Термовлагопроводность древесины

С явлением термовлагопроводности мы встречаемся при сушке древесины токами высокой частоты. В электрическом поле ТВЧ древесина интенсивно прогревается во внутренних зонах, в то время как окружающий воздух и наружные слои материала остаются более холодными. Это и вызывает интенсивный приток влаги изнутри к поверхности материала.

Если древесину нагревать выше 100°С, т. е. выше точки кипения воды, то свободная влага внутри клеток и в межклеточных пространствах может вскипать. При этом давление пара во внутренних зонах станет выше атмосферного, следовательно, образуется перепад давлений, который погонит влагу изнутри к поверхности. Это явление можно наблюдать, например, при топке печи сырыми дровами. Мы можем видеть, как влага стремится от разогретой средней части полена, находящегося в костре, к более холодному торцу полена и пар выбивается оттуда струйками.

Свойство термовлагопроводности древесины необходимо учитывать и при проведении сушки в камерах. Так, в начальный период процесса при прогреве древесины влага, находящаяся в наружных зонах, нагревается сильнее, чем во внутренних, и это вызывает движение ее снаружи внутрь. Если при этом мы не замедлим влагоотдачу с поверхности, то наружные слои пересохнут и могут растрескаться. Поэтому прогревать древесину нужно обязательно при высокой относительной влажности воздуха в сушильном пространстве, чтобы свести влагоотдачу к нулю.

Влагоотдача. Влагопроводность и термовлагопроводность древесины

Явление испарения влаги с поверхности древесины в окружающую среду называется влагоотдачей. Перемещение влаги внутри древесины определяется влагопроводностью. Влага перемещается от более влажных зон к более сухим.

Для нормального хода процесса сушки необходимо, чтобы оба эти явления протекали взаимосвязано. Сушку нужно вести так, чтобы поток влаги из внутренних слоев древесины к наружным не отставал бы от интенсивности влагоотдачи. В противном случае наружные слои пересохнут и вследствие большей усадки по сравнению с внутренними могут растрескаться. Интенсивность влагоотдачи зависит от разности парциальных давлений в слое воздуха (газа или пара) над поверхностью влажной древесины и в объеме окружающего воздуха, а также от скорости воздуха. Чем больше разность парциальных давлений и скорость воздуха, тем сильнее испаряется влага с поверхности, т. е. тем выше влагоотдача.

Парциальное давление водяного пара над поверхностью древесины будет тем больше, чем влажнее или чем более нагрета древесина, которая отдает влагу. Парциальное давление воздуха в пространстве, окружающем древесину, зависит в свою очередь от температуры воздуха и его относительной влажности.

Только при сушке очень тонких слоистых древесных материалов, например шпона и фанеры, интенсивность сушки может определяться одной влагоотдачей. При сушке любых пиломатериалов решающую роль будет играть влагопроводность. На величину влагопроводности влияют следующие факторы:

Способы определения влажности древесины

Весовой способ

Во время сушки пробу периодически вынимают и взвешивают на технических весах, отмечая каждый раз в журнале результаты взвешивания. Первое взвешивание выполняют через пять часов после закладки пробы в шкаф, остальные — через каждые 1-2 ч. Когда вес (масса) пробы перестанет изменяться, т.е. когда он достигнет абсолютно сухого состояния, фиксируют последнее значение массы пробы. Для определения влажности доски обычно нужно брать не менее двух проб. Весовой способ определения влажности требует много времени — от 5 до 8 часов.

Электрический способ

Более быстро определяют влажность древесины с помощью специальных приборов — электровлагомеров. При этом влажность древесины определяется косвенным путем, на основании измерения ее омического сопротивления, которое зависит от величины гигроскопической влажности древесины.

За пределами гигроскопической влажности зависимость между величиной влажности и электрическим сопротивлением сильно ослабевает, поэтому погрешность измерения электрическим способом влажности древесины выше точки насыщения волокна значительно возрастает.

Ток, проходящий через испытываемую древесину, усиливается и затем измеряется микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах влажности древесины.

Для достоверного суждения о влажности целой доски необходим мо произвести замеры в большом количестве точек по длине и ширине доски, взяв среднее значение из этих показаний. При достаточно большой длине проводника между датчиком и прибором электровлагомер может быть использован для дистанционного измерения влажности древесины, находящейся в камере. При этом контрольные образцы с заглубленными иглами датчика укладываются внутрь штабеля, а прибор помещается вне камеры. При таких замерах обязательно делают поправку на истинную температуру древесины.

Однако опыт показывает, что дистанционный метод замера не дает верных результатов, в частности из-за того, что иглы датчика доставляют лишнее тепло к древесине в местах заглубления. Из-за подсушки древесины в этих местах контакт между датчиком и материалом нарушается, и показания прибора искажаются.

Влажность древесины и ее зависимость от влажности воздуха

Влага в древесном стволе распределяется неравномерно. В заболонной зоне, более молодой, расположенной ближе к коре, влаги больше, чем в центральной (ядровой) зоне. Особенно это заметно у хвойных пород. Тонкие доски, выпиливаемые обычно из заболонных зон ствола, имеют влажность более высокую, чем толстые доски, выпиливаемые из центральной части ствола, где расположена ядровая древесина.

Влажность у сплавной древесины, как правило, выше, чем у древесины сухопутной доставки. Когда пиловочник подают в распиловку прямо с воды, влажность тонких чисто заболонных досок может достигать 120-150%. После длительной выдержки на складе она снижается, что сказывается и на влажности досок.

У хвойных пород заболони она значительно выше ядра. У лиственных пород влажность по сечению ствола примерно одинакова. Влажность древесины в состоянии насыщения волокна составляет для большинства пород приблизительно 30%. Гигроскопичностью называется свойство твердого тела поглощать пары воды из воздуха или отдавать их, изменяя при этом свою влажность. Древесина в значительной степени обладает этим свойством.

Проделаем такой опыт. Возьмем два образца древесины: один сырой, влажностью не ниже 30%, а второй — высушенный до абсолютно сухого состояния, и взвесим их. Затем поместим оба образца в отапливаемое помещение с температурой +20°С и относительной влажностью воздуха 50%. Через несколько суток мы заметим, что образец сырой древесины убавил в весе, т. е. стал сохнуть, а абсолютно сухой прибавил в весе, т. е. увеличил свою влажность. С течением времени образцы приобретут определенную влажность: первый примерно 9-10%, а второй — 7-8%. В дальнейшем, достигнутая ими влажность останется постоянной, если температура и влажность воздуха в помещении не изменятся.

Если же, например, увеличить относительную влажность воздуха, то она увеличится у обоих образцов, и, наоборот, при осушении воздуха понизится, хотя разница во влажности 2-3% сохранится. Таким образом, оказывается, что между влажностью древесины и состоянием окружающего ее воздуха имеется определенная зависимость. Влажность, к которой стремится древесина при постоянных условиях состояния воздуха, носит название равновесной влажности древесины.