СВОЙСТВА РАННЕЙ И ПОЗДНЕЙ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
Дзыга Н. В. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
Is established, that the early timber is better, than late hydrates also water vapour. The intensity of carry of bound water in early timber is higher. Is demonstrated, that density of late timber exceeds 1000 kg/m3.
В процессе сушки пиломатериалов вода перемещается через годичные слои древесины. Интенсивность ее переноса зависит от свойств ранней и поздней древесины и их соотношения в годичном слое. Данные по свойствам ранней и поздней древесины, характеризующие перенос воды, имеют противоречия.
Е.В. Харук [1] при исследованиях влагопоглощения древесиной сделан вывод, что поздняя древесина годичного слоя сосны и ели более проницаема и лучше поглощает влагу, чем ранняя, а для древесины пихты эти различия выражены слабо.
Известно, что перенос связанной воды поперек волокон древесины лимитируется ее переносом через клеточные стенки вертикальных трахеид. По гипотезе Б.С. Чудинова [2], движение связанной воды происходит под действием расклинивающего давления, обусловленного градиентом толщины пленок адсорбционной воды по длине непостоянных капилляров в клеточных стенках.
Мы считаем, что перенос воды по указанному механизму, при прочих равных условиях, через стенки ранних трахеид более интенсивен. Длина непостоянных капилляров в них меньше, чем в стенках поздних трахеид, и, следовательно, градиент толщины пленки воды по длине капилляра больше.
В исследованиях [1] не установлены закономерности процесса влагопоглощения, так как первые взвешивания образцов проводились через сутки с начала опытов, и древесина практически достигла равновесной влажности.
Существенное влияние на перенос воды оказывает плотность древесины. В учебной и справочной литературе [3, 4] приведены среднестатистические данные по плотности древесины лиственницы в абсолютно сухом состоянии (635 кг/м3) и по объемной доле поздней древесины (30 %). Здесь же приведены данные по плотности ранней (383 кг/м3) и поздней (863 кг/м3) древесины лиственницы в абсолютно сухом состоянии, полученные В.Е. Вихровым [5]. При указанных данных расчетная плотность лиственницы составляет 527 кг/м3.
Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии может быть определена расчетом при известной пористости и плотности древесного вещества. Пористость древесины с некоторыми допущениями [2] может быть определена отношением площади полости клетки к общей площади клетки ее поперечного сечения. По данным измерений В.Е. Вихрова [5], эти площади для поздней древесины лиственницы составляют 142,9 мкм2 и 594,6 мкм2. Тогда при плотности древесного вещества 1530 кг/м3 плотность абсолютно сухой поздней древесины должна составлять 1146 кг/м3.
Нами проведены несложные опыты, в которых пластинки из поздней древесины размерами около 0,5´5´15 мм, высушенные до абсолютно сухого состояния, погружались в воду. Все 50 пластинок, изготовленных из разных досок, сразу же тонули, что свидетельствует о том, что плотность поздней древесины лиственницы более 1000 кг/м3.
Нами разработаны методики и проведены исследования влаго- и водопоглощения, а также сушки ранней и поздней древесины лиственницы.
Методика экспериментальных исследований предусматривала изготовление парных образцов из ранней и поздней древесины близких годичных слоев. Для увеличения точности взвешиваний опытный образец состоял из 3 пластинок одной зоны годичного слоя. Пластинки скреплялись между собой тонкой медной проволокой на расстоянии 5 - 8 мм друг от друга. Размеры пластинок: толщина - 0,5 – 0,6 мм, ширина - 15 мм, длина - 40 мм. Пластинки изготавливались таким образом, чтобы их линейные размеры в парных образцах были одинаковыми. Масса проволоки и образцов определялась с точностью до 0,0005 г.
Образцы погружались в дистиллированную воду на 10 минут, чтобы при набухании древесины восстановилась форма поврежденных клеток.
При исследованиях влагопоглощения сухие образцы подвешивались в герметичные емкости над дистиллированной водой. Все емкости имели одинаковый объем и уровень воды и выдерживались в помещении лаборатории. Для определения параметров воздуха использовалась дополнительная емкость с психрометрическим блоком.
Для исследования водопоглощения образцы погружались в дистиллированную воду.
Первые взвешивания образцов проводились через каждые 10 – 15 минут в течение первого часа, последующие – через 30 минут, 1 час, 2 часа и т.д.
 |
 |
ранняя древесина; поздняя древесина.
Рисунок 1 - Кривые влагопоглощения ранней и поздней древесиной
При отработке методик проводились дублированные опыты, и оценивалась точность и достоверность полученных результатов. Расхождение результатов основных и дублированных опытов не превысило 1%.
Для исследований было изготовлено 22 пары образцов ранней и поздней древесины лиственницы из различных досок. Температура воздуха при проведении опытов составляла 21±1 °С.
На рисунке 1а приведены кривые влагопоглощения ранней и поздней древесиной лиственницы. Через 2 часа с начала влагопоглощения средняя влажность ранней древесины составила 11,4 %, а поздней – 5,8 %. Через 6 часов влажность ранней древесины составила 15,5 %, а поздней – 11 %. В этих опытах древесина предварительно высушивалась до абсолютно сухого состояния. На результаты исследований могло повлиять время, необходимое для формирования мономолекулярного слоя адсорбционной воды в непостоянных капиллярах клеточных стенок. Поэтому нами проведены дополнительные опыты с начальной влажностью древесины около 7 %. Результаты одного из опытов приведены на рисунке 1б. Интенсивность влагопоглощения ранней древесиной в этих опытах также выше, чем поздней.
Исследования водопоглощения проводились на тех же образцах, высушенных до абсолютно сухого состояния. Перед каждым взвешиванием поверхность образцов осушалась фильтровальной бумагой. Результаты одного опыта приведены на рис.2.
 |
Рисунок 2 – Кривые водопоглощения древесиной лиственницы
Результаты опытов показали, что за первый час влажность ранней древесины достигает 70 - 85 %, а поздней - около 30 %. Затем интенсивность водопоглощения падает. Максимальное водонасыщение ранней древесины составило 250 - 300 % за 280 часов, а поздней - 40 - 60 % за 160 часов.
После влаго- и водопоглощения образцы высушивались в помещении лаборатории при степени насыщенности воздуха - от 0,40 до 0,42. При сушке образцов после влагопоглощения наиболее интенсивное удаление влаги происходит из ранней древесины. Продолжительность сушки образцов ранней древесины составила около 3 часов, а поздней – более 6 часов. На рисунке 3 приведены кривые сушки ранней и поздней древесины.
Интенсивность удаления влаги из водонасыщенной ранней древесины выше, но продолжительность сушки больше по сравнению с поздней древесиной. Влажность ранней древесины снижается до 8,5 % за 3 часа, при этом в течение 1,5 часов наблюдается период постоянной скорости сушки. Удаление влаги из поздней древесины происходит с падающей скоростью сушки. Ее влажность за 3 часа снижается до 8 %.
При проведении исследований определялись линейные размеры пластинок ранней и поздней древесины. Плотность поздней древесины в абсолютно сухом состоянии составила от 1150 до 1250 кг/м3, а ранней - от 290 до 330 кг/м3.
Рисунок 3 – Кривые сушки ранней и поздней древесины
Следует отметить, что используемый метод определения плотности древесины не отличается высокой точностью. При определении максимальной влажности также имеются неточности, вызванные уменьшением содержания экстрактивных веществ в древесине во время опыта.
Установлено, что равновесная влажность ранней древесины лиственницы выше чем поздней. Это вполне закономерно, так как удельная поверхность полостей клеток в ней больше, и, соответственно, больше капиллярно-конденсационной воды на единицу массы древесины.
Результаты исследований сорбции, водопоглощения и сушки образцов ранней и поздней древесины показали, что интенсивность переноса связанной воды в ранней древесине происходит интенсивнее более чем в 1,5 раза. Водопоглощение ранней древесиной происходит медленнее, так как переносу свободной воды препятствует воздух, содержание которого в ранней древесине на порядок больше чем в поздней, и перенос влаги лимитируется скоростью его растворения и диффузии в воде.
Проведенные исследования подтвердили нашу гипотезу, что интенсивность переноса связанной влаги в ранней древесине выше, чем в поздней.
Библиографический список
1. Харук Е.В. Проницаемость древесины газами и жидкостями. - Новосибирск: Наука. – 1976. –190 с.
2. Чудинов Б.С. Вода в древесине. - Новосибирск: Наука. – 1984. – 267 с.
3. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. – М.: Лесн. пром-сть. – 1975. – 384 с.
4. Боровиков А.М., Уголев Б.Н. Справочник по древесине. – М.: Лесн. пром-сть, 1989. –296 с.
5. Вихров В.Е. Строение и физико-механические свойства ранней и поздней древесины сибирской лиственницы//Науч.тр./Ин-т леса АН СССР. – 1949. – Т. IV. – С. 174 – 194.