|
Процесс сушки древесины, как
установлено, сопровождается неравномерным распределением влаги по толщине
сортимента. Это вызывает неравномерную усушку древесины и приводит к
образованию в ней внутренних напряжений.
Рассмотрим, как возникают и развиваются внутренние
напряжения в древесине при ее сушке. Пока влажность наружных слоев выше или
равна влажности предела насыщения клеточных стенок Wn.H ( 16, а, кривая 1),
усушки нет и напряжения в материале отсутствуют.
После снижения влажности ниже WIIM (кривая 2)
поверхностные слои стремятся к усушке. Однако этому будут препятствовать
внутренние слои, влажность которых еще пока выше Wu.н- Начавшуюся усушку
можно выявить, если из высушиваемого сортимента выпилить по всему поперечному
сечению пластинку (секцию) и распилить на ряд слоев по толщине ( 16, б).
Обнаружим, что внутренние слои сохранили первоначальный размер по ширине
сортимента /о, а поверхностные слои усохли на величину Уп. Их размер теперь
составляет /н. Целая, неразрезанная пластина имеет фактический размер /ф,
меньший, чем /о. и больший, чем 1В. Поскольку размер поверхностных слоев стал
меньше фактического, то эти
слои испытывают растягивающие напряжения, а внутренние
слои, размер которых стал больше фактического, испытывают напряжения сжатия.
Если бы древесина была упругим телом, то внутренние
напряжения уменьшались бы по мере снижения перепада влажности и окончательно
исчезали при выравнивании влажности в конце сушки. Однако в начальный период
про цесса влажная нагретая древесина обладает повышенной податливостью к
нагрузкам. Б результате под действием на пряжений в ней развиваются
остаточные деформации: деформации удлинения в поверхностных слоях (под
действием растягивающих напряжений) и деформации укорочения во внутренних
слоях (под действием сжимающих напряжений).
По мере снижения влажности древесина становится менее
податливой и в большей мере проявляет свойства упругого тела. Поэтому
возникшие в начале процесса остаточные деформации сохраняются в материале до
конца сушки.
В результате этого к концу процесса ( 16, а, кривая 4)
усадка на поверхности Уп окажется меньше, чем усадка внутренних слоев Ув ( 16, г), или, другими словами, размер поверхностных слоев секции после ее раскроя будет больше, а
внутренних слоев меньше фактического размера 1ф. В древесине появятся
сжимающие напряжения на поверхности и растягивающие напряжения во внутренних
слоях материала. Таким образом, в процессе сушки происходит смена напряжений.
В этот момент, который наступает на некотором промежуточном этапе процесса (кривая
3), напряжения в древесине отсутствуют
Возникающие в древесине напряжения уравновешиваются в
пределах данного образца. Чтобы их обнаружить, надо нарушить это равновесие,
разделив образец или секцию на части. Каждая часть будет стремиться к новому
равновесному состоянию путем деформаций. В секции, разрезанной на тонкие
слои, деформации проявляются в виде удлинения либо укорочения. В производстве
для установления характера внутренних напряжений из пиломатериалов выпиливают
секции в виде двузубой гребенки. Деформации в этом случае будут проявляться
изгибом зубцов этой гребенки.
Если внутренние напряжения в какой-либо точке сортимента
достигнут предела прочности, то произойдет его разрушение. Разрушение
проявится в виде трещины в зоне'действия растягивающих напряжений, т. е. в
первой стадии сушки на поверхности, а на конечной стадии — внутри сортимента.
Избежать напряжений в древесине при конвективной сушке
невозможно. Однако при правильном проведении процесса возникающие напряжения
не превышают предела прочности. Кроме того, внутренние напряжения могут быть
уменьшены и даже ликвидированы путем влаготеплообработки древесины.
Влаготеплообработка состоит в том, что древесину
обрабатывают воздухом повышенной температуры с высокой степенью насыщения.
Она обычно проводится при окончании процесса сушки или несколько раньше, в
момент смены напряжений. Увлажнение поверхностных слоев при
влаготеплообработке вызывает их разбухание и, как следствие этого,
возникновение дополнительных сжимающих напряжений на поверхности. При
повышенной податливости древесины (влажной и нагретой) в поверхностном слое
развиваются остаточные деформации укорочения, которые компенсируют ранее
появившиеся остаточные деформации удлинения. Тем самым устраняется причина
напряжений, возникающих в древесине к концу сушки.
В пиломатериалах (брусках, досках) помимо напряжений,
вызванных перепадом влажности, зарождаются дополнительные напряжения,
причиной которых является неодинаковая усушка древесины в различных
направлениях.
Так, например, в досках тангенциальной распиловки пласть,
более отдаленная от сердцевины и направление волокон которой приближается к
тангенциальному, усыхает больше противоположной пласти. От этого появляется
изгибающий момент и доска изменяет свою форму (коробится).
|