Портал, Вологість деревини
Вологість деревини. Практичні аспекти
Межа насичення волокон Межа насичення волокон деревини - це ключовий термін для розуміння процесу сушіння пиломатеріалів. Основними поняттями щодо межі насичення волокон є: • Межа насичення волокон ("ПНВ") визначається як рівень вмісту вологи, при якому стінки клітини повністю просякнуті пов'язаною водою, але при цьому в порожнинах клітин відсутня вільна волога; • Для практичних цілей ПНО зазвичай вважається рівним 30 відсоткам; ПНВ - це поняття, що має відношення до клітинного рівня - цілий шматок деревини не може перебувати в граничному стані насичення; • Стінки клітин у гранично насиченому стані не стискаються. Скорочення клітин починається у стані нижче ПНВ; • У стані нижче ПНВ міцність деревини підвищується в міру зменшення вмісту вологи; • У стані вище ПНО змін в об'ємі та міцності клітин практично не відбувається.
Переміщення вологи в деревині Переміщення вологи в деревині - це результат двох основних процесів, що відбуваються в ній: капілярного впливу і поширення (дифузії). Дані процеси відбуваються одночасно і сприяють переміщенню рідкої води та водяної пари. Основними поняттями, пов'язаними з капілярною дією є: • Діє на вільну рідку воду в порожнинах клітин; • За ефектом подібно до всмоктування води через соломинку; • Викликає переміщення води через порожнини та пори у стінках клітин; • У порівнянні з процесом дифузії переміщення вологи відбувається відносно швидко та легко; • При сильному капілярному впливі клітини деревини можуть зруйнуватися; • Ступінь капілярного впливу збільшується зі збільшенням температури таводопроникність деревини; • Капілярна дія потребує найменших витрат енергії і є найшвидшою формою переміщення вологи в деревині; Вимагає цілісності водяних форм від поверхні до серцевини пиломатеріалу. З іншого боку дифузія вологи грає основну роль більш пізніх стадіях сушіння. До дифузії вологи відносяться такі поняття: • Дифузія відбувається як через порожнини клітин, так і через їх стінки; • Причиною виникнення дифузії є різниця в тиску пари; Волога переміщається з області з високою концентрацією (високий тиск пари) в області з низькою концентрацією (низький тиск пари)
Вологопоглинання Вологопоглинання (гігроскопічність) деревини називається її здатність поглинати пари води з навколишнього повітря. Кількість вологи, що поглинається, залежить від температури і вологості повітря і може бути визначено за діаграмою t-y-W, наведеною на малюнку 2. Необхідно, однак, помітити, що рівноважна вологість деревини при висиханні і зволоженні не цілком збігається. За однакових умов вологопоглинання деревини практично не залежить від породи; Так само в більшості випадків не спостерігається різниці у вологопоглинанні деревини ядра і заболоні (проте, за нашими спостереженнями, ядро фісташки поглинає пари води з повітря значно повільніше за заболонь). При вологопоглинанні деревина поглинає тільки ту вологу, яка просочує оболонки клітин; гранична кількість її визначається точкою насичення стінок волокон; крапельно-рідкої вологи в порожнинах клітин у своїй не утворюється. Поглинання і віддача пов'язаної вологи має дуже велике практичне значення, так як всяка зміна кількості цієї вологи пов'язана зі зміною розмірів деревини, тобто з усиханням або набуханням. Визначення вологопоглинання, за ГОСТ 6336-52, проводиться на зразках у формі прямокутної призми розміром 30 х 30 х 10 мм (останній розмір за довжиною волокон). Мал.2. Крива вологопоглинання деревини сосни Зразки з великими торцевими поверхнями дають можливість скоротити тривалість спостережень, оскільки волога найбільш швидко поглинається через торці, і забезпечують рівномірний розподіл вологи в деревині. Зразки висушені до постійної ваги при < = 100±5°С, мають одну з бічних поверхонь на решітці ексикатора таким чином, щоб вони не торкалися один одного. На дно ексікатора наливають замість чистої води насичений розчин соди (Na 2CO3. 10H2O). Над поверхнею такого розчину відносна вологість повітря становить 92%, що зменшує можливість конденсації парів води при коливаннях температури під час досліду. Зразки періодично зважують з точністю 0,001 г; перше зважування проводять через добу, рахуючи з моменту приміщення зразків ексикатор, а потім через 2, 3, 5, 8, 13, 20 діб і далі через кожні 10 діб. Мінімальна тривалість спостережень 30 діб. Для кожного зважування обчислюється вологість зразка з точністю 0,1%; на підставі отриманих даних будується діаграма вологопоглинання; у своїй на осі абсцис відкладається час, але в осі ординат — вологість у відсотках. Ця діаграма і є характеристикою вологопоглинання (рис. 2).
Водопоглинання Водопоглинанням деревини називається її здатність вбирати крапельножидкую вологу завдяки пористій будові. При зануренні висушеної деревини у воду спочатку заповнюються порожнечі (канали судин, порожнини трахеїд та ін), а потім вода починає проникати і в стінки клітин. Гранична кількість води, яка може поглинутидеревина складається з максимальної кількості пов'язаної та вільної вологи. Найбільше зв'язаної вологи визначається точкою насичення стінок волокон (30%), а кількість вільної вологи залежить від обсягу порожнин. Теоретично максимальна кількість вологи може бути підрахована за формулою (Рис. 3), де: Yо - об'ємна вага деревини в абсолютно сухому стані; 1,54 - питома вага деревини, з якої складаються оболонки клітин; 30 - вологість деревини при точці насичення стінок волокон. Формула ця є наближеною, так як вологість при точці насичення стінок волокон і питома вага деревини взяті середніми. Результати обчислень за цією формулою не цілком збігаються з досвідченими даними ще й тому, що практично не всі порожнечі всередині деревини можуть бути заповнені водою (заповнення порожнин смолою, закупорка судин тілами тощо). Так, за дослідами М. І. Стрекаловського з деревиною сосни, виявилося, що після перебування у воді протягом року деревина заболоні поглинула 202%, а деревина ядра -126% вологи; обчислення за наведеною вище формулою дало відповідно 206 та 180%. Знаходячись у воді, деревина досягає стану насичення через досить великий проміжок часу; при цьому волога спочатку розподіляється різко нерівномірно і для вирівнювання вологості також потрібний досить тривалий час. Водопоглинання залежить таким чином від породи, початкової вологості, температури, а також від форми та розмірів зразка. Так, водопоглинання ядрової деревини менше, ніж заболонної; із збільшенням об'ємної ваги водопоглинання зменшується. Форма зразка має дуже суттєве значення для швидкості поглинання: поглинання води відбувається в основному через торцеві поверхні, тому зразки з великою торцевоюповерхнею значно швидше поглинають воду. Для визначення водопоглинання застосовують такі ж зразки, як і при визначенні вологопоглинання. Зразки висушують у сушильній шафі при /=100 ±5° до постійної ваги, зважують з точністю 0.01 г і поміщають у ванну з дистильованою водою так щоб вони плавали. Зразки періодично зважують (перед зважуванням Поверхню зразка осушують фільтрувальним папером) через 2 години, а потім через 1, 2, 4, 7, 12, 20 діб і далі через кожні 10 діб, рахуючи з моменту приміщення зразка у воду. Мінімальна тривалість спостережень 30 діб. При кожному зважуванні відповідну вологість зразка вираховують з точністю до 1% і на підставі отриманих результатів будують діаграму водопоглинання; при цьому на осі абсцис відкладають час, але в осі ординат — поглинання води у відсотках. Ця діаграма (рис.5) і є характеристикою водопоглинання. Водопоглинання деревини має істотне значення при сплаві, при просоченні антисептиками і антипіренами, при варінні деревини для отримання целюлози і т. п.
Розбухання Розбухання деревини представляє явище, зворотне усиханні, і полягає у збільшенні розмірів і обсягу деревини при поглинанні нею вологи, що просочує оболонки клітин. Розбухання підпорядковується тим самим закономірностям, як і усушка, і пояснюється тим, що пов'язана волога, впроваджуючись між частинками (міцелами) в оболонці клітин, розсуває їх, викликаючи збільшення розмірів окремих елементів і деревини в цілому. Набухання спостерігається при поглинанні вологи до точки насичення стінок волокон; подальше збільшення вологості деревини (заповнення водою порожнин клітин) набуханням не супроводжується. При поглинанні пов'язаної вологи сухою деревиною відбувається виділення тепла: булознайдено, що 1 кг деревини ялини при вологопоглинанні від 0% до точки насичення стінок волокон виділяє 17 калорій тепла (тепла набухання); За іншими даними, кількість тепла, що виділяється деревом різних порід, коливається від 14,6 до 19,6 калорій. Об'єм набряклої деревини виявляється дещо меншою від суми обсягів води та деревини, що за деякими; припущенням пояснюється ущільненням води міжміцелярних просторах під впливом сил електричного тяжіння. Для визначення лінійного набухання - за ГОСТ 6336-52 застосовуються такі ж зразки, як і для визначення вологопоглинання. Зразки спочатку підсушують у лабораторії до кімнатно-сухого стану, потім обережно висушують у сушильній шафі (спочатку при температурі 50-60°, а потім при температурі 100 4: 5° С) до постійної ваги. Негайно після висушування та охолодження в ексикаторі зразки вимірюють мікрометром по радіальному і тангентальному напрямках з точністю 0,01 мм і поміщають у ванну з дистильованою водою так, щоб вони плавали на одній з торцевих поверхонь. У ванні зразки витримують до стабільних розмірів, що встановлюється контрольними вимірами: два виміри в тангентальному напрямку, зроблені з інтервалом у три доби, повинні дати однакові результати. Після зволоження зразки знову вимірюють у тих же напрямках і обчислюють повне лінійне набухання у відсотках у тангентальному (Рт) та радіальному (Pр) напрямках за формулами: де: а та b — розміри зразка в радіальному та тангентальному напрямках після висушування; а1 та b1 — розміри зразків у тих самих напрямках після зволоження. Розбухання деревини відбувається і при поглинанні інших рідин, але меншою мірою, ніж від води, що видно з наступних даних для тангентального набухання, наведених утабл.1. Таблиця 1
| Найменування рідкості | Сосна | Береза | Бук | Дуб | |
| заболонь | ядро | ядро | |||
| Вода | 10,2 | 9,8 | 14,8 | - | 10,1 |
| Гліцерин | 9,3 | 8,4 | 13,1 | 11,2 | - |
| Етиловий спирт | 8,4 | 6,7 | 9,4 | 11,5 | 8,7 |
| Ацетон | 6,6 | 6,2 | 9,1 | 11,0 | 7,7 |
| Скіпідар | 0,4 | 0,3 | 1,8 | 0,3 | 0,6 |
| Гас | 0,4 | 0,1 | 0,3 | 0,2 | 0,1 |
| Бензин | 0,3 | 0,2 | - | 0,2 | 0,2 |
Якщо абсолютно суху деревину зволожити до точки насичення стінок волокон і знову висушити до початкового стану, криві набухання та усушки збігатимуться не повністю, а лише на ділянці від 0 до 3% вологості та близько точки насичення стінок волокон. Це говорить про те, що процеси набухання та усушки деревини не цілком оборотні. Розбухання, що є негативною властивістю деревини, в деяких випадках має позитивне значення, наприклад в бочарній тарі під рідкі товари, дерев'яних трубах, човнах і т. п. у воді кімнатної температури, у середовищі насиченої пари атмосферного тиску та гарячій воді (t = 96°С), показали, що поглинання вологи деревиною підпорядковується загальній закономірності. Зазначені залежності виражаються у вигляді прямих, якщо на осях прямокутних координат відкластикореневу та логарифмічну шкали (рис. 4). Як видно з рівняння, криві поглинання вологи відрізняються від кривих сушіння деревини наявністю квадратичного, а не лінійної зміни в часі величини lg w. Волога, що поглинається, переміщається в деревині по капілярних шляхах у вигляді рідини. У разі кондиціювання гарячою водою можливий періодичний її вплив на матеріал, що еквівалентно постійному впливу насиченої пари протягом усього часу кондиціювання. Загальна тривалість кондиціювання водою буде меншою ніж парою. Можна прийняти наступне, зміна вологості від 6% до 10% подрібненої деревини відбудеться протягом короткого часу, і робити це краще гарячою водою, кількість подачі води буде пропорційно залежати від обсягів переробки.