Гигроскопичность древесины

Способность древесины поглощать (сорбировать) влагу из окружающего её воздуха называется гигроскопичностью. Максимальное содержание связанной влаги в клеточных стенках при сорбции её из насыщенного влагой воздуха называется пределом гигроскопичности W_НГ, а при увлажнении в воде называется пределом насыщения клеточных стенок W_ПH.

Величина предела гигроскопичности при φ = 1 зависит от температу­ры (t): при t = 100 °С Wnr = 20 %, при t = 20 °С Wnr = 30 %. Величина же предела насыщения клеточных стенок для разных пород древесины разная, но близка к 30 %. Принято считать W_ПH = const = 30 %.

В лажность, приобретаемая древесиной при длительной выдержке её в воздухе определённого состояния температуры t и степени его насыщен­ности ф, называется устойчивой. Устойчивая влажность древесных сорти­ментов сечением свыше 15 х 100 мм при их сорбции W_{y e} не доходит до ус­тойчивой влажности при их десорбции W_y.л. (т.е. высыхании) на величину гистерезиса сорбции ∆W, равного 2,5 % (рис. 1.18). Для измельчённой дре­весины гистерезис сорбции приближается к 0 %. Устойчивая влажность измельчённой древесины называется равновесной влажностью (Wp) (рав­новесная влажность, получаемая с целью определения показателей физи­ко-механических свойств древесины путём кондиционирования при t = 20 ± 2 °С и φ = 65 ±5 %, называется нормализованной влажности, она равна 12 %). Равновесная влажность определяется по диаграмме (рис. 1.19).

Плотность древесины

Плотность древесины характеризуется отношением массы древесины к её объёму, (кг/м³ или г/см³). Плотность древесинного вещества – это масса т_с единицы объёма материала Vд_В клеточных стенок, р_д = 1,5 г/см³. Плотность абсолютно сухой древесины – масса единицы объема древесины V_c при отсутствии в ней воды,

Она меньше плотности древесинного вещества, т.к. в своём объёме содержит пустоты ^_ пористость П, колеблющуюся в пределах 40...77 %.

Базисная плотность древесины – это отношение массы абсолютно сухого образца Шс к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок W_ПH = 30 %.

Этот количественный показатель породного состава древесины не зависит от её влажности, однозначно характеризует породу древесины и широко используется в расчётах процессов нагревания, сушки, пропитки содержания сухого вещества в древесном древесины и при определении содержания сухого вещества в древесном сырье.

Средние расчётные значения базисной плотности (в порядке её возрастания) для древесины разных пород следующие, кг/м³: пихта сибирская – 300; кедр – 350; ель, тополь, ива – 360; сосна обыкновенная, осина, липа – 400; ольха – 420; орех грецкий – 470; берёза – 500; вяз, лиственница – 520; бук – 530; ясень обыкновенный, клён – 550; дуб – 560; груша – 570; акация белая, граб – 630.

П лотность влажной древесины определяют по диаграмме р (p_б,W) (рис. 1.20), построенной с учётом коэффициента разбухания древесины, определяемого по формулам 1.22 ... 1.25.

Влажностные свойства древесины

Водопоглощение – это способность древесины увеличивать свою влажность при контакте с водой.

Максимальную влажность подсчитывают по формуле

За показатель водопоглощения принимают максимальную влаж­ность, достигнутую в процессе выдержки образцов 20х20х(10 вдоль воло­кон) в дистиллированной воде при 20 °С в течение не менее 30 суток. Во­допоглощение древесиной пихты 268 %, кедра 220, ели и тополя 212, со­сны и осины 185, берёзы 135, лиственницы 126, дуба 116, граба 93 %. Эти показатели имеют значение при варке целлюлозы, пропитке антисептика­ми и антипиренами, при сплаве лесоматериалов и в других случаях. Водо­поглощение коры 50...200 %.

Водопроницаемость древесины (способность пропускать воду под давлением) вдоль волокон значительно выше, чем поперёк, особенно у ли­ственных пород и у заболони. Ядро и спелая древесина некоторых пород вообще не пропускает воду. Единицы измерения: см³/см²/сут. и процент максимальной влажности W_max.

Воздухопроницаемость вдоль волокон также в десятки раз больше, чем поперек, особенно в тангенциальном направлении для сосны в 2...5 раз, а для ели в 10 раз меньше, чем в радиальном. Она определяется коли­чеством воздуха (см³), прошедшего через 1 см² поверхности образца в 1 секунду v через образец высотой h, м под давлением Р = 0,1...0,4 МПа и оценивается коэффициентом газопроницаемости

Для сосны, заболони в радиальном направлении при толщине образ­ца 13,9 мм при Р = 0,1...0,4 МПа К_г = 0,056...0,239; К_г сос.ядр.рад. ⁼ = 0,0026...0,0138; Кг дуб ядр.рад.толщ.3,5мм = 0,00013...0,00067; Кг танг = 0,00071...0,00478 см/с.

Водо- и воздухопроницаемость используют для оценки способности древесины пропитываться растворами антисептиков и антипиренов, ва­рочными растворами при получении целлюлозы и т.д.

Водопроводность (или капиллярная проницаемость) древесины – это передвижение свободной воды под действием внешних сил (например, разности гидростатического или избыточного давления) или капиллярных сил от макрокапилляров полостей клеток и межклеточных пространств с большим радиусом к микрокапиллярам в клеточных стенках с меньшим их радиусом в подсушенных периферийных зонах сортимента, называемых зонами влагопроводности. Во внутренней, капиллярной зоне скорость пе­ремещения воды зависит не от градиента влажности, а от сил капиллярно­го давления, лимитирующих и стабилизирующих процесс до полного уда­ления из неё свободной воды, после чего процесс лимитируется влагопро- водностью и замедляется.

Влагопроводность древесины – это её способность проводить свя­занную влагу. При десорбции происходят два процесса:

• испарение влаги с поверхности древесины, интенсивность которо­го тем выше, чем ниже относительная влажность окружающей среды (φ) и чем выше его температура (t,°C) и скорость обдувания поверхности древе­сины (ω, м/с);

• перемещение воды изнутри древесины к её поверхности, интен­сивность которого тем выше, чем выше температура древесины, градиент влагосодержания (du/dx, 1/м) и коэффициент влагопроводности древесины α', м²/с). Его определяют опытным путём по цилиндрическим образцам Ø 30 мм высотой 20...25 мм из радиальных или тангенциальных заготовок, выдерживаемых в эксикаторе с определённой влажностью воздуха и t = 20 °С над бюксой с насыщенным влагой воздухом, периодически взве­шиваемых для определения скорости тока воды сквозь них (М, г) и, нако­нец, раскалываемых на множество тонких слоев в направлении перпенди­кулярном току влаги и взвешиваемых для определения послойного влаго­содержания (u_i = M_Bj : M_ai) и градиента влагосодержания (du/dx). По этим данным и по площади сечения образца (F, м²) и его плотности в абсолютно сухом состоянии (р₀, кг/м³) определяют коэффициент влагопроводности по формуле

Профессором П.С. Серговским построена диаграмма коэффициента влагопроводности древесины в тангенциальном направлении α'_т (рис. 1.21). В радиальном направлении коэффициент влагопроводности

где JI – объём сердцевинных лучей в древесине в %.

Соотношение α'_р /α'_т для сосны и ели 1,1; берёзы 1,2; дуба и бука 1,5. В продольном направлении коэффициент влагопроводности больше, чем в тангенциальном в 15...20 раз.