Портал, влага на дърво
Дървесна влага. Практически аспекти
Граница на насищане на влакна Граница на насищане на дървесни влакна е ключов термин за разбиране на процеса на сушене на дървен материал. Основните понятия за границата на насищане на влакната са: • Границата на насищане на влакната („FSL“) се определя като нивото на съдържание на влага, при което клетъчните стени са напълно наситени със свързана вода, но няма свободна влага в клетъчните кухини; • За практически цели NVD обикновено се счита за 30 процента; НВД е понятие, свързано с клетъчно ниво – цяло парче дърво не може да бъде в състояние на насищане на наситеност; • Клетъчните стени в изключително наситено състояние не се свиват. Клетъчната контракция започва в състояние под MNS; • В състояние под NVL здравината на дървесината се увеличава с намаляване на съдържанието на влага; • В състояние над MNS практически няма промени в обема и силата на клетките.
Движение на влага в дървото Движението на влага в дървото е резултат от два основни процеса, протичащи в него: капилярно действие и разпределение (дифузия). Тези процеси протичат едновременно и допринасят за движението на течна вода и водна пара. Основните концепции, свързани с капилярното действие, са: • Действа върху свободната течна вода в клетъчните кухини; • Ефектът е подобен на изсмукване на вода през сламка; • Предизвиква движение на вода през кухини и пори в клетъчните стени; • В сравнение с процеса на дифузия, движението на влагата е относително бързо и лесно; • Със силен капилярен ефект, дървесните клетки могат да бъдат унищожени; • Степента на капилярно действие се увеличава с повишаване на температурата иводопропускливост на дървото; • Капилярното действие изисква най-малко количество енергия и е най-бързата форма на движение на влагата в дървото; Изисква целостта на водните форми от повърхността до сърцевината на дървения материал. От друга страна, дифузията на влага играе основна роля в по-късните етапи на сушене. Дифузията на влага включва следните понятия: • Дифузията се осъществява както през клетъчните кухини, така и през техните стени; • Причината за дифузията е разликата в налягането на парите; Влагата се движи от зона с висока концентрация (високо налягане на парите) към зона с ниска концентрация (ниско налягане на парите)
Абсорбция на влага Абсорбцията на влага (хигроскопичност) на дървото е способността му да абсорбира водни пари от околния въздух. Количеството абсорбирана влага зависи от температурата и влажността на въздуха и може да се определи от диаграмата t-y-W, показана на фигура 2. Трябва да се отбележи обаче, че равновесното съдържание на влага в дървесината по време на сушене и овлажняване не съвпада напълно. При същите условия абсорбцията на влага от дървесината практически не зависи от вида; по същия начин в повечето случаи няма разлика в абсорбцията на влага от дървесината сърцевината и беловината (обаче, според нашите наблюдения, сърцевината на шам фъстъка абсорбира водни пари от въздуха много по-бавно от беловината). Когато влагата се абсорбира, дървото абсорбира само влагата, която импрегнира клетъчните мембрани; ограничаващото му количество се определя от точката на насищане на стените на влакната; капково-течна влага в клетъчните кухини не се образува. Абсорбцията и отделянето на свързаната влага е от много голямо практическо значение, тъй като всяка промяна в количеството на тази влага е свързана с промяна в размера на дървото, тоест със свиване или набъбване. Определянето на абсорбцията на влага съгласно GOST 6336-52 се извършва върху проби под формата на правоъгълна призма с размери 30 x 30 x 10 mm (последният размер е по дължината на влакната). Фиг.2. Крива на абсорбция на влага от борова дървесина Пробите с големи крайни повърхности позволяват да се намали продължителността на наблюденията, тъй като влагата се абсорбира най-бързо през краищата и осигуряват равномерно разпределение на влагата в дървото. Проби, изсушени до постоянно тегло при < = 100±5°C, една от страничните повърхности се поставя върху решетката на ексикатора, така че да не се допират една до друга. Вместо чиста вода, на дъното на ексикатора се излива наситен разтвор на сода (Na 2CO3.10H2O). Над повърхността на такъв разтвор относителната влажност на въздуха е 92%, което намалява възможността за кондензация на водни пари по време на температурни колебания по време на експеримента Пробите периодично се претеглят с точност до 0,001 g; първото претегляне се извършва след един ден, като се брои от момента, в който пробите са поставени в ексикатора, а след това след 2, 3, 5, 8, 13, 20 дни и след това на всеки 10 дни. Минималната продължителност на наблюденията е 30 дни. За всяко претегляне съдържанието на влага в пробата се изчислява с точност от 0,1%; въз основа на получените данни се изгражда диаграма на абсорбция на влага; в този случай времето се нанася по абсцисната ос, а процентната влажност се нанася по ординатната ос. Тази диаграма служи като характеристика на влагопоглъщането (фиг. 2).
Водопоглъщане Водопоглъщането на дървото е способността му да абсорбира течна влага поради порестата му структура. Когато изсушената дървесина се потапя във вода, първо се запълват кухини (съдови канали, кухини на трахеиди и др.), След което водата започва да прониква в клетъчните стени. Максималното количество вода, което може да абсорбирадърво, се състои от максимално количество свързана и свободна влага. Най-голямото количество свързана влага се определя от точката на насищане на стените на влакната (30%), а количеството свободна влага зависи от обема на кухините. Теоретично максималното количество влага може да се изчисли по формулата (фиг.3), където: Yo - обемно тегло на дървесината в абсолютно сухо състояние; 1,54 - специфично тегло на дървесното вещество, което изгражда клетъчните мембрани; 30 — съдържание на влага в дървесината в точката на насищане на влакнеста стена. Тази формула е приблизителна, тъй като съдържанието на влага в точката на насищане на стените на влакната и специфичното тегло на дървесното вещество се приемат като средни. Резултатите от изчисленията, използващи тази формула, не съвпадат напълно с експерименталните данни, също и защото практически не всички кухини вътре в дървото могат да бъдат запълнени с вода (запълване на кухините със смола, блокиране на съдовете с каси и т.н.). И така, според експериментите на Н. И. Стрекаловски с борова дървесина се оказа, че след престой във вода в продължение на една година, беловината абсорбира 202%, а сърцевината - 126% влага; изчислението по горната формула дава съответно 206 и 180%. Когато е във вода, дървото достига насищане след доста дълъг период от време; в този случай влагата първоначално се разпределя рязко неравномерно и също отнема много време, за да се изравни влажността. Следователно водопоглъщането зависи от скалата, първоначалното съдържание на влага, температурата, както и формата и размерите на пробата. По този начин водопоглъщането на сърцевината е по-малко от това на беловината; С увеличаването на обемното тегло водопоглъщането намалява. Формата на пробата е много важна за степента на абсорбция: абсорбцията на вода става главно през крайните повърхности, така че пробите с голям крайабсорбира вода много по-бързо на повърхността. За определяне на абсорбцията на вода се използват същите проби, както при определянето на абсорбцията на влага. Пробите се сушат в пещ при /=100 ±5°C до постоянно тегло, претеглят се с точност до 0,01 g и се поставят във вана с дестилирана вода, така че да плават. Пробите се претеглят периодично (преди претегляне повърхността на пробата се изсушава с филтърна хартия) след 2 часа, след това след 1, 2, 4, 7, 12, 20 дни и след това на всеки 10 дни, като се брои от момента, в който пробата е поставена във вода. Минималната продължителност на наблюденията е 30 дни. При всяко претегляне се изчислява съответното съдържание на влага в пробата с точност до 1% и въз основа на получените резултати се изгражда диаграма на водопоглъщане; за това времето се нанася върху абсцисната ос, а абсорбцията на вода като процент се нанася по ординатната ос. Тази диаграма (фиг. 5) е характеристика на водопоглъщането. Водопоглъщането на дървесината е от съществено значение при легиране, при импрегниране с антисептици и забавители на горенето, при готвене на дървесина за получаване на целулоза и др.
Набъбване Набъбването на дървесината е явление, противоположно на свиването, и се състои в увеличаване на размера и обема на дървесината, когато абсорбира влагата, която импрегнира клетъчните мембрани. Подуването се подчинява на същите закони като свиването и се обяснява с факта, че свързаната влага, проникваща между частиците (мицелите) в клетъчната мембрана, ги раздалечава, което води до увеличаване на размера на отделните елементи и дървото като цяло. Подуване се наблюдава, когато влагата се абсорбира до точката на насищане на стените на влакната; по-нататъшното увеличаване на влажността на дървесината (запълване на клетъчните кухини с вода) не е придружено от подуване. Когато свързаната влага се абсорбира от суха дървесина, се отделя топлина: така бешеустановено е, че 1 kg смърчово дърво с абсорбция на влага от 0% до точката на насищане на влакнестите стени отделя 17 калории топлина (топлина на набъбване); Според други източници количеството топлина, отделена от дървесината от различни видове, варира от 14,6 до 19,6 калории. Обемът на набъбналата дървесина се оказва малко по-малък от сбора на обемите вода и дървесина, което според някои; Предположенията се обясняват с уплътняването на водата в междумицеларните пространства под въздействието на силите на електрическо привличане. За определяне на линейно набъбване - съгласно GOST 6336-52 се използват същите проби като за определяне на абсорбцията на влага. Пробите първо се изсушават в лабораторията до стайна сухо състояние, след което внимателно се изсушават в пещ (първо при температура 50-60 °, а след това при температура 100 4: 5 ° C) до постоянно тегло. Веднага след изсушаване и охлаждане в ексикатор, пробите се измерват с микрометър в радиална и тангенциална посока с точност до 0,01 mm и се поставят във вана с дестилирана вода, така че да плуват на една от крайните повърхности. Във ваната пробите се поддържат до стабилен размер, който се установява чрез контролни измервания: две измервания в тангенциална посока, направени с интервал от три дни, трябва да дадат еднакви резултати. След намокряне пробите отново се измерват в същите посоки и общото линейно набъбване се изчислява в проценти в тангенциална (Pt) и радиална (Pr) посока по формулите: където: a и b са размерите на пробата в радиална и тангенциална посока след изсушаване; a1 и b1 са размерите на пробите в същите посоки след намокряне. Набъбване на дървесината възниква и при абсорбиране на други течности, но в по-малка степен, отколкото от вода, както може да се види от следните данни за тангенциалното набъбване, дадени вмаса 1. Таблица 1
| Течно име | Бор | Бреза | Бук | Дъб | |
| беловина | сърцевина | сърцевина | |||
| вода | 10.2 | 9.8 | 14.8 | - | 10.1 |
| Глицерол | 9.3 | 8.4 | 13.1 | 11.2 | - |
| Етанол | 8.4 | 6.7 | 9.4 | 11.5 | 8.7 |
| ацетон | 6.6 | 6.2 | 9.1 | 11.0 | 7.7 |
| Терпентин | 0,4 | 0,3 | 1.8 | 0,3 | 0,6 |
| Керосин | 0,4 | 0,1 | 0,3 | 0,2 | 0,1 |
| Бензин | 0,3 | 0,2 | - | 0,2 | 0,2 |
Ако абсолютно сухата дървесина се навлажни до точката на насищане на стените на влакната и се изсуши отново до първоначалното си състояние, кривите на набъбване и свиване няма да съвпаднат напълно, а само в областта от 0 до 3% влажност и близо до точката на насищане на стените на влакната. Това предполага, че процесите на набъбване и свиване на дървесината не са напълно обратими. Подуването, което е отрицателно свойство на дървесината, в някои случаи има положителна стойност, например в контейнери за течни стоки, дървени тръби, лодки и др. Синьото се подчинява на общия модел. Посочените зависимости ще бъдат изразени като прави линии, ако са върху осите на правоъгълни координатикорен и логаритмични скали (фиг. 4). Както може да се види от уравнението, кривите на абсорбция на влага се различават от кривите на сушене на дървесина по наличието на квадратична, а не линейна промяна във времето на стойността на lg w. Абсорбираната влага се движи в дървото по капилярни пътища под формата на течност. В случай на кондициониране с гореща вода материалът може периодично да бъде изложен на гореща вода, което е еквивалентно на непрекъснато излагане на наситена пара през цялото време на кондициониране. Общата продължителност на кондиционирането с вода ще бъде по-малка, отколкото с пара. Може да се приеме, че промяната на влажността от 6% до 10% на нарязана дървесина ще настъпи за кратко време и е по-добре да се направи с гореща вода, количеството вода ще зависи пропорционално от обема на обработка.