Сушка древесины и внутренние напряжения при сушке

В этой статье автор рассматривает процесс сушки древесины и возникающие в процессе внутренние напряжения.

Ключевые слова: сушка древесины, процесс сушки, древесина, пиломатериалы, внутренние напряжения, покоробленность, усушка, силовая секция, временные напряжения.

Сушка древесины — это процесс удаления влаги из древесины. Она позволяет предохранить древесину от биоразрушения, продлевает срок службы. Имеется несколько способов сушки, например, естественная — это медленный процесс, требуется специальное место, где древесина не будет подвержена воздействию осадков и солнечных лучей. Влажность при таком способе достигает 18 %. Так же возникает минимальное количество трещин, но процесс может длится несколько месяцев. Инфракрасная сушка — быстрый процесс с рядом преимуществ. Сохраняет целостность и структуру древесины, процесс длится всего 3–7 дней. Инфракрасные камеры экономичны, но имеются недостатки, возникает плесень, так как отсутствуют воздушные потоки. Вакуумная сушка — универсальный способ с использование камеры с вакуумом, процесс исчисляется не днями, а часами. Не происходит растрескивание пиломатериалов, а также удаляется смола. Такие камеры пожаробезопасны, но минусами являются дороговизна аппаратуры и затраты на электроэнергию, поэтому такие камеры не пользуются большим спросом. Конденсационная сушка — древесины сохнет при использовании печи и холодильного оборудования, влага удаляется конденсатом, это оптимальное сочетание стоимости и качества, но данный метод не рационален при сушке небольших пиломатериалов, таких как опилки, дрова и т. д.

Одним из самых популярных способов сушки является сушка в специальной камере. Процесс длится около недели, можно достичь 7 % влажности благодаря данному способу. Но также имеются и свои недостатки, например неравномерное просушивание, в следствии чего — разрушение материала. Сам процесс сушки древесины в камере представляет собой укладку пиломатериалов в штабеля. Необходимо, чтобы элементы были одинаковой толщины в разрешенных пределах, иначе возникает большая величина покоробленности.

Покоробленность — это дефект, при котором древесины меняет свою изначальную форму изгибается в разных направлениях, уменьшается прочность, поэтому уменьшается сорт пиломатериала, ухудшается внешний вид, усложняется обработка. Допускается укладывать доски с разной шириной, но необходимо это учитывать, главное условие — одинаковая толщина. Все пиломатериалы должны иметь приблизительно одинаковую влажность.

После равномерно по всему штабелю устанавливаются дистанционные датчики влажности. Датчики имеют различные иголки в зависимости от толщины пиломатериалов. Далее контролер в автоматическом режиме определит, когда необходимо завершить процесс сушки. К штабелям подается пар через увлажнительные трубы. Температура воздуха не должна превышать 100 °С. Далее начинается сам процесс сушки, температура, влажность, работа вентиляторов различаются.

Внутренние напряжения в древесине при сушке (любого вида) возникают из-за неравномерного выхода влаги из толщи древесины, они не зависят от воздействия на тело внешних нагрузок, возникают из-за внутренних неоднородных деформаций. Такие напряжения, возникающие в древесине при сушке, называются временными.

Когда влажность наружных слоев древесины перейдет за предел точки насыщения волокна, и они начнут усыхать, а во внутренних слоях, где влажность 30 % усушки еще нет, то наружные слои окажутся в состоянии недопущенной усушки и будут растянуты, а внутренние — сжаты [2].

При неправильном проведении сушки внутренние напряжения могут достигать и нередко достигают предела прочности древесины, что приводит к нарушению ее целостности (растрескиванию). Так как древесина в нагретом состоянии пластична, то наружные слои доски могут высохнуть в растянутом состоянии и в дальнейшем, сохраняя свои размеры и форму, будут противодействовать усадке внутренних слоев доски, когда последние прогреются и тоже начнут усыхать. Тогда во внутренних слоях возникнут растягивающие напряжения, которые в свою очередь могут привести к образованию внутренних трещин [1]. Чаще подвержены растрескиванию доски твердых лиственных пород, обладающих большой усушкой. Стоит отметить, что если в доске не появилось внутренних трещин, а по визуальному признаку она осталась целой, но в материале имеются напряжения, такую доску признают дефектной, дальнейшее использование невозможно.

В камере просыхание доски начинается с наружных слоев, в то время как внутренние слои еще не прогрелись и не начали сохнуть. Если влажность наружных слоев древесины перейдет за предел точки насыщения волокна, и они начнут усыхать, а во внутренних слоях, имеющих влажность выше 30 %, усушки еще не будет, то наружные слои окажутся в состоянии недопущенной усушки и будут растянуты, а внутренние — сжаты [2]. В этих случаях говорят, что в древесине возникли напряжения.

Рис. 1. Развитие напряжений в древесине [1]

а) — если извлечь из сушильной камеры доски и вырезать из нее силовую секцию, которую сразу же расколоть на две полоски, то произойдёт изгиб наружу, б) — после сушки на солнце происходит выпрямление секций, в), г) — выгиб в противоположную сторону, обычно наблюдается на средних стадиях сушки, внутренние напряжения уравновешиваются временными, которые сохраняются в наружных слоях, д), е) — изгиб полосок сразу же после раскалывания, далее становится только больше.

Для устранения временных напряжения, которые возникают в начале сушки необходимо оперативно повысить относительную влажность сушильного агента в камере, чтобы прекратить усадку наружных слоев доски, пока древесина не прогреется по всей толщине. Для устранения постоянных напряжений, которые возникают во второй половине процесса сушки, необходимо повысить температуру и относительную влажность сушильного агента, чтобы за счет интенсивного влажного прогрева древесины повысить ее пластичность и дать возможность усадки наружным слоям, которые в первом периоде сушки оказались растянутыми [1]. Необходимо помнить, что относительная влажность воздуха не должна превышать 100 %, иначе это усугубит положение, пиломатериалы разбухнут, и напряжения увеличатся.

Литература:

1. Мастерская своего дела — https://msd.com.ua/sushka-drevesiny/napryazheniya-voznikayushhie-v-drevesine-v-processe-sushki-i-ix-preduprezhdenie/.

2. Напряжения, возникающие в древесине в процессе сушки, и их предупреждение — https://ru-ecology.info/