Мастерская

Технологии сушки древесины, свойства и особенности некоторых пород.

Nikolaich72 12-01-2015 06:31

Добавлю немного информации по физическим свойствам древесины.Очень хорошо расписан процесс потери и набора влаги деревом.Думаю будет крайне полезно для понимания процесса.
Выдержка из текста приведена полностью,ниже есть ссылка на сайт,откуда взята информация.
Физические и механические свойства древесины
"Физические и механические свойства древесины неодинаковы в различных направлениях. Потому что древесину упрощенно можно представить как пучок трубок, связанных межклеточным веществом. Клетки(трубки) древесины имеют различные размеры как в поперечном сечении, так и в длину, зависящие от их назначения в дереве и от его породы. Диаметр клеток, измеряется сотыми долями миллиметра, не достигая в большинстве случаев 0,1 мм.
В длину клетки, соединяясь через отверстия в боковых стенках, имеют размеры от нескольких миллиметров до 3-5 м. Основная масса клеток располагается длинной стороной вдоль ствола дерева. Основными составными частями древесины являются целлюлоза и лигнин.
Целлюлоза - структурный скелет древесины -обладает высокой прочностью. Лигнин и остальные составные части являются наполнителями и мало влияют на ее прочность(но довольно сильно на другие параметры). Поэтому наибольшей прочностью обладает древесина, имеющая мелкие или толстостенные клетки, так как процентное содержание целлюлозы при этом повышается. Межклеточное вещество, состоящее в основном из лигнина, имеет весьма небольшую механическую прочность, чем, например, объясняется легкая раскалываемость древесины вдоль волокон. Однако именно лигнин позволяет изгибать древесину с процессе гидротермической обработки, это и объясняет тот факт, что дуб и бук гнутся(пластично изгибаются под давлением и температурой без разрушения) лучше, чем сосна, хотя последняя обладет меньшей прочностью и упругостью.
Прочие вещества также важны, особо хочу отметить смолу в хвойных породах, которая является защитным антигрибковым механизмом дерева и дубильные вещества, в общем выполняющим ту же функцию что и смола. Поэтому древесина в которой большое количество смол и дубильных веществ гораздо слабее подвержены гниению. Пример лиственница и дуб. В целом плотность клеточных стенок у всех пород практически одинаковая и составляет 1540кг/м3. Если сравнить с плотностью сосны(влажность 12%), которая составляет 520кг/м3(хотя она может варьироваться в зависимости от места произрастания, части дерева, вида дерева от 300 до 700 кг/м3, в Беларуси она ближе к 450кг/м3) то мы видим, что лишь около 30%(если влагу отнять) заполнено древесным веществом. Остальное либо влага либо воздух.
Лично наблюдал опыт по упрессовке древесины(без разрушения) поперек волокон и уменьшение в толщине было более чем в 2 раза. Именно таким методом делаются например деревянные шарики в подшипники качения. Что это означает для нас: дерево больше чем наполовину состоит из пустот, наполненных воздухом.
Древесина и его влажность.
Древесина - гигроскопичный материал. С этим утверждением никто не спорит, но следует учитывать тот факт что с изменением древесины изменяется не только ее количественные характеристики, но и качественные. И это ее очень важное свойство!!! Дело в том что вода хранится в древесине в двух местах. 1-ое место - это клеточные стенки. Клеточные стенки в древесине это в основном молекулы целлюлозы, природного полимера. И молекулы воды, так как они на порядки меньше молекул целлюлозы могут находится внутри клеточных стенок(связанная влага). 2-ое место - пустоты внутри самих клеток и между ними(свободная влага).
Нажмите, что бы увеличить картинку до 1102 X 612 54.6 Kb
Так как целлюлоза хорошо смачивается водой, то на практике пустоты начинают заполнятся только после того как количество воды в клеточных стенках достигнет своего предела насыщения (также встречается название предел гигроскопичности). То есть сначала появляется только связанная влага, а уже только потом появляется свободная влага. Далее получается интересный момент. Так как материал древесных клеток у всех пород одинаков - целлюлоза, то и предел насыщения клеточных стенок водой тоже одинаков. А это значит, что относительная влажность древесины при которой наступает предел насыщения для разных пород будет практически одинакова. Зачем нам эти знания про предел насыщения? А все в том что при влажности до предела насыщения и после его древесина очень сильно меняет свои свойства.
Потому что основным механическим компонентом древесины является целлюлоза. При насыщении ее водой, она соответственно изменяет свои свойства. Но после насыщения механические свойства практически не изменяются. Для древесины относительная влажность предела насыщения клеточных стенок составляет около 30%( в основном используется эта цифра, хотя часто встречается и 28%). Второй интересный момент. У древесины есть такое понятие как равновесная влажность(в зарубежье часто встречается как аббревиатура UGL, как расшифровывается не знаю, буду благодарен кто скажет).
Понятие применимо только для влажности ниже предела насыщения, т.е. 30%. Оно означает, что в зависимости от влажности воздуха древесина меняет свою влажность. Например при влажности воздуха 60% и температуре 20градусов дерево будет стремится к влажности 12% . А при влажности 20% и температуре 5 градусов дерево будет стремится к влажности 7%. Стремится как вниз(сохнуть) так и вверх(намокать). Я специально выделил слово стремится, потому что есть 3 нюанса.
Во-первых, скорость сушки древесины при комнатной температуре очень мала, что означает, что довольно часто состояние воздуха успеет поменяться раньше чем влажность приблизится к равновесно. В зависимости от разницы между влажностью древесины и равновесной, породы дерева и температуры скорость сильно отличается. От часов до недель. Так горький опыт показывает, что при проветривании в дождливую погоду шанс получить разбухший ясеневых паркет довольно высок. И в то же время дубовый паркет являет щели только после нескольких недель начала отопительного сезона.
Во-вторых,дерево ниже 30% сохнет за счет изменения градиента влажности клеточных стенок по сечению заготовки. То есть стенки сообщаясь друг с другом передают воду туда где ее меньше.
Однако практически до равновесной влажности высыхает только тонкий наружний слой. Все что глубже недосыхает или недоувлажняется на 2-3%, так как градиент слишком мал для эффективного перехода воды из одной клеточной стенки в другую. Переход есть, но он очень-очень мал. В третьих древесина не может набрать влаги из воздуха выше предела насыщения, т.е. выше 30%. Выше 30 % она может набрать контактом с жидкой водой. Также древесина может набрать влажность выше 30% от контакта с горячим паром за счет конденсации пара в более холодной древесине. Определяется равновесная влажность по номограмме.
Краткое описание по влажности древесины. В разных источниках указываются разные влажности и разные определения. Поэтому если увидите расхождение с тем что вы видели(знали, изучали) это не означает что вы или я неправ. В целом это субъективные наименования разных стадий древесины исходя из влажности: 0% - древесина абсолютно сухая. Получается в сушильном шкафу с температурой выше 100 градусов. На практике нужна только для определения влажности весовым методом. 2-7% пересушенная древесина, в нормальных условиях со временем набирает влажность. 8-12% сухая древесина. Древесина для мебельного и столярного производства, т.е. нормальная влажность для внутренней эксплуатации. 13-22% (25%) воздушно-сухая древесина. Древесина транспортной влажности. Верхний порог в 22%(по некоторым данным 25%) обусловлен степенью влажности при которой прекращается гниение древесины.
Транспортная влажность- это 4 степень сушки по стандарту и означает возможность безопасной перевозки без повреждения от гниения и резкой усушки. Как правило до данной влажности сушат строительную древесину, которая доходит до эксплуатационной влажности уже по месту. До данной влажности реально высушить древесину на улице. Если надо ниже - нужно долгое вылеживание внутри помещения. Прочность меньше чем у сухой древесины. Увеличение прочности у древесины при снижении влажности от 30 до 12 % приблизительно в 2 раза. В целом - нормальная влажность для наружней эксплуатации. 30% - предел насыщения клеточных стенок. Степень влажности при которых древесина сильно изменяет свои свойства. С уровнем влажности выше 30% древесина при изменении влажности перестает: -изменять прочность и большинство сопутствующих механических характеристик -разбухать(усыхать) -коробится - сопротивлятся гниению -иметь внутренние напряжения от неравномерной усушки 30-50% - сырая(мокрая) древесина 50-100% - свежесрубленная древесина.
Разница состоит в том, что при влажности свыше 50% вода очень активно покидает древесину через капилляры торцевого среза. Поэтому на этом промежутке влажность у древесины теряется относительно быстро даже в неокоренном/нераспиленном виде. Свежесрубленное дерево имеет максимальную влажность зимой, а минимальную летом. В мороз свободная влага(та что выше 30%) замораживается полностью. Связанная(та что в клеточных стенках) промораживается не полностью. Ориентировочно при 20 град. Мороза промораживается 18% связанной влаги. Табличку давали в конспект, сейчас помню с трудом. Вкратце связанная влага тоже замерзает, но очень неохотно, т.е. при больших морозах. Особо следует отметить такой нюанс, что дерево не берет в себя влагу таким же способом как бетон или кирпич в процессе эксплуатации. Так как они хранят влагу в своих пустотах(капиллярах) в жидком виде. Дерево же хранит влагу в жидком виде только если его влажность больше 30%. При влажности ниже 30% дерево хранит в себе влагу в связанном виде. Можно сравнить способ хранения воды губкой и силикогелем. Т.е. обычный стройматериал - это губка. При намокании катастрофически увеличивается теплопроводность, немного масса, прочие параметры сильно не меняются. Параметры дерева же изменяются качественно и нелинейно. Так для газосиликата при поднятии влажности с 5% до 10% теплопроводность увеличится в разы, а дерево на проценты, даже не на десятки процентов. В то же время при изменении влажности бетона не происходит изменение его прочности, а в древесине при увеличении влажности вплоть до 30% происходит и довольно существенно."(с)

Более подробная информация здесь http://sawwood.ru/log/467

Мастерская

Технологии сушки древесины, свойства и особенности некоторых пород.