Техника - молодёжи 1988-09, страница 14

ВЕХИ НТП

Вечное

Елена ВИКУЛИНА,

инженер

Многие историки считают дерево изначальным конструкционным материалом, подразумевая, например, первобытный мост в виде опрокинутого над пропастью ствола. С тех пор дерево неизменно входило в арсенал технических материалов — правда, век от века сдавая позиции камню, металлу, синтетике. Но вот благодаря исследованиям и изобретениям последнего времени снова заговорили о своего рода «неодеревянном» веке.

НАЧАЛО «НЕОДЕРЕВЯННОГО» ВЕКА?

Специалисты далеко не единодушны в определении времени его начала. И все же чаще всего вспоминают в этой связи одно событие примерно 25-летней давности.

Произошло оно на территории Брестской крепости, где археологи обнаружили древнее городище. До мостовой и деревянных построек XII века даже пальцем нельзя было дотронуться — все грозило тотчас обратиться в труху. Тогда и позвали археологи на выручку сотрудников проблемной лаборатории модификации древесины Белорусского технологического института. И началась уникальная операция: ученые, осторожно передвигаясь от бревна к бревну, от сруба к срубу, инъецировали с помощью больших игл в мягкую, как вата, влажную древесину особые растворы (мы к ним еще вернемся). Буквально на глазах свершалось чудо: древнейшие деревянные построики обретали первозданную прочность!

Вскоре таким же образом были восстановлены археологические неходки на раскопках древнего Новгорода.

Работы были столь успешны, что в институте создали специальный отдел консервации археологической древесины и памятников деревянного зодчества. В музее отдела скоро появились фотографии восстановленных и законсервированных на столетия древних городищ. На полки встали фрагменты строений, детали мебели, посуды наших далеких предкоа Есть там, например, лодочка, как будто вчера выдолбленная из куска дерева. А ведь ее новгородский мальчишка запускал в ручье задолго до того, как Афанасий Никитин отправился в свое хождение за три моря.

дерево

Археологический триумф как бы заново открыл специалистам глаза на древнейший материал — точнее, на необыкновенные возможности в управлении его свойствами. Начался настоящий технологический бум. Быстро пополнялся арсенал идей, способов обработки древесины, превращения ее в конкурентоспособные, а нередко даже в уникальные конструкционные материалы. Следом поднимался вал изобретений, которые рождали новые устройства, и машины, реализующие эти идеи и способы.

Но прежде все-таки об идейной базе «неодеревянного».

СУММА ИДЕЙ

Суть в том, насколько глубоко мы поймем внутреннее строение собственно природного материала и как тонко, умело научимся управлять его химическими и физическими свойствами. А уровень такого управления — клетка. Оболочка ее, напомним, почти полностью состоит из целлюлозы, то есть высокомолекулярного полимера, с которым можно обращаться как с любым другим: прививать молекулы иных веществ, сшивать в определенном порядке его собственные молекулы и, напротив, разъединять их, скажем, растворяя в кислотах... Клетки древесины связаны в единый каркас межклеточным веществом — лигнином, состоящим из ароматических спиртоа Обилие его придает твердость. Пример — акация. А, скажем, в осине его мало, потому она мягка.

Спасая деревянные древности, белорусские ученые как раз и воспользовались возможностью химических манипуляций над полимерами. Вытеснили влагу из клеток фенолоспиртами, которые, полимеризовавшись в их полостях и прореагировав с целлюлозой оболочек, вернули древесине прочность и вдобавок сделали ее водоотталкивающей. Подобным образом древесину свежесрублен-ных ольхи и березы научились превращать почти что в аналог знаменитого железного дерева. На этот раз воздействовали фенолоформ альдегидным компаундом. Он прореагировал с веществом клеточных стенок и разложился на фенолоспирты и глифталевую смолу. Клеточные оболочки, поглотившие фенолоспирты, стали сравнительно устойчивы к естественному для древесины разбуханию во влажной среде, а смола, заполнив полости клеток, придала им прочность и почти полную влагонепроницае-мость. И еще: два месяца образцы химически модифицированной древесины

пролежали в 10% растворе серной кислоты, сохранив первоначальный вид! Контрольные же образцы, немодифицирован-ные, превратились в угольки.

Понятно, что вся эта «микрохирургия» с прививкой различных мономеров, разрывом и сшиванием полимерных цепочек непроста. Необходимы значительные температуры и их точнейшее соблюдение, скрупулезное дозирование реагентов — жидкостей и газов, довольно дорогие катализаторы. Но во многих случаях самым радикальным образом все эти проблемы решает изобретенный советскими учеными в 60-е годы радиационно-химический способ модификации древесины. Ее пропитывают каким-либо мономером, например, стиролом акриловой кислоты, потом облучают гамма-лучами, которые прививают к древесине мономеры и заставляют их полимеризовать-ся. Без тепла и катализаторов!

Второй подход к превращению дерева в конструкционный материал принципиально проще. Его заповедь такова: забудем о возможностях химических превращений и представим дерево только как капиллярно-пористый материал, который можно чисто механическим путем заполнить любыми веществами. Союз каркаса и заполнителя и будет определять свойства такого композита.

Идея чисто механической пропитки начала входить в практику еще в конце XIX века. Обычно модификатор под давлением (иногда с помощью вакуума) вводят вдоль волокна. Это автоклавная пропитка — с торца или по всему объему. Используют металлические сплавы с низкой температурой плавления или растворы тугоплавких металлов. В этом случае новый материал состоит как бы из вставленных друг в друга пространственных решеток древесины и металла. При этом теплопроводность возрастает в 30—40 раз, плотность — почти в 10 раз, резко увеличивается микротвердость и, напротив, снижается коэффициент трения, изнашиваемость.

Все бы хорошо, да вот только механическая пропитка не устраняет способность древесины впитывать влагу из окружающей среды. Отсюда — разбухание, коррозия, девальвации благоприобретенных достоинств И даже механическая пропитка гидрофобными веществами вроде парафина, воска, битума, минеральных масел не всегда выручает. Они, как и металлы, химически не взаимодействуют с компонентами древесины. Поэтому все происходит буквально по поговорке «вода щелочку найдет».

Она проникает между модификаторами и поверхностью древесного волокна, а затем и в клеточные стенки. Результат: набухает и усыхает новый материал в той же степени, что и обычная древесина.

В 1892 году впервые был описан способ уплотнения древесины. А в 1915 году братья Пфлеймер (Австрия) взяли патент на материал из уплотненной древесины, названный лигностоном — «каменное дерево». У нас в стране различными способами уплотнения древесины

12