СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

Раздел: Строительство

Плотность

Влажная древесина состоит из древесинного вещества с плотностью 1530 кг/м3 (т.е. в 1,53 раза тяжелее воды), жидкой влаги и воздуха. На  44 показано объемное содержание  (в %) в древесине свободной и связанной влаги, а также воздуха, в зависимости от ее влажности при 20° С. Количество и объем древесинного вещества при сушке неизменны. Верхняя горизонталь характеризует древесину, насыщенную водой, с максимально возможной влажностью Wmax (воздуха нет); линия точками характеризует свежесрубленную древесину; пунктирная линия — влажность предела гигроскопичности w„.T, когда свободной влаги нет, и нижняя горизонталь (ось абсцисс) показывает нулевую влажность, т.е. нет также и связанной влаги. Процесс сушки соответствует направлению по ординате сверху вниз, а увлажнения — снизу вверх. Справа внизу

 выделен (пунктиром) треугольник усушки древесины. Диаграмма построена в масштабе величин применительно к древесине сосны.

Плотность древесины всех древесных пород зависит от влажности. С увеличением влажности, т. е. заменой воздуха, точка А — плотность сосни, осииы и липы 800 кг/м3 при влажности 100%; точка Б — плотность той же древесины 1000 кг/м3 при влажности 150%; точка С — максимальная плотность 1140 кг/м3 той же древесины при ее наибольшей влажности 185%; точка £ — минимальная плотность той же древесины 450 кг/м3 при влажности 0%

находящегося в древесине, водой плотность древесины повышается и наоборот. Для древесины сосны шкала плотности нанесена на  44 справа.

Графическая зависимость между плотностью древесины и ее влажностыб представлена в виде двух семейств наклонных линий ( 45): пунктирных, нанесенных для различных условных плотностей древесины ру кг/м3, различаемых цифрами справа диаграммы (300, 350 и т. д.), и сплошных линий, отвечающих определенной древесной порода Некоторые пунктирные и сплошные линии совпадают, что показано совмещением на одной линии цифровых значений ру и наименования древесных пород. На горизонтали йуп.г=30% линии приобретают излом, обусловленный усушкой (набуханием) древесины при влажности 0—30%.

На диаграмме  45 удобно отсчитывать: плотность древесины различных пород при любой их влажности, в том числе в абсолютно сухом состоянии, при приведенной влажности 12* или 15% и т. д.; максимально возможную плотность; максимально возможную влажность; снижение плотности древесины при потере ею части влаги; условную плотность для каждой породы и т. д. Из диаграммы следует, что в зоне правее вертикали КМ, пересекающей наклонные линии в точках определенных значений влажности, древесина будет тонуть в воде. Тяжелые древесные породы тонут при низкой влажности (граб при йу>60%), а легкие — при очень высокой (пихта при w~> >230%).

В процессе сушки пиломатериалов расход теплоты на испарение влаги следует учитывать не по средней, а по поверхностной влажности высушиваемого сортимента, близкой к состоянию равновесной влажности сушильного агента, т. е. добавлять дифференциальную теплоту набухания гигроскопического вещества.

При влажности w поверхности материала более 20% величина dQfdw небольшая и может не рассматриваться в технических расчетах; при жестких режимах сушки эта величина может быть значительной, например при высушивании стружки или тонких сортиментов. В полулогарифмических координатах зависимости (99) и (122) близки к прямым.

Теплоемкость древесины сд зависит в основном от ее влажности и температуры. В приближенных расчетах для любой породы при w~>8% она может быть определена с учетом правила аддитивности по формуле Денлопа, кДж/(кг-°С) [или ккал/(кг-°С) без  

Теплопроводность древесины зависит от ее плотности, влажности и направления теплового потока по отношению к длине волокон. Чем больше плотность и влажность, тем выше теплопроводность древесины. На диаграмме ( 47, б) проведены линии для коэффициентов теплопроводности древесины с условной плотностью ру = 360 кг/м3 в тангентальном направлении при различных ее температуре и влажности. Для радиального направления древесины некоторых пород введен множитель 1,15, а для направления вдоль волокон — около 2

Из рассмотренного следует также, что растрескивается древесина из-за влажностных, а не термических деформаций. Даже морозобоины — это следствие не сокращения размеров охлаждаемой древесины, а превращения жидкой влаги в твердую. Например, боковая в поставе сосновая доска шириной 100 мм прн уменьшении гигроскопической влаги на 1% сократится по ширине примерно на 0,3 мм (113), а термическая ее деформация прн охлаждении на 1°С будет около 100-3-11-10-6=0,003 мм, т. е. в 100 раз меньше.

Электрические свойства

Сухая древесина — диэлектрик. Ее электропроводность быстро возрастает с увеличением влажности до предела гигроскопичности. Прн дальнейшем повышении влажности электропроводность увеличивается медленно, а при влажности выше 80—100% устанавливается постоянная ( 49, а).

Электропроводность древесины в радиальном и тангентальном направлениях примерно одинакова, а по длине волокон — в 2 раза больше (так же, как и теплопроводность). По этому принципу конструируют влагомеры.

На  49, б показан электровлагомер ЭВ-8-100, разработанный ЦНИИМОДом. Прибор питается током от электросети и позволяет определять влажность древесины в диапазонах 6—18; 18—30 и 30—100%- Датчиком являются иглы, внедряемые во внутреннюю пласть доски; между иглами по направлению вдоль доски пропускается ток. По отклонению стрелки прибора устанавливают влажность древесины.

Диэлектрическая постоянная древесины дуба и бука вдоль волокон «2,5, поперек волокон =3,6 (для воды — 81, для сухого воздуха принято 1).

Влияние влажности на механические свойства

Количество свободной влаги (т. е. выше 30%). находящейся в древесине, мало влияет на ее прочность. С уменьшением количества связанной влаги прочностные показатели древесины улучшаются. Так, предел прочности сосны при статическом изгибе в условиях комнатной температуры увеличивается с 50 до 110 МПа (с 500 до 1100 кгс/см2) при уменьшении влажности с 30 до 8%.

Прн влажности ниже 30% увеличивается также прочность на сжатие вдоль н поперек волокон, сопротивление скалыванию, а также твердость древесины. Однако изменение влажности древесины в любом диапазоне почти не влияет на прочность при ударном изгибе, а также на сопротивление выдергиванию гвоздей немедленно после их забивания.

Влияние нагревания на механические свойства

Оценка теплового воздействия на прочность древесины возможна при испытаниях в нагретом ее состоянии, а также после охлаждения. Первое условие имеет значение для построения и регулирования режима сушки, чтобы не допустить растрескивания древесины, а второе показывает влияние нагрева на изменение физико-механических свойств древесины как материала, используемого затем в обычных температурных условиях.

предел прочности березы при растяжении в тангентальном направлении, а на рнс. 50, б то же для длительного модуля упругости при растяжении <ц сжатии в нагретом состоянии [27]. Как видно, предел прочности и модуль упругости снижаются по мере повышения температуры древесины, но повышаются при высыхании древесины ниже предела гигроскопичности.

Прочность нагревавшейся древесины после ее охлаждения понижается при воздействии температуры выше 60° С и тем больше, чем выше температура; во влажном состоянии древесины происходит большее снижение ее прочности.

На  50, в показан предел прочности нагревавшейся древесины сосны, изучавшейся под действием различных нагрузок. Наиболее резко снижает ся прочность древесины на скалывание и раскалывание. После значитель

ного нагрева древесиьа становится хрупкой. Гигроскопичность значительно нагревавшейся древесины уменьшается — происходит частичная деструкция молекулярного строения; древесина теряет натуральный цвет и темнеет; на чинается ее термическое разложение.

Губительно отражаются на механических свойствах древесины переменные сушка и увлажнение (особенно при повышенных температуре t и влагосодержании d), сопровождаемые периодическим нагревом и охлаждением. В этом легко убедиться на практике, наблюдая за деревянными дверями или устройствами в сушильных камерах, а также внутриштабель- ными прокладками, быстро теряющими прочность в условиях их использования.

В технологии деревообработки основным фактором, влияющим на качество изделий (длительную прочность и их ресурс), является соблюдение минимальной ^'допускаемой влажности древесины и ее равномерности. Перед механической обработкой и склейкой влажность древесины должна быть не выше заданной техническими условиями и распределена равномерно по объему штабеля, а также сечению сортимента; не должно оставаться и напряжений, военикающих во время сушки.