Вологість деревини і властивості, пов’язані з її зміною

Вологість. Вологістю деревини називається відношення маси вологи, що знаходиться в даному обсязі деревини, до маси абсолютно сухої деревини, виражене у відсотках. Визначають вологість згідно з ГОСТ 16588-79; <16483.7—71.

Загальна кількість вологи в деревині складається з вільної та зв'язаної вологи. Волога, що знаходиться в порожнинах клітин і міжклітинних просторах, називається вільною або капілярної, а в клітинних стінках - зв'язаною або гігроскопічної.

Стан деревини, при якому клітинні стінки містять максимальну кількість зв'язаної вологи, а в порожнинах клітин знаходиться тільки повітря, називається межею гігроскопічності, або межею насичення клітинних стінок.

Межа гігроскопічності відповідає максимальній вологості клітинних стінок при зволоженні деревини в насиченому водою повітрі, а межа насичення клітинних стінок - при тривалому зберіганні деревини в воді або свежесрубленном стані. Вологість, відповідна межі гігроскопічності, при кімнатній температурі (20 ° С) становить 30% і практично не залежить від породи деревини. Гранична кількість вільної вологи залежить від щільності, тобто від того, як великий обсяг пустрт в деревині, який може бути заповнений водою.

Розрізняють такі ступені вологості деревини: мокра - довгий час знаходилася у воді, вологість вища 100%; све ж зрубана - вологість 50. 100%; повітряно-суха - довгий час зберігалася на повітрі / вологість 15. 20% (в залежності від кліматичних умов і пори року); кімнатний-суха - вологість 8. 12% і абсолютно суха - вологість 0%.

При висиханні деревини спочатку з неї випаровується вільна волога, а потім пов'язана. Видалення вологи відбувається до тих пір, поки вона рівномірно розподілено в деревині і її вологість не відповідатиме температурі і відносній вологості повітря. Те ж відбувається і при сорбції (поглинанні) вологи.

Рівноважна вологість - середнє значення між стійкими вологість деревини при сорбції (поглинанні) і десорбції (випаровуванні), відповідне певному поєднанню температури і вологості навколишнього повітря.

Рівноважну вологість можна визначити по діаграмі П. С. Сер- Виговського (І). На діаграмі по вертикалі показана відносна вологість повітря, по горизонталі - температура повітря. Перетин цих показників дає похилу лінію, яка показує вологість деревини у відсотках.

Вологість деталей побутових меблів з деревини і деревних матеріалів повинна бути (8 ± 2)%, вставних шипів з деревини твердих листяних порід, берези або фанери - не більше 6%. Вологість деревини визначають двома методами: висушування і електричним.

Для визначення вологості деревини методом висушування випилюють зразки деревини призматичної форми розміром 20 X 20 X 30 мм. очищають від тирси і задирок, після чого негайно зважують з похибкою не більше 0,01 г. Потім поміщають в сушильну шафу і витримують при температурі (103 ± 2) ° С.

Перше зважування зразка виконують залежно від породи деревини через 6 годин після початку сушіння (зразки деревини дуба і ясена - через 10 год), друге і наступні - через кожні 2 ч. Висушують зразок до постійної маси.

Перевага методу висушування - досить точне визначення вологості деревини при будь-якій кількості вологи. Недолік його - тривалість висушування зразків (від 12 до 24 год).

При електричному методі вологість деревини визначають електровологоміра. Дія цього приладу заснована на зміні електропровідності деревини залежно від її вологості. Робочою частиною найбільш поширеного електровологоміра служать голки з підведеними до них електропроводами. Голки електровологоміра (датчика) вводять в деревину на глибину 8 мм і пропускають через них електричний струм, при цьому на циферблаті приладу відразу показується фактична вологість деревини.

Перевага електричного методу - швидкість визначення і можливість перевірки вологості сортименту будь-якого розміру. Недоліки - визначення вологості тільки в місці зіткнення деревини з датчиком; невисока точність при великій вологості деревини. У діапазоні вимірювання до 30% вологості похибка становить 1. 1,5%.

Усушка. Усиханням називається зменшення лінійних розмірів і об'єму деревини при видаленні з неї зв'язаної вологи (ГОСТ 16483.8-71).

Усушка за різними напрямками неоднакова. Мікрофібрили в клітинній оболонці розташовані переважно вздовж осі клітини, а зв'язана волога заповнює проміжки між ними. При видаленні цієї вологи з деревини більше змінюються поперечні розміри в радіальному і тангенціальному напрямках. У тангенціальному напрямку усушка в 1,5. 2 рази більше, ніж в радіальному. Усушка вздовж волокон незначна.

Усушка, яка відбувається при видаленні всієї зв'язаної вологи, називається повною. Щоб відбулася повна усушка, вологість деревини повинна знизитися від межі насичення клітинних стінок до нуля. В середньому повна лінійна усушка в тангенціальному напрямку становить 6. 10%, в радіальному - 3. 5 і вздовж волокон - 0,1. 0,3%.

Зменшення обсягу деревини при випаровуванні зв'язаної вологи називається об'ємною усиханням.

Для визначення повної усушки зразки поміщають в воду і після досягнення вологості, відповідає межі насичення клітинних стінок, вимірюють лінійні розміри мікрометрів, штангенциркулем. Потім зразки висушують в сушильній шафі до абсолютно сухого стану і вимірюють лінійні розміри.

Зазвичай при розрахунках усушку уздовж волокон не враховують через її малої величини. При розпилюванні колод на дошки передбачають припуски на усушку з тим, щоб після висихання пиломатеріали та заготовки мали задані розміри.

Коефіцієнт об'ємної усушки - величина усушки деревини при зниженні пов'язаної вологи на 1% вологості. За / значенню коефіцієнта об'ємної усушки наші деревні породи можна розділити на три групи:

малоусихающіе (коефіцієнт об'ємної усушки не більше 0,40%) -елі сибірська і звичайна, ялиця сибірська, кедри сибірський і корейський, тополя білий;

среднеусихающіе (коефіцієнт об'ємної усушки від 0,40 до 0,47%) - бук східний, в'яз, дуб, липа дрібнолиста, вільха чорна, осика, ялиці белокорая, кавказька і маньчжурська, тополя чорна, ясен;

сільноусихающіе (коефіцієнт об'ємної усушки 0,47% і більше) - берези плакуча і біла, бук східний, граб, модрини сибірська і даурська, клен гостролистий.

Внутрішня напруга, розтріскування і викривлення. Напруги, які виникають без участі зовнішніх сил, називають внутрішніми. Причина освіти напружень при сушінні деревини - нерівномірність розподілу вологи. Спочатку випаровується волога з поверхневих шарів деревини. Якщо в поверхневих шарах вологість знизиться за межу гігроскопічності, то повинна відбутися усушка. Однак через опір більш вологих внутрішніх шарів поверхневі шари усохнуть в повному обсязі. В результаті цього в деревині з'являються напруги, що розтягують її в поверхневих зонах і стискають у внутрішніх. При зниженні вологості за межу насичення клітинних стінок у внутрішній зоні вона також почне всихати. Це призведе до того, що розтягують напруги в поверхневій зоні зменшаться, однак повністю не зникнуть. Через залишкових подовжень в поверхневих зонах нормальна усушка внутрішньої зони буде затримана. Тоді у внутрішній зоні з'являться розтягують напруги, а в поверхневих зонах - стискають, т. Е. Напруги змінять знак.

Якщо напруження розтягу досягнуть межі міцності деревини на розтяг поперек волокон, то можуть виникнути тріщини: на початку процесу сушіння на поверхні сортименту, а в кінці - всередині.

Внутрішня напруга іноді зберігаються у висушеному матеріалі і служать причиною зміни розмірів і форм деталей при механічній обробці деревини. Їх виявляють за допомогою силових секцій. З дошки на відстані 0,5 м від торця вирізають секцію довжиною 10. 15 мм. З цього відрізка виготовляють силову секцію. Якщо зубці секції відразу після виготовлення залишаться паралельними, то внутрішніх напружень в деревині немає; якщо зубці секції розійдуться, то в зовнішніх шарах матеріалу, що висушується - розтягують, а у внутрішніх - стискають напруги; якщо зубці секції зійдуться, то в зовнішніх шарах - стискають, а у внутрішніх - напруження розтягу.

Зберігаються на момент призупинення сушки залишкові напруги можна зняти додаткової обробкою пиломатеріалів (зволоженням поверхні парою або водою).

При висиханні сортименту деревина змінює свою форму. Така зміна форми називається викривленням. Викривлення може бути поперечним і поздовжнім (13, а, в). Поперечний викривлення виражається зміною форми перерізу дошки. Причина поперечного викривлення - різниця в усушку по радіальному і тангенціальному напрямках. Серцевинна дошка зменшує свої розміри до крайок; дошка, суміжна з серцевиною, пожолобиться сильніше, так як її. зовнішня пласть збігається з тангенціальним напрямком і усохне більше, ніж внутрішня пласть, яка ближче до радіального напрямку. Чим ближче дошка розташована до серцевини, тим більше її викривлення.

По довжині дошки можуть згинатися, набуваючи дугоподібну форму, або приймати форму гвинтовий поверхні-криловатості. Перший вид поздовжнього викривлення зустрічається у дощок, що містять ядро ​​і заболонь (усушка ядра і заболоні по довжині волокон дещо різниться). Криловатості спостерігається у пиломатеріалів з тангенціальним нахилом волокон. Правильна укладка, сушка та зберігання пиломатеріалів виключають появу жолоблення.

Розбухання спостерігається при збільшенні вологості до межі гігроскопічності; збільшення вільної вологи (заповнює порожнини клітин) не викликає розбухання. Найбільше розбухання відбувається в тангенціальному напрямку, найменше - уздовж волокон.

Так само як і усушка, розбухання - негативна властивість деревини. Однак в деяких випадках воно відіграє позитивну роль: забезпечує щільність з'єднань в бочках, човнах, дерев'яних трубах і судах.

Водопоглинання залежить від породи, початкової вологості, температури, форми і розмірів деревини. У порід з меншою щільністю водопоглинання більше, так як більше обсяг порожнин, які можуть бути заповнені вільної вологою. Навпаки, чим більше щільність, тим менше водопоглинання деревини. Водопоглинання ядра менше, ніж заболоні.