22. Причины возникновения напряжений и деформаций в древесине при сушке. Развитие внутренних напряжений при сушке древесины. Дефекты, вызванные развитием напряжений. Способы их предупреждения.

Процесс конвективной сушки древесины сопровождается не­равномерным по ее объему распределением влажности. Это вы­зывает ее неравномерную усушку, что в свою очередь служит причиной образования внутренних напряжений.

Н а рисунке показаны кривые распределения влажности по толщине для наиболее характерных моментов процесса: 0 — мо­мент начала сушки;1 — момент, когда влажность поверхност­ных слоев опустилась ниже предела насыщения клеточных сте­нок Wп.н, а внутри сортимента еще содержится свободная вода;2 — момент, когда влажность по всему сечению стала ниже Wп.н, но еще наблюдается существенный перепад влажности по толщине; 3 — момент окончания процесса, когда влажность стала по всему сечению приблизительно одинаковой, близкой к устойчивой влажности.

В начальный момент процесса еще нет усушки, и напряже­ния отсутствуют. Через некоторое время влажность поверхностных слоев опустится ниже Wп.н (момент 1) и они будут стремиться к усушке. Однако это стремление не может проявиться в полной мере вследствие противодействия внутрен­них слоев, усушка которых еще не началась.

Растягивающие на­пряжения, сжимающие на­пряжения. На начальном этапе процесса напряжения приблизительно пропорциональны свободной усушке поверхностных слоев, а пос­ледняя в свою очередь определяется перепадом гигроскопиче­ской влажности (Wп.н—Wп), т.е. разностью между пределом . насыщения клеточных стенок и поверхностной влажностью ма­териала.

Напряжения в древесине исчезают на неко­тором промежуточном этапе процесса, а затем, к концу сушки, возрастают, из­менив свой знак. Причина этого - развитие в древесине оста­точных деформаций.

Остаточные деформации возникают в древесине, длительно находящейся под напряжением, даже при ее стабильном влажностном состоянии. Но, кроме того, при высыхании напряжен­ной древесины упругие деформации в ней перерождаются в ос­таточные в связи с тем, что при понижении влажности существенно повышается модуль ее упругости.

В начальной стадии процесса, когда влажная нагретая дре­весина обладает повышенной податливостью, в поверхностных слоях под влиянием действующих в них растягивающих напря­жений возникают остаточные деформации удлинения, а во внут­ренних слоях, наоборот, остаточные деформации укорочения. В результате в конце процесса усадка на поверхно­сти Уп окажется меньше, чем усадка внутри сортимента Уц. При соблюдении правильного режима процесса возможно такое его проведение, когда возникающие напряжения не достигают предела прочно­сти. Кроме того, внутренние напряжения в конце процесса могут быть значительно уменьшены и даже ликвидированы влаготеплообработкой древесины.

Совершенно избежать в древесине внутренних напряжений при конвективной сушке невозможно. Однако при соблюдении правильного режима процесса возможно такое его проведение, когда возникающие напряжения не достигают предела прочности. Кроме того, внутренние напряжения в конце процесса могут быть значительно уменьшены и даже ликвидированы влаготеплообработкой древесины. Проблема внутренних напряжений очень важна. Поэтому целесообразно дополнительно остановиться на некоторых вопросах этой проблемы, в частности на деталях развития напряжений, способах их измерения и методе расчета

Влаготеплообработка состоит в том, что на древесину воздействует воздух повышенной температуры и повышенной влажности. Она может назначаться при оконча­нии сушки или несколько раньше. Увлажнение поверхностных слоев при наличии сжимающих напряжений ведет к развитию в них остаточных деформаций укорочения, компенсирующих ранее возникшие остаточные деформации удлинения.

Для правильного ведения процесса сушки необходимо уметь контролировать внут­ренние напряжения в древесине. Качественная их оценка для целей производственного контроля делается по изгибу пласти­нок расколотых секций или по деформациям спе­циально подготовленных так называемых силовых секции.

При сушке пиломатериалов, когда нарушение их целостности недопустимо, должны быть созданы условия, обеспечивающие величину внутренних напряжений, не достигающую предела прочности. В начальной стадии процесса для этого необходимо иметь малую величину перепада влажности (Wп.н—Wпов), что может быть достигнуто лишь при высокой степени насыщенно­сти φ сушильного агента. По мере высыхания древесины вели­чину φ необходимо понижать, чтобы довести материал до тре­буемой конечной влажности. Температуру среды, наоборот, це­лесообразно к концу сушки повышать; это при снижении влаж­ности материала не вызывает уменьшения его прочности и в то же время интенсифицирует процесс.

Дефекты сушки. К видимым дефектам сушки пиломатериа­лов относятся растрескивание и коробление.

Наружные трещины образуются в начальной стадии процесса. Причина их слишком жесткий режим сушки и воз­никновение вследствие этого чрезмерно больших растягиваю­щих напряжений в поверхностной зоне сортимента. Мера предупреждения - применение рационального режима сушки.

Внутренние трещины образуются в конце процесса, когда растяги­вающие напряжения в центре сортимента достигают предела прочности. Для предупреждения их необходимо соблюдение правильного режима сушки. Дополнительная мера борьбы с ними промежуточная влаготеплообработка.

Торцовые трещины появляются в результате интенсив­ной сушки торцов сортимента. Кардинальная мера борьбы с этим дефектом замазывание торцов влагонепроницаемым составом. Для уменьшения торцового растрескивания необходимо предохранять торцы штабелей от интенсивного омывания их циркулирующим сушильным аген­том, что может быть обеспечено надлежащей конструкцией ограждений камеры или использованием специальных торцезащитных экранов. При выполнении этого условия торцовые тре­щины бывают неглубокими, и поврежденные части досок удаля­ются при их расторцовке без излишних потерь древесины.

Радиальные трещины характерны для так называе­мых сердцовых сортиментов, содержащих сердцевинную трубку, к которым относятся брусья и круглые лесоматериалы. При­чина радиальных трещин—анизотропия древесины. Усушка

по периметру сердцовых сортиментов (т.е. в тангенциальном направлении) существенно больше, чем по радиусу, в резуль­тате чего в их периферийной зоне появляются чрезмерные рас­тягивающие напряжения даже при очень медленной и осторож­ной сушке. Предотвратить радиальные трещины при обычной конвективной сушке невозможно. Поэтому при раскрое пило­материалов нужно вырезать сердцевину или следить, чтобы сердцевинная трубка находилась на ее поверхности.

Коробление пиломатериалов вызывается различной усушкой древесины в разных направлениях. Для пре­дупреждения коробления доски должны сушиться в состоянии фиксации их плоской формы. Способ борьбы с короблением—правильная укладка пиломатериалов. В штабель нужно укладывать доски и заготовки только строго определенной толщины на стандартных строганых прокладках, каждый ряд которых должен находиться в одной вертикальной плоскости.