Разбухание древесины

Усушка (усадка) и разбухание древесины. Коэффициенты усадки (усушки) и разбухания дерева тангенциальный, радиальный и вдоль волокон для различных пород дерева. Направления разрезов и виды распила древесины.

Усушка (усадка) и разбухание древесины. Коэффициенты усадки (усушки) и разбухания дерева тангенциальный, радиальный и вдоль волокон для различных пород дерева. Направления разрезов и виды распила древесины. О терминологии. При высыхании древесины удаление связанной влаги приводит к уменьшению линейных размеров и объема. Это явление называется усушкой древесины. Уменьшение содержания свободной влаги, т. е. снижение влажности от свежесрубленного или мокрого состояния до предела гигроскопичности не вызывает усушки. Теперь о направлениях усушки, вот рисунок: Отдельные элементы древесины при высыхании ведут себя по-разному: Размеры сосудов и паренхимных клеток обычно уменьшаются в тангенциальном направлении и несколько увеличиваются в радиальном; древесные же волокна усыхают примерно одинаково в обоих направлениях. У хвойных пород между радиальной и тангенциальной усушкой древесины поздней зоны годичных слоев существует небольшое различие, а тангенциальная усушка древесины ранней зоны годичных слоев в 2—3 раза превосходит радиальную. Поздняя древесина поперек волокон усыхает значительно больше, чем ранняя, а вдоль волокон, наоборот, поздняя древесина усыхает меньше, чем ранняя. Таблица . Сравнение усушка (усадки) поздней и ранней древесины. Порода Зона годичного слоя Усушка, % радиальная тангенциальная вдоль волокон объемная Лиственница Ранняя 3,23 7,11 0,27 10,34 Поздняя 10,19 12,25 0,13 20,96 Сосна Ранняя 2,91 8,05 0,19 10,86 Поздняя 8,22 11,26 0,10 18,97 Ель Ранняя 2,41 5,84 0,19 8,38 Поздняя 6,25 8,81 0,14 14,63 Источник: Деревянные конструкции. Справочник проектировщика промышленных сооружений. Главный редактор Г.Ф. Кузнецов 1937 год Таблица. Сравнение тангенциальной усушки ранней и поздней зон годичного слоя хвойных и лиственных пород. Порода Усушка, % Порода Усушка, % ранней зоны поздней зоны ранней зоны поздней зоны Лиственница 8,5 10,4 Бук 12.9 13,4 Сосна 7,2 8,1 Береза 9,4 10,2 Ель 6,5 8,0 Тополь 10,4 11,9 Дуб 0,2 10,9 Ива 6,9 7,4 Примечание. Для рассеянно-сосудистых пород под ранней зоной годичного слоя подразумевается первая половина, обращенная к сердцевине, а под поздней— вторая половина, обращенная к коре. Усушка древесины в целом занимает среднее положение между усушкой ранней и поздней древесины, но выше средней арифметической; из этого следует, что усушка поздней зоны для тангенциального направления имеет особо важное значение. Если учесть, что сердцевинные лучи по ширине усыхают больше, чем по длине, этими двумя причинами уже можно удовлетворительно объяснить различие между радиальной и тангенциальной усушкой древесины. Усушка вдоль волокон ввиду малой величины обычно во внимание не принимается. Практическое значение усушки поперек волокон очень велико и ее приходится учитывать, предусматривая, например, припуски на усушку при распиловке бревен на доски; бревна распиливают обычно во влажном состоянии и, если не дать припуска на усушку, полученные пиломатериалы после высыхания не будут иметь требуемых размеров поперечного сечения. ПОРОДА Обьемная усадка, % Радиальная усадка, % Тангенциальная усадка, % Отношение тангенциальной к радиальной, приятой за 1 Красная ольха 12,6 4,4 7,3 1,61 Черный ясень 18,2 5,0 7,8 1,56 Белый ясень 14,0 5,3 8,7 1,64 Осина 11,1 3,8 6,9 2,09 Липа 16,2 4,8 10,6 2,21 Бук 16,2 4,8 10,6 2,21 Береза бумажная 16,8 6,6 8,8 1,33 Береза сладкая 15,0 6,3 7,6 1,21 Береза желтая 16,8 7,4 9,0 1,22 Конский североамериканский каштан 12,0 3,5 7,8 2,23 Вишня черная 11,5 3,7 7,1 1,92 Каштан 11,6 3,4 6,7 1,97 Канадский тополь 14,1 3,9 9,2 2,36 Кизил цветущий 19,9 7,1 11,8 1,59 Вяз твердый 14,1 4,8 8,1 1,69 Вяз мягкий 13,8 14,9 8,9 1,82 Вяз белый 14,4 4,2 9,5 2,26 Эвкалипт черный 13,9 4,4 7,7 1,75 Эвкалипт красный 15,0 5,2 9,9 1,90 Гикори толстокорковый 19,2 7,6 12,6 1,66 Американский гикори (Центр. Амер) 13,6 4,9 8,9 1,82 Североамериканский гикори 17,9 7,2 11,5 1,60 Белый гикори 16,7 7,0 10,5 1,50 Остролистник (гледичня) 16,2 4,5 9,5 2,11 Граб 18,6 8,2 9,6 1,17 Акация черная 9,8 4,4 6,9 1,57 ПОРОДА Обьемная усадка, % Радиальная усадка, % Тангенциальная усадка, % Отношение тангенциальной к радиальной, приятой за 1 Сладкое рожковое дерево 10,8 4,2 6,6 1,57 Магнолия вечнозеленая 12,3 5,4 6,6 1,22 Красное дерево (Центр. Америка) 7,8 3,4 4,9 1,44 Клен орегонский 11,6 3,7 7,1 1,92 Клен красный 12,5 3,8 8,1 2,13 Клен серебристый 12,0 3,0 7,2 2,40 Клен сахарный 14,5 4,8 9,2 1,92 Дуб 12,7 4,4 8,8 2,00 Дуб черный 12,1 3,6 6,6 1,83 Каштан 16,7 5,5 9,7 1,76 Лавровое дерево 19,0 3,9 9,5 2,44 Кр. лавровое дерево - - - - Дуб испанский горный 16,3 4,5 8,7 1,93 Дуб исп.равнинный 16,4 5,2 10,8 2,08 Дуб  болотный 16,4 4,2 9,3 2,21 Дуб белый 15,8 5,3 9,0 1,70 Ива 18,9 5,0 9,6 1,92 Ива желтая 14,2 4,5 9,7 2,16 Пероммония (из породы эбеновых) 18,3 7,5 10,8 1,44 Желтый тополь 11,4 4,1 6,9 1,68 Сассафрас 10,3 4,0 6,2 1,55 Смоковница 14,2 5,1 7,6 1,40 Грецкий орех черный 11,3 5,2 7,1 1,37 Ива черная 13,8 2,6 7,8 3,00 ПОРОДА Обьемная усадка, % Радиальная усадка, % Тангенциальная усадка, % Отношение тангенциальной к радиальной, приятой за 1 Кедр душистый 7,6 3,3 5,7 1,73 Кедр северный белый 7,0 2,1 4,9 2,33 Кедр западный красный 8,1 2,5 5,1 2,04 Кипарис виргинский 10,7 3,8 6,0 1,58 Дугласова пихта(со скалистых гор) 10,6 3,6 6,2 1,72 Дугласова пихта(с Тихоокеанского поб) 12,6 5,0 7,9 1,58 Пихта 14,1 4,5 10,0 2,22 Пихта бальзамическая 10,8 2,8 6,6 2,36 Пихта высокая 10,6 3,2 7,2 2,25 Пихта благородная 13,6 4,9 9,1 1,86 Пихта белая 10,2 3,4 7,0 2,06 Гемлок восточный 10,4 3,0 6,4 2,13 Гемлок западный 11,6 4,5 7,9 1,76 Лиственница западная 13,2 4,2 8,1 1,93 Сосна 10,4 3,4 6,5 1,91 Сосна 12,6 5,5 7,5 1,36 Сосна 11,5 4,5 6,7 1,49 Сосна белая Америк 12,3 5,3 7,5 1,42 Сосна норвежская 11,5 4,6 7,2 1,57 Сосна короткохвойная 12,6 5,1 8,2 1,61 Сосна сахарная 8,4 2,9 5,6 1,93 Веймутова сосна восточная 7,8 2,2 5,8 2,68 ПОРОДА Обьемная усадка, % Радиальная усадка, % Тангенциальная усадка, % Отношение тангенциальной к радиальной, приятой за 1 Веймутова сосна белая западная 11,5 4,1 7,4 1,80 Веймутова сосна зап. желтая 10,0 3,9 6,4 1,64 Фериамбук 6,3 2,7 4,2 1,55 Ель энгельмановская 10,4 3,4 6,6 1,94 Ель красная 11,8 3,8 7,8 2,05 Ель (ситка) 11,2 4,5 7,4 1,64 Ель белая 14,8 3,7 7,3 1,97 Американская черная лиственница 13,6 3,7 7,4 2,00 Тисс западный 9,7 4,0 5,4 1,35

Процесс усушки и разбухания

Усушка-процесс уменьшения линейных размеров и объема древесины при уменьшении влажности.Виды усушки: 1)Абсолютная- изменение линейных размеров пиломатериалов в величинах длины или объема. 2)Относительная- отношение абс. усушки к размерам пиломатериала в сыром виде. 3) Полная усушка- изменение размера пиломатериала при уменьшении влажности в древесине от предела насыщения до 0. 4) Частичная усушка - изменение размеров пиломатериалов при уменьшении влажности в древесине от предела насыщения до заданной конечной влажности. Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 - 2 раза больше, чем в радиальном. Под полной усушкой, или максимальной усушкой Bmax понимают уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды. Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид: Bmax = (amax - amin) / amax * 100, где amax и amin - размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3). Полная линейная усушка древесины наиболее распространённых отечественных пород в тангенциальном направлении составляет 8-10 %, в радиальном 3-7 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11-17 %. Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д. Внутренние напряжения возникают в древесине без участия внешних нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке - сушильные напряжения, пропитке и в процессе роста дерева. Полные сушильные напряжения удобно как совокупность двух составляющих - влажностных и остаточных напряжений. Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски - сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения. Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Разбухание- процесс увеличения линейных размеров и объема древесины при увеличении влажности в древесине. Процессы усушки и разбухания взаимообратны и связаны с удалением и поглащением только связанной влаги . Разбухание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах и т.д.)  Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это - свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Полное разбухание, %, вычисляют по формуле: amax = (amax - amin) / amin * 100, где amax и amin - размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок, и в абсолютно сухом состоянии, мм (мм3). Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон.

Свойства древесины - влажность

Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением.

Понятие влажность используется для количественной характеристики содержания воды в древесине.

Влажность – это выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в образце к массе сухой древесины: W = (M - M0) / M0 * 100, где M - начальная масса образца древесины, г, а M0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Влажность может быть измерена прямыми или косвенными методами. Прямые методы основываются на выделении воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но довольно продолжительные. Этого недостатка лишены косвенные методы, которые основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине (например, электропроводность). Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры. Но косвенные способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания при влажности древесины в диапазоне от 7 до 30 % и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

Вода в древесине может находиться в двух формах: в связанной или в свободной. Связанная вода находиться в клеточных стенках и удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания сильно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах, удерживается только механическими связями. Свободная вода удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

Когда проводят испытания по определению физико-механических свойств древесины её приводят к нормализованной влажности – 12 %.

По степени влажности древесина может быть:

мокрая, W > 100%, длительное время находившаяся в воде;

свежесрубленная, W = 50-100%, сохранившая влажность растущего дерева;

воздушно-сухая, W = 15-20%, выдержанная на открытом воздухе;

комнатно-сухая, W = 8-12%, долгое время находившаяся в теплом помещении; абсолютно-сухая, W = 0, сушка проводилась при температуре t=103±2°C.

Усушка – это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.

Усушка древесины в тангенциальном направлении в 1,5 - 2 раза больше, чем в радиальном.

Полная усушка (или максимальная усушка Bmax) - это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды.

Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

Bmax = (Аmax - Аmin) / Аmax * 100

где Аmax и Аmin - размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

Полная линейная усушка древесины распространённых отечественных пород в радиальном направлении примерно 3-7 %, в тангенциальном 8-10 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка составляет около 11-17 %.

Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (делаются припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

В результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке возникают внутренние напряжения в древесине, не связанные с внешними нагрузками.

Полные сушильные напряжения можно рассматривать как совокупность двух составляющих - влажностных и остаточных напряжений.

Влажностные напряжения вызываются неоднородной усушкой материала. В поверхностной части доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски - сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, то появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Коробление это изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке или неправильном хранении. Коробление может происходить из-за различия усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Поперечная покоробленность бывает: желобчатая, трапециевидная, ромбовидная, овальная. Продольная покоробленность бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

Влагопоглощение – это способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики и снижает биостойкость. Для защиты древесины от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают лакокрасочными и плёночными материалами.

Разбухание –это увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это - свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон.

Разбухание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах, топорищах).

Водопоглощение – это способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Количество свободной воды зависит от объёма полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины, тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости важна в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве леса.

Плотность. Это свойство характеризуется массой единицы объёма материала, и имеет размерность в кг/м3 или г/см3.

а) Плотность древесинного вещества Рд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: Рд.в. = Мд.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.

б) Плотность абсолютно сухой древесины P0 равна: P0 = M0 / V0, где M0, V0 - соответственно масса и объём древесины при W=0%.

Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как учитываются пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).

Относительный объём полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (V0 - Vд.в.) / V0 * 100, где V0 и Vд.в. - соответственно объём образца и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

в) Плотность влажной древесины: Pw = Mw / Vw, где Mw и Vw - соответственно масса и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от её влажности. При влажности W меньше Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.

г) Парциальная влажность древесины P`w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма 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.

д) Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца M0 к его объёму 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 фисташки (1100). Диапазон изменения плотности древесины иностранных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).

По плотности древесины при 12% влажности породы делятся на 3 группы:

малая плотность Р12 < 540,

средняя плотность 550 < P12 < 740,

высокая плотность P12 > 740.

Проницаемость – это способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных.

Проблемы древесины и способы их решения

Чтобы любые изделия из древесины долгие годы сохраняли достойный внешний вид, нужно их правильно обрабатывать, начиная с заготовки. Для борьбы с различными недостатками материалов из дерева есть правила и приемы, а также специальные средства.

Недостатки древесины – природные особенности

Все изменения (коробление, растрескивание, усушка, усадка, разбухание), происходящие с деревом в процессе обработки и дальнейшей эксплуатации, основываются на химическом составе и физических свойствах.
Химический состав разный у всех пород, так же, как и физические параметры, однако именно последние и определяют принадлежность древесины к ценным породам, а также они влияют на «капризность» во время изготовления изделий.
К физическим свойствам относятся следующие.
• Плотность основана на строении волокон и прилегании их друг к другу. Чем меньше внутри пустот, тем плотнее древесина и тем она больше весит. Самую большую плотность имеют лиственница, дуб, бук, ясень, поэтому готовый пиломатериал из этих пород отличается большой твердостью. Это, например, обрезная доска из дуба, обрезная доска из ясеня или обрезная доска из лиственницы.

• Пористость хвойных пород и лиственных разная и зависит от влажности. У свежесрубленного дерева она выше.

• Влажность, которая бывает первоначальной у только что срубленного дерева и остаточной, когда древесина подверглась сушке. Колебания влажности могут быть от 120% (у свежесрубленного дерева) до 8% после сушки.

Причины растрескивания древесины, и как с этим бороться

Растрескивание бревен, бруса, досок и другого пиломатериала происходит из-за неравномерной сушки. Верхние слои древесных волокон просыхают быстрее, а внутри дерево остается влажным.

Трещины могут образовываться по всей длине и больше всего на торцах, потому что влага там испаряется быстрее. Трещины чаще всего проходят между годичными кольцами.
Глубина расслоения влияет на внешний вид и прочность пиломатериала, оно опасно тем, что в трещины попадают споры грибков и влага, в результате чего древесина начинает гнить и разрушаться.
Борьба с растрескиванием начинается еще на стадии заготовки древесины. Заготавливают ее зимой, как раз тогда, когда она имеет самую низкую влажность. После ошкуривания бревна обрабатывают специальными защитными составами, препятствующими испарению влаги.
Большой вред несут температурные перепады. Чтобы на материале не было трещин, сушат его профессиональным способом в сушильных камерах, доводя влажность до 10-12%. При этом вероятность растрескивания сводится к минимуму.
Правильно обработанный и хорошо просушенный деревянный материал не теряет внешнего вида. Поэтому грамотно просушенное оцилиндрованное бревно из лиственницы и оцилиндрованное бревно из сосны не растрескивается на протяжении всего срока эксплуатации.

Разбухание древесины: что делать?

Разбухание или увеличение объема возникает тогда, когда древесина оказывается во влажной среде. Различают полное и частичное разбухание. Водопоглощение у всех пород различное, поэтому и степень деформации различается. Самое большое поглощение влаги происходит в области торцов, именно там она проникает внутрь волокон.

По-разному воздействует влага и на ядро дерева и на заболонь. Давление набухания снижается при повышении температуры. Кроме воды, и другие жидкости способны вызвать набухание древесины, например, спирт, керосин, ацетон, скипидар.
Различается тангенциальное и радиальное разбухание (по типу распила). Уменьшить и совсем прекратить разбухание можно несколькими способами. Первый – это пропаривание древесины, оно несколько снижает водопоглощение. Второй – это пропитка изделий разными веществами.
Одни из них снижают поглощение влаги в 2 раза, другие в 3 раза, а тангенциальное разбухание в 5 раз. Особенно большое внимание уделяют защите от разбухания пиломатериалам и изделиям, которым предстоит эксплуатация под открытым небом – уличная мебель, садовая мебель, столы уличные, качели, перголы, шезлонги и лежаки.
Уличную мебель изготавливают из таких пород дерева, которые менее подвержены разбуханию, например, скамейка из дуба или лиственницы. Изделия из мягких пород древесины (скамейка из сосны, беседки из сосны), кроме пропитки для защиты от влаги, еще покрываются лакокрасочной продукцией.

Коробление древесины: как предотвратить?

Любая древесина в той или иной степени подвержена деформации, ее ведет и коробит. Коробление, то есть изменение формы, происходит в процессе хранения пиломатериала, его сушки и изготовления изделий. Когда древесина сохнет, то влажность на поверхности и внутри разная, из-за неоднородного изменения дерево ведет.

Коробление распределяется по изделию неравномерно. Самое большое сжатие происходит в направлении годовых колец, наименьшее – параллельно волокнам. Изменение геометрии пиломатериала зависит от типа распиловки бревна. Ядровые доски подвергаются минимальному короблению, боковые доски ведет больше всего.
Коробление возникает и в процессе обработки древесины. Трещины появляются из-за слишком быстрой смены влажности. При естественной сушке дерево сохнет медленно.
Для того чтобы усушка проходила равномерно, дерево не вело и не коробило, нужно правильное выравнивание влажности. Это возможно только в промышленных условиях в специальных сушильных камерах. Именно из такой древесины изготавливают столярные изделия, лестничные элементы, напольные покрытия.

«Все новости

20 февраля 2021

Коэффициент усушка и разбухания древесины

При конструировании мебели важно учитывать необходимость сохранения формы и размеров будущих изделий и их сборочных единиц. Это требование связано с тем, что древесине свойственно изменение размеров при изменении ее влажности, которая, в свою очередь, зависит от параметров воздуха.

Изменение линейных размеров вследствие усушки или набухания древесины проходит в пределах от границы гигроскопичности волокон (точки насыщения) 23–30% до абсолютно сухого состояния. Наиболее полное линейное высыхание 6–10% наблюдается в тангенциальном направлении, полное высыхание составляет 3–5%, а вдоль волокон высыхание совсем незначительное – 0,1–0,3%, и объемная усушка в целом составляет 12–15%.

Для вычисления деформации от воздействия влаги удобно пользоваться значениями коэффициентов усушки, определяющие величину усыхания (уменьшение размеров) при снижении связанной имеющейся влаги в древесине на один процент табл. 2.7. С достаточной степенью точности можно сказать, что между усушкой и потерей связанной влажности существует линейная зависимость. При набухании наблюдается обратное явление. Древесина увеличивает свои размеры примерно в тех же пределах, в которых уменьшала при сушке. Лиственные породы, такие как бук, ясень, береза; хвойные, такие как лиственница, сосна, пихта и ель, больше меняют свою форму по сравнению с другими породами деревьев. Лиственница и бук больше всего меняют свою форму, что следует учитывать.

При эксплуатации изделий из древесины их влажность меняется в зависимости от изменения влажности и температуры воздуха, действия капельно-жидкой влаги и принятых средств защиты древесины от влажности. Ориентировочно влажность древесины в изделиях, эксплуатируемых в условиях средней полосы, составляет в%:

-  W = 10 – 26% (в среднем W = 18 ± 8%) для изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе (садово-парковая мебель) и на них действует капельно-жидкостная влага;

-  W = 10 – 16% (в среднем 13 ± 3 %) для изделий, эксплуатируемых в условиях открытого воздуха без прямого действия жидкой влаги (под крышей)

-  W = 7 – 13 % (в среднем W = 30 ± 3%) для изделий, эксплуатируемых в отапливаемых помещениях. Пользуясь табл. 2.7, можно определить изменение размеров элементов, эксплуатируемых в различных условиях. Так, изменение столешницы дачного стола, изолированного от дождя и снега, шириной 600 мм из сосновой доски радиального распила с лета на зиму составит;

Где 0,18 / 100 – изменение ширины столешницы при повышении влажности 1%; 16 (± 8) максимальный процент увлажнения столешницы на зиму относительно теплого сухого лета.

Для отапливаемого помещения;

Такое большое изменение ширины столешницы наблюдается, если влага будет иметь свободный доступ к поверхности древесины. Чтобы такого доступа влаги к поверхности древесину не было, нужно покрыть соответствующими лакокрасочными материалами, которые изолируют влагу. Тогда В для открытого воздуха уменьшится наполовину, а для отапливаемых помещений составит 0,25–0,35 расчетной величины.

Таблица 2.7

Порода	​​Коэффициент усушки КР и разбухание КN %
	Объемный		Радиальный		Тангенциальный
	K	K	K	K	K	K
Лиственница	0,52	0,61	0,19	0,20	0,35	0,39
Сосна	0,44	0,51	0,17	0,18	0,28	0,31
Пихта	0,43	0,50	0,11	0,17	0,28	0,31
Кедр	0,37	0,42	0,12	0,12	0,26	0,28
Береза	0,54	0,64	0,26	0,28	0,31	0,34
Бук	0,47	0,55	0,17	0,18	0,32	0,35
Ясень	0,45	0,52	0,18	0,19	0,28	0,31
Дуб	0,43	0,50	0,18	0,19	0,27	0,29
Осина	0,41	0,47	0,14	0,15	0,28	0,30

Практически при конструировании и изготовлении мебели изменением размеров вдоль волокон можно пренебречь. Пользуясь табл. 2.7, усушку и разбухание можно рассчитывать по формуле:

Где В – величина изменения размера детали по ширине или по толщине при усушке или разбухании, мм;

В – номинальные размеры детали, мм;

W2 – эксплуатационная влажность древесины в изделии,%;

W₁ – технологическая (начальная) влажность древесины в изделии (по техническим условиям производства)%;

К_N, K_P – соответственно коэффициенты по табл. 2.7.

Например, фигарейная филенка сосновых дверей серванта шириной 350 мм склеенная из участков радиального раскроя и изготовленная ​​при влажности 7%, при хранении изделия на складе равновесная влажность филенки установилась 10%, т. е. увеличилась на 3%, следовательно:

Таким образом, номинальный размер филенки стал 350 + 5,4 = 355,4 мм. Далее сервант попадает к потребителю, где в жилом помещении установилась равновесная влажность древесины 9%. Тогда:

Размер филенки у потребителя стал: 335,4 – 1,08 = 354,32 Мм, то есть произошла усушка, (уменьшение размера филенки). Изменение линейных размеров древесины вследствие усушки и набухания вызывает напряжения, которые могут превысить прочность самой древесины.

Усушка и разбухание древесины |

При высыхании древесина уменьшается в размерах, и такой процесс называется усушкой. Это происходит благодаря испарению гигроскопической влаги. При таком процессе клетки отдают влагу и становятся меньше в объеме. А гигроскопическая влага испаряется при процессе высушивании из древесины. При этом древесина теряет свой вес, но не изменяется в объеме и по форме.

В различных направлениях усушка древесины не одинакова. Например, в тангентальном направлении происходит усушка на шесть или десять процентов, это примерно на каждый метр по шесть – десять сантиметров. В радиальном направлении происходит усушка на три или пять процентов, а при усушке вдоль волокон примерно одна десятая процента. В данном случае указывается величина усушки в полной степени, то есть процесс высушивания происходит до полного избавления волокна от влаги.

Усушка в продольном направлении не так значительна, потому что в строительстве или деревообработке не делают припусков по длине материала. При усушке в поперечных направлениях различных заготовок необходимо оставлять припуски по ширине и длине, которые установлены стандартами.

В основном величина усушки зависит непосредственно от ее плотности. Так, древесина, которая тяжелее и плотнее усыхает намного больше. Например, к таким породам дерева относятся береза, граб, груша, бук или лиственница. Из перечисленных вариантов больше всех усыхает лиственница.

При разбухании древесины происходит увеличение ее объема и размера, такой процесс достигается благодаря увлажнению до определенной точки насыщения волокон. Разбухание является обратным процессом усушки. Так же как и усушка, разбухание происходит в различных направлениях и не одинаково.

Процессы усушки и разбухания являются противоположными и несут отрицательные свойства. Из-за таких процессов происходит появление различных дефектов, а иногда изделие приходит в негодность. Исключением можно считать бондарную тару. При которой считается разбухание необходимой древесины положительным и благоприятным фактором.

Для того чтобы предотвратить разнообразные изделия от усушки или разбухания рекомендуется использовать такую древесину, которая соответствует всем условиях эксплуатации этих изделий. Разнообразная внешняя отделка помогает предотвращать древесину от проникновения в нее воздуха или влаги.

Пропитка для дерева от влаги, описание пропитки для дерева от влаги и гниения

Древесина относится к лидерам среди материалов для строительства частных домов. Однако при всех своих преимуществах она имеет один недостаток – способность повреждаться и приходить в негодность под воздействием повышенной влажности. Предотвратить ее разрушение можно при помощи пропитки для дерева от влаги и гниения, которая позволяет сохранить первоначальные характеристики деревянных конструкций и значительно продлить срок их эксплуатации.

Для чего нужна пропитка для дерева от влаги?

Будучи натуральным материалом, дерево обладает природной гигроскопичностью и имеет свойство вбирать в себя влагу при контакте с талыми водами и атмосферными осадками. При повышении влажности древесины более чем на 15 % она начинает набухать, расслаиваться, терять свою форму. С течением времени на ней появляются плесень, грибки, развиваются процессы гниения, которые снижают долговечность и эстетику деревянных конструкций.

Современная пропитка для дерева от влаги наделяет изделия водоотталкивающими свойствами и помогает избежать их высокого увлажнения. Ее использование сводит к минимуму риски появления гнили, которая не просто портит внешний вид дерева, но и негативно сказывается на здоровье людей. Споры гнилостных образований способны попадать в лёгкие человека и провоцировать хронические болезни, поэтому защита древесины от чрезмерной влажности является важным этапом в создании благоприятного микроклимата в доме.

Причины ускоренного разрушения дерева

Деревья, произрастающие в природе, обладают надежной защитой в виде собственной древесной коры. При строительстве зданий или изготовлении различных изделий из дерева кора удаляется, что влечет за собой нарушение древесной структуры под негативным влиянием внешней среды. Если на конструкциях нет пропитки для дерева от влаги и гниения, то они разрушаются вследствие следующих факторов:

• Грибки и плесень – часто поражают древесину в условиях влажности и ограниченного доступа воздуха. Дерево служит отличной питательной средой для вредных микроорганизмов, особенно если оно напитано влагой.
• Насекомые – наиболее распространенными врагами дерева являются жук-долгоносик, короед, древоточец, которые способны не только навредить древесине, но и полностью ее разрушить. Характерными признаками появления насекомых служат небольшие дырочки и канавки, видимые на деревянной поверхности.
• Влага – дожди, туманы, тающий снег, да и просто повышенная влажность внутри помещения приводят к разбуханию древесины и образованию трещин, а также благоприятствуют появлению гнили. Пропитка для дерева от воздействия влаги снижает водопоглощение материала, не влияя при этом на его способность «дышать».

В качестве дополнительных факторов, отрицательно воздействующих на дерево, стоит упомянуть ультрафиолетовые лучи, которые разрушают природное вещество лигнин, отвечающее за твердость и жесткость древесины. Под влиянием солнца деревянные изделия становятся более мягкими, теряют природный цвет и покрываются трещинами.

Виды средств для защиты дерева

Современный рынок предлагает потребителю качественные растворы, которые предотвращают процессы гниения и становятся надежной биологической защитой деревянных конструкций. Все пропитки для дерева от влаги и гниения могут различаться между собой в зависимости от состава и способов их применения:

• по месту обработки;
• по природе используемых растворителей;
• по характеру активного компонента.

По месту нанесения

Исходя их локализации обработки, пропитки бывают внутренними и внешними. Первые используются для проведения внутренних работ и отличаются экологической чистотой. Они мягко воздействуют на микроорганизмы и не наносят вреда здоровью человека. Внешние средства применяются для наружных работ и обеспечивают лучшую защиту для дерева, но отличаются более высокой токсичностью.

По активному компоненту

Главным действующим компонентом в пропитках для дерева от влияния влаги могут быть вещества органического и неорганического происхождения. Чаще всего составы изготавливаются на масляной основе, акрилате или алкидных смолах, а также на летучих химических компонентах, которые не могут проникнуть глубоко в дерево, но формируют прочную защитную пленку на его поверхности.

По растворителю

В зависимости от растворителя для пропиток смеси бывают водными и неводными. В первом случае активный компонент смешивается с водой, которая обеспечивает древесине хорошую смачиваемость пор. Что касается неводных смесей, то их разводят при помощи спирта или химических растворителей, которые при нанесении на поверхность быстро улетучиваются в атмосферу.

Если вам нужна надежная пропитка для дерева от влаги и гниения, подобрать необходимый материал можно в магазине «ТБМ-Маркет». В нашем каталоге представлены средства как для наружных, так и для внутренних работ, позволяющие обеспечить хорошую защиту для дерева на долгие годы.

Как подобрать эффективную пропитку для дерева от влаги?

Чтобы пропитка дала максимальный эффект, рекомендуется ознакомиться с характеристиками предлагаемых средств и подобрать именно тот материал, который лучше всего подходит конкретному типу деревянных конструкций и условиям их эксплуатации. К главным аспектам, на которые следует обратить внимание, относятся:

• глубина проникновения средства в древесину;
• экологическая безопасность пропитки для дерева от негативного воздействия влаги, наличие/отсутствие резкого запаха;
• место применения – для внешних или внутренних работ;
• степень действия состава на разные виды грибка, плесени и насекомых;
• расход материала – в среднем он должен составлять до 200–250 г/м²;
• срок действия смеси.

При покупке следует учитывать климатические условия местности. Если дом находится в областях с частыми атмосферными осадками, лучше всего выбирать пропитки, которые эффективно защищают дерево при резких перепадах температур. Для мест с повышенной влажностью желательно брать водоотталкивающий состав, основной функцией которого является защита дерева от влаги.

Правила обработки пропиткой для дерева от влаги

Как правило, пропитка для дерева от влаги и гниения не вызывает трудностей в нанесении, однако при обработке древесины нужно придерживаться определенных рекомендаций, которые помогут правильно нанести состав с гарантией его долгосрочного действия:

• Перед обработкой необходимо очистить древесину от пыли, жира или ранее нанесенных красок и лаков.
• Если на дереве уже заметны следы грибка, его нужно обработать щеткой с металлическими щетинками.
• Неотъемлемым этапом является тщательная сушка дерева, поскольку сухая древесина не так интенсивно впитывает влагу.
• Пропитка наносится кистью или валиком, начиная со срезов доски, ее торцевых элементов и тех частей дерева, которые уже подверглись повреждению. При обработке необходимо надевать средства индивидуальной защиты.
• Если пропитку для дерева от влаги нужно нанести в несколько слоев, то следует подождать высыхания каждого предыдущего слоя.

Когда использование пропиток особенно необходимо?

Поскольку древесина подвергается наибольшему повреждению в условиях повышенной влажности, применение антисептиков особенно важно в местах, где влага оказывает максимальное разрушительное воздействие. К таковым относятся подвальные помещения, бани и сауны, уличные беседки, садовая мебель, а также те части деревянных сооружений, которые имеют тесный контакт с землей.

Обработка такой поверхности может производиться как на этапе строительства, так и на готовых конструкциях. При помощи пропитки для дерева для защиты от влаги и гниения можно свести к минимуму появление грибка и плесневых пятен, избежать появления гнили и защитить деревянные материалы от разрушительной силы воды.

Как защитить дерево подручными средствами?

Существует немало подручных средств, которые вполне могут заменить магазинные растворы. Чаще всего для защиты дерева используют:

• силикатный (столярный) клей;
• раствор соды с уксусом;
• смолу;
• медный купорос;
• отработанное машинное масло;
• серную кислоту в сочетании с бихроматом калия;
• составы из борной кислоты, воды и соли.

Указанные варианты не так эффективны, как пропитка для дерева от влаги и гниения, поскольку препятствуют воздействию влаги только на короткое время. Если вы хотите получить длительный и действительно качественный эффект, оптимальным решением станет обращение в интернет-магазин «ТБМ-Маркет» и покупка надежных пропиток для древесины от европейских производителей.

ЗАМЕНА И УСАДКА ДРЕВЕСИНЫ. Определение термина

Набухание и усыхание древесины - изменение линейных размеров и объема древесины в результате процессов сорбции и десорбции водяного пара или воды, на которое в основном влияет строение клеточной оболочки и микроскопическое строение из дерева. Явления набухания и усыхания древесины зависят от породы и плотности древесины, а также от анатомического направления (анизотропия усушки и набухания).

1. Свойства древесины и механические свойства
2. Влажность древесины
3. Усадка древесины
4. Набухание древесины

Свойства древесины и механические свойства

Древесина представляет собой неоднородный (анизотропный) материал с пористой структурой и системой капилляров.Он имеет сложную физическую и химическую структуру. Он состоит в основном из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, а также таких веществ, как смолы, воски, жиры, красители, дубильные вещества, алкалоиды и минералы.

Свойства древесины во многом зависят от породы дерева, из которого получено сырье, его плотности, влажности и анатомического направления (тангенциальное, радиальное и параллельное волокнам). К нежелательным свойствам относятся, среди прочего, высокая гигроскопичность древесины, набухание и усушка древесины (при адсорбции и десорбции паров воды или воды), растрескивание (усадочные трещины при сушке).

Поперечный срез ствола дерева с видимыми годовыми кольцами. Wikimedia.org

Влажность древесины

Влажность древесины определяется как отношение массы воды, содержащейся в древесине, к массе древесины и выражается в граммах или процентах. Влажность древесины во многом зависит от условий, в которых находится древесина, и оказывает существенное влияние на другие свойства древесины (например, плотность). Повышенная влажность способствует развитию грибков, которые способствуют гниению древесины, а также могут привести к короблению (деформациям деревянных изделий).Низкая влажность снижает долговечность древесины; он становится более склонным к образованию трещин.

Различают два основных вида влажности:

• относительная влажность - отношение массы воды в древесине к общей массе древесины;
• абсолютная влажность - отношение массы воды в древесине к массе абсолютно сухой древесины.

Сразу после рубки дерева влажность древесины составляет в среднем 35 % и со временем значение снижается до воздушно-сухого состояния с влажностью 15-20 % (древесина, высушенная на открытом воздухе) или влажности 8-13% (древесина хранится в сухом помещении).

Свежая древесина содержит большое количество свободной заполняющей воды. змеевики и сосуды (около 65%) и связанная вода (гигроскопичная) заполнение межмицеллярных пространств целлюлозой в мембране сотовый (30%). Клеточная мембрана может в определенной степени поглощать воду. предел, называемый точкой насыщения волокна, определяется как максимальное влажность древесины, содержащей только связанную воду (около 30%). Любой изменения влажности выше точки насыщения волокна не влияют явления усушки и набухания древесины.

Древесина гигроскопична, т.е. способна обмениваться водяным паром с окружающим воздухом. Необработанная древесина всегда стремится достичь равновесия между собственной влажностью и влажностью окружающей среды (равновесие гигроскопичен). Древесина может выделять избыток влаги (десорбция паров воды), что приводит к усадке или поглощению влаги из окружающей среды (адсорбция водяного пара), что приводит к набуханию древесины. Эти явления касаются только изменения влажности клеточных мембран (вода связан) и проходят при влажности древесины 0-30%.Усадка набухание и набухание древесины являются обратимыми явлениями и проходят примерно эквивалентно такому же изменению влажности.

Сушка древесины. Wikimedia.org

Усадка древесины

Усадка древесины – это уменьшение размера древесины при сушке из-за снижения влажности от точки насыщения волокна (около 30%) до безводного состояния (0%). Это явление заключается в высвобождении связанной воды, находящейся в межмицеллярных пространствах клеточной мембраны (десорбция паров воды).

Скорость и степень усушки древесины во многом зависят от породы дерева и условий его обитания, а также от плотности древесины. Древесина с высокой плотностью и более толстыми клеточными мембранами, например поздняя (летняя) древесина и твердая древесина, проявляет большую сократимость.

Неоднородная структура древесины влияет на неравномерность усушки по каждому направлению анатомического сечения (анизотропия усушки):

• по тангенциальному направлению (тангенциальный срез к годичным кольцам) составляет 6-13%;
• для радиального направления (срез перпендикулярно годичным кольцам роста) - 3-5%;
• для продольного направления 0,1-0,8%.

Различия в сократимости для заданных направлений анатомического сечения влияют на изменение линейных размеров и объема древесины, а также деформации и дефекты, возникающие при сушке (десорбционные трещины, коробление).

Десорбционная трещина в поперечном сечении бука обыкновенного возникает из-за неравномерной усушки древесины в тангенциальном и радиальном направлениях (анизотропия). Wikimedia.org

Набухание древесины

Набухание древесины – это увеличение линейных размеров и объема древесины за счет адсорбции паров воды или воды из окружающей среды, которая затем поступает в межмицеллярные пространства целлюлозы в клеточной мембране в виде связанной воды, покрывает их водным налетом и вызывает их разделение.Причиной этого является мицеллярная структура целлюлозы, которая является основным компонентом древесины, сродство целлюлозы с водой и смачивающие свойства воды. Древесина набухает от безводного состояния (влажность 0 %) до точки насыщения волокна (влажность около 30 %).

Набухание древесины, аналогично процессу усушки древесины, из-за неоднородной структуры древесины неравномерно по отдельным направлениям анатомического сечения (анизотропия набухания древесины).Наименьшую величину набухания показывают линейные изменения, идущие параллельно вдоль волокон, промежуточные значения - изменения в радиальном направлении, а самые высокие значения - изменения в тангенциальном направлении.

Построение целлюлозной цепи. Жесткие и параллельные цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы, связанных β-1,4-гликозидными связями, образуя мицеллы, стабилизированные водородными мостиками (синяя пунктирная линия). Wikimedia.org

Библиография

1. Войцех Кокочинский; "Древесина - измерения физико-механических свойств"; Продрук, Познань, 2004.;
2. Фредерик П. Миллер, Агнес Ф. Вандом, Джон МакБрюстер; «Лиственная древесина»; Издательство Alphascript, 2010 г.;
3. Лидия Хелиньска-Рачковска,; «Словарь науки о дереве»; Издательство Сельскохозяйственного университета в Познани, Познань, 1999;
4. Францишек Кржисик; «Наука о древесине»; Универсальное сельскохозяйственное и лесное издательство, Варшава, 1974;
5. Жан-Дени Годе; «Руководство лесника. Лесной атлас»; Multico Oficyna Wydawnicza, Варшава, 2008 г.;

.

Способы предотвращения дефектов древесины, вызванных сушкой

Древесина - неоднородный (анизотропный) материал с очень сложной физико-химической структурой. Его свойства сильно различаются в зависимости от породы древесины, ее влажности и анатомического направления, а внутри одной породы имеются различия в зависимости от места обитания, условий произрастания, расположения в стволе и т. д.

Свежесрубленная древесина содержит слишком много воды для немедленного использования.Поэтому сушить его нужно так, чтобы избавиться от воды, сохранив при этом неизменную структуру. Этот процесс должен осуществляться экономичным способом, т. е. в короткие сроки и при высокой температуре, без снижения качества древесины.Из-за изменения внешних условий изменяется и влажность древесины. В результате изменения влажности в пределах гигроскопической воды древесина изменяет свои размеры. Изменение размеров является результатом ее усадки или набухания, на что в основном влияет строение клеточной оболочки и микроскопическое строение древесины.Неравномерная сократимость отдельных компонентов анатомии древесины обуславливает анизотропию этих изменений. Десорбционные напряжения, возникающие при сушке древесины при длительном хранении сухой древесины, релаксируют, оставляя остаточные деформации, в результате чего в результате возобновившегося повышения влажности древесина проявляет меньшее набухание. Усадка древесины при высыхании не только уменьшает ее размеры и объем, но и изменяет ее форму.

Изменение формы пиломатериалов, полученных из разных точек поперечного сечения бревна, вследствие анизотропии усушки древесины.

Изменения формы поперечного сечения досок и бревен вызваны разницей усадки в тангенциальном и радиальном направлениях. Они также зависят от десорбционных напряжений, возникающих при высыхании древесины. Коробление, наблюдаемое в процессе сушки, представляет собой деформацию древесины под действием неравномерно распределенных и неуравновешенных десорбционных напряжений, а растрескивание - разрыв древесной ткани высыхающей древесины под действием растягивающих десорбционных напряжений.Она образуется в наиболее слабых местах, залегающих в ткани древесины, т. е. на границе ранней и поздней древесины двух соседних приростов или в сердцевинных лучах.

Явление набухания обусловлено мицеллярной структурой целлюлозной древесины, сродством целлюлозы и воды и смачивающими свойствами воды. Поглощенная вода проникает между мицеллами, являющимися мельчайшими структурными элементами целлюлозы, покрывает их поверхность водным слоем и заставляет их раздвигаться.Эффект набухания ограничивается гигроскопическим диапазоном, т.е. диапазоном влажности от безводной (0% влажности) до граничной влажности мембран (30% влажности), при которой древесина достигает максимальных размеров.

Усадка древесины – это уменьшение размеров по мере высыхания древесины (десорбция) в гигроскопическом диапазоне. На практике предполагается, что набухание и усадка по своей величине обратимы. В действительности кривые набухания не совпадают.Обе кривые сходятся вокруг точки высыхания и точки отсечки влажности пленки, создавая замкнутую петлю гистерезиса. При влажности близкой к 15 % расхождение кривых десорбции и сорбции составляет 2 - 3 % влажности древесины.

Процесс адсорбции и десорбции паров воды для древесины ели при температуре воздуха 25°С

За гистерезисом влажности следует гистерезис набухания и усадки древесины, при этом кривая усадки находится выше кривой набухания.

Усадка и набухание древесины имеют разные значения, т.е. анизотропию, в зависимости от анатомического направления. Наименьшее значение показывают линейные изменения в направлении, параллельном ходу волокон, промежуточные значения изменения - в радиальном направлении, а наибольшее - в тангенциальном направлении.

Предельное содержание влаги в мембране эквивалентно верхнему пределу насыщения клеточных стенок. Это влажность, при которой все поры клеточной мембраны заполнены водой. Состояние такого типа называется «точкой насыщения волокон» (см.n.w.) В литературе встречаются и другие термины, такие как «граничная влажность мембраны» или «состояние насыщения волокон». Граничная влажность мембран эквивалентна гигроскопическому равновесию древесины при относительной влажности воздуха 100 % (насыщенный пар). При такой влажности механические свойства древесины снижаются до минимума, а набухание и электропроводность находятся на самом высоком уровне.Над упомянутым выше сорбция прекращается. Древесина не может поглощать водяной пар из воздуха, но может поглощать жидкую воду из окружающей среды, которая в виде свободной воды заполняет пористую структуру древесины.

Для получения оптимальных свойств, таких как снижение веса, повышение механических свойств, повышение долговечности и устойчивости древесины к биотическим и абиотическим факторам, улучшение качества обработки - древесину подвергают процессу сушки.

Механизм сушки заключается в том, что влага в древесине в виде жидкости или пара перемещается из внутренних слоев на поверхность древесины.После этого влага стекает с поверхности и тем самым удаляется из древесины Удаление влаги с поверхности древесины происходит относительно быстро. С другой стороны, процесс движения влаги внутри древесины — более сложный процесс, он протекает значительно медленнее и поэтому определяет скорость процесса сушки.

Направление движения влаги в древесине зависит от градиента влажности и температуры. Движение влаги происходит от слоев с более высокой температурой к слоям с более низкой температурой, а при одинаковой температуре всех слоев элемента движение влаги происходит в направлении от слоев с большей влажностью к слоям с меньшей влажностью.Зависимость между влиянием градиента температуры и градиента влажности на скорость перемещения влаги следующая: - перепаду температур в 1°С соответствует перепаду влажности в 1,85 %.

Из-за часто очень высокой стоимости древесного материала, подлежащего сушке, и стоимости этой обработки процесс сушки необходимо рассматривать неразрывно в контексте качества сушки.

Большое влияние на качество сушки оказывает знание механизма образования и развития десорбционного напряжения (также называемого усыханием) древесины.

В результате анализа развития десорбционных напряжений в высушенной древесине вследствие изменения распределения влаги по поперечному сечению пиломатериала период надлежащей сушки (период между предварительной обработкой и балансировкой) разделен на четыре фазы. Эти фазы отделены друг от друга тремя характерными моментами при развитии напряжений, которые означают соответственно:

- появление напряжений - t1

- максимальное значение напряжения - t2

- затухание напряжения -t3

Диаграмма десорбционных напряжений подповерхностных слоев пиломатериалов вследствие изменения распределения влаги по сечению в течение фактического периода сушки:

SNW - уровень насыщения волокна

Вт - эквивалентно

с - толщина бруса

Этап I

в предположении, что в момент начала процесса сушки влажность древесины по всему сечению выше насыщения волокон, в этой фазе происходит испарение свободной воды из приповерхностных слоев древесины, а при момент ее завершения t1, влажность этих слоев равна SNW.

Этап II

, влажность приповерхностных слоев падает ниже SNW, поэтому эти слои пытаются сжиматься, чему, однако, противостоят внутренние слои, влажность которых даже намного выше, чем SNW. При этом подповерхностные слои переходят в состояние растяжения, что приводит к возникновению сжимающих напряжений во внутренних слоях. Величина напряжений в древесине в этой фазе постоянно увеличивается с уменьшением влажности в приповерхностных слоях ниже ССЗ.Увеличение напряжения прекращается в момент времени t2, когда самые внутренние слои поперечного сечения достигают SNW. Значение напряжения в момент времени t2 достигает своего максимума. Кривая на рисунке показывает распределение напряжений во внешних слоях, тогда как распределение напряжений во внутренних слоях можно проиллюстрировать такой же симметричной кривой относительно оси времени.

Этап III

, в момент времени t2 создаются условия, обеспечивающие быструю усадку средних слоев древесины. Влажность этих слоев уменьшается с момента времени t2 ниже SNW, при этом эти слои находятся в сжатом состоянии, что существенно поддерживает их усадку.Наблюдаем снижение величины напряжений в древесине, и в момент времени t3, когда усадочные внутренние слои достигают линейного размера, равного размеру подповерхностных слоев, происходит полное затухание напряжений.

Этап IV

, влажность приповерхностных слоев в момент времени t3 находится в гигроскопическом равновесии с окружающей средой, тогда как внутренние слои демонстрируют явно более высокую влажность. Вследствие этого внутренние слои, влажность которых продолжает снижаться с t3, встречают сопротивление уже не сжимающихся подповерхностных слоев.Поэтому с этого момента они переходят в состояние растяжения и вызывают одновременно в приповерхностных слоях противоположные сжимающие напряжения.

• Фаза II собственно периода сушки является наиболее сложной фазой во всем процессе До t2 максимальных растягивающих напряжений подповерхностных слоев пиломатериалов значения параметров сушильного воздуха должны обеспечивать очень щадящую сушку древесины и интенсификация процесса сушки в этой фазе недопустима
• Когда напряжение в древесине (t3) исчезает, возникают условия, при которых интенсификация процесса сушки не только целесообразна, но и необходима
• Перед тем, как интенсифицировать процесс сушки, древесину в сушилке необходимо пропарить. 90 113

  Требования к качеству сушки, т.е.обеспечение в определенных пределах конечной влажности при сохранении максимальных градиентов влажности, постоянно увеличивающихся. в то же время отсутствуют единые критерии оценки этих требований.

  В связи с недостаточно определенными и по-разному истолковываемыми в различных странах терминами, такими как, например, погрузка сухой влажностью, воздушной сухостью и т. д., иногда возникают серьезные споры, что, учитывая высокую стоимость древесины, означает, что их измеряемая величина обычно значительный.

  В 1989 г.в Швеции принят проект стандарта СС 23 27 40 "Изделия из дерева - пиломатериалы и пиломатериалы строганые хвойных пород - влажность древесины"

  Классы влажности по скандинавскому стандарту SS 23 27 40

  90 132 90 133 90 134 90 134 90 134 90 134 90 138 90 139 90 140 90 141 90 142 Класс влажности 90 143 90 144 90 141 90 142 Толщина 90 143 90 142 мм 90 143 90 144 90 141 90 142 Влажность древесины 90 143 90 142% 90 143 90 144