Сушка и защита древесины

Раздел: Учебники

Индустриальная сушка древесины возникла и развивалась в СССР после Великой Октябрьской социалистической революции, начиная с первых пятилеток. Уже в 1929 г. была организована и успешно проведена первая Всесоюзная конференция по сушке древесины, которая установила научные и технические направления развития лесосушильной техники и производства м;| ближайшие годы. В последующем такие конференции проводились н среднем через каждые 5 лет. В это же время был организован в стране первый научно-исследовательский институт — «Институт древесины», который вскоре разделился на ряд институтов, в том числе Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины (ЦНИИМОД) в Архангельске.

В создании новой технологии и техники сушки и защиты древесины работают проектные институты: Гипродрев (Ленинград), Гипродревпром, Гипролеспром (Москва) и др. Эта техника совершенствуется также многими заводскими лабораториями и работниками промышленности.

Разработан ряд новых сушильных и пропиточных установок и агрегатов. Созданы и совершенствуются соответствующие мощные агрегаты в цехах по производству древесностружечных плит, в фанерной промышленности и др.

Понятие о сушке древесины. Выпиливаемые из сырых бревен доски и заготовки содержат по массе почти столько же влаги, сколько в них заключается древесинного вещества. Если удалить эту влагу, масса досок уменьшится почти в 2 раза, а влажность древесины будет равна нулю.

Применяемый в промышленности метод теплового удаления влаги из древесины называют сушкой. Физическая сущность этого процесса заключается в том, что нагретый воздух направляют к сырому материалу, при соприкосновении с которым он отдает свое тепло, т. е. охлаждается, а влага древесины за счет воспринятого ею из воздуха тепла превращается в парообразное состояние (водяной пар) и удаляется от древесины этим же, но охладившимся воздухом.

В атмосферных условиях сушка древесины (равно как и других тел — почвы, растений и т. п.) происходит за счет тепла нагретого солнцем воздуха. На каждые 2500 кДж тепла превращается в пар 1 кг воды. Таким образом, воздух выполняет роль транспортного средства: он подводит к материалу тепло и в соответствующем количестве забирает и уносит из материала влагу, но уже в состоянии пара.

Если принять, что в сырой (сплавной) древесине содержатся равные количества как воды, так и древесной массы, то влажность древесины равна 100%. У легких древесных пород (ель, осина и др.). долго лежавших в воде; влажность может быть 150, 200 %, т. е. на 100 частей>самой древесины приходится 150, 200 частей воды, или в 1,5 Л. 2 раза больше, чем древесной массы.

Обычная влажность древесины растущего дерева (при сухопутной доставке бревен) составляет 60 ... 80 %.

Цели сушки древесины. Особенности ее влажности. Главная цель сушки древесины во всех условиях ее производственного и бытового использования заключается в превращении древесины из природного сырья в промышленный материал с коренным улучшением ее биологических, физико-механических, технологических и потребительских свойств. В процессе надлежащей сушки древесина облагораживается, становится пригодной для изготовления многообразной ценной, стабильной продукции, отвечающей непрерывно возрастающим потребительским запросам.

В результате высушивания древесина приобретает стойкость против гниения, повышаются ее прочность и жесткость, возникает стабильность размеров и формы деталей и всего изделия, открывается возможность склеивания, шлифования, полирования, древесина приобретает ряд гигиенических свойств, снижаются ее теплоемкость, тепло- и электропроводность, появляются другие положительные свойства (лучшее .удерживание гвоздей, выше чистота обрабатываемой поверхности и др.).

Необходимо отметить очень важное влажностное состояние — «равновесную влажность древесины», к которой она стремится при длительном соприкосновении с окружающим воздухом постоянного состояния. Например, в комнатных условиях равновесная влажность древесины будет равна 6...8% (меньше— зимой), под навесом, т. е. в более влажном воздухе — 12... 18% и т. д. При гаком состоянии влажность древесины становится устойчивой, следовательно, не происходит более ни усушки, ни разбухания древесины, что особенно важно для шиповых соединений изделий (различных дверок, столярных стульев, кресел, столов, шкафов и т. д.).

Перед изготовлением изделий из древесины удаляют сушкой не всю влагу. В случае производства мебели и музыкальных изделий применяют древесину с остаточной влажностью 6... 8 %, в деревообработке влажность высушенной древесины должна быть 10... 15%, что предусматривается техническими условиями на изготовление изделий.

При влажности древесины ниже 22 % она не гниет, так же как не гниет высушенная трава (сено), высушенный хлеб (сухари) и т. п. Влажность древесины 20% называется транспортной, древесина при перевозках в теплое время года не портится.

Следует отметить характерную влажность древесины 30%, т. е. содержание влаги 0,3 массы самой древесины (принимаемой за 1,0), называемую пределом гигроскопичности.

Требования к качеству сушки пиломатериалов. Исключительно велико значение качественной сушки древесины. Оно предопределяется необходимостью выработки предприятиями высококачественной продукции по всем показателям, а главное—по ресурсу (длительности) ее эксплуатации.

При неудовлетворительном техническом состоянии сушильного оборудования, а также низком технологическом уровне эксплуатации и слабом техническом контроле сушильного производства продукцию изготавливают из недосушенной или неравномерно высушенной древесины, когда часть ее в штабелях материала оказалась просушенной в разной степени. Такая продукция (со скрытым браком по влажности) низкокачественна и мало пригодна для эффективного использования. Она ненадежна, быстро портится; для ее воспроизводства требуется повторное расходование материалов (в том числе древесины) и других средств производства.

Так мебель для сидения (решетчатая), изготовленная из недосушенной древесины, приходит в негодность за 2... 4 года. Аналогичная мебель, выполненная из хорошо просушенного материала, служит 20... 40 лет и более, т. е. примерно в 10 раз дольше. Известна мебель, изготовленная из хорошо просушенной древесины, эксплуатируемая населением более 250 лет (например, в санатории «Монино», домах старых городов).

Используемые в жилищном строительстве щитовые двери, оконные коробки, настилы полов и перекрытия при изготовлении их из влажной, недосушенной или неравномерно просушенной древесины через некоторое время (1...2 года) рассыхаются, в них появляются щели, двери и оконные коробки перекашиваются, доски для полов и элементы перекрытия, кроме того, коробятся, штукатурка разрушается, конструктивные деревянные элементы иногда поражаются грибами. В зимнее время такое жилище продувается ветром, расходуется большое количество тепла и ухудшаются санитарно-гигиенические условия в помещениях. Вскоре после сооружения такие помещения приходится капитально ремонтировать. При появлении домовых грибов необходимо срочно перебирать деревянные конструкции и сжигать все пораженные детали, а иногда целиком постройки.

Слабо контролируемый процесс сушки приводит также к значительным убыткам из-за возникновения большого коробления высушиваемого материала, растрескивания, внутренних деформаций и снижения в связи с этим точности механической его обработки. Совершенно недопустимо нарушение технологии сушки пиломатериалов — досрочная выгрузка их из камер в недосушенной состоянии. Это приводит к нерациональному ее использованию и обострению дефицитности древесины,

Некачественная сушка и выпуск бракованной продукции могут остаться долгое время незамеченными, поскольку результаты дефектной сушки при отсутствии должного контроля сказываются через значительное время после выработки продукции, когда она уже некоторое время находится в эксплуатации.

Сушка обходится недорого — всего около 10 % стоимости высушиваемой древесины. Расходы на устройство сушильных установок за время их действия (примерно 10... 15 лет) составляют лишь 1...2% стоимости высушенной ими древесины.

Защита заготовок и деталей от деформирования. В связи с необычайно большой и многообразной деформацией пиломатериалов, заготовок и деталей при их обезвоживании возникает актуальная проблема по снижению возникающих при этом потерь древесины. Возможность и эффективность решения этой технической задачи относится в первую очередь к предотвращению (или уменьшению) коробления пиломатериалов в верхних рядах сушильного штабеля, где они слабо зажаты при сушке. То же относится и к нижним рядам пиломатериалов, базируемым к неплоскому основанию штабеля, и даже по всему штабелю по высоте (см. гл. 18).

Возникает также задача по совершенствованию планирования раскроя бревен с учетом неодинаковой усушки досок, выпиленных по ширине поставов, в различных участках по их объему. Существенна задача по оптимизации вырезки брусковых заготовок из различных зон бревна с учетом их будущей усушки и другие задачи по более рациональному использованию древесины. Встают также проблемы кардинального значения по снижению величины усушки древесины путем применения специальных режимов обезвоживания и получения без растрескивания сухих сердцевинных пиломатериалов и брусьев.

Экономика массовой сушки пиломатериалов. Вырабатываемые пиломатериалы должны высушиваться на месте их выпиловки, причем немедленно и желательно в технологическом потоке лесопиления. Процесс их сушки следует рассматривать как неотъемлемую часть технологии изготовления досок и заготовок. Непросушенная древесина — внутрицеховой полуфабрикат, поэтому она не может считаться материалом и тем более товарной продукцией, подлежащей реализации.

Для конвективного подвода тепла к высушиваемому материалу кроме нагретого воздуха можно применять непосредственно продукты сгорания, получаемые при сжигании твердого (древесные отходы, уголь), жидкого (мазут) и газообразного (природный газ) топлива. Второй метод эффективен при массовой сушке пиломатериалов, он является доминирующим при сушке шпона и единственно желательным при высушивании частиц в производстве древесностружечных плит (ДСтП).

Возможные другие способы обезвоживания древесины. Подведение тепла к пиломатериалам для превращения влаги в парообразное состояние возможно также следующими способами: 1) с горячей гидрофобной (т. е. водоотталкивающей) жидкостью, например петролатумом; 2) твердыми телами при контакте древесины с горячей металлической поверхностью; 3) лучистой теплотой, направленной к древесине от специальных панелей-излучателей; 4) электрическим током, пропускаемым через влажную древесину и нагревающим ее; 5) электромагнитным полем высокой частоты, пронизывающим и нагревающим влажную древесину. Все эти физические воздействия имеют опытное значение.

Известный интерес представляют опытные методы обезвоживания древесины без превращения ее влаги в пар, т. е. без затраты тепла на парообразование: 1) центрифугирование при больших частотах вращения образца древесины, когда ось его вращения проходит посредине его длины; 2) частично от воздействия высокочастотного электромагнитного поля; 3) воздействие разности потенциалов постоянного электрического тока (явление электроомоса), а также выдавливание воды (например, при лущении шпона).

Сущность физико-биологической защиты древесины. Источниками биологического поражения древесины в наземных условиях являются грибы и насекомые — в основном жуки и их личинки; методы защиты от них древесины в значительной мере общие. Главное внимание уделяется защите от грибов (плесень, изменение цвета древесины и затем ее разрушение гниением).

Для жизнедеятельности грибов необходимы следующие условия: умеренная теплота (теплое время года или отапливаемые зимой помещения), наличие кислорода воздуха внутри древесины (полости клеток и капилляров не заполнены водой, т. е. древесина не очень влажная), умеренное количество влаги— примерно 20... 90% (достаточно сухая и очень влажная древесина не гниет).

Поэтому способы борьбы с грибами заключаются в создании условий, неблагоприятных для их жизнедеятельности. К этим условиям относятся: низкая или повышенная (более 50 ЧС) температура, заполнение всех полостей в древесине водой, вытесняющей воздух, значительное обезвоживание древесины (без влаги не может жить ни один организм растительного или животного происхождения).

Физические методы защиты древесины. Сушка наиболее простой, дешевый и достаточно надежный метод защиты древесины от поражения грибами.

Следует отметить, что при сушке нормальными режимами (температура выше 60 °С) происходит также стерилизация древесины от насекомых. При нагреве уничтожаются личинки, куколки и сами насекомые, поражающие древесину. Для действенности этого метода необходимо предохранять высушенную древесину от повторного увлажнения. Применяется также методика защиты древесины от гниения путем задержки проникновения в нее воздуха. Это достигается предотвращением высыхания влажной древесины (замазкой торцов круглых лесоматериалов смолой, созданием влажной окружающей среды, например путем плотной укладки .«руглых лесоматериалов при сниженной, задерживаемой, вентиляции воздуха и т. п.). Более надежно доувлажнение древесины посредством искусственного дождевания штабелей круглых сортиментов. Еще более эффективен метод защиты затоплением древесины в бассейне (пойме реки).

Жизнедеятельность грибов резко сокращается при температуре ниже 5 °С, приостанавливается при близкой к нулевой и прекращается при отрицательной температуре. Поэтому эффективен метод хранения древесины (как и многих органических продуктов) замораживанием. Древесину, например фанерные чураки, укладывают в поленницы, засыпают снегом, заливают холодной замерзающей водой, теплоизолируют и сохраняют в таком состоянии, постепенно расходуя чураки, примерно до середины лета.

Химическая защита древесины. Для защиты древесины, подвергающейся повторному увлажнению от гниения, ее пропитывают антисептиками — веществами, ядовитыми для грибов. С учетом различных древесных сортиментов, целей их пропитки, разнообразных условий эксплуатации древесины, требуемой степени ее защищенности применяют различные антисептики, разные методы и режимы пропитки, регламентируемые ГОСТами. Кроме того, необходима защита древесины от насекомых и от возгорания.

В лесопильном производстве возникает опасность поражения древесины грибами в следующих случаях: при сплаве бревен в надводной части плотов, частично омываемых водой; после выкатки бревен из воды в теплое время года — в штабелях бревен; после распиловки бревен —в штабелях пиломатериалов; при транспортировке и последующем хранении. Поэтому после распиловки необходимо немедленное высушивание досок в весенне-летнее время. Перед сушкой их антисептируют кратковременным погружением для смачивания в раствор химиката.

В процессах деревообработки пропитке химикатами подвергают лишь те элементы изготавливаемой сухой пилопродукции, в частности деревянных домов, которые в последующих условиях эксплуатации могут увлажняться и, следовательно, подвергаться загниванию. Особая значимость защиты древесины в потоках мебельно-деревообрабатывающих производств заключается в предотвращении ее порчи до сушки.