Физические основы пропитки древесины

Движущими силами при пропитке являются: силы капиллярного всасывания, перепад давления по сечению сортимента и градиент концентрации пропитывающего вещества.

Капиллярное движение раствора основано на появлении над поверхностью смачивающей жидкости отрицательного давления

где σ_п – коэф. поверхностного натяжения жидкости, Н/м;

r – радиус капилляра;

θ – краевой угол (для смачивающей жидкости θ < 90°, для несмачи­вающей θ > 90°).

В сухом образце древесины (W_H < W_nH), опущенном одним концом в жидкость, скорость её подъёма по капиллярам составляет 30-150 мм/сут.

Максимальная высота подъёма

где р_в – плотность воды, р_в = 1000 кг/ м³; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

В поперечном направлении скорость впитывания 0,2 – 3 мм/сут. При пол­ном же погружении сортимента скорость ничтожно мала из-за противо­действия защемлённого внутри воздуха, который может выйти из древеси­ны лишь диффузией после его растворения. В сырой древесине (W > 50 %) капиллярное движение возможно лишь в коротких и горизонтально распо­ложенных образцах по мере испарения влаги с торца.

Перепад давления по толщине сортимента ∆Р может быть создан в подсушенной древесине либо избыточным против атмосферного давления, либо предпропиточным вакуумированием, либо за счёт резкого снижения парциального давления воздуха в полостях клеток Р_в – при пропитке пред­варительно нагретой до температуры Т_г древесины в холодном Т_х растворе антисептика:

Диффузионное проникновение в древесину молекул или ионов антисепти­ка возможно лишь в сырой древесине по непрерывной, заполненной вла­гой капиллярной системе.

Продолжительность диффузионной пропитки Т, с, определяется по формуле

где Fo' – диффузионный критерий подобия Фурье (аналог теплового кри­терия Фурье): определяется по номограмме (рис. 3.12) как функция

по безразмерной координате — и безразмерной концентрации раствора в' (аналог безразмерной температуры в):

здесь ω_с и ω – концентрация раствора среды и пропитывающего вещества в древесине на глубине X от поверхности;

R – радиус сортимента;

Д – коэффициент диффузии древесины поперёк волокон; м²/с, на­пример, при пропитке заболонной древесины фторсодержащими препара­тами может быть подсчитан как функция ее влажности W% и температуры t С по эмпирической формуле А.И. Расева-Н.П. Сафонова:

В продольном направлении коэффициент диффузии выше раз в 15.

Проницаемость древесины

Проницаемость различных частей ствола древесины разных пород не одинакова: легко пропитывается заболонь и поражённая грибами древесина.

Более плотная древесина поздней части годичного слоя пропитывается лучше рыхлой.

По способности древесины пропитываться защитными средствами основные отечественные породы делят на 3 группы: легко пропитываемые (заболонь сосны, берёзы и бука); умеренно пропитываемые (заболонь гра­ба, дуба, клёна, лиственницы европейской, липы, ядро сосны, осина, кедр, ольха); трудно пропитываемые (ель, лиственница сибирская, пихта, спелая древесина бука, ядро ясеня, лиственницы европейской).