СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ КАК ОБЪЕКТА СУШКИ

Равновесная влажность древесины

Влага свободная и гигроскопическая. Основным свойством высушиваемой древесины является ее гигроскопичность — способность в полусухом состоянии увлажняться во влажном воздухе, поглощая из него влагу, и отдавать влагу в сухой воздух, т. е. дополнительно высыхать. Таким свойством обладают многие вещества, например поваренная соль, в открытом виде набухающая во влажную погоду, сухие растения, хлебные сухари, высушенные овощи, фрукты, недубленая кожа и т. п., находящиеся в гигроскопическом (полусухом) состоянии.

Влагу в древесине различают свободную (влага выше 30%), находящуюся в полостях клеток и в капиллярах, испаряющуюся при сушке в первую очередь, и влагу гигроскопическую или связанную (молекулярными силами). Связанная влага находится в стенках клеток, между мицеллами, т. е. невидимыми в микроскоп молекулярными цепочками.

Количество гигроскопической влаги в древесине при ее сушке составляет от 30% до нуля влажности. Граничное значение (30%) между этими разными видами влаги называется пределом гигроскопичности и обозначается w_пг При нагревании древесины величина шпг заметно снижается (до 20% при 100 °С), т. е. часть гигроскопической влаги превращается в свободну. Наоборот, при охлаждении нагретой влажной древесины количество гигроскопической влаги увеличивается до 30 % за счет свободной.

Дополнительная, дифференциальная, теплота набухания. Для испарения 1 кг связанной влаги требуется затратить тепла больше, чем для испарения 1 кг свободной влаги (воды). Теплота, необходимая для отрыва молекул влаги от вещества древесины, возрастает с уменьшением влажности по логарифмической зависимости. При температуре 50 °С теплота набухания (на 1 кг влаги) в зависимости от влажности следующая.

Следовательно, в диапазоне низкой влажности древесины (например, на поверхности высушиваемых досок она составляет 1...2%, при сушке древесных частиц в производстве стружечных плит до 1 % влажности и т. п.) необходимо дополнительно затратить примерно 1/3 тепла, расходуемого на испарение свободной влаги (около 2500 кДж/кг).

Понятие о равновесной влажности древесины. В комнатных условиях можно провести следующий опыт. На чашку технических весов положить рыхлый пучок влажной древесной стружки (от фуганка), уравновесив ее гирьками, а на чашку других весов очень сухую стружку. Периодическим взвешиванием обеих проб будет установлено, что сырая древесина заметно высыхает (рис. 17, а, кривая 1, десорбция - сушка) до постоянной (устойчивой) массы, а очень сухая — постепенно увлажнится (кривая 2, сорбция — поглощение влаги) до своей постоянной массы.

Аналогичный опыт можно провести в комнате с более сухим воздухом. При этом будут получены такие же кривые: десорбции 4 и сорбции 5. В обоих опытах в правой части графика, т. е. с течением времени, эти линии превращаются в горизонтали. Промежуточные прямые 3 и 6 будут показывать равновесную влажность древесины во влажном 3 и в сухом 6 воздухе. При этом температура древесины будет равна постоянной температуре окружаюшего ее воздуха.

Расстояние 7 между двумя параллельными прямыми в правой части рис. 17, а показывает гистерезис сорбции — десорбции, т. е. разность устойчивых влажностей, получаемых при сушке и увлажнении древесины. Следовательно, процессы сушки и увлажнения образца древесины не вполне обратимы. Для нетолстых сортиментов в деревообработке величина этого гистерезиса невелика (менее 1 % влажности), и ею на практике пренебрегают.

Состояние равновесной влажности древесины возникает не с самим воздухом, а с находящимся в нем паром (t и р_п или t и и др.); воздух может быть заменен другим газом или может отсутствовать. В результате длительного выдерживания древесины в нагретом состоянии (выше 80 °С) ее равновесная влажность снижается. Она меньше у смолистой и очень плотной древесины, но мало зависит от древесной породы, возраста, частей ствола дерева и т. п.

Диаграммы равновесной влажности древесины. Известно несколько диаграмм равновесной влажности w_p древесины. Применительно к управлению и контролю процесса сушки пиломатериалов в производственных условиях желательно иметь диаграмму, на которой w_p отсчитывалась бы непосредственно по показанию психрометра без потребности в каких-либо дополнительных диаграммах или таблицах параметров воздуха. Такая диаграмма показана на рис. 18, а. На оси ординат нанесена температура t воздуха, а на оси абсцисс — искомая равновесная влажность древесины w_p. Кривые линии обозначают психрометрическую разность t. Тонкие линии, близкие к вертикалям, показывают насыщенность пара в воздухе.

Преимущество диаграммы по сравнению с существующими в том, что достигается более простой метод определения w_р - непосредственно по замеренным в камере параметрам воздуха t и t (находится на диаграмме точка А и затем на оси абсцисс отсчитывается w_p). Кроме того, получается повышенная точность отсчета w_p при малых значениях t. Это существенно при сушке растрескивающихся материалов в первой стадии процесса, когда рекомендуется применять лабораторные термометры с точностью деления шкалы 0,1°. Возможно определение по этой же диаграмме значений ; удобно выбирать по ней параметры влаготеплообработки (на вертикалях при заданной w_p=const); также можно надежно пользоваться областью с температурами 100...125 °С, необходимыми для анализа процесса сушки частиц древесины в производстве ДСтП.

На рис. 18,б приведена ранее предложенная диаграмма для определения w_p с осями координат t и t. Она дает наглядное представление об изменениях w_p при контролируемых в сушильных установках параметрах воздуха t и t. Эта диаграмма уже нашла широкое производственное применение. На оси абсцисс здесь отложен потенциал сушки — основной режимный параметр. Она удобна для практического использования, особенно при больших значениях t воздуха, т. е. малых величинах w_p, не нуждается также в дополнительных психрометрических таблицах. Таким образом, координаты первой диаграммы w_p отображают параметры древесины, а второй — воздуха.

Рис. 18.б

Особенности параметра равновесная влажность древесины. Отмечается актуальность учета параметра w_p в лесосушильной технологии и технике с применением новых диаграмм w_p (статика сушки). Параметр w_p, характеризующий степень гигроскопичности древесины (30 -w_p), оказывает решающее влияние на эффективность работы специалистов в следующих производственных условиях:

• при оценке качества сушки древесины по конечной ее влажности применительно к метеорологическим условиям последующей эксплуатации изделий;
• при установлении расхода тепла на высушивание древесины с пониженной конечной влажностью, когда требуется значительный дополнительный расход тепла на отрыв молекул воды от достаточно сухой древесины;
• при управлении сушильным процессом, в том числе на конечной его ступени;
• при исследованиях усушки и усадки древесины;
• при изучении проблемы снижения самой гигроскопичности древесины и в других процессах.

Изучение этого базисного параметра существенно для лесотехнолога так же, как и ознакомление с термодинамикой сушки (процессы на Id-диаграмме) и реологией сушки (развитие остаточных деформаций в высушиваемой древесине).

Пример. Отсчитано по сухому термометру 60 °С, а по мокрому 50 °С, т. е. t=10°, требуется найти равновесную влажность. От цифры 60 (см. рис. 18, а) на оси ординат перемещаются по горизонтали до кривой t—10° (точка A), затем, опускаясь по вертикали вниз, находят на оси абсцисс искомую равновесную влажность древесины 9 %. На пунктирной линии, проходящей через точку A, одновременно находят = 0,6. Тот же результат будет получен для точки А на рис. 18, б.

Расчетные формулы. При отсутствии диаграммы равновесную влажность цревесины в диапазонах ее влажностей 5... 25 % и температур 40... 80°С можно определить по приближенной формуле

где t— разность температур по психрометру.

Так, при разности температур по психрометру t=40-31=9 °С по этой формуле будет w_p=115/13=8,8 %.

Для условий атмосферной сушкн пиломатериала при температуре 15...25°С может быть использована приближенная формула

Например, при t=3° w_p=90/6=15 %.

Для деталей домостроения, мебели, музыкальных инструментов и т. п. равновесная влажность древесины в готовых изделиях при комнатной температуре наступает лишь через несколько месяцев их эксплуатации. При этом в зимнее время воздух в жилых помещениях с центральным отоплением будет более сухим, поэтому равновесная влажность древесины будет ниже, чем в летнее время.

§ Упругие и пластические деформации древесины

Упругие и остаточные деформации. Как материал растительного происхождения, древесина обладает одновременно двумя существенными физическими свойствами — упругостью (аналогично стальной пружине) и пластичностью (остаточной податливостью), как это наблюдается при деформировании медной или свинцовой ленты или проволоки.

Упругие свойства проявляются больше в сухой, а пластические - во влажной и особенно в нагретой древесине. Именно поэтому при гнутье используют влажную нагретую древесину, а после изгиба ее высушивают, стабильно фиксируют ее изогнутое состояние.

Во время сушки древесины эти свойства проявляются в поперечном к длине волокон направлении, т. е. по ширине доски. Например, при ее ребровом раскрое или разделке на тонкие дощечки они могут коробиться желобом как в момент раскроя, так и при последующей выдержке. По этой же причине различно деформируются недостаточно просушенные заготовки в момент строгания, фрезерования, нарезки шипов и т. п.

Нетрудно провести мысленно или реально опыт, наглядно иллюстрирующий проявление упругих и остаточных деформаций древесины в связи с сушкой в первой и во второй стадии этого процесса.

Первая стадия сушки. Отступя 0,3.. .0,4 м от торца сырой доски, отрезают образец длиною 1,5. ..2 см по длине волокон и раскалывают на две полоски (рис. 19,а). Затем скрепляют вместе их концы и медленно, осторожно вставляют с усилием между ними клин (рис. 19,6), моделируя растяжение поверхностной зоны при сушке материала. В результате приложения сил полоски изогнутся, т. е. в них возникнут напряжения и деформации, снаружи растягивающие (знак +), а внутри сжимающие (знак -). При больших растягивающих деформациях снаружи в полосках могут появиться трещины (рис. 19,в). Однако древесину можно не доводить до разрушения и высушить ее. В этом заключается реология первой стадии сушки досок (реология — наука об остаточном деформировании твердых тел).

В реальном процессе сушки пиломатериалов растягивающие напряжения в поверхностной зоне доски возникают из-за поперечной ее усушки, сокращения при еще неизменной, следовательно, распирающей средней ее зоне, которая еще не усыхала (вместо расклинивания в опыте). Здесь древесина будет сжата.

При подсушке образца (рис. 19, г) поверхностная растянутая его зона зафиксируется остаточно удлиненной, а внутренняя -упрессованной, и клин может самопроизвольно выпасть. Если в этом состоянии изогнутые полоски разрезать ленточной пилой на пластинки, они окажутся разной длины - в средине короче (древесина пластически упрессовалась), а снаружи длиннее (она остаточно растянулась), как это показано на рис. 19, д, хотя их влажность одинакова. Таким образом, упругие деформации (рис. 19,6) в процессе подсушки постепенно перешли в остаточные (рис. 19, г, д)7 фиксируя новое поперечное сечение доски. Такова реология первой стадии сушки, когда возникает опасность появления в материале наружных трещин.

Если, не разрезая двух изогнутых полосок (рис. 19, г) на пластинки, попытаться выпрямить их (рис. 19, е), то в наружной стороне каждой из них появятся сжимающие, а во внутренней -растягивающие упругие деформации. В случае приложения значительных усилий в зоне растяжений могут появиться внутренние трещины (рис. 19,ж).

Однако если сжатие (рис. 19, е) проводить постепенно, а древесину увлажнить и нагреть, внутренние трещины не появятся и высушенные в зажатом плоском состоянии полоски превратятся опять в прямые (рис. 19,а). Разрезая их на пластинки (рис. 19, и) можно установить, что их длина будет одинакова, как и до начала опыта (рис. 19,а), но несколько короче. Это значит, что во внутренней зоне обеих полосок проявилась остаточная деформация растяжения, а в наружных - сжатие, т. е. произошли процессы, противоположные ранне наблюдавшимся (рис. 19,г, д.). В этом заключается реологическая характеристика второй стадии сушки, когда существует опасность возникновения в толстых сортиментах, особенно из дуба и бука, внутренних трещин - раковин (в виде пустот). Это же характерно и для влаготеплообработки высушенных пиломатериалов.

Самопроизвольный процесс перехода упругих деформаций (напряжений) в остаточные (рис. 19,6 — рис. 19, г) называется релаксацией (т. е. спадание, уменьшение). Скорость релаксации напряжений, т. е. нарастания остаточных деформаций (за счет упругих), зависит от величины последних и вязкости древесины. Известно, что медленное гнутье древесины, в частности поперек волокон, приводит к меньшему излому (происходит дополнительная релаксация упругих деформаций во времени), чем быстрое.

§ Усушка и усадка древесины

Закономерности усушки. Начало усушки древесины соответствует началу удаления из клеточных стенок связанной влаги (ниже 30%). Таким образом, предел гигроскопичности является одновременно пределом усушки (и разбухания) древесины.

Усушка древесины неодинакова в трех главных направлениях ствола дерева. По длине волокон она наименьшая (около 0,1 %, т. е. 1 мм на 1 м длины при удалении из древесины всей влаги). Лишь креневой, низкокачественной, древесине свойственна большая продольная усушка — до 5%. Усушка по направлению любого радиуса ВР в сечении ствола (рис. 20, а) составляет 4,5.. .8 % а по направлению годовых слоев ВК, т. е. в тангенциальном направлении, перпендикулярном радиальному, усушка наибольшая — в пределах 8...12%.

Усушка древесины по объему примерно равна сумме всех трех усушек; она соответствует объему испарившейся из древесины связанной влаги. Так как древесина более плотных пород содержит в единице объема больше связанной влаги, она больше и усыхает. Поэтому древесина бука, клена, граба и т. д. усыхает больше, чем древесина пихты, тополя, ольхи. Как исключение, усушка древесины липы примерно соответствует усушке дуба.

Древесина липы имеет близкую по величине усушку в радиальном и тангентальном направлениях, вследствие чего ее предпочитают при изготовлении ответственных деталей и изделий, например моделей в литейном производстве.

Плотность древесины. Плотность показывает массу вещества в килограммах в единице объема (1 м³). Учитывают плотность древесины в абсолютно сухом ее состоянии ₀, кг/м³, и при влажности 12% (₁₂).

При расчете сушильных установок применяют не зависящую от усушки базисную плотность древесины _б, кг/м³, под которой подразумевается отношение минимальной массы древесины (в абсолютно сухом состоянии) М, кг, к ее объему V, м³ , при влажности выше 30%, когда объем будет максимальным и неизменяющимся,

С введением понятия базисной плотности упрощается расчет массы влаги М, удаляемой при сушке из 1 м³ древесины, несмотря на изменение ее фактического объема из-за усушки,

где w_н — начальная влажность древесины (до сушки); w_к - конечная ее влажность (после сушки).

Например, для сосны, базисная плотность которой по табл.3 = 400 кг/м³, при w_н =60% и w_к=10%, получим M = 400*(60-10)/100=200 кг/м³.

Коэффициент усушки. Для расчета величины усушки введено понятие коэффициент усушки К, характеризующий величину усушки в процентах, отнесенную к 1 % уменьшения в древесине количества связанной влаги. Процент усушки У по любому направлению вычисляется умножением известного коэффициента усушки (табл. 3) на величину уменьшения в процентах связанной влаги (т. е. в диапазоне от 30 % и ниже)

Таблица 3 Средние показатели плотности и влажностных характеристик древесины

Увеличить

Например, медленно высушиваемая тонкая сосновая доска шириной 100 мм тангентальной распиловки (рис. 20, а — слева) с начальной влажностью выше 30 % и конечной 7 % при К = 0,31 усохнет на величину У=0,31(30 — 7) =7,1 %, т. е: ширина доски после высушивания будет уже 100 — 7,1=92,9 мм.

Если начальная влажность древесины w ниже 30%, формула (28) примет вид

Графическая зависимость между влажностью и усушкой древесины для тонких, равномерно и медленно высыхающих образцов представлена в виде прямых АВ, KB и РВ на рис. 20,б. Это значит, что усушка пропорциональна уменьшению гигроскопической влажности — в зоне ниже точки В, а величина ее отсчитывается (параллельно оси абсцисс) от точки конечной влажности древесины на оси ординат.

Значения плотности и усушки древесины. Средние показатели плотности и влажностных характеристик древесины основных древесных пород СССР приведены в табл. 3; они получены на медленно высушиваемых малых образцах (2x2x3 см).

Древесные породы расположены в таблице по возрастанию их базисной плотности [см. формулу (26)], которая является существенным признаком для оценки сушильных свойств древесины. Во второй колонке приводятся нарастающие коэффициенты плотности древесины по отношению к плотности сосны; эта порода принята в виде «условного» материала для расчета сушильных процессов. Наглядны колонки 6—9, дающие численные значения усушки древесины и следуемую из них колонку 10 разности усушек, которая является параметром величины коробления древесины [из формулы А. В. Гадолина (29), отражающей величину коробления]. В колонке 11 приводятся ориентировочные коэффициенты для выявления ожидаемой продолжительности сушки, учитывающие основное свойство древесины -ее плотность.

Для древесины малой плотности (первые 9 пород в табл. 3) продолжительность сушки пропорциональна базисной плотности _б. Для древесины средней плотности (породы 10—15) эта зависимость определяется пятой степенью плотности. Например, если для сосны продолжительность сушки принять за 1, то для бука она составит

(здесь 10¹³ -
постоянная величина для средней плотности древесины).

Таким образом, если сосновые доски толщиной 50 мм просыхают за 5 сут, то для высушивания таких же, но буковых досок, потребуется 5*3,8= 19 сут.

Из рассмотрения колонки 11 следует, что березу по ее сушильным свойствам следует отнести к древесным породам малой плотности. Продолжительность сушки березовых досок указанной толщины (50 мм) практикой установлена в среднем 7 сут, по табл. 3 будет 5- 1,3 = 6,5 сут.

В колонке 14 приведена максимально возможная влажность древесины после длительного пребывания ее в воде.

Усадка древесины. При интенсивной сушке толстых пиломатериалов влажность в поверхностной их зоне быстро опускается ниже 30 % и начинается усушка образца (например, доски), когда средняя его влажность еще выше 30% (точка М на верху рис. 20,б). При этом общая усушка образца начинается при его влажности значительно выше 30%. При этом нарушается пропорциональность между снижением усредненной расчетной влажности древесины и величиной усушки (кривая МН), а также уменьшается на АН величина полной усушки — отрезка АО до НО из-за поперечного растяжения древесины (см. рис. 19) с возникновением в ней остаточных деформаций АН, СД и др.

Таким образом, в процессе сушки пиломатериалов и заготовок наблюдается снижение усушки (по сравнению с указанной в табл. 3 для малых образцов), называемая усадкой.

Максимальная усушка наблюдается при медленном удалении влаги из тангентально (по годовым слоям) лущеного шпона, а наименьшая (усадка) — при интенсивном высушивании крупных сортиментов по радиальному направлению. При этом величина усадки может составлять лишь 1/2 усушки.

На рис. 20,в приведена диаграмма усадки пиломатериалов хвойных пород по их толщине и ширине; для лиственницы величина припуска повышается на 1/3 (по ГОСТ 6782.1—75). На рис. 20,г дана диаграмма усадки пиломатериалов из березы, дуба, клена, ясеня, ольхи, осины и тополя в тангентальном направлении (по ГОСТ 4369—72). Эти припуски относятся к атмосферной сушке пиломатериалов, при камерной и туннельной сушке они меньше.

§ Влажностные деформации пиломатериалов при сушке

Закономерности усушки досок. Одним из главных требований к технологии сушки пиломатериалов является получение их прямоугольной (ортогональной) формы в сухом состоянии.

Желательно заранее учитывать ожидаемую усушку древесины и в цех деревообработки подавать материал заданного сечения. Рассмотрим закономерности усушки и вызываемые ею деформации -пиломатериалов.

Проведем небольшой опыт. На торце диска, отпиленного от сырого бревна, или даже в самом бревне сделаем пропилы по рис. 21,а. Плоские доски, полученные из левой половины бревна, в результате неодинаковой усушки древесины у обеих пластей приобретут покоробленность (желобчатую форму у левой пласти каждой доски и выпуклую - у правой). Причина такой деформации у центральной доски 1—2—4—3 заключается в том, что пласть 1—2, как радиальная, усохнет по ширине доски меньше, чем пласть 3—4 (имеющая в средине тангентальный и полу радиальный участки пропила).

У остальных досок левая пласть (тангентальной выпиловки) усохнет больше, чем правая, поэтому стянет и искривит доску в поперечном направлении. В этом заключается исходная причина определенного коробления досок во время сушки.

Деформация сечений квадратных брусков и круглых стержней. Из правой половины сырого бревна изготовим четыре квадратных бруска и круглый стержень, как показано на рис. 21,а справа. По той же причине (неодинаковой усушки по направлению радиуса и годичных слоев) сечения брусков в результате просыхания древесины деформируются. В частности, нижний брусок с диагоналями в радиальном направлении,
а также по годичным слоям окажется ромбовидным; стержень круглого сечения приобретет овальное, точнее, яйцевидное сечение.

Разнотолщинность досок из постава. На рис. 21,б показана деформация одинаковых до сушки досок, выпиленных из прямоугольного сырого бруса, и затем высушенных зажатыми между прокладок. При этом из-за различной усушки сердцевинная доска 0-0 окажется самой широкой (радиальное направление годичных слоев по ее ширине) и одновременно самой тонкой — у обеих кромок. Самые крайние боковые доски будут наиболее узкими из бруса, но наиболее толстыми. Однако все сухие доски этого постава будут одинакового сечения — сохранится начальная масса древесинного вещества (имеется в виду одинаковая конечная их влажность).

Закономерности деформаций отдельных досок в-з могут быть объяснены самим читателем с учетом рассмотренного ранее влияния разности У_т —У_р на величину коробления.

Разрыв сердцевинных сортиментов. Сердцевинный брус после высушивания (рис. 21,и) потеряет плоскостность граней (аналогично средней части кривой 3—4 на рис. 21,а) и приобретает клиновидную трещину с ее вершиной в сердцевине бруса. Раскрытие Н трещины легко выявляется с учетом изменения радиуса и длин вписанных в квадрат бруса окружностей до и после усушки.

Деревянные массивные стены (рис. 21,л) выполняют из заранее надрезанных продольно бревен на глубину около 2/3 их радиуса, что предопределяет направление будущих клиновидных трещин. Положительные особенности такой конструкции стен: предотвращение проникновения атмосферных и иных вод внутрь стен и, следовательно, гниения, сохранение механической прочности стен, имеющих лишь вертикальные надрезы, создание утепленной конструкции с полостями внутри стены,
скрытие дефекта древесины (трещин), гарантия от появления других радиальных трещин в элементах стен. У брусьев надрезают самую близкую к сердцевине пласть, если смотреть с их торцов.

Стрела покоробленности. Величина свободной поперечной покоробленности досок характеризуется стрелою их прогиба f, мм, определяемой для наиболее изогнутой в поперечном направлении центральной доски (рис. 21, а, 1—2—4—3) по формуле акад. А. В. Гадолина

где Ш — ширина доски.

Например, при ширине доски Ш = 200 мм, разности усушек для сосны (У_т — У_р) = (0,31—0,18), значении /4=0,785 определим f=0,785*200(0,31— 0,18) = 14,1 мм.

При увлажнении сухих досок они деформируются в противоположном направлении (рис. 21, ж по сравнению с рис. 21, е).

Доски, выпиленные в поставе дальше от центральной, меньше коробятся. Минимально коробится на одинаковой ширине боковая доска постава. Это следует из учета разнотолщин-ности всех досок, изображенных на схеме 21,а, поскольку у кромок они тоньше, а по середине своей ширины — толще (здесь проходит радиальное, с наименьшей усушкой, направление в досках — горизонталь из сердцевины С).

Качество сердцевинных досок. Эти доски (рис. 21, е, ж) считаются низкокачественными. Однако если вырезать сердцевину, будут получены две высококачественные узкие доски радиальной распиловки, почти не подвергающиеся короблению и растрескиванию во время сушки. Такая высококачественная пило-продукция используется для изготовления музыкальных инструментов, паркета, бочек для жидкостей и т. п.

Сушка сердцевинных сортиментов. Существенным дефектом крупных сортиментов, содержащих сердцевину, является неизбежное радиальное их растрескивание во время сушки (рис. 21,ж, и). Причина тому, как и короблению пиломатериалов,— повышенная тангентальная усушка древесины по сравнению с радиальной. Вследствие этого возникает дефицит древесины во внешней зоне сечения материала (по направлению годичных слоев) с избытком в средине сортимента, распирающей внешнюю зону.

С учетом вязкости древесины, при повышенной ее температуре во время сушки тонкие сердцевинные доски удается высушивать без растрескивания, если замедлить сушильный процесс (т. е. удлинить время релаксации напряжений, возникающих в высушиваемой древесине). Не исключено изыскание режимов конвективной сушки и для бездефектного высушивания толстых сердцевинных сортиментов.

Следует учесть, что плотно уложенные (без прокладок) две центральные доски (с сомкнутой их сердцевиной) представляют собой обычный сердцевинный сортимент. Порознь центральные доски высушивают в плоском состоянии без растрескивания.

§ Предупреждение влажностных деформаций пиломатериалов и заготовок

Продольное коробление пиломатериалов и заготовок. Вследствие анизотропного строения древесной ткани, крайне неравномерной ее структуры (сучков, завитков, крени и т. п.), а также перерезания волокон древесины при продольной распиловке нецилиндрических бревен и бревен с наклоном волокон возникает многообразная продольная покоробленность пиломатериалов и заготовок (рис. 22, а—г).

Рис. 22. Влажностиое объемное деформирование пиломатериалов и деталей при сушке:
а-г -деформации досок; д — предотвращение деформирования досок методом зажатия их в плоском состоянии; е, ж — деформации щита из брусков или досок; з-л - деформации шипового соединения; м, н - деформации усового соединения: о, п, р— деформации отверстий в доске

Используя явление вязкости и пластичности древесины в нагретом состоянии, можно предотвратить все эти деформации, если выдерживать материал во время сушки в плоском хорошо зажатом состоянии. В этих целях необходимо правильно укладывать материал в штабель (рис. 22, д) и прижимать сверху высушиваемой древесиной. Для предупреждения коробления пиломатериала в верхних рядах штабеля применяют, кроме того, механические прижимы, грузы и используют другие приемы.

Коробление деталей в щитах. При сезонных, погодных и других отклонениях насыщенности пара в окружающей среде происходит изменение влажности, а следовательно, и поперечных размеров заготовок и даже деталей в изготовленных изделиях, находящихся в такой изменившейся атмосфере.

Кроме того, недостаточно качественная сушка древесины с отсутствием конечной влаготеплообработки или неудовлетворительное ее проведение приводит к таким же результатам.

На рис. 22, е показана дугообразная деформация щита, собранного из досок (или брусков) с односторонним ориентированием внешней их пласти. Такая деформация возникает при досушке деталей в щите; в случае их увлажнения щит будет деформироваться в противоположном направлении. Если щит собирать с разносторонней ориентацией пластеи смежных деталей в нем (рис. 22,ж), возникнет небольшое коробление отдельных его деталей; однако во всех случаях при отклонениях влажности будет изменяться размер щита по ширине.

Кардинальным мероприятием для предотвращения деформирования деталей в изделиях будет надлежащая просушка древесины и стабильность состояния воздуха в условиях ее эксплуатации.

Ослабление шиповых соединений в изделиях. Наиболее опасно применение недосушенной древесины в зоне зарезки шипов. В таких случаях древесина медленно досыхает в готовом
изделии, клеевая прослойка нарушается и шиповое соединение теряет прочность (рис. 22,з—л).

В случае небольшой пересушки древесины шипа (рис. 22, и) происходит его упрочнение из-за постепенного разбухания древесины в гнезде. Однако при деформациях обеих сопрягаемых деталей (рис. 22, к, л) вероятно разрушение клеевой прослойки и всего соединения; наиболее часто наблюдается выход концевого участка сквозного шипа из гнезда (рис. 22,к). При недосушке древесины не достигается полной надежности соединения, даже с применением двойного шипа. Поэтому необходимо высушивать древесину до заданной ее конечной влажности; желательна пересушка на 3.. .4 % концевых участков заготовок, предназначенных для зарезки шипов.

Нарушение усовых соединений. При недосушке обеих деталей они в условиях эксплуатации будут усыхать, сужаться по ширине, образуя щель у внутреннего угла соединения (рис. 22,м), и, наоборот, при пересушке детали будут увлажняться, разбухать и щель возникнет у наружного угла (рис. 22, н). Ширина такой щели f составит 1,4У мм. Так, если ширина деталей по 100 мм и усушка каждой составляет 4 %, т. е. У=0,04*100= 4 мм, то ширина щели будет f=1,4*4 = 5,6 мм.

Ослабление шкантовых, нагельных и других подобных соединений. Существенно, чтобы такие соединения не ослаблялись, а упрочнялись в процессе эксплуатации изделий. В этих целях вставные шипы должны разбухать в конструкции, уплотняя и упрочняя связь сопрягаемых деталей. В этих целях они должны плотно вставляться в гнездо (на клею) в пересушенном состоянии, создавая затем дополнительный влажностный натяг. Изделия, изготовленные с применением недосушенных вставных шипов, недолговечны.

Деформации поперечных отверстий в деталях. Так как в продольном к волокнам направлении древесина практически не усыхает, то размер отверстия по длине волокон древесины сохраняется неизменным до и после сушки.

Существенное значение приобретает сохранение размеров отверстий (рис. 22,о), а в некоторых условиях возможно небольшое их уменьшение для упрочнения соединений.

На рис. 22, п показаны отверстия в детали, досыхающей после их выборки. При этом круглое отверстие превратится в суженное овальное, квадратное — в прямоугольное и т. д.

Критерием для правильного ответа о характере деформации отверстия является изменение поперечного размера древесинь по ширине детали у торцевой кромки рассматриваемого отверстия.

На рис. 22, р изображен пересушенный, т. е. разбухающий в дальнейшем, образец материала с отверстиями. Изменение размеров отверстий в нем будет противоположным показан ному на рис. 22, р. В щелевых, наклонно выполненных отверстиях изменится угол наклона щели, отри этом углы наклона будут . В рассмотренных случаях причиной деформаций является некачественная сушка древесины.