Теория на изпарението на свободната влага в дървесината и изследване на сушенето на дървесина с електрически нагревателни тръби от въглеродни влакна

В зависимост от начина, по който водата се съединява с материалите, науката за сушенето разделя материалите на три категории. Първата категория са капилярно-порести тела, при които промените в размерите са минимални или не съществуват при промяна на влагата, като например кокс, дървени въглища, почва и чакъл. Втората категория са колоиди, при които с влагата се променят както размерите, така и обемът, например желатин. Третата категория са капилярно-порестите колоиди, които са по-често срещани и проявяват характеристиките и на двете предходни категории. Много обекти, с които се сблъскваме ежедневно, като дърво, кожа, зърно, храна и лечебни билки, принадлежат към тази категория.

При сушене на дървесината Rignan тя е склонна към набръчкване. В края на 50-те години на миналия век изследователите смятат, че това се дължи на стреса при сушене, при който повърхностното свиване е по-голямо от вътрешното в началните етапи на сушене, което води до напрежение в дървесината и до набръчкване на крайния продукт. По-нататъшните изследвания обаче показаха, че набръчкването не се дължи на макроскопично напрежение при сушене, а по-скоро на микроскопично капилярно напрежение. Набръчкването се получава, когато капилярното напрежение превишава напречната якост на натиск. Например граничната якост на натиск на определен дървесен вид в неговото зелено състояние (влажно състояние) е 3,59 MPa. Набръчкване може да възникне, ако радиусът на порите е по-малък от 0,04 μm. Ето защо разбирането на внезапната поява на капилярно напрежение във вътрешността на дървесината, дължащо се на изтласкването на големи количества капилярна вода по време на сушенето, е от първостепенно значение.

Моделът на изпаряване на свободната влага в дървесината е доста досаден, така че няма да го разглеждам тук. Вместо това нека обсъдим механизма на набръчкване по време на сушенето на дървесината. По време на изхвърлянето на свободната влага от вътрешността на дървесината е необходимо да се използват ниски температури в началните етапи на сушене. Това обяснява защо обикновено оставяме дървесината да изсъхне естествено на въздух до известна степен, преди да я поставим в сушилните. Влажната дървесина не трябва да се поставя директно в сушилните, тъй като това може да доведе до напукване и деформация, което да доведе до загуби. Причината за напукването и деформацията е, че дренажът от големите капиляри се осъществява по-бързо при високи температури, което води до внезапно капилярно напрежение във вътрешността на дървесните влакна, превишаващо напречната якост на натиск, което води до видима деформация и напукване на дървесината.

Според теорията, че капилярното напрежение причинява набръчкване на дървесината, може ли замяната на водата в дървесината с течности с по-ниско повърхностно напрежение да намали набръчкването на дървесината по време на сушене? Изследователите се опитват да заменят водата в дървесината с метанол и етанол, които имат по-ниско повърхностно напрежение, и наблюдават значително подобрение на феномена набръчкване по време на сушене. Този подход обаче е икономически непрактичен за ежедневно производство. Въпреки това резултатът от изследването потвърждава, че набръчкването на дървесината действително се дължи на капилярното напрежение вътре в дървесината, като осигурява теоретична основа за последващи изследователски усилия.

Експерименталната проверка разкрива следния модел на миграция на влагата в дървесината:

1. Свободната вода върху повърхността на дървото и водата в клетките се изпаряват напълно.
2. Свободната вода във вътрешните клетки мигрира към повърхността по капилярите.
3. Свързаната с повърхността вода, т.е. водата в порите, също се изпарява, като намалява влажността на повърхността под точката на насищане на влакното.
4. Влагата в дървесината е по-висока във вътрешните слоеве, отколкото на повърхността, което създава градиент на съдържанието на влага отвътре навън.
5. Поради градиента на съдържанието на влага, влагата в дървесината преминава от областите с по-високо към тези с по-ниско съдържание на влага.

GlobalQT се занимава с производство на електрически нагревателни тръби от въглеродни влакна и провеждане на научни изследвания. За повече информация, моля, посетете нашата уебсайт или се свържете с нас по имейл на адрес contact@globalquartztube.com.