Плотность древесины
Плотность древесины - отношение массы древесины к обьему Рw=Mw/Vw.
Плотность зависит от породы и влажности, обычно определяется по таблице. Все древесные породы подразделяются на 3 группы:
- 1) малоплотные: P<0,5 (г/см3) (сосна, ель, пихта, кедр, осина, ольха, липа, тополь);
- 2) среднеплотные: 0,5<P<0,7 (г/см3) (лиственница, береза, бук, дуб, ясень, вяз, ильм);
- 3) высокоплотные: P>0,7 (г/см3) (граб).
Это свойство характеризуется массой единицы объема материала и имеет размерность в кг/м3 или г/см3.
Плотность древесинного вещества pд.в., г/см3, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: pд.в.=mд.в./Vд.в., где mд.в. и Vд.в. - соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества.
Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.
Плотность абсолютно сухой древесины p0 равна: p0=m0/V0, где m0, V0 - соответственно масса и объем древесины при W=0%.
Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом). Относительный объем полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П=(V0-Vд.в.)/v0*100, где V0 и Vд.в. - соответственно объем образца и содержащегося в нем древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.
Плотность влажной древесины: pw=mw/Vw, где mw и Vw - соответственно масса и объем древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от ее влажности. При влажности W<Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.
Парциальная влажность древесины p'w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объема влажной древесины: p'w=m0/Vw, где m0 - масса абсолютно сухой древесины, г или кг; Vw - объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.
Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца m0 к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax: pБ=m0/Vmax. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.
Величина плотности древесины изменяется в очень широких пределах. Среди пород России и ближнего зарубежья древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (345), ива белая (415), а наиболее плотную - самшит (1040), ядро фисташка (1100). Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).
Влияние сушки на прочность древесины
Прочность древесины зависит в основном от ее породы, температуры и влажности. При сушке влажность и температура изменяются, поэтому ее прочность также не остается постоянной. Изменения прочности, связанные с влажностью, обратимы, т.е. при увлажнении сухой древесины снижается ее прочность, а при высушивании прочность восстанавливается. Повышение температуры снижает прочность древесины.
Причины перемещения влаги в древесине
При неравномерном распределении влаги происходит перемещение влаги. Влага будет перемещаться внутри материала, если будет перепад влажности по объему материала. Причина перемещения влаги - перепад температуры по объему материала, когда температура распределена неравномерно по сечению материала. Это движение будет проходить в сторону пониженной температуры. Если имеется избыточное давление, то под его воздействием влага в виде направленного потока пара движется в сторону более низкого давления. Перепад давления пара по объему древесины - третья причина перемещения влаги.
Напряжения в древесине в процессе сушки
- IА-IVА - указано распределение влажности по сечению пиломатериала.
- I1Б-IVБ - указано изменение размеров наружных слоев древесины относительно друг друга на разных этапах сушки, если связь между ними нарушена пропилами.
- IВ-IVВ - распределение напряжения в процессе сушки на разных этапах.
- IГ-IVГ - указывается форма, которую принимает распиленный на 2 части брусок после того, как выровняли влажность по его сечению.
- IД-IVД - указывается форма распиленного на 2 части бруска, у которого влажность в древесине снизили до 0 в сушильном шкафу.
- 1 фаза: характеризует начальный этап сушки. Влажность в древесине в этот период будет выше точки насыщения, волокна как внутренних, так и наружных слоев формы своей не изменяют. Это говорит о том, что внутренних напряжений в древесине нет.
- 2 фаза: влажность в наружных слоях снизилась а во внутренних слоях влажность выше точки насыщения. Если образец распределить на несколько слоев, то будет видно, что в наружных слоях начался процесс усушки, и они уменьшили свои размеры. В то время, как во внутренних слоях влага выше точки насыщения, процесса усушки нет, и размеры наружных слоев не изменились, в этот период сушки в древесине возникает напряжение. Если две половинки положить в сушильный шкаф и выровнять в них влажность, то получится обратный эффект - выгнутость будет с внутренних слоев. Это говорит о том, что наружные слои имеют остаточные деформации.
- 3 фаза: характеризует средний период сушки, влажность немного ниже точки насыщения. Если в этот период распилить образец на несколько слоев, то увидим, что размеры внутренних и наружных слоев не изменились. Это говорит о том, что внутренних напряжений в древесине нет. Распиленный на 2 части брусок формы не поменяет, но после выравнивания влажности он изогнется с внутренних слоев. Это говорит о том, что сохранились остаточные деформации от 2 фазы. Промежуточный этап удобен для прогрева древесины воздухом повышенной влажности.
- 4 фаза: влажность по сечению материала выровняется в наружных слоях, процесс усушки уже прекратится. В наружных слоях - напряжения сжатия, поэтому внутренние слои древесины в этот период будут меньше, чем наружные. Две половинки распиленного бруска изогнутся с внутренней стороны.
После выравнивания влажности в сушильном шкафу можно увидеть, что остались остаточные деформации.
Дефекты древесины, возникающие в процессе сушки
| Дефект |
Причины возникновения |
Меры предупреждения |
| Пластевые трещины |
Слишком жесткий режим сушки |
Применение рационального режима |
| Внутренние трещины |
В центре сортимента возникли чрезмерно большие растягивающие напряжения |
Соблюдать режим сушки и проводить промежуточную и конечную влаготеплообработку |
| Торцевые трещины |
Более интенсивная сушка торцов по сравнению со средней частью сортимента |
Правильная укладка пиломатериалов в штабеле, выравнивание торцов |
| Радиальные трещины |
Различная усушка в радиальном и тангенцальном направлении |
Самый осторожный и медленный процесс; вырезать сердцевину, чтобы она находилась на поверхности |
| Коробление |
Радиальная усушка |
Надежное закрепление штабеля пиломатериалов |
