Значение и сущность сушки древесины
Сушкой именуется процесс удаления из древесины жидкости испарением. В деревообрабатывающих производствах промышленное использование имеют два метода сушки: конвективная газопаровая и конвективная атмосферная. При сушке древесины этими методами тепло передается древесине методом конвекции от газообразной среды.
Газопаровая сушка — главной метод сушки древесины в деревообрабатывающих производствах. Газопаровая сушка пиломатериалов, проводимая в особых помещениях — сушильных камерах, именуется кроме этого камерной. Нужное для испарения жидкости тепло подводится к древесине посредством нагретого воздуха, смеси воздуха с топочными газами либо пара.
Скорость камерной сушки поддается регулированию. Наряду с этим методе сушки возможно приобретать материалы требуемого заданной влажности и качества.
Атмосферная сушка — второй по распространению и значению метод сушки древесины. Она производится на открытых складах либо под навесами при размещении пиломатериалов в штабелях. Так как холодный воздушное пространство слабо поглощает влагу, то атмосферная сушка протекает медлительно, а зимой фактически заканчивается.
Регулировать скорость атмосферной сушки возможно только в малом степени методом трансформации плотности укладки материала в штабеле.
Атмосферная сушка пиломатериалов может использоваться в сочетании с камерной. В этом случае атмосферная сушка — первый этап сушки, в ходе которого влажность древесины понижается до 30…35%. Предстоящее понижение влажности происходит на втором этапе сушки в камерах.
Мокрый его параметры и воздух. Среда, которая окружает древесину в ходе сушки, именуется агентом сушки. Агентом сушки древесины есть в основном воздушное пространство, он подводит тепло к высушиваемому материалу, поглощает и удаляет влагу.
Атмосферный воздушное пространство постоянно содержит некое количество пара, т. е. сушка древйшы осуществляется мокрым воздухом. Исходя из этого одним из главных параметров воздуха, как агента сушки, есть степень насыщения воздуха паром. Чем меньше степень насыщения воздуха паром, тем интенсивнее испаряется влага при сушке древесины.
Чёртом мокрого воздуха помогают кроме этого его температура, плотность, влаго- и теплосодержание.
Плотность — это масса 1 м3 воздуха при влажности и определённой температуре (q, кг/м3). С повышением температуры плотность воздуха значительно уменьшается.
В ходе сушки древесины состояние воздуха изменяется. При нагревании воздуха в теплообменниках его температура увеличивается, а степень насыщения значительно уменьшается; при охлаждении, напротив, температура окружающей среды понижается, а степень насыщения возрастает.
При испарении жидкости в атмосферу температура окружающей среды понижается, а степень насыщения возрастает. Температура, при которой воздушное пространство, испаряя влагу, достигает состояния полного насыщения, именуется температурой предела охлаждения.
В ходе сушки воздушное пространство отдает тепло, нужное на испарение воды, содержащейся в древесине. Теплосодержание воздуха, либо количество содержащегося в воздухе тепла при постоянной степени насыщения, зависит от температуры — чем больше температура окружающей среды, тем больше его теплосодержание.
Влагосодержанием воздуха именуют массу пара (в граммах), приходящуюся на 1 кг воздуха. В сушильной технике массу пара, либо количество тепла, содержащегося в воздухе, принято исчислять по отношению к массе сухой его части (т.е. без пара).
Влажность древесины. Содержание жидкости в древесине характеризуется ее влажностью, т. е. отношением массы жидкости, содержащейся в древесине, к массе самой древесины. Влажность возможно исчислять по отношению к массе древесины в полностью сухом состоянии, в то время, когда из нее удалена вся влага, либо по отношению к массе древесины вместе с влагой. В технологии деревообработки принято исчислять влажность по первому методу. Влажность древесины высказывают в процентах.
Определяют ее разными методами. Громаднейшее распространение взяли весовой и электрический.
При весовом методе от доски отпиливают секцию влажности шириной 10. ..12 мм на расстоянии 300… 500 мм от торца доски. После этого эту секцию шепетильно (с погрешностью до 0,01 г) взвешивают на технических весах и помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 103±2°С. На протяжении сушки секцию иногда взвешивают: первое взвешивание создают через 6 ч по окончании закладки, остальные — через каждые 2 ч.
Для определения влажности одной доски (заготовки) нужно выпилить из нее как минимум несколько секций. Среднее значение влажности, вычисленное по двум секциям, принимают за влажность доски (заготовки). Данный метод дает правильные результаты, но требует большое количество времени (до 10 ч).
Электрический метод менее точен, но затраты времени на определение влажности древесины малы. Наряду с этим методе применяют устройства, именуемые электровлагомерами. Для измерения влажности от 7 до 60% используют влагомеры ЦНИИМОД-2, ЭВ8-100, ЭВА-2, ЭВ-2К- При измерении влажности влагомером в древесину вводят игольчатые преобразователи прибора так, дабы ток проходил от одной иглы преобразователя к второй на протяжении волокон древесины.
Ток, проходящий через древесину, улучшается и после этого измеряется микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах влажности древесины. Электровлагомер определяет влажность древесины лишь конкретно в местах заглубления игл датчика. Исходя из этого на доске либо заготовке делают большое количество замеров и определяют среднее значение показаний прибора по всем замерам, по которому и делают выводы о влажности древесины.
Влажность свежесрубленной древесины (имеющей влажность растущего дерева) зависит от места и породы взятия пробы по сечению ствола. У хвойных пород влажность древесины в периферийной части ствола (заболони) больше влажности древесины в центре ствола (ядра). У лиственных пород влажность по всему сечению ствола приблизительно однообразна.
Влажность сплавной древесины, в большинстве случаев, выше, чем у древесины, доставленной сухопутным методом, причем влажность сплавной древесины выше влажности свежесрубленной. Так, влажность заболонной части сосновых бревен по окончании сплава увеличивается до 150%, ядровой части бревен — до 50%.
Как мы знаем, древесина имеет клеточное строение. Влага в древесине может пребывать в полостях клеток, заполнять стенки клеток и межклеточное пространство. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточное пространство, именуется свободной, а пропитывающая стены клеток — связанной, либо гигроскопической.
Свежесрубленная древесина имеет как свободную, так и связанную влагу. При высушивании древесины сперва удаляется свободная влага, а после этого связанная. Состояние древесины, при котором она содержит предельное число связанной жидкости и не содержит свободной жидкости, именуется пределом гигроскопичности.
Это состояние характеризуется средней влажностью около 30% (при температуре 15 … 20 °С).
Древесина может отдавать либо поглощать влагу из воздуха (это свойство древесины именуется гигроскопичностью), наряду с этим ее влажность будет изменяться. Влажность, к которой пытается древесина при постоянных условиях состояния воздуха, именуется устойчивой. Она зависит от температуры и влажности окружающего воздуха.
Исходя из этого древесину необходимо высушивать с учетом условий, в которых будут употребляться изготовленные из нее изделия. Так, древесину для того чтобы необходимо сушить до 8… 10%, а для того чтобы, эксплуатируемых на открытом воздухе, —до 16… 18%.
плотность и Усушка древесины. Древесина владеет свойством изменять собственные линейные размеры с трансформацией влажности: усыхать при уменьшении влажности и разбухать при повышении ее. Усушка начинается по окончании того, как влажность древесины достигнет предела гигроскопичности, и заканчивается после достижения древесиной полностью сухого состояния.
Благодаря неоднородности строения древесины усушка неодинакова в разных направлениях. Усушка в направлении длины волокон образовывает приблизительно 0,1%, в радиальном направлении (по радиусу ствола) — 5 … 8, а в тангенциальном направлении (по годичным слоям) — 8 … 12%.
Дабы по окончании сушки пиломатериалы либо заготовки имели заданные размеры, устанавливают припуски на усушку. Припуски на усушку даются лишь по толщине и ширине заготовок и пиломатериалов, поскольку припуск по длине мал и им пренебрегают. Величины припусков на усушку установлены по окончании тщательных измерений фактической усушки древесины различных пород и узаконены ГОСТами.
Припуски на усушку возможно выяснить для заготовок и пиломатериалов с любой начальной и конечной влажностью древесины. Исходя из этого при выработке пиломатериалов (либо заготовок) из сырой древесины их размеры по толщине и ширине должны быть увеличены на величину припусков на усушку.’
При применении древесины крайне важно иметь представление о ее плотности — массе древесины, заключающейся в единице количества. Величина плотности зависит от влажности и породы древесины.
В сушильной практике польауются понятием условная плотность (либо условная объемная масса), которая является отношениеммассы древесины в полностью сухом состоянии (кг) к ее количеству (м3) при влажности выше предела гигроскопичности (т. е. до усушки).
Сущность физических явлений, происходящих в ходе сушки древесины. Испарение жидкости с поверхности древесины в вохдух именуется влагоотдачей. Интенсивность (скорость) влагоотдачи зависит от влажности и температуры воздуха, скорости воздуха, влажности и температуры древесины (чем выше влажность и температура древесины, тем больше интенсивность влагоотдачи).
Если бы задача сушки состояла лишь в удалении жидкости с поверхности древесины, то дабы интенсифицировать процесс сушки, достаточно было бы создать у поверхности древесины замечательную циркуляцию тёплого воздуха с низкой степенью насыщения. Но процесс сушки существенно сложнее.
В ходе сушки влага из внутренних слоев древесины обязана переместиться к ее поверхности. Скорость перемещения жидкости в древесины многократно меньше скорости испарения жидкости с ее поверхности, исходя из этого поверхностные слои высыхают стремительнее, чем внутренние. Высыхая ниже точки насыщения волокна, поверхностные слои будут сжиматься.
Наряду с этим внутренние слои, влажность которых существенно выше, усушки не имеют и, следовательно, растягивают поверхностные слои древесины. В случае если растягивающее упрочнение превзойдет предел прочности древесины поперек волокон, то в поверхностных слоях образуются трещины.
Чтобы не было повреждений древесины сушка обязана вестись так, дабы скорость испарения жидкости с поверхности не
превышала скорости продвижения жидкости из внутренних слоев древесины.
В продолжение всего процесса сушки имеется различие во ‘ влажности внутренних и наружных слоев древесины. За счет данной отличия происходит перемещение жидкости. Свойство древесины перемещать влагу из внутренних слоев к наружным под влиянием перепада влажности по толщине материала именуется влагопро-водностью.
Влагопроводность зависит от величины перепада (внутренних) влажности слоёв и разницы “наружных и от температуры древесины. Чем выше температура древесины, тем меньше вязкость содержащейся в ней жидкости и, следовательно, больше скорость ее перемещения.
Влага может перемещаться в древесине и под влиянием разности температуры слоев древесины (влага движется в направлении понижения температуры). Свойство древесины перемещать-в себе влагу под влиянием разности температуры именуется тер-мовлагопроводностью. В условиях камерной сушки решающее влияние на длительность сушки оказывает влагопроводность древесины.
деформации и Напряжения, появляющиеся в древесине при сушке. Выше указывалось, что в ходе сушки имеется перепад влажности по сечению древесины. Вследствие этого связанная с влажностью усушка неодинакова.
Последнее событие ведет к образованию внутренних напряжений.
На первом этапе сушки влажность поверхностных слоев скоро опускается ниже точки насыщения волокна, и они стремятся к усушке. Этому рвению противодействуют внутренние слои древесины, усушка которых еще не началась. Исходя из этого наружные слои будут испытывать растягивающие напряжения, а во внутренних появятся сжимающие напряжения, уравновешивающие растягивающие.
Если бы древесина была идеально упругим материалом, то показавшиеся на первом этапе сушки внутренние напряжения в будущем неспешно уменьшались бы и в конце сушки в момент выравнивания влажности — провалились сквозь землю бы совсем. В конечном итоге же внутренние напряжения исчезают на некоем промежуточном этапе сушки, но в конце сушки появляются опять с противоположным знаком.
В случае если внутренние напряжения в древесине превысят определенный предел, то случится растрескивание материала. Так как предел прочности при растяжении поперек волокон меньше, чем при сжатии, то в начальной стадии сушки появляются поверхностные, а в конце сушки внутренние трещины.
Избежать внутренних напряжений при сушке нереально, но при верном режиме их величина может оставаться меньше предела прочности. Помимо этого, внутренние напряжения возможно существенно уменьшить за счет влаготеплообработки древесины. При влаготеплообработке на древесину воздействуют воздухом повышенной температуры с высокой степенью насыщения.
Увлажнение поверхностных слоев на протяжении обработки приводит к возникновению в них сжимающих напряжений, каковые противоположны по символу действовавшим на первом этапе напряжениям и, следовательно, снижают их влияние.
Не считая внутренних напряжений, вызываемых перепадом влажности, в древесине появляются напряжения из-за разной величины усушки в тангенциальном и радиальном направлениях. Эти напряжения приводят к формы поперечного сечения досок.
На рис. 1 продемонстрировано, как изменилась форма досок, выпиленных из различных территорий древесного ствола, в ходе сушки, доска, выпиленная из периферийной территории, приняла желобчатую форму, поскольку наружная пласть доски, направление которой приближается к тангенциальному, усыхает больше, чем сторона внутренняя, направление которой приближается к радиальному. Радиальная доска не покоробилась, но ширина ее наружных сторон если сравнивать с шириной средней части доски уменьшилась.
Рис. 1. Изменение формы поперечного сечения древесины в ходе сушки: 1 — тангенциальная доска, 2 — радиальная доска
Рис. 2. Коробление досок: а — поперечное, б — продольное по пласти, в — продольное по кромке, г — винтообразное
Видимые недостатки, появляющиеся при сушке, их предупреждение. К видимым недостаткам древесины, каковые смогут показаться в ходе сушки, относятся растрескивание, коробление.
Растрескивание. Различают следующие виды трещин: наружные, внутренние, торцовые, радиальные.
Наружные трещины появляются на начальном этапе сушки в следствии через чур интенсивного испарения жидкости с возникновения и поверхности материала вследствие этого громадных растягивающих напряжений. Высокая степень насыщения воздуха в начальный период сушки разрешает предотвратить появление трещин.
Внутренние трещины образуются в конце процесса сушки, в случае если напряжения в центре древесины превосходят предел прочности. Чем больше напряжения на первом этапе сушки, тем больше они будут в конце процесса. Исходя из этого для предупреждения появления внутренних трещин нужно выполнять верный режим сушки В первую очередь процесса. Дополнительная мера борьбы с внутренними трещинами — промежуточная влаготеплообработка древесины.
Самый подвержена внутреннему растрескиванию древесина жёстких лиственных пород.
Торцовые трещины появляются раньше вторых. Торцы древесных материалов более интенсивно испаряют влагу благодаря более высокой’ влагопроводности древесины на протяжении волокон, чем поперек. Понижение влажности в торцах приводит к усушке и, следовательно, происхождение растягивающих напряжений, каковые являются обстоятельством трещин.
Для предупреждения появления торцовых трещин выполняют следующие мероприятия: замазывают торцы досок влагонепроницаемым составом; укладывают доски в штабель таким, образом, дабы конечный последовательность прокладок выступал над торцами досок и, следовательно, уменьшал их омывание воздухом; используют на первом этапе сушки воздушное пространство с высокой степенью насыщения.
Радиальные трещины свойственны для брусьев и досок, взятых из центральной части бревен (центральных и сердцевинных) . Обстоятельство их появления — различие между усушкой в тангенциальном и радиальном направлениях. Не допустить появление этих трещин при камерной сушке нереально, основное в этом случае— верно раскроить древесину.
Коробление древесины вызывается различием в величине тангенциальной и радиальной усушки, исходя из этого короблению подвержены доски тангенциальной распиловки, у которых усушка наружной пласти больше, чем внутренней.
Коробление (рис. 2) не редкость поперечное, продольное по кромке и пласти и винтообразное. Для предупреждения коробления доски в штабель укладывают так, дабы они были зажаты между прокладками.
