ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ОСИНЫ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
Цыбулько И.С., Ермолин В.Н., Елисеев С.Г., Васильев В.А.
(СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
The results of researches of gas permeability of sap and ripe aspen wood. We have obtained that the gas permeability in the tangential direction higher than in the radial.
Известен целый ряд технологий направленных на улучшение свойств древесины основанных на пропитке различными жидкостями (антисептики, антипирены, красители, полимеры и т. д.). Это позволяет существенно увеличить ее огне -, биостойкость, прочность, декоративность и т. д. Но высокие результаты достигаются только в случае глубокого или даже сквозного проникновения пропиточной жидкости вглубь древесины. Современные способы пропитки такое проникновение пропиточной жидкости обеспечить могут не всегда. В первую очередь это касается пропитки спелой древесины, настоящего и ложного ядра. Такая древесина, как показывает опыт, практически не пропитывается, а она составляет основной объем ствола. Это является главной причиной того, что технологии, основанные на пропитке древесины, не находят широкого распространения.
Величина газопроницаемости является критерием, по которому можно прогнозировать способность древесины к пропитке. Применительно к реальным сортиментам наибольший интерес представляет проницаемость поперек волокон, так как именно она определяет качество пропитки. Поэтому этот показатель достаточно широко изучался. Наиболее обстоятельно исследовалась газопроницаемость древесины хвойных пород [1, 3, 8]. Было отмечено, что проницаемость, в радиальном направлении, в несколько раз выше, чем в тангенциальном. Причиной такого различия проницаемости, как показали исследования [3], является то, что перенос газов и жидкости в радиальном направлении происходит по лучевым трахеидам. Подобные различия в проницаемости были отмечены при исследовании древесины лиственных пород [1, 4, 7]. В приведенных выше работах указывается, что проницаемость в радиальном направлении выше, чем в тангенциальном. Причины различий авторами исследований не выявлены.
Осина является перспективной для деревообработки породой в сибирском регионе. Поскольку ее запасы (в отличие от хвойных) постоянно увеличиваются, и что особенно важно в районах с уже существующей транспортной инфраструктурой. Проведенные [2] исследования указывают на высокую внутривидовую изменчивость осины, влияющую на свойства древесины, что предопределяет необходимость всестороннего изучения данной породы и в частности ее проницаемости.
Как показали наши исследования, при автоклавной пропитки осины пропиточная жидкость за одно и тоже время в тангенциальном направлении проникает в 5,5 раз глубже, чем в радиальном [6]. При этом величина поглощения пропиточной жидкости отличалась, но не так существенно. Так же было отмечено, что спелая древесина не пропитывается (рисунок 1). Как видно из рисунка заболонь пропиталась насквозь, а спелая древесина на глубину не более 1 мм.
|
Спелая древесина
Рисунок 1 – Проникновение пропиточной жидкости в древесину осины (давление – 0,4 МПа, время – 180 мин.)
Для изучения газопроницаемости осины были проведены специальные исследования. Они проводились по стандартной методике регламентированной ГОСТ 16483.34-77. Отличительной особенностью проведенных исследований являлось то, что образцы для испытаний изготавливались не стандартной формы, а в виде прямоугольников размерами 55×35×15 и зажимались в стальной струбцине с резиновыми прокладками. Боковые поверхности осиновых образцов изолировались нанесением двух слоев краски ПФ-115 М и двух слоев силиконового герметика MAKROFLEX.
Это делалось для исключения переноса газа вдоль волокон. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема установки для определения газопроницаемости древесины
1 – компрессор; 2 – манометр; 3 – вентиль; 4 – струбцина с зажатым образцом древесины; 5 – измерительная трубка; 6 – уравнительная склянка
Газопроницаемость определялась в радиальном и тангенциальном направлении у заболони и спелой древесины. Влажность образцов составляла 12 %. Испытания проводились при давлении 0,4 МПа. Результаты исследований газопроницаемости приведены в таблице 1.
Таблица 1- Газопроницаемость древесины осины
|
Направление |
Количество образцов, шт. |
Коэффициент газопроницаемости, м3/с·МПа·10-6 |
|
Заболонь |
||
|
Радиальное |
10 |
0,9476 |
|
Тангенциальное |
10 |
2,4621 |
|
Спелая древесина |
||
|
Радиальное |
10 |
0,0023 |
|
Тангенциальное |
10 |
0,0220 |
Как следует из полученных результатов, газопроницаемость заболони древесины осины в тангенциальном направлении в 2,5 раза выше, чем в радиальном. Это принципиально отличает данную породу от хвойных и других лиственных. Причиной различия является то, что перенос в основном происходит по волоконам либриформа расположенным на внешней границе годичного слоя. Данные клетки сообщаются между собой через поры на радиальных стенках [6]. Как показывают проведенные исследования, волокно либриформа на границе годичного слоя существенно отличается по своему строению от либриформа располагающегося в центральной части годичного слоя. В частности по размеру и форме пор. В месте контакта клеток границы годичного слоя с сердцевинными лучами так же имеются крупные простые поры. Это предопределяет возможность перераспределения пропиточной жидкости в сердцевинные лучи и соответственно перенос в радиальном направлении.
Газопроницаемость спелой древесины осины в сотни раз меньше, чем у заболони (таблица 1). При этом проницаемость как и у заболони выше в тангенциальном направлении. Можно уверенно говорить, что такое резкое снижение проницаемости при переходе заболони в спелую древесину обусловлено изменениями, происходящими в клетках по которым происходит перенос жидкости и газов - волокна либриформа внешней границе годичного слоя. Как показывают микроскопические исследования форма и размер полостей клеток существенно не различаются. По всей вероятности изменения происходят в мембранах пор через, которые происходит сообщения между клетками в тангенциальном направлении.
Выводы
1. Газопроницаемость заболони и спелой древесины осины, в отличии от других пород, в тангенциальном направлении выше, чем в радиальном.
2. Проницаемость спелой древесины осины на два порядка меньше, чем заболони.
Литература
2. Елисеев, С. Г. Технические и эксплуатационные свойства древесины морфологических форм осины: Дис. … канд. техн. наук. - Красноярск: СибГТУ, 2010. - 119 с.
4. Иванов Ю. М. Баженов В. А. Исследование физических свойств древесины. М., 1959. - 76с.
7. Оснач Н.А. Проницаемость и проводимость древесины. - М., 1964. - 128 с.
8. Харук, Е.В. Проницаемость древесины газами и жидкостями. - Новосибирск: Наука, 1976. – 190 с.
9. Яценко - Хмелевский А.А. Основы и методы анатомического исследования древесины. -М., 1954. - 85с.