Teorie odpařování volné vlhkosti uvnitř dřeva a výzkum sušení dřeva pomocí elektrických topných trubek s uhlíkovými vlákny

Podle způsobu, jakým se voda spojuje s materiály, rozděluje nauka o sušení materiály do tří kategorií. První kategorií jsou kapilárně pórovitá tělesa, u nichž jsou změny rozměrů při změně vlhkosti minimální nebo žádné, jako je koks, dřevěné uhlí, půda a štěrk. Druhou kategorií jsou koloidy, u nichž se s obsahem vlhkosti mění jak velikost, tak objem, například želatina. Třetí kategorií jsou kapilárně porézní koloidy, které jsou častější a vykazují vlastnosti obou předchozích kategorií. Do této kategorie patří mnoho předmětů, se kterými se denně setkáváme, například dřevo, kůže, obilí, potraviny a léčivé byliny.

Dřevo Rignan je při sušení náchylné k vrásnění. Koncem 50. let 20. století se vědci domnívali, že je to způsobeno napětím při sušení, kdy je povrchové smrštění větší než vnitřní smrštění v počátečních fázích sušení, což vede k napětí uvnitř dřeva, které způsobuje vrásnění konečného výrobku. Další výzkum však ukázal, že vrásnění není způsobeno makroskopickým napětím při sušení, ale spíše mikroskopickým kapilárním napětím. K vrásnění dochází, když kapilární napětí převýší pevnost v příčném tlaku. Například mezní pevnost v tlaku určité dřeviny v zeleném stavu (za mokra) je 3,59 MPa. K vrásnění může dojít, pokud je poloměr pórů menší než 0,04 μm. Proto je nejdůležitější pochopit náhlý vznik kapilárního napětí uvnitř dřeva v důsledku vytlačení velkého množství kapilární vody během sušení.

Model odpařování volné vlhkosti uvnitř dřeva je poměrně zdlouhavý, proto se jím zde nebudu zabývat. Místo toho se budeme zabývat mechanismem vrásnění při sušení dřeva. Při vytlačování volné vlhkosti z vnitřku dřeva je nutné v počátečních fázích sušení používat nízké teploty. To vysvětluje, proč obvykle necháváme dřevo před umístěním do sušárny do určité míry přirozeně vyschnout na vzduchu. Mokré dřevo by se nemělo vkládat přímo do sušicích pecí, protože by mohlo dojít k praskání a deformaci, což by mělo za následek ztráty. Důvodem praskání a deformací je to, že při vysokých teplotách dochází k rychlejšímu odtoku vody z velkých kapilár, což vede k náhlému kapilárnímu pnutí uvnitř dřevěných vláken, které přesahuje pevnost v příčném tlaku, což vede k viditelné deformaci a praskání dřeva.

Mohlo by podle teorie, že kapilární napětí způsobuje vrásnění dřeva, nahrazení vody ve dřevě kapalinou s nižším povrchovým napětím snížit vrásnění dřeva během sušení? Výzkumníci se pokusili nahradit vodu uvnitř dřeva metanolem a etanolem, které mají nižší povrchové napětí, a pozorovali výrazné zlepšení jevu vrásnění během sušení. Tento přístup je však pro každodenní výrobu ekonomicky nepraktický. Nicméně tento výsledek výzkumu potvrzuje, že vrásnění dřeva je skutečně způsobeno kapilárním napětím uvnitř dřeva, což poskytuje teoretický základ pro další výzkumné úsilí.

Experimentální ověření ukazuje následující průběh migrace vlhkosti uvnitř dřeva:

1. Volná voda na povrchu dřeva a voda uvnitř buněk se zcela odpaří.
2. Volná voda ve vnitřních buňkách migruje podél kapilár směrem k povrchu.
3. Voda ulpívající na povrchu, tj. voda v pórech, se rovněž odpařuje, čímž se snižuje povrchová vlhkost pod bod nasycení vlákna.
4. Vlhkost uvnitř dřeva je vyšší ve vnitřních vrstvách než na povrchu, což vytváří gradient vlhkosti směrem zevnitř ven.
5. Vlivem gradientu vlhkosti se vlhkost uvnitř dřeva přesouvá z oblastí s vyšší vlhkostí do oblastí s nižší vlhkostí.

Společnost GlobalQT se zabývá výrobou elektrických topných trubek z uhlíkových vláken a výzkumem. Pro více informací navštivte prosím naši webová stránka nebo se s ním spojte e-mailem na adrese contact@globalquartztube.com.