|
Влажность. Влажностью древесины
называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе
абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Определяют влажность по
ГОСТ 16588—79; <16483.7—71.
Общее количество влаги в древесине складывается из
свободной и связанной влаги. Влага, находящаяся в полостях клеток и
межклеточных пространствах, называется свободной или капиллярной, а в
клеточных стенках — связанной или гигроскопической.
Состояние древесины, при котором клеточные стенки содержат
максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только
воздух, называется пределом гигроскопичности, или пределом насыщения
клеточных стенок.
Предел гигроскопичности соответствует максимальной
влажности клеточных стенок при увлажнении древесины в насыщенном водой
воздухе, а предел насыщения клеточных стенок — при длительном хранении древесины
в воде или свежесрубленном состоянии. Влажность, соответствующая пределу
гигроскопичности, при комнатной температуре (20 °С) составляет 30 % и
практически не зависит от породы древесины. Предельное количество свободной
влаги зависит от плотности, т.е. от того, как велик объем пустрт в древесине,
который может быть заполнен водой.
Различают следующие степени влажности древесины: мокрая —
длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%; све же срубленная
— влажность 50... 100 %; воздушно-сухая — долгое время хранившаяся на
воздухе/ влажность 15...20 % (в зависимости от климатических условий и
времени года); комнатно-сухая — влажность 8... 12 % и абсолютно сухая —
влажность 0 %.
При высыхании древесины сначала из нее испаряется
свободная влага, а затем связанная. Удаление влаги происходит до тех пор,
пока она равномерно не распределится в древесине и ее влажность не будет
соответствовать температуре и относительной влажности воздуха. То же
происходит и при сорбции (поглощении) влаги.
Равновесная влажность — среднее значение между устойчивыми
влажностями древесины при сорбции (поглощении) и десорбции (испарении),
соответствующее определенному сочетанию температуры и влажности окружающего
воздуха.
Равновесную влажность можно определить по диаграмме П. С.
Сер- говского ( И). На диаграмме по вертикали показана относительная
влажность воздуха, по горизонтали — температура воздуха. Пересечение этих
показателей дает наклонную линию, которая показывает влажность древесины в
процентах.
Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по
высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Влажность
заболони сосны в три раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение
влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони
у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не
изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность
ядра вверх по стволу снижается.
У молодых деревьев влажность выше и ее колебания в течение
года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в
зимний период (ноябрь-февраль), минимальное — в летние месяцы (июль-август).
Содержание влаги в стволах изменяется в течение суток: утром и вечером
влажность деревьев выше, чем днем.
Влажность деталей бытовой мебели из древесины и древесных
материалов должна быть (8 ±2)%, вставных шипов из древесины твердых
лиственных пород, березы или фанеры — не более 6 %. Влажность древесины
определяют двумя методами: высушивания и электрическим.
Для определения влажности древесины методом
высушивания выпиливают образцы древесины призматической формы размером 20 X
20 X 30 мм,
очищают от опилок и заусенцев, после чего немедленно взвешивают с
погрешностью не более 0,01
г. Затем помещают в сушильный шкаф и выдерживают при
температуре (103 ± 2) °С.
Первое взвешивание образца производят в зависимости от
породы древесины через 6 ч после начала сушки (образцы древесины дуба и ясеня
— через 10 ч), второе и последующие — через каждые 2 ч. Высушивают образец до
постоянной массы.
Преимущество метода высушивания — довольно точное
определение влажности древесины при любом количестве влаги. Недостаток его —
продолжительность высушивания образцов (от 12 до 24 ч).
При электрическом методе влажность древесины определяют электровлагомером.
Действие этого прибора основано на изменении электропроводности древесины в
зависимости от ее влажности. Рабочей частью наиболее распространенного
электровлагомера служат иглы с подведенными к ним электропроводами. Иглы
электровлагомера (датчика) вводят в древесину на глубину 8 мм и пропускают через них
электроток, при этом на циферблате прибора сразу показывается фактическая
влажность древесины.
Преимущество электрического метода — быстрота определения
и возможность проверки влажности сортимента любого размера. Недостатки —
определение влажности только в месте соприкосновения древесины с датчиком;
невысокая точность при большой влажности древесины. В диапазоне измерения до
30 % влажности погрешность составляет 1...1,5 %.
Усушка. Усушкой называется уменьшение линейных размеров и
объема древесины при удалении из нее связанной влаги (ГОСТ 16483.8—71).
Усушка по разным направлениям неодинакова. Микрофибриллы в
клеточной оболочке расположены преимущественно вдоль оси клетки, а связанная
влага заполняет промежутки между ними. При удалении этой влаги из древесины
больше изменяются поперечные размеры в радиальном и тангенциальном
направлениях. В тангенциальном направлении усушка в 1,5...2 раза больше, чем
в радиальном. Усушка вдоль волокон незначительна.
Усушка, которая происходит при удалении всей связанной
влаги, называется полной. Чтобы произошла полная усушка, влажность древесины
должна снизиться от предела насыщения клеточных стенок до нуля. В среднем
полная линейная усушка в тангенциальном направлении составляет 6... 10 %, в
радиальном — 3...5 и вдоль волокон — 0,1...0,3 %.
Уменьшение объема древесины при испарении связанной влаги
называется объемной усушкой.
Для определения полной усушки образцы помещают в воду и по
достижении влажности, соответствующей пределу насыщения клеточных стенок,
измеряют линейные размеры микрометром, штангенциркулем. Затем образцы
высушивают в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния и измеряют
линейные размеры.
Обычно при расчетах усушку вдоль волокон не учитывают
из-за ее малой величины. При распиловке бревен на доски предусматривают
припуски на усушку с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки
имели заданные размеры.
Коэффициент объемной усушки — величина усушки древесины при
снижении связанной влаги на 1 % влажности. По/ значению коэффициента объемной
усушки наши древесные породы можно разделить на три группы:
малоусыхающие (коэффициент объемной усушки не более 0,40%)
—ели сибирская и обыкновенная, пихта сибирская, кедры сибирский и корейский,
тополь белый;
среднеусыхающие (коэффициент объемной усушки от 0,40 до
0,47 %) — бук восточный, вяз, дуб, липа мелколистная, ольха черная, осина,
пихты белокорая, кавказская и маньчжурская, тополь черный, ясень;
сильноусыхающие (коэффициент объемной усушки 0,47 % и
более) — березы плакучая и белая, бук восточный, граб, лиственницы сибирская
и даурская, клен остролистный.
Внутренние напряжения, растрескивание и коробление.
Напряжения, которые возникают без участия внешних сил, называют внутренними.
Причина образования напряжений при сушке древесины — неравномерность
распределения влаги. Вначале испаряется влага с поверхностных слоев
древесины. Если в поверхностных слоях влажность снизится за предел
гигроскопичности, то должна произойти усушка. Однако из-за сопротивления
более влажных внутренних слоев поверхностные слои усохнут не полностью. В
результате этого в древесине появляются напряжения, растягивающие ее в
поверхностных зонах и сжимающие во внутренних. При снижении влажности за предел
насыщения клеточных стенок во внутренней зоне она также начнет усыхать. Это
приведет к тому, что растягивающие напряжения в поверхностной зоне
уменьшатся, однако полностью не исчезнут. Из-за остаточных удлинений в
поверхностных зонах нормальная усушка внутренней зоны будет задержана. Тогда
во внутренней зоне появятся растягивающие напряжения, а в поверхностных зонах
— сжимающие, т. е. напряжения переменят знак.
Если растягивающие напряжения достигнут предела прочности
древесины на растяжение поперек волокон, то могут возникнуть трещины: в
начале процесса сушки на поверхности сортимента, а в конце — внутри.
Внутренние напряжения иногда сохраняются в высушенном
материале и служат причиной изменения размеров и форм деталей при
механической обработке древесины. Их обнаруживают с помощью силовых секций.
Из доски на расстоянии 0,5 м
от торца вырезают секцию длиной 10... 15 мм. Из этого отрезка изготовляют силовую
секцию. Если зубцы секции сразу после изготовления останутся параллельными,
то внутренних напряжений в древесине нет; если зубцы секции разойдутся, то в
наружных слоях высушиваемого материала — растягивающие, а во внутренних —
сжимающие напряжения; если зубцы секции сойдутся, то в наружных слоях —
сжимающие, а во внутренних — растягивающие напряжения.
Сохранившиеся после окончания сушки остаточные напряжения
можно снять дополнительной обработкой пиломатериалов (увлажнением поверхности
паром или водой).
При высыхании сортимента древесина изменяет свою форму.
Такое изменение формы называется короблением. Коробление может быть
поперечным и продольным ( 13, а, в). Поперечное коробление выражается
изменением формы сечения доски. Причина поперечного коробления — разница в
усушке по радиальному и тангенциальному направлениям. Сердцевинная доска
уменьшает свои размеры к кромкам; доска, смежная с сердцевинной, покоробится
сильнее, так как ее. внешняя пласть совпадает с тангенциальным направлением и
усохнет больше, чем внутренняя пласть, которая ближе к радиальному
направлению. Чем ближе доска расположена к сердцевине, тем больше ее
коробление.
По длине доски могут изгибаться, приобретая дугообразную
форму, или принимать форму винтообразной поверхности— крыловатость. Первый
вид продольного коробления встречается у досок, содержащих ядро и заболонь
(усушка ядра и заболони по длине волокон несколько различается). Крыловатость
наблюдается у пиломатериалов с тангенциальным наклоном волокон. Правильная
укладка, сушка и хранение пиломатериалов исключают появление коробления.
Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела
гигроскопичности; увеличение свободной влаги (заполняющей полости клеток) не
вызывает разбухания. Наибольшее разбухание происходит в тангенциальном
направлении, наименьшее — вдоль волокон.
Так же как и усушка, разбухание — отрицательное свойство
древесины. Однако в некоторых случаях оно играет положительную роль:
обеспечивает плотность соединений в бочках, лодках, деревянных трубах и
судах.
Водопоглощение — способность древесины благодаря пористому
строению поглощать капельно-жидкую влагу. Водопоглощение происходит при
непосредственном контакте древесины с водой. При этом в древесине
увеличивается содержание как связанной, так и свободной влаги.
Водопоглощение зависит от породы, начальной влажности,
температуры, формы и размеров древесины. У пород с меньшей плотностью
водопоглощение больше, так как больше объем полостей, которые могут быть
заполнены свободной влагой. Наоборот, чем больше плотность, тем меньше
водопоглощение древесины. Водопоглощение ядра меньше, чем заболони.
|