Значение и сущность сушки древесины

Категория:
Технология деревообрабатывающего производства


Значение и сущность сушки древесины

Сушкой называется процесс удаления из древесины влаги испарением. В деревообрабатывающих производствах промышленное применение имеют два способа сушки: конвективная газопаровая и конвективная атмосферная. При сушке древесины этими способами тепло передается древесине путем конвекции от газообразной среды.

Газопаровая сушка — основной способ сушки древесины в деревообрабатывающих производствах. Газопаровая сушка пиломатериалов, проводимая в специальных помещениях — сушильных камерах, называется также камерной. Необходимое для испарения влаги тепло подводится к древесине с помощью нагретого воздуха, смеси воздуха с топочными газами или водяного пара. Скорость камерной сушки поддается регулированию. При этом способе сушки можно получать материалы требуемого качества и заданной влажности.

Атмосферная сушка — второй по значению и распространению способ сушки древесины. Она производится на открытых складах или под навесами при размещении пиломатериалов в штабелях. Так как холодный воздух слабо поглощает влагу, то атмосферная сушка протекает медленно, а в зимнее время практически прекращается. Регулировать скорость атмосферной сушки можно лишь в незначительной степени путем изменения плотности укладки материала в штабеле.

Атмосферная сушка пиломатериалов может применяться в сочетании с камерной. В этом случае атмосферная сушка — первый этап сушки, в процессе которого влажность древесины снижается до 30…35%. Дальнейшее снижение влажности происходит на втором этапе сушки в камерах.

Влажный воздух и его параметры. Среда, которая окружает древесину в процессе сушки, называется агентом сушки. Агентом сушки древесины является главным образом воздух, он подводит тепло к высушиваемому материалу, поглощает и удаляет влагу.

Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество водяного пара, т. е. сушка древй&шы осуществляется влажным воздухом. Поэтому одним из основных параметров воздуха, как агента сушки, является степень насыщения воздуха паром. Чем меньше степень насыщения воздуха паром, тем интенсивнее испаряется влага при сушке древесины.

Характеристикой влажного воздуха служат также его температура, плотность, влаго- и теплосодержание.

Плотность — это масса 1 м3 воздуха при определенной температуре и влажности (q, кг/м3). С увеличением температуры плотность воздуха уменьшается.

В процессе сушки древесины состояние воздуха изменяется. При нагревании воздуха в теплообменниках его температура повышается, а степень насыщения уменьшается; при охлаждении, наоборот, температура воздуха понижается, а степень насыщения увеличивается.

При испарении влаги в воздух температура воздуха понижается, а степень насыщения увеличивается. Температура, при которой воздух, испаряя влагу, достигает состояния полного насыщения, называется температурой предела охлаждения.

В процессе сушки воздух отдает тепло, необходимое на испарение воды, содержащейся в древесине. Теплосодержание воздуха, или количество содержащегося в воздухе тепла при постоянной степени насыщения, зависит от температуры — чем больше температура воздуха, тем больше его теплосодержание.

Влагосодержанием воздуха называют массу водяного пара (в граммах), приходящуюся на 1 кг воздуха. В сушильной технике массу водяного пара, или количество тепла, содержащегося в воздухе, принято исчислять по отношению к массе сухой его части (т.е. без водяного пара).

Влажность древесины. Содержание влаги в древесине характеризуется ее влажностью, т. е. отношением массы влаги, содержащейся в древесине, к массе самой древесины. Влажность можно исчислять по отношению к массе древесины в абсолютно сухом состоянии, когда из нее удалена вся влага, или по отношению к массе древесины вместе с влагой. В технологии деревообработки принято исчислять влажность по первому способу. Влажность древесины выражают в процентах. Определяют ее различными способами. Наибольшее распространение получили весовой и электрический.

При весовом способе от доски отпиливают секцию влажности шириной 10. ..12 мм на расстоянии 300… 500 мм от торца доски. Затем эту секцию тщательно (с погрешностью до 0,01 г) взвешивают на технических весах и помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 103±2°С. Во время сушки секцию периодически взвешивают: первое взвешивание производят через 6 ч после закладки, остальные — через каждые 2 ч.

Для определения влажности одной доски (заготовки) необходимо выпилить из нее не менее двух секций. Среднее значение влажности, вычисленное по двум секциям, принимают за влажность доски (заготовки). Этот способ дает точные результаты, но требует много времени (до 10 ч).

Электрический способ менее точен, зато затраты времени на определение влажности древесины очень малы. При этом способе используют приборы, называемые электровлагомерами. Для измерения влажности от 7 до 60% применяют влагомеры ЦНИИМОД-2, ЭВ8-100, ЭВА-2, ЭВ-2К- При измерении влажности влагомером в древесину вводят игольчатые преобразователи прибора таким образом, чтобы ток проходил от одной иглы преобразователя к другой вдоль волокон древесины. Ток, проходящий через древесину, усиливается и затем измеряется микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах влажности древесины. Электровлагомер определяет влажность древесины только непосредственно в местах заглубления игл датчика. Поэтому на доске или заготовке делают много замеров и определяют среднее значение показаний прибора по всем замерам, по которому и судят о влажности древесины.

Влажность свежесрубленной древесины (имеющей влажность растущего дерева) зависит от породы и места взятия пробы по сечению ствола. У хвойных пород влажность древесины в периферийной части ствола (заболони) больше влажности древесины в центральной части ствола (ядра). У лиственных пород влажность по всему сечению ствола примерно одинакова.

Влажность сплавной древесины, как правило, выше, чем у древесины, доставленной сухопутным способом, причем влажность сплавной древесины выше влажности свежесрубленной. Так, влажность заболонной части сосновых бревен после сплава повышается до 150%, ядровой части бревен — до 50%.

Как известно, древесина имеет клеточное строение. Влага в древесине может находиться в полостях клеток, заполнять межклеточное пространство и стенки клеток. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточное пространство, называется свободной, а пропитывающая стенки клеток — связанной, или гигроскопической.

Свежесрубленная древесина имеет как свободную, так и связанную влагу. При высушивании древесины сначала удаляется свободная влага, а затем связанная. Состояние древесины, при котором она содержит максимально возможное количество связанной влаги и не содержит свободной влаги, называется пределом гигроскопичности. Это состояние характеризуется средней влажностью около 30% (при температуре 15 … 20 °С).

Древесина может отдавать или поглощать влагу из воздуха (это свойство древесины называется гигроскопичностью), при этом ее влажность будет изменяться. Влажность, к которой стремится древесина при постоянных условиях состояния воздуха, называется устойчивой. Она зависит от влажности и температуры окружающего воздуха. Поэтому древесину нужно высушивать с учетом условий, в которых будут использоваться изготовленные из нее изделия. Так, древесину для изготовления мебели нужно сушить до 8… 10%, а для изготовления изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе, —до 16… 18%.

Усушка и плотность древесины. Древесина обладает свойством изменять свои линейные размеры с изменением влажности: усыхать при уменьшении влажности и разбухать при увеличении ее. Усушка начинается после того, как влажность древесины достигнет предела гигроскопичности, и прекращается после достижения древесиной абсолютно сухого состояния.

Вследствие неоднородности строения древесины усушка неодинакова в различных направлениях. Усушка в направлении длины волокон составляет примерно 0,1%, в радиальном направлении (по радиусу ствола) — 5 … 8, а в тангенциальном направлении (по годичным слоям) — 8 … 12%.

Чтобы после сушки пиломатериалы или заготовки имели заданные размеры, устанавливают припуски на усушку. Припуски на усушку даются только по толщине и ширине пиломатериалов и заготовок, так как припуск по длине очень мал и им пренебрегают. Величины припусков на усушку установлены после тщательных измерений фактической усушки древесины разных пород и узаконены ГОСТами. Припуски на усушку можно определить для пиломатериалов и заготовок с любой начальной и конечной влажностью древесины. Поэтому при выработке пиломатериалов (или заготовок) из сырой древесины их размеры по толщине и ширине должны быть увеличены на величину припусков на усушку.’

При использовании древесины очень важно иметь представление о ее плотности — массе древесины, заключающейся в единице объема. Величина плотности зависит от породы и влажности древесины.

В сушильной практике польауются понятием условная плотность (или условная объемная масса), которая представляет собой отношение массы древесины в абсолютно сухом состоянии (кг) к ее объему (м3) при влажности выше предела гигроскопичности (т. е. до усушки).

Сущность физических явлений, происходящих в процессе сушки древесины. Испарение влаги с поверхности древесины в окружающую среду называется влагоотдачей. Интенсивность (скорость) влагоотдачи зависит от температуры и влажности воздуха, скорости воздуха, температуры и влажности древесины (чем выше температура и влажность древесины, тем больше интенсивность влагоотдачи). Если бы задача сушки состояла только в удалении влаги с поверхности древесины, то чтобы интенсифицировать процесс сушки, достаточно было бы создать у поверхности древесины мощную циркуляцию горячего воздуха с низкой степенью насыщения. Однако процесс сушки значительно сложнее.

В процессе сушки влага из внутренних слоев древесины должна переместиться к ее поверхности. Скорость перемещения влаги внутри древесины во много раз меньше скорости испарения влаги с ее поверхности, поэтому поверхностные слои высыхают быстрее, чем внутренние. Высыхая ниже точки насыщения волокна, поверхностные слои будут сжиматься. При этом внутренние слои, влажность которых значительно выше, усушки не имеют и, следовательно, растягивают поверхностные слои древесины. Если растягивающее усилие превзойдет предел прочности древесины поперек волокон, то в поверхностных слоях образуются трещины.

Во избежание повреждений древесины сушка должна вестись таким образом, чтобы скорость испарения влаги с поверхности не

превышала скорости продвижения влаги из внутренних слоев древесины.

В продолжение всего процесса сушки имеется различие во ‘ влажности внутренних и наружных слоев древесины. За счет этой разницы происходит перемещение влаги. Свойство древесины перемещать влагу из внутренних слоев к наружным под влиянием перепада влажности по толщине материала называется влагопро-водностью. Влагопроводность зависит от величины перепада (разницы) влажности наружных и внутренних “слоев и от температуры древесины. Чем выше температура древесины, тем меньше вязкость содержащейся в ней жидкости и, следовательно, больше скорость ее движения.

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 называется тер-мовлагопроводностью. В условиях камерной сушки решающее влияние на продолжительность сушки оказывает влагопроводность древесины.

Напряжения и деформации, возникающие в древесине при сушке. Выше указывалось, что в процессе сушки имеется перепад влажности по сечению древесины. В связи с этим связанная с влажностью усушка неодинакова. Последнее обстоятельство приводит к образованию внутренних напряжений.

На первой стадии сушки влажность поверхностных слоев быстро опускается ниже точки насыщения волокна, и они стремятся к усушке. Этому стремлению противодействуют внутренние слои древесины, усушка которых еще не началась. Поэтому наружные слои будут испытывать растягивающие напряжения, а во внутренних возникнут сжимающие напряжения, уравновешивающие растягивающие.

Если бы древесина была идеально упругим материалом, то появившиеся на первой Стадии сушки внутренние напряжения в дальнейшем постепенно уменьшались бы и в конце сушки в момент выравнивания влажности — исчезли бы окончательно. В действительности же внутренние напряжения исчезают на некотором промежуточном этапе сушки, но в конце сушки появляются снова с противоположным знаком.

Если внутренние напряжения в древесине превысят определенный предел, то произойдет 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 невозможно, однако при правильном режиме их величина может оставаться меньше предела прочности. Кроме того, внутренние напряжения можно значительно уменьшить за счет влаготеплообработки древесины. При влаготеплообработке на древесину воздействуют воздухом повышенной температуры с высокой степенью насыщения. Увлажнение поверхностных слоев во время обработки вызывает возникновение в них сжимающих напряжений, которые противоположны по знаку действовавшим на первой стадии напряжениям и, следовательно, снижают их влияние.

Кроме внутренних напряжений, вызываемых перепадом влажности, в древесине возникают напряжения из-за различной величины усушки в тангенциальном и радиальном направлениях. Эти напряжения вызывают изменения формы поперечного сечения досок.

На рис. 1 показано, как изменилась форма досок, выпиленных из разных зон древесного ствола, в процессе сушки, доска, выпиленная из периферийной зоны, приняла желобчатую форму, так как наружная пласть доски, направление которой приближается к тангенциальному, усыхает больше, чем сторона внутренняя, направление которой приближается к радиальному. Радиальная доска не покоробилась, однако ширина ее наружных сторон по сравнению с шириной средней части доски уменьшилась.

Рис. 1. Изменение формы поперечного сечения древесины в процессе сушки: 1 — тангенциальная доска, 2 — радиальная доска

Рис. 2. Коробление досок: а — поперечное, б — продольное по пласти, в — продольное по кромке, г — винтообразное

Видимые дефекты, возникающие при сушке, их предупреждение. К видимым дефектам древесины, которые могут появиться в процессе сушки, относятся растрескивание, коробление.

Растрескивание. Различают следующие виды трещин: наружные, внутренние, торцовые, радиальные.

Наружные трещины появляются на начальной стадии сушки в результате слишком интенсивного испарения влаги с поверхности материала и возникновения в связи с этим больших растягивающих напряжений. Высокая степень насыщения воздуха в начальный период сушки позволяет предупредить появление трещин.

Внутренние трещины образуются в конце процесса сушки, если напряжения в центре древесины превосходят предел прочности. Чем больше напряжения на первой стадии сушки, тем больше они будут в конце процесса. Поэтому для предупреждения появления внутренних трещин необходимо соблюдать правильный режим сушки с начала процесса. Дополнительная мера борьбы с внутренними трещинами — промежуточная влаготеплообработка древесины. Наиболее подвержена внутреннему растрескиванию древесина твердых лиственных пород.

Торцовые трещины появляются раньше других. Торцы древесных материалов более интенсивно испаряют влагу вследствие более высокой’ влагопроводности древесины вдоль волокон, чем поперек. Понижение влажности в торцах вызывает усушку и, следовательно, возникновение растягивающих напряжений, которые являются причиной трещин.

Для предупреждения появления торцовых трещин проводят следующие мероприятия: замазывают торцы досок влагонепроницаемым составом; укладывают доски в штабель таким, образом, чтобы крайний ряд прокладок выступал над торцами досок и, следовательно, уменьшал их омывание воздухом; применяют на первой стадии сушки воздух с высокой степенью насыщения.

Радиальные трещины характерны для досок и брусьев, полученных из центральной части бревен (центральных и сердцевинных) . Причина их появления — различие между усушкой в тангенциальном и радиальном направлениях. Предотвратить появление этих трещин при камерной сушке невозможно, главное в этом случае— правильно раскроить древесину.

Коробление древесины вызывается различием в величине тангенциальной и радиальной усушки, поэтому короблению подвержены доски тангенциальной распиловки, у которых усушка наружной пласти больше, чем внутренней.

Коробление (рис. 2) бывает поперечное, продольное по пласти и кромке и винтообразное. Для предупреждения коробления доски в штабель укладывают таким образом, чтобы они были зажаты между прокладками.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум