A szabad nedvesség elpárolgásának elmélete a fában és a fa szárításának kutatása szénszálas elektromos fűtőcsövekkel

A víz és az anyagok kapcsolódási módja szerint a szárítás tudománya három kategóriába sorolja az anyagokat. Az első kategóriába tartoznak a kapillárisan porózus testek, ahol a nedvességváltozás hatására a méretváltozás minimális vagy nem is létezik, mint például a koksz, a faszén, a talaj és a kavics. A második kategória a kolloidok, ahol a nedvességtartalom hatására a méret és a térfogat is változik, mint például a zselatin. A harmadik kategória a kapilláris-porózus kolloidok, amelyek gyakoribbak, és mindkét előző kategória jellemzőit mutatják. Számos tárgy, amellyel naponta találkozunk, például a fa, a bőr, a gabonafélék, az élelmiszerek és a gyógynövények ebbe a kategóriába tartoznak.

A Rignan fa szárításakor hajlamos a ráncosodásra. Az 1950-es évek végén a kutatók úgy vélték, hogy ezt a szárítási feszültség okozza, amikor a szárítás kezdeti szakaszában a felület zsugorodása nagyobb volt, mint a belső zsugorodás, ami a fa belsejében feszültséget eredményezett, ami ráncosodást okozott a végtermékben. A további kutatások azonban kimutatták, hogy a ráncosodás nem a makroszkopikus száradási feszültség, hanem a mikroszkopikus kapilláris feszültség következménye. A ráncosodás akkor következik be, amikor a kapilláris feszültség meghaladja a keresztirányú nyomószilárdságot. Például egy bizonyos fafajta nyomószilárdsági határértéke zöld állapotban (nedves állapotban) 3,59 MPa. Ráncosodás akkor fordulhat elő, ha a pórusok sugara kisebb, mint 0,04 μm. Ezért kiemelkedő fontosságú a kapilláris feszültség hirtelen megjelenésének megértése a fában, ami a szárítás során a nagy mennyiségű kapilláris víz kilökődésének köszönhető.

A fa belsejében lévő szabad nedvesség elpárolgásának modellje meglehetősen fárasztó, ezért itt most nem foglalkozom vele. Ehelyett beszéljünk a fa száradása során bekövetkező ráncosodás mechanizmusáról. A fa belsejében lévő szabad nedvesség kiáramlása során a szárítás kezdeti szakaszában alacsony hőmérsékletet kell alkalmazni. Ez a magyarázat arra, hogy miért hagyjuk általában a fát bizonyos mértékig természetes módon levegőn száradni, mielőtt szárítókemencébe helyeznénk. A nedves fát nem szabad közvetlenül a szárítókemencébe helyezni, mivel ez repedezéshez és deformációhoz vezethet, ami veszteségeket okozhat. A repedések és deformációk oka az, hogy a nagy hajszálerekből történő vízelvezetés magas hőmérsékleten gyorsabban történik, ami a faanyag rostjain belül hirtelen a keresztirányú nyomószilárdságot meghaladó kapilláris feszültséghez vezet, ami a fa látható deformációját és repedését eredményezi.

Az elmélet szerint, amely szerint a kapilláris feszültség a fa ráncosodását okozza, a fában lévő víz cseréje alacsonyabb felületi feszültségű folyadékkal csökkentheti-e a fa ráncosodását a szárítás során? A kutatók megpróbálták a fában lévő vizet metanollal és etanollal helyettesíteni, amelyeknek kisebb a felületi feszültségük, és jelentős javulást tapasztaltak a szárítás során a ráncosodás jelenségében. Ez a megközelítés azonban gazdaságilag nem kivitelezhető a napi termelésben. Mindazonáltal ez a kutatási eredmény megerősíti, hogy a fa ráncosodását valóban a fán belüli kapilláris feszültség okozza, és elméleti alapot nyújt a további kutatási erőfeszítésekhez.

A kísérleti ellenőrzés a nedvesség fán belüli vándorlásának következő mintázatát mutatja:

1. A fa felületén lévő szabad víz és a sejtekben lévő víz teljesen elpárolog.
2. A belső sejtekben lévő szabad víz a kapillárisok mentén a felszín felé vándorol.
3. A felületen megtapadt víz, azaz a pórusokban lévő víz szintén elpárolog, így a felületi nedvesség a szálak telítettségi pontja alá csökken.
4. A fa belsejében a belső rétegekben magasabb a nedvességtartalom, mint a felszínen, így a nedvességtartalom belülről kifelé haladva gradiens lesz.
5. A nedvességtartalom-gradiens miatt a nedvesség a fában a magasabb nedvességtartalmú területekről az alacsonyabb nedvességtartalmúak felé vándorol.

A GlobalQT szénszálas elektromos fűtőcsövek gyártásával és kutatással foglalkozik. További részletekért kérjük, látogasson el a weboldal vagy vegye fel a kapcsolatot e-mailben a contact@globalquartztube.com.