Что называется капиллярной влагой в древесине

Виды влаги в древесине

В растущем дереве древесина содержит значительное количество воды, необходимой для его жизнедеятельности. В срубленной древесине в зависимости от условий хранения и транспортировки содержание воды может увеличиваться или уменьшаться. При использовании древесины в большинстве случаев воду из нее удаляют с целью улучшения качества материалов и готовых изделий.

Древесина представляет собой гетерокапиллярную систему. В ней существуют капиллярные пространства различных размеров. Пористая структура древесины имеет большое значение для взаимодействия ее с водой.

Капиллярные пространства древесины подразделяют на две группы: капиллярные пространства первого порядка (к ним относятся межклеточные пространства, полости клеток и поры в стенках клеток) и капиллярные пространства второго порядка (пространства между фибриллами, между микрофибриллами и внутри микрофибрилл). Размеры тех и других капиллярных пространств значительно колеблются и меняются с возрастом дерева, содержанием влаги и т.д.

Разделяют два показателя, характеризующие содержание влаги: влажность древесины (относительная влажность) и влагосодержание (абсолютная влажность).

Влажность – это содержание влаги, отнесенное к массе сырой (влажной) древесины и выраженное в процентах. Влагосодержание (абсолютная влажность) – это содержание влаги в процентах по отношению к абсолютно сухой древесине. Абсолютно сухой древесиной условно принято считать древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103 + 2 о С (такая древесина всегда содержит небольшое количество влаги). На практике по влагосодержанию различают следующие виды древесины:

— свежесрубленная древесина – древесина с абсолютной влажностью в среднем 50-100 % в зависимости от времени рубки, а также породы

древесины и условий произрастания;

— воздушно – сухая древесины – древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха и обычно составляет 15-20 %;

— мокрая древесина – древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100 % (до 200 % и более).

Влажность древесины оказывает существенное влияние на физические и механические свойства древесины, а также на процессы механической и химической обработки.

Древесина обладает также способностью поглощать влагу из воздуха за счет гидрофильности её компонентов. Это ее свойство называется – гигроскопичностью.

Вода в древесине может находиться в трех видах – объёмном, физически и химически связанном (рисунок 3.5.).

Рис. 3.5 – Виды влаги в древесине.

1 – Физически-свободная влага; 2 – Химически-связанная влага.

Стандартной принято считать 12%-ю влажность. Понятие стандартной влажности необходимо для обеспечения возможности сравнения результатов испытаний древесины при определении средней плотности, прочности и т.д.

Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды, называют пределом гигроскопической влажности. Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35% (в среднем 30%) от массы сухой древесины.

Водные оболочки гигроскопической влаги, покрывающие поверхность стенок клеток, раздвигают их, снижают силы сцепления между ними. При этом, объём и масса древесины увеличиваются, а прочность снижается. Колебания влажности от 0 до предела гигроскопичности вызывают влажностные деформации: разбухание или усушку древесины. Существование капиллярных пространств делает возможным набухание древесных и целлюлозных волокон.

Объёмная влага, накапливаясь в полостях клеток и заполняя пустоты, существенно не изменяет расстояние между клетками, и поэтому не влияет на прочность и объем древесины, увеличивая лишь её массу.

Среди промышленных способов сушки наибольшее распространение имеют атмосферная и камерная. При атмосферной сушке пиломатериалов в штабелях на открытом воздухе продолжительность сушки сравнительно велика. Так, время, необходимое для того, чтобы свежевыпиленные сосновые доски толщиной 35-50 мм в климатических условиях северной зоны достигли транспортной влажности (22 %), следующее: при укладке досок для сушки в апреле-мае 43-51 сут., июне-июле 22-43 сут., августе-сентябре 43-51 сут. Тем не менее, этот способ сушки достаточно широко используется, так как он дешевле камерной сушки. При сушке пиломатериалов в сушильных камерах при повышенной температуре интенсивность процесса удаления воды выше. В камерах пиломатериалы можно высушить до более низкой влажности и значительно быстрее. Продолжительность сушки досок толщиной 40 мм от влажности 60 % до 12 % составляет 3-4 сут.

Источник

Что называется капиллярной влагой в древесине

Установить показатель влажности древесного сырья можно определить при помощи электрического влагомера.

Принцип работы влагомера основан на изменении удельного электрического сопротивления материала зависимо от его влажности. Иглы-электроды этого прибора вводятся в древесину так, чтобы они находились друг против друга. По ним пускается ток, и влагомер показывает количество воды в этом участке дерева. Хорошо повторить замер в нескольких местах.

Влагопроводность

Влагопроводность древесины зависит от направления. Радиальная влагопроводность сосны и особенно ясеня больше тангентальной (по Арциховской); при этом с повышением температуры влагопроводность увеличивается, что имеет весьма большое значение для камерной сушки.

В силу влагопоглощения накопляется связанная влага, что влечет за собой явление, обратное усушке, то есть разбухание, которое подчиняется тем же законам, что и усушка.

Наименьшее разбухание наблюдается вдоль волокон, наибольшее — поперек волокон в тангентальном направлении.

Способность древесины к разбуханию используется при изготовлении бочек, деревянных судов, деревянных труб, при отделке поверхностей (случайные вмятины от ударов могут быть устранены смачиванием и местным нагревом, вследствие чего под влиянием разбухания и увеличения упругости искривленные волокна выпрямляются) и пр.

Способность впитывать капельно-жидкую воду называется водопоглощением.

Предельное количество воды, могущее быть поглощенным при данных условиях, определяется водоемкостью, а скорость поглощения характеризуется водопроводностью.

При погружении древесины в воду вначале заполняются капиллярные пространства (сосуды), причем состояние насыщения наступает через очень длительный промежуток времени. Лиственные породы напитывается влагой быстрее хвойных, причем в первом случае большое значение имеет состояние сосудов (закупорены тиллами или нет).

Большое различие в водоемкости и водопроводности наблюдается между ядром и заболонью: закупорка водопроводяших элементов ядра резко снижает названные свойства.

Водоемкость зависит также от температуры, увеличиваясь с понижением последней (по Dunlap). Форма и размеры сортимента или детали также имеют существенное значение. Поглощение воды происходит главным образом через торцевые поверхности, следовательно водопроводность вдоль волокон (направление движения влаги в растущем дереве) будет наибольшей.

Поперек волокон водопроводность чрезвычайно малая и при достаточной толщине слоя практически не имеет значения. Различие между радиальной и тангентальной водопроводностью нельзя считать установленным, так как произведенные до сего времени исследования дали противоречивые результаты.

Гигроскопичность характеризует способность сухой древесины поглощать из воздуха влагу, находящуюся в нем в виде водяных паров, а также способность влажной древесины легко отдавать влагу более сухому окружающему ее воздуху.

Вследствие гигроскопичности происходят постоянные колебания влажности древесины и связанные с этим изменения веса, размеров и формы материала. Поглощение древесиной влаги из воздуха зависит в первую очередь от температуры и относительной влажности воздуха. Между содержанием влаги в древесине и относительной влажностью воздуха наблюдается вполне определенная зависимость: при изменении влажности воздуха древесина стремится восстановить нарушенное равновесие, испаряя влагу или впитывая ее из окружающего воздуха.

Зная заранее, в каких условиях будет находиться древесина (например, в помещении с определенной влажностью и температурой воздуха), можно определить «равновесную» (устойчивую) влажность материала, пользуясь диаграммой t—ф—W. На этой диаграмме по вертикали отложена относительная влажность воздуха ф, по горизонтали — его температура t; наклонные линии соответствуют влажности древесины W.

Диаграмма зависимости влажности древесины от температуры и относительной влажности воздуха.

Пример: требуется определить влажность древесины, находящейся в помещении, в котором температура воздуха tcp=20° и относительная влажность воздуха tсp =60%. На диаграмме находим соответствующие две прямые и точку их пересечения, расположенную около наклонной линии, соответствующей влажности W=11%.

Так как изменение влажности влечет за собой изменение объема древесины, то необходимо стремиться понизить ее гигроскопичность.
Наиболее простая и часто применяемая мера защиты древесины от влияния меняющейся влажности воздуха — нанесение на ее поверхность защитного слоя (краски, лака и т. п.). Однако в неблагоприятных условиях защитное действие покрытий кратковременно. Поэтому такую обработку через определенные промежутки времени необходимо повторять.

Источник

Измерение влажности пиломатериалов

Древесина является материалом органического происхождения и всегда содержит то или иное количество влаги. По своим свойствам она относится к ограниченно набухающим коллоидным капиллярно-пористым телам, которые обладают свойствами гигроскопичности, то есть способностью отдавать влагу в воздух или впитывать её из окружающего воздуха.

В древесине различают влагу свободную, или капиллярную, находящуюся в полостях клеток, и влагу связанную, или гигроскопическую, находящуюся в толще стенок клеток. Количество свободной влаги, имеющей только механическую связь с древесиной, зависит от объёма пустот в той или иной древесной породе и от её объёмного веса. Чем меньше объёмный вес, тем больше в древесине пустот — соответственно, тем больше свободной влаги она может вместить. Количество гигроскопической влаги в физико-механической связи мало зависит от породы древесины и составляет в среднем 30% при температуре 20 °С.

Где искать влагу в древесине?

Известно, что влажность служит показателем качества древесины и оказывает значительное влияние на её физико-механические свойства, а также на качество готовой продукции. Сложность измерения заключается в том, что на физическую величину, являющуюся источником информации о влажности, влияют многие другие параметры древесины. Это мешает получению точных результатов. Часть из этих параметров может быть измерена и учтена введением поправок. Измерение же других: плотности древесины в абсолютно сухом состоянии, температуры, ориентации волокон, структуры — задача не менее сложная, чем измерение самой влажности.

Существующие методы можно разделить на прямые, в которых производится непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу, и косвенные — они позволяют измерить другую величину, функционально связанную с влажностью материала.

Весовой метод

К прямым относится весовой метод измерения, или метод высушивания. Он считается наиболее точным в деревообрабатывающей промышленности. Суть его в непосредственном установлении количества удалённой из древесины влаги путём взвешивания образца до и после окончательной сушки в специальном сушильном шкафу при температуре 103±2 °С). Измерения проводятся в соответствии с ГОСТ 16483.7-71.

Влажность древесины — это процентное соотношение массы воды mв, содержащейся в образце, к его массе в абсолютно сухом состоянии m0. Выражается оно следующим соотношением:

При определённых условиях этот метод может обеспечивать очень высокую точность, однако на производстве не всегда получается их создать. Он может быть рекомендован при отсутствии влагомера древесины.
Наряду с достоинствами у этого метода имеются и недостатки. Главный из них — чрезмерная длительность процесса измерения, тогда как использование современных высокопроизводительных сушильных камер требует довольно оперативного управления процессом сушки. Другой недостаток заключается в невозможности непрерывного измерения влажности высушиваемого материала. Кроме того, после этого образцы древесины становятся практически непригодными для дальнейшего использования.

Для быстрого и непрерывного измерения влажности материала в технологическом потоке используются косвенные методы определения, основанные на измерении какого-либо физического параметра, зависимого от влажности. Наибольшее распространение получили электрические методы измерения.

Кондуктометрический метод

Древесина в сухом состоянии — диэлектрик, её электропроводность резко возрастает с увеличением влажности до предела гигроскопичности. При дальнейшем повышении влажности электропроводность увеличивается медленно, а при уровне 80-100% устанавливается постоянной (рис. 1).

Для измерения влажности древесины в производственных условиях обычно применяют электрические кондуктометрические влагомеры, в которых измерение строится на зависимости сопротивления древесины от её влажности. Они просты по конструкции, достаточно надёжны в работе, могут быть переносными (с автономным источником питания). Пределы измерения влажности для древесины сосны составляют 7-22% на первом диапазоне и 22-60% на втором. Общий вид кондуктометрического влагомера представлен на рис. 2.

При измерении влажности древесины электровлагомером ЭВ-2К необходимо учитывать, что на результат измерения оказывают влияние положения игл датчика в древесине и, самое главное, её температура. Поэтому, чтобы определить, например, текущую влажность пиломатериалов в процессе сушки, необходимо открыть камеру, взять из штабеля заранее уложенный контрольный образец и измерить влажность только после его охлаждения до комнатной температуры. Надо отметить, что в современных влагомерах учитывается поправка на температуру древесины.

В основном влагомер ЭВ-2К применяют при ручном измерении конечной влажности высушенных пиломатериалов, а также при подборе сортиментов примерно одной влажности, например, для склеивания. Кондуктометрический метод измерения влажности древесины широко используется системах управления процессом в сушильных камерах. Роль датчиков выполняют двухэлектродные зонды (рис. 3).

Рис. 3. Электроды измерения влажности древесины

Их устанавливают непосредственно в древесину в разные места сушильного пространства камеры. Значения влажности со всех датчиков поступают в единый измерительный блок, где происходит анализ и дальнейшая выдача команд на центральный процессор управления процессом сушки.

Диэлькометрический метод

Принцип действия основан на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нём влаги при положительных температурах. Влагомер МГ4Д предназначен для измерений влажности пилопродукции и деревянных деталей диэлькометрическим методом по ГОСТ 21718-84 и ГОСТ 16588-91. Он имеет 15 градировочных зависимостей для следующих видов древесины: сосны, лиственницы, дуба, берёзы, бука, осины, ели, тополя, липы, ясеня, кедра.

Данная модель прекрасно подходит для ручного измерения влажности древесины, при этом устройство не разрушает её структуру (в отличие от игольчатых влагомеров). Его можно использовать для единичных измерений влажности, а также для проведения серий измерений с усреднением и для непрерывного измерения с целью обнаружения участков повышенного влагосодержания.

Текст: Николай Ладейщиков, директор ООО «Уралдрев-СКМ»

Источник

Свойство древесины. Гигроскопическая и капиллярная влажность. Равновесная, комнатная и стандартная влажность. Усадка, коробление и разбухание. Теплопроводность.

22.Прочность, твердость, модуль упругости древесины. Зависимость от влажности.

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности — модуль упругости. Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина. С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Влага существенно влияет на физические и механические свойства древесины. Усушка и разбухание древесины происходит при изменении ее влажности. С увеличением влажности уменьшается прочность дерева. Существенное влияние на прочность древесины влияет только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается. А электропроводность значительно повышается при насыщении ее влагой. Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Прочность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков. Она характеризуется пределом прочности — напряжением, при котором разрушается образец. Твердость древесины (дерева) — это способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Твердость зависит от плотности древесины и неодинакова по всем направлениям. По степени твердости древесные породы делят на три группы: мягкие — ель, сосна, кедр, пихта, тополь, липа, осина,; твердые — лиственница, береза обыкновенная, бук, дуб, рябина, клен, грецкий орех, ясень, яблоня; очень твердые — акация белая, граб.

23. Породы древесины. Плотность,пористость. Применение.

Плотность образца при влажности в момент испытания вычисляют по формуле

Источник

Влажность древесины

Время года, в которое его спилили;

Рассмотрим наиболее употребимые понятия влажности древесины.

Естественная влажность древесины

Это уровень влаги, содержащийся в дереве на момент спила. Его еще называют «начальной влажностью». От этого значения отталкиваются при дальнейших действиях с партией материала: так, например, можно рассчитать время и условия сушки. Содержание влаги при разных условиях может варьироваться от 25 до 80%. При определении естественной влажности той или иной партии древесного материала мы всегда будем иметь в виду «влажность при конкретных условиях».

Равновесная влажность

Когда древесина долгое время находится в одной и той же воздушной среде, без значительных изменений влажности воздуха и температуры, материал достигает равновесной влажности. Это состояние, когда процесс усушки или насыщения влагой в данных условиях прекратился, и процент влажности стал постоянным. Стоит отметить, что разные породы дерева в одних и тех же условиях достигают практически равных показателей внутренней влаги.

В зависимости от разных условий содержания различают 5 степеней влажности древесины:

Мокрая – влажность более 100%, такое состояние достигается при длительном хранении дерева в воде.

Воздушно сухая – от 15 до 20 %. Такие показатели достигаются при хранении на воздухе, они различаются в зависимости от температуры и выпадения атмосферных осадков.

Комнатно-сухая – от 8-10%. Уровень влаги устанавливается при хранении в помещении.

Абсолютно сухая – древесина с влажностью 0%.

Свободная и связанная влага

В тканях дерева присутствует 2 типа жидкости:

Связанная влага – находится внутри клеток дерева.

Свободная влага – та, что наполняет поры и каналы тканей, но еще не впиталась клетками.

Точка насыщения волокон древесины

С этими двумя понятиями связана так называемая точка насыщения волокон: тот процент влажности древесины, когда из нее удалена вся свободная влага, но при этом в ней остается связанная жидкость.

Для разных пород дерева эта степень определяется от 23 до 31%.

Каштан, веймутова сосна – 25%

Сосна, Ель, Липа – 29%

Бук, лиственница – 30%

Эта величина имеет значение, поскольку объемы и размеры древесины изменяются при влажности от 0% до точки насыщения. После полного заполнения клеток водой объем дерева не будет значительно увеличиваться.

Измерение влажности дерева влагомметром

Абсолютная влажность древесины

Относительная влажность древесины

Это более удобное понятие для расчётов, поскольку в нем отражается отношение массы внутренней жидкости к полной массе бруска. Формула расчёта – самая простая:

Эту формулу используют в расчёте теплотехники для определения объема испаряемой из дров воды. Согласно ему, при влажности 20% в 1000 – граммовом бруске находится 200 грамм влаги и 800 гр сухих волокон– вполне логичный результат.

Влажность пород древесины

Одним из факторов, влияющих на влажность, является порода дерева. Благодаря разной структуре волокон одни породы мгновенно реагируют на изменения внешней среды, впитывают и высвобождают воду. Другие – более устойчивы и очень медленно насыщаются влагой.

К наиболее активно впитывающим влагу породам относятся бук, груша, кемпас

Стабильными и устойчивыми к изменениям считаются дуб, мербау.

Более «сухие» породы при усушке имеют тенденцию к растрескиванию. Умеренно-влажные, такие как дуб, более устойчивы к таким явлениям, меньше изменяют свои свойства при изменении условий.

При спиле в обычных условиях влажность разных пород древесины имеет следующие средние значения:

Влажность древесины для гранулирования пеллет

Пеллеты и топливные брикеты ценятся благодаря низкому уровню влажности в топливе. Уровень содержания влаги в нем составляет 8-12%. С такими характеристиками при сжигании образуется минимальное количество дыма.

Оптимальным уровнем влажности древесины для пеллетного производства является уровень 12-14%. Молотковые дробилки работают в том числе с щепой до 65% влажности, но при такой влажности невозможно измельчить материал до необходимой фракции, поэтому измельчение происходит в несколько этапов. Для доведения измельченных опилок до нужной кондиции используются комплексы с сушильными барабанами.

Сушильный комплекс для древесины от АЛБ Групп

Компания АЛБ Групп производит сушильные комплексы АВМ для линий гранулирования и брикетирования древесных отходов. Основной элемент комплекса – сушильный барабан АВМ, который за один прогон может снизить влажность древесины мелкой фракции с уровня 50% до требуемых 8-12%. Сушка происходит в следствии ворошения сырья в барабане и циркуляции в нем горячего воздуха. Работа барабана АВМ обеспечивается подключением теплогенератора или топочного блока, к комплексу подключается дымоуловитель и аспирационная система.

Модели АВМ 0,65 и 1,5 с производительностью до 1200 и 2500 кг в час являются наиболее востребованным оборудованием для сушки измельченной древесины.

Узнайте больше о наших сушильных комплексах, позвонив по телефону +7 (831) 410-85-25 или оставив контактные данные в форме!

Источник