Деревинозн ТД 2013-2014 / Лекц Деревинозн ТД / ДЕРЕВ ТД МОДУЛЬ 2 / ЛЕКЦІЯ 2-3

``8

НУБіП України

ННІ ЛіСПГ

ЛІСОГОСПОДАРСЬКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ ДЕРЕВООБРОБКИ

АНОТАЦІЇ ЛЕКЦІЙ З ДЕРЕВИНОЗНАВСТВА

для студентів 2-го курсу напряму деревооброблювальні технології

ЗМІСТОВНИЙ МОДУЛЬ № 2

ХІМІЧНІ ТА ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ

Лекція 2.3. ТЕМА: «ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. ВОЛОГІСТЬ ДЕРЕВИНИ ТА КОРИ, СПОСОБИ ВИЗНАЧЕННЯ. КІЛЬКІСНІ ПОКАЗНИКИ ВОЛОГОСТІ. ЗВ’ЯЗАНА ТА ВІЛЬНА ВОДА. МЕЖА НАСИЧЕННЯ ТА МЕЖА ГІГРОСКОПІЧНОСТІ. РІВНОВАЖНА ВОЛОГІСТЬ ДЕРЕВИНИ»

Виконавці:

зав. кафедри технології деревообробки, професор

Пінчевська О.О.,

асистент Буйських Н.В.,

доцент Зражва С.Г.

КИЇВ – 2013

ЛЕКЦІЯ 2.3. ТЕМА: «ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. ВОЛОГІСТЬ ДЕРЕВИНИ ТА КОРИ, СПОСОБИ ВИЗНАЧЕННЯ. КІЛЬКІСНІ ПОКАЗНИКИ ВОЛОГОСТІ. ЗВ’ЯЗАНА ТА ВІЛЬНА ВОДА. МЕЖА НАСИЧЕННЯ ТА МЕЖА ГІГРОСКОПІЧНОСТІ. РІВНОВАЖНА ВОЛОГІСТЬ ДЕРЕВИНИ.»»

План лекції

1. Абсолютна та відносна вологість деревини та кори. Способи вимірювання.

2. Кількісні показники вологості. Зв’язана та вільна вода. Межа насичення та межа гігроскопічності.

3.Рівноважна вологість деревини. Виробничі рівні вологості деревини.

1. АБСОЛЮТНА ТА ВІДНОСНА ВОЛОГІСТЬ ДЕРЕВИНИ ТА КОРИ. СПОСОБИ ВИМІРЮВАННЯ

Для кількісної оцінки вмісту води у деревині та корі використовують показник - вологість. Під вологістю в деревообробці розуміють абсолютну вологість, тобто це відношення маси води до маси сухої деревини (або кори), %:

(1)

де т_W, т₀ - маса зразка відповідно вологої деревини і деревини в абсолютно сухому стані ,г.

При використанні деревини як палива і сировини для хімічної промисловості визначають відносну вологість, %, - це відношення маси води до маси вологої деревини (рис. 1):

(2)

Рис. 1

Вимірюють вологість деревини прямим та опосередкованими методами. Прямий метод базується на виділенні води шляхом висушування або відгонкою води толуолом або ксилолом (метод дистиляції) із деревини, просоченої різноманітними антисептиками.

Методом висушування (ГОСТ 16483.7-71) визначаються вологість з точністю до 0,1%. Проби деревини 20x20x30 мм, розміщують у бюкси, важать з точністю до 0,001г. Маса бюкси зважується попередньо і використовується для того, щоб маса зразка проби не змінилася під час зважування та висушування. Кришку бюкси знімають під час сушіння в термошафі при 103±2° С протягом 6-10 год. (перше зважування); потім через 2 год до сталої ваги. Вважається якщо різниця в масі двох останніх зважувань не більше 0,002 г, то досягнуто абсолютно сухий стан деревини. Проби із смолистої деревини не повинні бути в термостаті більше 20 год.

Перед зважуванням бюкси закривають кришкою і охолоджують в сухому повітрі (ексикаторі з безводним розчином хлористого кальцію або сірчаної к-ти концентрацією 94%).

Вологість розраховують за формулою:

(3)

де т₁ – маса бюкси, г ;

т₂ маса бюкси з пробою до висушування г,

т₃ - маса бюкси з пробою після висушування, г.

Вологість з точністю 1,0% знаходять простим зважуванням зразків без бюкси на технічних вагах з точністю до 0,01 г. Далі - аналогічно.

Значно менше застосовують метод визначення вологи шляхом випаровування разом з парою толуолу. Спочатку визначають масу зразка вологої деревини, потім нагрівають його разом з толуолом; утворена при цьому пара конденсується, а завдяки різній густині рідин, вода легко відокремлюється від толуолу і можна виміряти її об’єм.

Основний недолік прямих методів - тривалість процедури (8-10 год і більше), та наявність певного обладнання (сушильна шафа, ваги тощо).

Посередні методи - основані на вимірюванні показників деяких фізичних властивостей деревини (електричні параметри), що залежать від її вологості. Електровологоміри кондуктометричні - ИВ, ВПК. - вимірювання електропровідності деревини. Час вимірювання -10с. Похибка приладів: до 30% -1-1,5% , після 30% - не нормується.

Недоліки вологомірів - локальні значення вологості, при нерівномірному розподілі вологи - необхідно робити багато вимірювань.

Вологість в ростучому дереві розподілена нерівномірно як за висотою, так і за радіусом. У хвойних порід вологість заболоні у 3-4 рази більша за ядро та спілу деревину (120 та 35%). У межах ядра (спілої деревини) у сосни, ялини та модрини волога розподілена рівномірно, а в ялиці та кедра центральна зона - вологіша за периферичну.

У перестійних стовбурах сосни зустрічається висока вологість (250%) ядра, це - мокре ядро.

У листяних порід розподіл вологості за перетином більш-менш рівномірний. Ядро дуба, ільма вологіше за ядро сосни - 70-80%, заболонь дуба -85-110%.

За висотою стовбура - у хвойних порід вологість заболоні збільшується, а ядра - не змінюється. У листяних ядрових порід (дуб, в"яз) вологість ядра знижується, а заболоні не змінюється; у безядрових (осика, липа) - вологість збільшується.

Коливання вологи сезонні пов"язані із факторами клімату і такими потребами рослин, як розвиток листя, плодоношення, вегетаційний спокій тощо. Найбільша вологість спостерігається взимку (листопад-лютий), а найменша - влітку (липень-серпень). Вологість заболоні влітку м.б. на 25-50% менша порівняно із зимою, а вологість ядра і спілої деревини протягом року майже не змінюються.

2. ФОРМИ ВОДИ В ДЕРЕВИНІ. МЕЖА НАСИЧЕННЯ, МЕЖА ГІГРОСКОПІЧНОСТІ.

Форми води в деревині:

- вільна, що заповнює порожнини клітин і міжклітинні пустоти. Утримується в деревині фізико-механічними зв'язками (силами капілярної взаємодії) і для її видалення потрібно затратити незначну теплову енергію;

- зв'язана (гігроскопічна), що насичує оболонки клітин (заповнює субмікропори). Зв'язана вода утримується фізико-хімічними зв'язками і складається з адсорбційної і мікрокапілярної;

- хімічно зв'язана, що входить до складу хімічних зв'язків між структурними органічними сполуками. Хімічно зв'язану воду видалити із деревини фізичними методами неможливо.

Максимальна кількість зв'язаної води в клітинній оболонці становить в середньому 30%. Стан деревини, за якого клітинні оболонки насичені водою, називають межею насичення Wм.н.. Якщо деревина містить тільки зв'язвну воду, її називають вологою, а якщо і вільну, то мокрою.

Межа насиченості клітинних стінок (оболонок) (МН). - це максимальна вологість клітинних оболонок, якої вони досягають при витримуванні деревини у воді. В такому стані вони перебувають у ростучому дереві.

Прямого методу визначення МН немає, оскільки при витримуванні у воді з'являється при повному насиченні і вільна вода в порожнинах клітин та міжклітинних просторах. Розроблено посередній метод - по об"ємному розбуханню (Полубоярінов О.І.). Ще можна підрахувати за формулою, %:

(4)

де ρ_б, ρ₀, ρ_в – щільність відповідно базисна, абсолютно сухої деревини, гігроскопічної (зв’язаної) води, гּ·см-³.

Межа гігроскопічності (МГ) - це максимальна вологість клітинних оболонок, що досягається при сорбції пари води з повітря; характеризується відсутністю води в порожнинах клітин та рівноважністю вологості клітинних оболонок з повітрям, що наближається до насиченого стану. Цей показник може бути визначений прямим експериментом.

МН не залежиться від температури, а МГ.- навпаки. З підвищенням температури МГ знижується. Так при = 100С МГ = 19-20%, при від"ємних температурах м.г. також знижується, при = -22С МГ = 17-21%.

МГ як і МН збільшуються при зменшенні щільності деревини. У порід із менш щільною деревиною значно збільшується поверхня клітинних стінок з мікрозаглибленнями, в яких відбувається конденсація вологи з повітря.

3. РІВНОВАЖНА ВОЛОГІСТЬ ДЕРЕВИНИ. ВИРОБНИИЧІ РІВНІ ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВИНИ

При витримуванні деревини в повітрі певного стану її вологість стає стійкою – рівноважна вологість деревини (рис.2). Стан повітря характеризується температурою і відносною вологістю, яка може змінюватися від 0 до 100%. Величина стійкої вологості деревини, що довгий час витримується при певних умовах (t та φ ) практично однакова для всіх порід. При поглинанні вологи (сорбції) вона менше, ніж при видаленні води (десорбції). Цю різницю між стійкими вологостями прийнято називати гістерезісом сорбції.

Подрібнена деревина з великою умовною поверхнею має дуже малий гістерезіс сорбції і її стійку вологість прийнято називати рівноважною Wр.

Зв’язок між рівноважною вологістю деревини і станом повітря відображено діаграмою Серговского. Враховуючи гістерезіс, а для сортиментів товщиною більш 15 мм він складає біля 2,5%, можна визначити рівноважну вологість деревини.

При випробуваннях для визначення фізико-механічних властивостей деревини її кондиціонують, доводячи до нормалізованої вологи. Це рівноважна вологість деревини, що відповідає t =20±°С та φ = 65±5% в середньому дорівнює 12%.

На практиці розрізняють п"ять рівнів вологості деревини:

- мокра деревина (довготривале перебування у воді) - більше 100%;

- свіжозрубана (вологість ростучого дерева) - 50-100%;

- деревина атмосферного сушіння або повітряно-суха (сушіння або витримування на відкритому повітрі) - 15-20%;

- деревина камерного сушіння або кімнатно-суха (сушіння в камерах або витримування в опалюваному приміщенні) - 8-12%;

- абсолютно суха (сушіння при =103+2 С) - 0%.

Рис. 2. Діаграма рівноважної вологості деревини