическая обработка — распиловка, сверловка, выбирание пазов — должна проводиться до пропитки. Гост 5430—50 рекомендует применять для пропитки креозотовое, антраценовое, сланцевое масла и другие маслянистые антисептики, включенные в ГОСТы.
Последние исследования показывают, что сланцевое масло в чистом виде рекомендовать для пропитки не следует. Разрешается применять смеси антисептиков с любыми минеральными маслами без увеличения вязкости пропиточной жидкости. При разбавлении токсичность антисептика не должна уменьшаться более чем наполовину. Практически на заводах приготовляют смесь из одной части антисептика и одной части нейтрального масла. Допускается не более чем на 5% оводненность маслянистых антисептиков и антисептических смесей, поступающих в. пропиточный цилиндр. Маслянистыми антисептиками и их смесями рекомендуется пропитывать лесоматериалы следующих пород: сосны, лиственницы, ели, пихты, дуба и бука.
Согласно требованиям ГОСТа 5430—50 пропитка железнодорожных шпал, мостовых переводных брусьев, а также мачт и столбов всех назначений допускается только при влажности древесины не более 25%. Другие лесоматериалы допускаются к пропитке с влажностью заболони более 25%.
Атмосферная сушка лесоматериалов на складах происходит неравномерно, в одном и том же штабеле могут оказаться сортименты с разной влажностью. В связи с этим в ГОСТе предусмотрен особый критерий состояния влажности сырых материалов, «влажностный показатель».
Влажностный показатель определяется не ранее трех суток до поступления партии в пропитку на пробах, взятых из лесоматериалов пустотелым буравом. Пробы берутся из верхней, средней и нижней частей по высоте штабеля в количестве 3% от числа шпал и других коротких сортиментов и 10% от числа столбов или аналогичных сортиментов в штабеле. Пробы отбираются на полную глубину заболони, а при отсутствии ее — на глубину 2 см из ядровой части древесины.
Лесоматериалы с влажностью выше 25% по степени готовности к пропитке подразделяются на группы с влажностным показателем 40, 60, 100% и выше.
В первую очередь назначаются в пропитку (по особому режиму) те, которые имеют влажностный показатель 40% и во вторую — 60. Более влажные лесоматериалы пропитке не подлежат.
Пропитка лесоматериалов с влажностью по заболони не выше 25% может осуществляться способами:
а) полного поглощения (в современной практике этот способ чаще применяется для пропитки водорастворимыми антисептиками);
б) ограниченного поглощения;
в) полуограниченного поглощения.
Способ полного поглощения предусматривает пропитку древесины под давлением с предварительным вакуумом.
При пропитке по способу полного поглощения лесоматериалы укладываются без прокладок на специальные вагонетки и подаются в пропиточный цилиндр. Когда цилиндр наполняется пропиточной жидкостью, лесоматериалы в пределах ограничительных дуг всплывают и плотность укладки ослабляется, что обеспечивает омывание антисептиком каждого сортимента.
После загрузки цилиндр герметически закрывается и воздух в нем разрежается при помощи вакуум-насоса или компрессора. Для этого у пропиточного цилиндра закрываются все вентили, кроме стоящего на трубопроводе между пропиточным цилиндром и конденсатором. Воздух отсасывается не только из цилиндра, но и из находящейся в нем древесины. От этого создается вакуум глубиной не менее 600 мм ртутного столба, что облегчает последующее проникновение пропиточного состава в древесину. Затем цилиндр заполняется пропиточным маслом, обычно путем засасывания его из маневренного резервуара под вакуумом. Окончив наполнение, замеряют уровень антисептика в мернике, о чем делается соответствующая отметка в пропиточном журнале. После этого к цилиндру подключается нагнетательный насос и создается гидравлическое давление в 8—12 ати. В этот период пропиточная жидкость вдавливается внутрь древесины, пропитывая клеточные стенки и заполняя их полости. Количество антисептика, поглощенного древесиной, определяется по рейке или водомерному стеклу мерника. Время выдержки под давлением антисептика для различных древесных пород и видов лесоматериалов неодинаково и колеблется от 30 минут до 2 часов. Точно это время указывается в режимах пропитки тех или иных лесоматериалов. Если продолжительность давления не оговорена, операция длится до «конца поглощения», что устанавливается по шкале мерника (постоянный уровень). После этого насос отключается и делается вторичная отметка показаний мерника. За этим открываются задвижка на спускном трубопроводе пропиточного цилиндра и вентиль, соединяющий его с наружным воздухом, а раствор перепускается в маневренный резервуар.
Норма поглощения антисептика по этому методу пропитки составляет 180—220 кг/м3 древесины. Такой большой расход не оправдан, так как заполнение раствором полостей клеток не оказывает заметного влияния на увеличение срока службы древесины. Сократить же норму поглощения антисептика нельзя, ибо в этом случае исключается равномерная пропитка лесоматериалов.
По этой причине способ полного поглощения в основном применяется при пропитке водорастворимыми антисептиками, где требуется поглощение больших количеств раствора с небольшим содержанием солей антисептика.
Способ ограниченного поглощения дает возможность пропитывать только оболочки клеток древесины, оставляя полости их свободными от пропиточной жидкости. Это позволяет минимально сократить расход антисептика, что чрезвычайно важно при пропитке древесины маслянистыми смесями.
При пропитке древесины по этому способу лесоматериалы загружаются в пропиточный цилиндр, который герметически закрывается и соединяется с аккумулятором сжатого воздуха или с компрессором.
В цилиндре создается предварительное воздушное давление в 2—4 ати (так называемое фордавление), которое сильно уплотняет воздух внутри древесины. Фордавление должно достигать заданной величины возможно быстрее, как бы совершать воздушный удар по древесине. Для этого на пропиточных заводах устанавливают воздушные аккумуляторы, поднимающие нужное давление за 1—2 мин. По окончании выдержки под фордавлением цилиндр наполняется антисептиком без снижения в нем воздушного давления, а затем создается жидкостное давление 8—12 ати путем подкачки подогретого антисептика (с температурой 95—100°). Гидравлическое давление поддерживается 30—100 мин., в зависимости от лесоматериалов, а затем цилиндр освобождается от антисептика и в нем устанавливается вакуум. В период вакуума сжатый внутри древесины воздух — «воздушная подушка» — расширяется и выталкивает часть поглощенного антисептика, находящегося в полости клеток. По окончании вакуума процесс пропитки заканчивается.
Средняя норма поглощения масляных антисептиков на 1 м3 сосновой и еловой древесины для каменноугольного масла и его смесей составляет 80—90 кг, для лиственницы 70 кг на 1 м3 древесины, для дуба в среднем 65 кг на 1 м3 древесины, для бука при сквозной пропитке (за исключением ложного ядра) расход масла может достигать 170 кг на 1 м3 древесины. При пропитке сухих лесоматериалов (с влажностью не выше 25%) масляными антисептиками техническими условиями МПС рекомендуются следующие режимы пропитки.
Способ полуограниченного поглощения. При этом способе пропитки не создается предварительного воздушного давления.
Этим способом обычно пропитываются лесоматериалы твердых пород, сырые брусья и столбы, сортименты с малым содержанием заболони, трудно воспринимающие антисептики.
При всех способах пропитки вес поглощенного антисептика определяется методом измерения объема масла, израсходованного на пропитку всей загруженной древесины, а затем вычисляется расход в кг/м3.
После обработки масляными антисептиками у всех сортиментов в партии должно быть пропитано в среднем не менее 85% площади заболонной древесины при определении по срезам, или не менее 85% толщины заболони при определении глубины пропитки пустотелым буравом. Заболонь толщиной до 20 мм должна быть пропитана полностью. В обнаженную ядровую древесину проникать антисептик должен не менее чем на 5 мм в тангентальном и радиальном направлениях у всех сортиментов партии.
На качество пропитки под давлением решающее значение оказывает вязкость состава и величина давления.
Вязкость характеризует внутреннее трение между частицами жидкости при протекании по трубам, а также в клетках древесины при пропитке.
Коэффициентом внутреннего трения, или динамической вязкостью, называется сила сопротивления двух соседних слоев жидкости, перемещающихся относительно друг друга со скоростью 1 см1сек.
Единицей измерения динамической вязкости в системе абсолютных единиц (CGS) является пуаз (г/см сек).
При характеристике вязкости пользуются еще понятием — кинематическая вязкость, которая представляет собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости.
Единицей измерения кинематической вязкости является стокс (ст) или его сотая часть — сантистокс (сст).
В лабораториях промышленных предприятий обычно определяют условную вязкость жидкостей при помощи вискозиметров.
По приведенным ниже данным Г. Н. Новицкого и В. В. Стогова, на деревопропиточных заводах Советского Союза применяют вискозиметры, условные градусы которых (ВУ) показывают отношение времени истечения 200 мл испытуемого маслопродукта при определенной температуре к времени истечении 200 мл воды при температуре 20°.
Вязкость жидкостей является одним из основных факторов, определяющих их проникновение в древесину. Жидкости, имеющие меньшую вязкость, при прочих равных условиях проникают легче, чем более вязкие.
Вязкость жидкостей зависит от температуры. Поэтому, чем выше температура антисептика, тем лучше он проникает в древесину.
Особое значение приобретает повышение температуры маслянистых антисептиков, вязкость которых снижается при повышении температуры в большей степени, чем вязкость воды.
Вязкость водных растворов антисептиков зависит от их концентрации. Однако при малых концентрациях, применяемых в пропитке древесины, вязкость растворов незначительно превышает вязкость воды. Так, вязкость раствора хлористого цинка при температуре 25° и концентрации 3% равна 0,99 сантипуаза, при концентрации 6% — 1,07 сантипуаза, а вязкость воды при той же температуре 0,89 сантипуаза.
В связи с благоприятным влиянием температуры, на проникновение антисептиков законен вопрос о максимально допустимой температуре при пропитке древесины.
Проведенные исследования показывают, что температуры свыше 110° С, особенно действующие длительное время, отрицательно влияют на физико-механические свойства древесины. По данным П. В. Соколова, сушка в петролатуме при температуре свыше 100° понижает прочность древесины при статических нагрузках на 15%, а при ударных на 20%. По последним опытам В. Н. Петри и П. И. Ананьина, древесина, прошедшая сушку в петролатуме, не понижает своих механических свойств.
Однако, основываясь на исследованиях большинства ученых и на опыте предприятий, можно считать, что температура антисептика в период жидкостного давления не должна превышать 110°С. Нагреву масляных антисептиков до температур выше 100° препятствует сильное вспенивание из-за наличия в них воды, начинающей кипеть при указанной температуре. Поэтому для пропитки древесины целесообразно применять обезвоженные масляные антисептики, что позволит повысить температуру их нагрева.
Наряду с нагревом антисептика еще в большей степени важен глубокий прогрев массы древесины. Прогрев должен быть таким, чтобы пропиточная жидкость не остывала и сохраняла наименьшую вязкость даже в случае наиболее глубокого проникновения. Лесные материалы с температурой ниже пропиточной жидкости будут охлаждать последнюю, особенно по мере продвижения ее в глубь древесины и тем самым повышать вязкость антисептика. Поэтому сроки выдержки в горячем растворе должны быть достаточными для прогрева древесины. ГОСТ 5430—50 требует в холодное время года (при 0° и ниже) сухие лесоматериалы перед пропиткой подогревать в масле или паром при температуре до 110° С. Продолжительность подогрева зависит от толщины пропитываемых сортиментов, но не должна превышать двух часов.
Величина жидкостного давления также существенно влияет на глубину и скорость поглощения антисептика. Наиболее хорошо идет процесс пропитки под давлением 8—15 ати. Дальнейшее повышение давления сравнительно мало влияет на пропитку и в то же время резко увеличивает затраты на оборудование и эксплуатацию заводов. В соответствии с этим стандарт рекомендует проводить пропитку под давлением не ниже 7 и не выше 15 ати.