Vaba niiskuse aurustumise teooria puidu sees ja puidu kuivatamise uurimine süsinikkiust elektriküttetorudega

Vastavalt sellele, kuidas vesi ühendub materjalidega, jagab kuivamisteadus materjalid kolme kategooriasse. Esimesse kategooriasse kuuluvad kapillaarpoorsed kehad, mille mõõtmete muutumine on niiskuse muutumisel minimaalne või olematu, näiteks koks, süsi, muld ja kruus. Teine kategooria on kolloidsed kehad, mille puhul nii suurus kui ka ruumala muutuvad niiskusesisaldusega, näiteks želatiin. Kolmas kategooria on kapillaarpoorsed kolloidid, mis on levinumad ja millel on mõlema eelneva kategooria omadused. Paljud esemed, millega me igapäevaselt kokku puutume, nagu puit, nahk, terad, toit ja ravimtaimed, kuuluvad sellesse kategooriasse.

Rignani puidu kuivatamisel kipub see kortsuma. Uurijad uskusid 1950ndate lõpus, et selle põhjuseks on kuivatuspinge, mille puhul kuivamise algstaadiumis oli pindmine kokkutõmbumine suurem kui sisemine kokkutõmbumine, mille tulemusena tekkis puidu sees pinge, mis põhjustas lõpptootes kortsumise. Edasised uuringud näitasid siiski, et kortsumine ei ole tingitud makroskoopilisest kuivamispingest, vaid pigem mikroskoopilisest kapillaarpingest. Kortsumine tekib siis, kui kapillaarpinge ületab põikisuunalist survetugevust. Näiteks on teatava puuliigi survetugevuse piirnorm rohelises (märjas) olekus 3,59 MPa. Kortsumine võib tekkida, kui pooride raadius on väiksem kui 0,04 μm. Seetõttu on esmatähtis mõista kapillaarpinge äkilist tekkimist puidu sees, mis on tingitud suure kapillaarvee väljutamisest kuivamise ajal.

Puidu sees oleva vaba niiskuse aurustumise mudel on üsna tüütu, nii et ma ei hakka seda siinkohal süvenema. Selle asemel arutleme puidu kuivamise ajal toimuva kortsumise mehhanismi üle. Vaba niiskuse väljutamisel puidu seest on vaja kasutada kuivatamise algstaadiumis madalaid temperatuure. See selgitab, miks me laseme puidul tavaliselt enne kuivatusahjudesse paigutamist teataval määral loomulikul õhu käes kuivada. Niisket puitu ei tohiks panna otse kuivatusahjudesse, sest see võib põhjustada pragunemist ja deformeerumist, mille tagajärjel tekib kahju. Pragunemise ja deformeerumise põhjuseks on see, et suurte kapillaaride kuivamine toimub kõrgemal temperatuuril kiiremini, mis põhjustab puidukiudude sees äkilist kapillaarpinget, mis ületab põikisuunalist survetugevust, mille tulemuseks on puidu nähtav deformeerumine ja pragunemine.

Kas vastavalt teooriale, et kapillaarpinge põhjustab puidu kortsumist, võiks vee asendamine puidu sees madalama pindpinevusega vedelikega vähendada puidu kortsumist kuivamise ajal? Teadlased püüdsid asendada vee puidu sees metanooli ja etanooliga, millel on madalam pindpinevus, ning täheldasid, et kuivatamise ajal toimunud kortsumine paraneb märkimisväärselt. Selline lähenemisviis on aga igapäevaseks tootmiseks majanduslikult ebapraktiline. Sellegipoolest kinnitab see uurimistulemus, et puidu kortsumine on tõepoolest põhjustatud kapillaarpingest puidu sees, mis annab teoreetilise aluse edasistele uuringutele.

Eksperimentaalne kontrollimine näitab järgmist niiskuse liikumist puidu sees:

1. Vaba vesi puidu pinnal ja vesi rakkude sees aurustub täielikult.
2. Vaba vesi rändab sisemistes rakkudes pinna poole mööda kapillaare.
3. Pinnale kleepunud vesi, st vesi poorides, aurustub samuti, vähendades pinnaniiskust alla kiu küllastumispunkti.
4. Puidu sisemises kihis on niiskus kõrgem kui pinnal, mis tekitab niiskuse astme seestpoolt väljapoole.
5. Niiskusesisalduse gradienti tõttu liigub niiskus puidu sees kõrgemast niiskusesisaldusest madalamasse piirkonda.

GlobalQT on pühendunud süsinikkiust elektriliste küttetorude tootmisele ja teadusuuringutele. Täpsema teabe saamiseks külastage meie veebisait või võtke ühendust e-posti teel aadressil contact@globalquartztube.com.