Θεωρία της εξάτμισης της ελεύθερης υγρασίας στο εσωτερικό του ξύλου και έρευνα για την ξήρανση του ξύλου με ηλεκτρικούς σωλήνες θέρμανσης ινών άνθρακα

Ανάλογα με τον τρόπο που το νερό συνδυάζεται με τα υλικά, η επιστήμη της ξήρανσης χωρίζει τα υλικά σε τρεις κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία είναι τα τριχοειδώς πορώδη σώματα, όπου οι αλλαγές διαστάσεων είναι ελάχιστες ή ανύπαρκτες όταν αλλάζει η υγρασία, όπως το κοκ, ο ξυλάνθρακας, το χώμα και το χαλίκι. Η δεύτερη κατηγορία είναι τα κολλοειδή, όπου τόσο το μέγεθος όσο και ο όγκος αλλάζουν με την υγρασία, όπως η ζελατίνη. Η τρίτη κατηγορία είναι τα τριχοειδής-πορώδη κολλοειδή, τα οποία είναι πιο συνηθισμένα και παρουσιάζουν χαρακτηριστικά και των δύο προηγούμενων κατηγοριών. Πολλά αντικείμενα που συναντάμε καθημερινά, όπως το ξύλο, το δέρμα, τα δημητριακά, τα τρόφιμα και τα φαρμακευτικά βότανα, ανήκουν σε αυτή την κατηγορία.

Κατά την ξήρανση του ξύλου Rignan, το ξύλο είναι επιρρεπές στο ζάρωμα. Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, οι ερευνητές πίστευαν ότι αυτό οφειλόταν στην τάση ξήρανσης, όπου η επιφανειακή συρρίκνωση ήταν μεγαλύτερη από την εσωτερική συρρίκνωση στα αρχικά στάδια της ξήρανσης, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται τάσεις στο εσωτερικό του ξύλου που προκαλούσαν ρυτίδες στο τελικό προϊόν. Ωστόσο, περαιτέρω έρευνες αποκάλυψαν ότι η ρυτίδωση δεν οφείλεται σε μακροσκοπική τάση ξήρανσης, αλλά μάλλον σε μικροσκοπική τριχοειδή τάση. Η ρυτίδωση εμφανίζεται όταν η τριχοειδής τάση υπερβαίνει την αντοχή σε εγκάρσια συμπίεση. Για παράδειγμα, το όριο αντοχής σε θλίψη ενός συγκεκριμένου είδους ξύλου στην πράσινη κατάσταση (υγρή κατάσταση) είναι 3,59 MPa. Η ρυτίδωση μπορεί να εμφανιστεί εάν η ακτίνα των πόρων είναι μικρότερη από 0,04 μm. Επομένως, η κατανόηση της ξαφνικής εμφάνισης τριχοειδούς τάσης στο εσωτερικό του ξύλου λόγω της αποβολής μεγάλου τριχοειδούς νερού κατά την ξήρανση είναι υψίστης σημασίας.

Το μοντέλο της εξάτμισης της ελεύθερης υγρασίας στο εσωτερικό του ξύλου είναι αρκετά κουραστικό, γι' αυτό δεν θα το αναλύσω εδώ. Αντ' αυτού, ας συζητήσουμε τον μηχανισμό της ρυτίδωσης κατά την ξήρανση του ξύλου. Κατά την αποβολή της ελεύθερης υγρασίας από το εσωτερικό του ξύλου, είναι απαραίτητη η χρήση χαμηλών θερμοκρασιών στα αρχικά στάδια της ξήρανσης. Αυτό εξηγεί γιατί γενικά αφήνουμε το ξύλο να στεγνώσει στον αέρα με φυσικό τρόπο σε κάποιο βαθμό πριν το τοποθετήσουμε σε ξηραντήρια. Το βρεγμένο ξύλο δεν πρέπει να τοποθετείται απευθείας σε ξηραντήρια, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές και παραμορφώσεις, με αποτέλεσμα απώλειες. Ο λόγος για το ράγισμα και την παραμόρφωση είναι ότι η αποστράγγιση από τα μεγάλα τριχοειδή αγγεία γίνεται ταχύτερα σε υψηλές θερμοκρασίες, οδηγώντας σε ξαφνική τριχοειδή τάση στο εσωτερικό των ινών του ξύλου που υπερβαίνει την αντοχή σε εγκάρσια συμπίεση, με αποτέλεσμα την ορατή παραμόρφωση και το ράγισμα του ξύλου.

Σύμφωνα με τη θεωρία ότι η τριχοειδής τάση προκαλεί ρυτίδες στο ξύλο, θα μπορούσε η αντικατάσταση του νερού στο εσωτερικό του ξύλου με υγρά με χαμηλότερη επιφανειακή τάση να μειώσει τις ρυτίδες του ξύλου κατά την ξήρανση; Οι ερευνητές επιχείρησαν να αντικαταστήσουν το νερό στο εσωτερικό του ξύλου με μεθανόλη και αιθανόλη, τα οποία έχουν χαμηλότερες επιφανειακές τάσεις, και παρατήρησαν σημαντική βελτίωση του φαινομένου του τσαλακώματος κατά την ξήρανση. Ωστόσο, η προσέγγιση αυτή είναι οικονομικά ανέφικτη για την καθημερινή παραγωγή. Παρ' όλα αυτά, αυτό το ερευνητικό αποτέλεσμα επιβεβαιώνει ότι το τσαλάκωμα του ξύλου προκαλείται πράγματι από την τριχοειδή τάση στο εσωτερικό του ξύλου, παρέχοντας θεωρητική βάση για τις επόμενες ερευνητικές προσπάθειες.

Η πειραματική επαλήθευση αποκαλύπτει το ακόλουθο μοτίβο μετανάστευσης της υγρασίας στο εσωτερικό του ξύλου:

1. Το ελεύθερο νερό στην επιφάνεια του ξύλου και το νερό στο εσωτερικό των κυττάρων εξατμίζονται πλήρως.
2. Το ελεύθερο νερό στα εσωτερικά κύτταρα μεταναστεύει προς την επιφάνεια κατά μήκος των τριχοειδών αγγείων.
3. Το προσκολλημένο νερό στην επιφάνεια, δηλαδή το νερό στους πόρους, εξατμίζεται επίσης, μειώνοντας την επιφανειακή υγρασία κάτω από το σημείο κορεσμού της ίνας.
4. Η υγρασία στο εσωτερικό του ξύλου είναι υψηλότερη στα εσωτερικά στρώματα από ό,τι στην επιφάνεια, δημιουργώντας μια διαβάθμιση της περιεκτικότητας σε υγρασία από το εσωτερικό προς το εξωτερικό.
5. Λόγω της διαβάθμισης της περιεκτικότητας σε υγρασία, η υγρασία στο εσωτερικό του ξύλου μεταναστεύει από περιοχές με υψηλότερη σε περιοχές με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υγρασία.

Η GlobalQT είναι αφιερωμένη στην κατασκευή ηλεκτρικών σωλήνων θέρμανσης από ίνες άνθρακα και στη διεξαγωγή έρευνας. Για περισσότερες λεπτομέρειες, παρακαλούμε επισκεφθείτε την ιστοσελίδα μας δικτυακός τόπος ή επικοινωνήστε μέσω email στη διεύθυνση contact@globalquartztube.com.