Технология получения высокопрочных клееных конструкций из термодревесины с применением низкотемпературной ВЧ-плазменной активации

В работе представлена технология двухступенчатой модификации древесины, сочетающая термическую обработку (180–240?°C, азотная атмосфера) и последующую высокочастотную низкотемпературную плазменную активацию (13,56?МГц, воздух, 19–20?Па, 10–20?мин). Экспериментально установлено, что предварительная термомодификация при 210?°C снижает гигроскопичность древесины за счёт частичной декомпозиции гемицеллюлоз, но одновременно ухудшает адгезионные свойства поверхности. Обработка ВЧ-плазмой компенсирует этот эффект: угол смачивания снижается на 46?%, формируются полярные функциональные группы (в первую очередь карбоксильные – предположительно в лигниновой фазе), что обеспечивает максимальную прочность клеевого соединения при изгибе – 30,1 МПа (трёхслойные клееные балки из сосны). Установлено, что увеличение температуры термообработки до 240?°C приводит к деструкции лигноцеллюлозного каркаса и снижению несущей способности, тогда как обработка при 180?°C оказывается недостаточной для эффективной функционализации поверхности. Наиболее выраженный эффект активации достигается в первые 10?мин плазменной обработки. Предложенная технология позволяет создавать экологически безопасные, биостойкие и высокопрочные древесные композиты, отвечающие задачам импортозамещения и устойчивого развития строительной отрасли.

Ключевые слова: термомодифицированная древесина, высокочастотная плазменная обработка, клееная древесина, адгезия, экологически безопасные материалы.

TECHNOLOGY FOR PRODUCING HIGH-STRENGTH GLUED STRUCTURES FROM THERMALLY MODIFIED WOOD USING LOW-TEMPERATURE RF PLASMA ACTIVATION

The paper presents a two-stage wood modification technology combining thermal treatment (180–240?°C in nitrogen atmosphere) and subsequent low-temperature radiofrequency (RF) plasma activation (13.56?MHz, ambient air, 19-20?Pa, 10-20?min). Experimental results demonstrate that preliminary thermal modification at 210?°C reduces wood hygroscopicity due to partial hemicellulose decomposition, yet concurrently impairs surface adhesion properties. Subsequent RF plasma treatment effectively compensates for this drawback: the contact angle decreases by 46?%, and polar functional groups – primarily carboxyl groups (presumably formed in the lignin phase) are generated on the surface. This leads to a maximum bending strength of the glued joint of 30.1 MPa (in three-layer glued laminated beams made of Scots pine). It is established that raising the thermal treatment temperature to 240?°C causes excessive lignocellulosic matrix degradation and reduces load-bearing capacity, whereas treatment at 180?°C proves insufficient for effective surface functionalization. The most pronounced activation effect occurs within the first 10 minutes of plasma exposure. The proposed technology enables the production of eco-friendly, biodegradation-resistant, and high-strength wood composites, supporting import substitution and sustainable development goals in the construction sector.

Key words: thermally modified wood, radiofrequency (RF) plasma treatment, glued laminated timber, adhesion, eco-friendly materials.