Деревинозн ТД 2013-2014 / Лекц Деревинозн ТД / ДЕРЕВ ТД МОДУЛЬ 2 / ЛЕКЦІЯ 2-4

``9

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 2.4. ТЕМА: «ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. УСУШКА ДЕРЕВИНИ: ПОКАЗНИКИ І МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ. ВОЛОГО- ТА ВОДОПОГЛИНАННЯ ДЕРЕВИНИ, РОЗБУХАННЯ ДЕРЕВИНИ, ТИСК РОЗБУХАННЯ»

Виконавці:

зав. кафедри технології деревообробки, професор

Пінчевська О.О.,

асистент Буйських Н.В.,

доцент Зражва С.Г.

КИЇВ – 2013

ЛЕКЦІЯ 2.4. ТЕМА: «ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. УСУШКА ДЕРЕВИНИ: ПОКАЗНИКИ І МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ. ВОЛОГО- ТА ВОДОПОГЛИНАННЯ ДЕРЕВИНИ, РОЗБУХАННЯ ДЕРЕВИНИ, ТИСК РОЗБУХАННЯ»»

План лекції

1. Усушка та внутрішні напруги у деревини.

2. Водо-, вологопоглинання та розбухання деревини.

1. УСУШКА ТА ВНУТРІШНІ НАПРУГИ У ДЕРЕВИНИ

Зменшення лінійних розмірів та об’єму деревини при видаленні з неї зв’язаної води називається усушкою. Зниження кількості вільної води не призводить до усушки.

Основна усушка відбувається при видаленні адсорбційної води, що знаходиться всередині клітинних стінок деревини. Спочатку випаровується мікрокапілярна вода і невелика кількість адсорбційної. Тому усушка росте повільно, після видалення всієї мікрокапілярної води спостерігається більш інтенсивне зростання усушки.

Адсорбційна вода знаходиться в проміжках між мікрофібрілами і частково в середині них. Оскільки мікрофібріли орієнтовані в основному уздовж поздовжньої вісі клітини, видалення адсорбційної води призводить до зменшення товщини клітинних оболонок та поперечних розмірів клітин. Анатомічні елементи в основному витягнуті уздовж вісі стовбура, тому найбільша усушка спостерігається в поперечному напрямку; уздовж волокон, тобто в напрямку найбільшої жорсткості, - в десятки разів менша; у тангенціальому напрямку у 1,5-2 рази більше, ніж в радіальному.

Показником усушки є вологісна несилова деформація.

Повна або максимальна усушка - зменшення лінійних розмірів або об"єму деревини при видаленні всього обсягу зв"язаної води. Формула для визначення повної усушки, %:

, (1)

де a_max розмір зразка при вологості рівній або вище межі насиченості , мм (мм³),

a_min- відповідно розмір зразка в абсолютно сухому стані.

Експериментальне визначення за ГОСТ 16483.74 та 16483.38-80. Повна усушка найбільш розповсюджених порід в тангенціальному напрямку становить 8-10%, в радіальному - 3-7%, уздовж волокон-0,1-0,3%, об’ємна - 11-17% (табл. 1).

Для розрахунків вологісної деформації необхідно знати коефіцієнт усушки, що визначає величину усушки при зниженні вмісту зв’язаної вологи в деревині на 1% (2):

, (2)

Результати заокруглюють до 0,01% на 1% вологості.

На практиці часто обмежуються визначенням часткової усушки, % за будь-якої вологості, наприклад для нормалізованої вологості 12%.:

, (3)

де а₁₂, - розмір (об"єм) зразка деревини за даною або 12% вологістю.

Таблиця 1. Тангенційна усушка ранньої та пізньої зон річного шару*

Порода	Усушка, %		Порода ранньої зони	Усушка, %
	ранньої зони	пізньої зони		пізньої зони	пізньої зони
Модрина	7,8	9,4	Бук	11,4	11,8
Сосна	6,7	7,5	Береза	8,6	9,3
Ялина	6,1	7,4	Тополя	9,4	10,6
Дуб	8,4	9,8	Верба	6,5	6,9

* Для розсіяносудинних порід під ранньою зоною річного шару розуміють його першу половину, що обернена до серцевини, а під другою – другу половину, що обернена до кори

Якщо відомі коефіцієнт радіальної та тангенціальної усушки, то приймаючи Wм.н.=30%, можна визначити коефіцієнт об’ємної усушки:

, (4)

Зменшення розмірів при сушінні пиломатеріалів називають усадкою: включає усушку, деформації від сушильних напруг і, в деяких випадках, колапс. Усадку деревини враховують при розпилюванні колод на дошки (припуски на усушку).

Внутрішні напруги в деревині. Внутрішні - без участі зовнішніх навантажень в результаті неоднакових змін об’ємів; вони врівноважені в межах даного тіла.

Повні сушильні напруження - сукупність двох складових - вологісних та залишкових.

Вологісні - викликані неоднорідною усушкою матеріалу (розтягуючі на поверхні спочатку процесу, стискаючі - всередині). Залишкові - обумовлені виникненням неоднорідних залишкових деформацій, що викликані не тільки тим, що деревина не є абсолютно пружним тілом, але й тим, що утворюються "заморожені" залишкові деформації Залишкові - не зникають, як вологісні при вирівнюванні вологості за перетином і спостерігаються як під час сушіння, так і після нього.

Сумарна напруга (від вологості та залишкова) складає алгебраічну суму, причому знаки цих двох напруг протилежні. На першому етапі сушіння напруги від вологості більші, ніж залишкові, і сумарна напруга буде мати знак більшої складової. На другому - напруги міняються знаками і переважають залишкові.

Якщо напруги на розтяг поперек волокон досягають границі міцності на розтяг в цьому напряму, то виникають тріщини. На першому етапі сушіння утворюються тріщини поверхневі, на другому - внутрішні (свищі).

За допомогою силових секцій можливо тільки виявити наявність внутрішній напруг за СТ СЕВ 145-75, а за допомогою ГОСТ 11603-73 - визначити їх абсолютні величини (рис.1).

Величина залишкових деформацій залежить від способу та режиму сушіння, чим інтенсивніше процес, тим більші напруги.

Внутрішні напруги можуть проявлятися в деревині не тільки при сушінні, але й при просочуванні її рідинами, а також під час росту дерева.

Зміна заданої форми пиломатеріалів та заготівок при сушінні, а також розпилюванні і зберіганні називається жолобленням. Поперечне жолоблення виникає внаслідок анізотропії усушки, а також залежить від розташування річних шарів на торці сортименту.

Рис. 1. Внутрішні напруги у деревині: а) перший етап сушіння, б) другий етап сушіння

Вигин тим більше, чим більше дошка до серцевини. Поздовжнє - виникає якщо в дошці знаходяться ділянки різної за будовою деревини: ділянки кренєвої деревини, або молодої (ювенільної) деревини, що мають збільшену усушку уздовж волокон. Крилуватість (спіральна жолобленість) - у деревини з нахилом волокон (рис. 2).

Причина: поперечне - м.б. внаслідок нерівномірності розподілу вологи за перетином (після вирівнювання вологості зникає); неправильне укладання в штабелі для атмосферного або камерного сушіння, зволоження під час зберігання.

2. ВОДО- , ВОЛОГОПОГЛИНАННЯ ТА РОЗБУХАННЯ ДЕРЕВИНИ

Спроможність деревини внаслідок її гігроскопічності поглинати вологу (пари води) з оточуючого повітря називається водопоглинанням.

Процес вологопоглинання складається з сорбції пари води основними органічними речовинами клітинної стінки і переміщення утвореної зв"язаної вологи всередину деревини. Сорбція в свою чергу включає явища адсорбції та мікрокапілярної конденсації.

Рис. 2. Пожолобленість пиломатеріалів, що виникає під дією внутрішніх напруг

При зіткненні вологого повітря з абсолютно сухою деревиною на поверхні найдрібніших структурних утворень з целюлози, лігніну та геміцелюлоз конденсуються молекули води. Спочатку відбувається зв’язування вологи в мономолекулярному шарі (товщиною в одну молекулу води), який дуже міцно утримується органічними речовинами деревини. Потім з'являється другий молекулярний шар з поступово спадаючою міцністю зв’язків між молекулами води і компонентами деревини. Так утворюється адсорбційна вода, що знаходиться в плівковому стані і за своїми властивостями відрізняється від звичайної води.

При сорбції вологи відбувається контракція - об’єм зволоженої деревини виявляється меншим за суму об’ємів сухої деревини та поглиненої води.

Крім явища сорбції відбувається конденсація пари води в мікрокапілярах (мікрозаглибленнях) клітинної стінки.

Сорбційна здатність в більшій мірі виражена у геміцелюлоз, слабше - у целюлози і ще менше у лігніна.

Вологопоглинання ядра та заболоні приблизно однакові; кора також мало відрізняється від деревини. Вологість деревини, що може бути досягнута в процесі водопоглинання за різної температури визначається за діаграмою рівноважної вологості.

Спроможність деревини до поглинання води - негативна властивість. Висушена деревина у виробах "дихає", змінюючи вміст зв’язаної води при коливаннях параметрів повітря. Покриття з лаків, фарб, плівкових матеріалів виконують вологозахисні функції. Більш радикально - модифікація шляхом просочування штучними смолами.

Розбухання - підвищення вмісту зв’язаної води в деревині при витримуванні у вологому повітрі або воді, яке супроводжується збільшенням лінійних розмірів і об’єму деревини. Властивість зворотня усушці і має тіж самі закономірності. Визначається експериментально за ГОСТ 16483.35-80 та 16483.36-80 (лінійне та об’ємне) використовуючи теж саме обладнання і процедуру як при визначенні усушки, але способи підрахування інші.

Повне розбухання (5)

(5)

Коефіцієнт розбухання (6)

(6)

Часткове розбухання (7)

(7)

Розбухання при нормалізованій вологості (8)

Таблиця 2. Коефіцієнти усушки і розбухання деревини за Б.Н. Уголєвим (1986)

Як і усушка найбільше розбухання спостерігається у тангенціальному напрямку, а найменше уздовж волокон.

Коефіцієнти розбухання є більшими від коефіцієнтів усушки. У процесі усушки анізотропія в поперечному напрямку приводить до часткового недопускання усушки (напруги на субмікрорівні), що відображено на значенні цих коефіцієнтів. Розбуханням деревина повертається до природного стану клітинних оболонок.

Криві залежності усушки та розбухання не збігаються - це пов’язано із гістерезісом сорбції. Складний механізм розбухання поки ще не вивчено остаточно.

Суха деревина в процесі розбухання в бочкотарі або в інших виробах (дерев’яних трубах, суднах) із деревини, що використовуються у водному середовищі, може створювати тиск, що приводить до ущільнення цих виробів.

При недопускання вільного розбухання утворюється тиск розбухання. Єгиптяни ще в 1500 р до н. використовували тиск розбухання для розколювання гранітних глиб.

За стандартною методикою (ГОСТ 16483.14-72) визначають тиск розбухання застосовуючи спеціальний прилад (рис. 3). Результати дослідів вказують на те, що із збільшенням щільності деревини зростає її тиск розбухання. Встановлено, що для хвойних порід у тангенціальному напряму тиск розбухання приблизно в 1,5-2 рази більший, ніж в радіальному.

Рис. 3. Прилад для визначення тиску розбухання

У розсіяносудинних порід тиск розбухання практично однаковий у двох напрямах. При підвищенні температури він зменшується - зменшуються в’язкість води і жорсткість деревини.

Взагалі розбухання приводить до жолоблення, що утруднює обробку і використання деревини.