< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Виникнення тріщин всихання в круглих сортиментах

Після того, як деревина досягає вологості межі насичення волокон відбувається зменшення її об'єму, тобто всихання. Внаслідок анізотропної будови деревини її всихання за різних напрямків є неоднаковим. В середньому максимальне всихання деревини, тобто до абсолютно сухого стану в тангенціальному напрямку становить 7П10 %, а в радіальному напрямку - вдвічі менше [61, 62].

Значна різниця між всиханням в тангенціальному та радіальному напрямках поряд з незначною міцністю деревини в поперечному напрямку є основною причиною виникнення тріщин в матеріалі. Особливістю всихання круглих сортиментів є наявність серцевинної трубки і це спричиняє утворення поверхневих тріщин в радіальному напрямку. Оскільки радіальне всихання майже в два рази менше за тангенціальне центральна зона колоди стискається, а периферійна - розтягується. З наближенням середньої вологості деревини до межі насичення в матеріалі виникають радіальні тріщини.

Якісна картина утворення тріщин виглядає наступним чином [63]. Обкоровані круглі сортименти віддають вологу скоріше, тому в них виникають дві великі тріщини, розташовані за діаметром та ряд дрібних тріщин - за радіусом (рис. 1.3). Сортименти в корі висихають повільніше, оскільки випаровування вологи з поверхні ускладнено і зазвичай тріщини утворюються в радіальному напрямку на деякій відстані від поверхні колоди (рис. 1.3 б).

Величину розкриття тріщини, Н, залежно від радіусу колоди, К, И. В. Кречетов [64] розглядає як різницю між довжиною кола, в яке вписано поперечний розмір колоди, до та після сушіння:

де Ут - всихання в тангенціальному напрямку, %; Ур - всихання в радіальному напрямку, %.

Утворення тріщин всихання в круглому сортименті: а) обкорованому; б) в корі

Рис. 1.3. Утворення тріщин всихання в круглому сортименті: а) обкорованому; б) в корі

Дослідження способів сушіння круглих сортиментів листяних порід, проведені в науково-дослідному інституті механічної обробки деревини (УкрНДІМОД) [65] показали, що під час сушіння обкорованих сортиментів від рубок догляду при високих температурі та відносній вологості сушильного агента збільшується всихання в радіальному напрямку та стиск матеріалу в центрі. Отже, збільшення радіального всихання і, таким чином, зменшення різниці між всиханням в радіальному та тангенціальному напрямках сприяє якісному сушінню. Причому стиск центральної зони матеріалу відбувається, скоріш за все, за двома причинами: внаслідок колапсу анатомічних елементів та внаслідок підвищення пластичності деревини при високотемпературному сушінні. Якщо у пилопродукції квадратного та прямокутного перетинів виникнення колапсу є небажаним, то в круглих сортиментах він є ефективним, оскільки сприяє збільшенню всихання в радіальному напрямку.

Під час сушіння необкорованих круглих сортиментів з деревини відбувається відшарування кори, викликане внаслідок всихання. В утворених проміжках між деревиною та корою спостерігається збільшення відносної вологості повітря, що уповільнює процес видалення вологи [66] порівняно з обкорованими сортиментами. При застосуванні високих температур під час сушіння необкорованих сортиментів спостерігалося зменшення різниці між всиханням в радіальному та тангенціальному напрямках за рахунок уповільнення видалення вологи з поверхні. Тому, рекомендовано у разі сушіння сортиментів з пошкодженою корою для запобігання виникненню поверхневих тріщин, покривати такі ділянки захисними речовинами. Відмічено також, що найкраща якість сушіння круглих сортиментів спостерігалася, коли в зразках висвердлювалися наскрізні осьові отвори, а видалення вологи через торці унеможливлювалося.

Вивченню процесу сушіння круглих лісоматеріалів присвячена незначна кількість робіт. Щодо круглих лісоматеріалів, то переважно визначали терміни їх прогрівання [67, 68]. Так, Simpson [69] запропонував регресійне рівняння для круглих (діаметром від 10 до 40 см), квадратних та прямокутних перетинів сортиментів у разі нагрівання їх в насиченій парі в діапазоні температур від 56-82 °С. Крім того, було виявлена обмеженість застосування рівняння MacLean [70], яке дозволяє робити адекватні експериментальним даним розрахунки у разі нагрівання в насиченій парі. У випадку, коли психрометрична різниця стає більшою, а середовище сушіння сухішим, фактичний час нагрівання є довшим за той, що був розрахований за допомогою рівняння MacLean. Причиною цього збільшення часу є те, що в сухому середовищі вода, яка випаровується з деревини, охолоджує її поверхню. Це призводить до зниження температури поверхні матеріалу що сушиться, що в свою чергу знижує рушійну силу для передачі тепла і, отже, уповільнює процес сушіння.

На думку вчених С.-Петербурзської лісотехнічної академії [71] перспективними способами сушіння круглих лісоматеріалів є високотемпературне сушіння з температурою перегрітої пари до 120 °С та імпульсне паро-вакуумне сушіння за методом циклів "пропарювання-вакуумування".

Розроблений фінськими вченими перспективний, проте ще не достатньо опрацьований спосіб молекулярно-капілярного сушіння круглих лісоматеріалів [72] дозволяє за 60 хвилин висушити до транспортної вологи колоду діаметром 250 мм і довжиною 6 м. Метод полягає у видаленні капілярної вологи з деревини за допомогою електроенергії шляхом підведення спеціальних електродів безпосередньо в деревину таким чином, щоб пара, яка утворюється всередині стовбура виштовхувала вологу через торці.

В промисловості сьогодні застосовується декілька способів сушіння круглих лісоматеріалів, які мають свої переваги та недоліки.

Так атмосферне сушіння може реалізовуватися як на лісосіці -транспіраційне сушіння ростучих або зрубаних з кроною дерев, так і на спеціальних складах, де круглі лісоматеріали складені в штабелі. На думку О. Т. Вакина [73] транспіраційне сушіння має доцільність лише у разі зниження ваги деревини перед сплавлянням. Традиційне атмосферне сушіння на складах, хоча і є найменш витратним з точки зору енерговитрат, має такі недоліки як-то: довготривалість процесу, необхідність значних інвестувань для забезпечення безперебійної роботи підприємств, які використовують круглі лісоматеріали; зниження якості матеріалу внаслідок розтріскування сортиментів та ураження їх пліснявами та грибами.

Сушіння круглих лісоматеріалів в гідрофобних або гідрофільних рідинах застосовується переважно для консервування, оскільки подальше використання такої деревини пов'язано з вологими умовами експлуатації -гідротехнічні споруди, стовпи ліній зв'язку та електропередач тощо. Висушена таким чином деревина має обмежене використання в домобудівництві, оскільки має забруднену поверхню, знижену міцність, змінений колір, підвищену гігроскопічність (у разі обробки гідрофільними рідинами) та стає неекологічним матеріалом.

Ефективність імпульсного паро-вакуумного сушіння за методом циклів "пропарювання-вакуумування" знижується зі зменшенням вологості лісоматеріалів. Цей спосіб є доцільним для грубих сортиментів з важкосохнучих порід деревини - дуба, граба, бука.

Ротаційне сушіння, як механічний спосіб зневоднення, застосовується для зниження вологості лісоматеріалів до 42-48 % [74] перед транспортуванням. Отже, за його допомогою може бути видалена лише вільна вода.

Використання діелектричного та НВЧ сушіння дозволяє отримати якісно висушену продукцію без тріщин. Проте, ці способи вимагають складного обладнання, відрізняються високими витратами електроенергії, підвищеними вимогами до монтажу та експлуатації обладнання, мають шкідливий вплив на здоров'я обслуговуючого персоналу.

Отже, традиційний конвекційний спосіб сушіння, який є досить простим, продуктивним та відносно дешевим не має суттєвих недоліків, які б стримували його для застосування сушіння круглого лісу [75]. Тим більше, що камерне сушіння дозволяє зберегти природний колір деревини, яка потім може опоряджуватися прозорим покриттям; запобігти ураженню деревини грибами; збільшити швидкість виконання замовлень за рахунок відсутності погодного фактору та замороження значних коштів; звести до мінімуму деформацію колод під час їх подальшого оброблення; використовувати традиційні лісосушарки. Хоча актуальним залишається розроблення технології бездефектного сушіння круглих лісоматеріалів.

Основною вимогою до сушіння круглих лісоматеріалів є досягнення якісно висушеного матеріалу без дефектів, а саме без поверхневих тріщин, які утворюються внаслідок нерівномірного всихання. Результати дослідження виникнення тріщин всихання при сушінні деревини ялини, сосни, дуба і бука за різних значень відносної вологості повітря

(<р = 30-98 %) наведені в роботі [76]. Виявлено, що найбільш загрозливим для цілісності матеріалу є сушіння достатньо сухим повітрям зі ступінню насичення ер =30%. Зроблено висновок про необхідність подальших досліджень зв'язку переносу вологи з градієнтом напружень, що виникають в деревині під час сушіння.

Відомо, що причиною утворення поверхневих тріщин є перебільшення сушильними напруженнями межі міцності на розтяг поперек волокон.

Повні внутрішні напруження в деревині, в загальному вигляді, можна розглядати як сукупність двох складових - вологісних і залишкових. Вологісні напруження викликані неоднорідним всиханням матеріалу, обумовленим, у свою чергу, нерівномірним розподілом у ньому гігроскопічної вологи. Залишкові напруження обумовлені появою в деревині неоднорідних залишкових деформацій. На відміну від вологісних вони не зникають при вирівнюванні вологості й спостерігаються як під час сушіння, так і після його завершення. Інформація про внутрішні напруження дозволяє вчасно корегувати процес сушіння деревини й тим самим не знижувати вихідної якості сировини.

Дослідженням внутрішніх напружень в деревині займалося багато вчених, величезний внесок в трактування природи їх виникнення, розроблення методів їх кількісного визначення вніс професор Б. Н. Уголев [77-79]. Проте, вивчались внутрішні напруження традиційно для промислових сортиментів, які мають прямокутний перетин. Сортименти круглого перетину не вивчали і, зрозуміло, що розподіл напружень за перетином зразка круглого перетину буде суттєво відрізнятися від розподілу за перетином прямокутного зразка.

Для оцінювання процесу розвитку внутрішніх напружень в круглих сортиментах В. А. Шевченко [80] запропоновано розглядати річні шари як концентричні кола, а масу деревини як однорідний матеріал. Було прийнято вважати деревину ортотропним тілом з циліндричною анізотропією, для якого можна застосувати рівняння пружності ортотропного тіла [81].

Циліндрична анізотропія (рис. 1.4) характеризується такими властивостями: з тілом незмінно пов'язана пряма С£ - вісь анізотропії ( для деревини - це лінія серцевини); всі вісі, що перетинають її під прямим кутом є еквівалентними; всі нескінченно малі елементи типу А, що видалені з тіла трьома парами координатних площин (двома площинами, які проходять через вісь анізотропії і утворюють нескінченно малий кут; двома нескінченно близькими площинами перпендикулярними до вісі анізотропії; двома нескінченно близькими поверхнями кругових коаксіальних циліндрів з віссю, спрямованою по вісі анізотропії) мають однакові пружні властивості.

Схема циліндричної анізотропії

Рис.1.4. Схема циліндричної анізотропії

Таке спрощення дало можливість дослідити внутрішні напруження, що виникають під час сушіння деревини круглого перетину. Проте, розрахунки отримані за запропонованими рівняннями внутрішніх напружень в круглому сортименті не знайшли експериментального підтвердження.

Отже, сьогодні актуальним є розроблення методу контролю за якістю сушіння круглих сортиментів, для запобігання тріщиноутворенню.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >