Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЕЕ СУШКИ

Макартичян С В, Шилин А Н, Стрижиченко А В,

1.1. Микроскопическое строение древесины

Древесина состоит из разнообразных растительных клеток преимущественно удлиненной формы. В древесине хвойных пород основным типом клеток являются трахеиды, а лиственных пород – волокна либриформа и сосуды. Кроме того, имеются клетки сердцевинных лучей и в небольшом количестве клетки древесной паренхимы.

Полости клеток, соединенные между собой порами, образуют в древесине микрокапиллярную систему, которая хорошо проницаема для жидкостей и газов в направлении вдоль волокон и значительно меньше – поперек волокон.

Стенки клеток имеют волокнистое строение. Они формируются из отдельных волоконец – микрофибрилл, ориентированных вдоль оси клетки или под небольшим углом к ней. Микрофибриллы состоят из переплетённых между собой цепных молекул целлюлозы. Между микрофибриллами размещаются другие органические вещества – гемицеллюлозы и лигнин, а также имеются свободные сообщающиеся пространства, заполненные воздухом и влагой, количество которой непостоянно. Следовательно, в стенках клеток имеется своя капиллярная система, однако более тонкая, чем макрокапиллярная. Микроскопическое строение древесины сосны показано на рис. 1.1.

Влага в древесине может находиться как в полостях клеток, заполняя макрокапиллярную систему, так и в их стенках. Влагу, находящуюся в полостях клеток и в пространствах между клетками, называют свободной, а в клеточных стенках – связанной.

Содержание связанной влаги в древесине ограничено. Состояние, при котором стенки клеток имеют максимальную влажность при соприкосновении их с жидкой влагой, называется пределом их насыщения. Влажность предела насыщения практически не зависит от породы.

Рис. 1.1. Схема микроскопического строения древесины сосны: 1 – годичный слой; 2 – сердцевинные лучи; 3 – вертикальный смоляной ход; 4 – ранние трахеиды; 5 – поздние трахеиды; 6 – окаймленные поры; 7 – сердцевинный луч с горизонтальным смоляным ходом

Древесина относится к гигроскопическим материалам, т.е. таким, которые обладают свойством изменять свою влажность с изменением состояния окружающей их среды.

Если древесину длительное время выдерживать в воздухе неизменного состояния, то её влажность будет стремиться к определённой величине, которая называется устойчивой влажностью. Устойчивую влажность древесина может достигнуть, либо поглощая влагу из воздуха (сорбция), либо отдавая её в воздух (десорбция).

Влагу из воздуха могут поглощать только клеточные стенки. Появление свободной влаги при этом невозможно, даже если воздух будет насыщен водяным паром. Максимальная устойчивая влажность, которую приобретает древесина при длительной выдержке в воздухе, насыщенном влагой, называется влажностью предела гигроскопичности Wпг, или точкой насыщения волокон. Эта величина может быть рассчитана по следующей формуле [20]:

(1.1)

где t – температура древесины, °С.

При комнатной температуре влажность предела гигроскопичности составляет около 30 %.

Устойчивая влажность древесины зависит только от температуры t и степени насыщения φ воздуха.

Процессы сорбции и десорбции не вполне обратимы. При одинаковом состоянии воздуха устойчивая влажность при сорбции Wус меньше, чем устойчивая влажность при десорбции Wуд. Разность между ними называется показателем гистерезиса сорбции. Его величина зависит в основном от размеров древесного образца. Древесные сортименты крупных сечений – бруски, доски, заготовки – имеют показатель гистерезиса, равный в среднем 2,5 %.

Например, если два отрезка доски – один влажностью около 30 %, а другой в абсолютно сухом состоянии – выдерживать в воздушной среде с t = 20 °С и φ = 40 %, то через некоторое время масса образцов изменится: у первого уменьшится в результате десорбции, а у второго увеличится в результате сорбции. После достаточно длительной выдержки масса образцов изменяться не будет. Это означает, что первый образец приобрёл устойчивую влажность при десорбции, её величина равна 9–9,5 %, а второй образец – устойчивую влажность при сорбции, которая составляет 6–7,5 %. Древесные опилки с аналогичными исходными данными при выдержке в тех же условиях приобретут влажность около 8 %.

Устойчивую влажность измельчённой древесины, практически одинаковую при сорбции и десорбции, называют равновесной влажностью. При расчётах её величину определяют по диаграмме равновесной влажности, разработанной профессором П.С. Серговским [84]. Она построена в координатах температура – степень насыщения воздуха воздуха с линиями постоянного значения равновесной влажности древесины Wр = const.

С помощью этой диаграммы достаточно просто определяется устойчивая влажность при сорбции и десорбции древесных сортиментов промышленных сечений. Если древесины не подвергалась воздействию температуры выше 50 °С, то:

(1.2)

Для древесины, которая испытывала действие температуры выше 50 °С, например, прошедшей камерную сушку, следует пользоваться другими выражениями:

(1.3)