Koka iekšienē esošā brīvā mitruma iztvaikošanas teorija un koksnes žāvēšanas izpēte ar oglekļa šķiedras elektriskajām sildīšanas caurulēm

Atkarībā no tā, kā ūdens savienojas ar materiāliem, žāvēšanas zinātne iedala materiālus trīs kategorijās. Pirmā kategorija ir kapilāri poraini ķermeņi, kuru izmēru izmaiņas, mainoties mitruma līmenim, ir minimālas vai to nav vispār, piemēram, kokss, kokogles, augsne un grants. Otrā kategorija ir koloīdi, kuros, mainoties mitruma saturam, mainās gan izmērs, gan tilpums, piemēram, želatīns. Trešā kategorija ir kapilāri poraini koloīdi, kas ir biežāk sastopami un kam piemīt abu iepriekšējo kategoriju īpašības. Šai kategorijai pieder daudzi priekšmeti, ar kuriem mēs ikdienā saskaramies, piemēram, koks, āda, graudi, pārtika un ārstniecības augi.

Žāvējot Rignan koksni, tā mēdz krokoties. Pagājušā gadsimta piecdesmito gadu beigās pētnieki uzskatīja, ka to izraisa žāvēšanas stress, kad sākotnējos žāvēšanas posmos virsmas saraušanās ir lielāka nekā iekšējā saraušanās, kā rezultātā koksnes iekšienē rodas spriegums, kas galaproduktā izraisa grumbu veidošanos. Tomēr turpmākajos pētījumos atklājās, ka grumbu veidošanos izraisa nevis makroskopiskais žāvēšanas spriegums, bet gan mikroskopiskais kapilārais spriegums. Krokošanās rodas, kad kapilārais spriegums pārsniedz šķērsgriezes spiedes stiprību. Piemēram, konkrētas koksnes sugas spiedes stiprības robeža zaļā (mitrā) stāvoklī ir 3,59 MPa. Ja poru rādiuss ir mazāks par 0,04 μm, var rasties grumbas. Tāpēc ir ļoti svarīgi izprast pēkšņo kapilārā spriegojuma parādīšanos koksnes iekšienē, ko izraisa liela kapilārā ūdens izspiešana žāvēšanas laikā.

Koksnes iekšienē esošā brīvā mitruma iztvaikošanas modelis ir diezgan garlaicīgs, tāpēc es to šeit neiedziļināšos. Tā vietā apspriedīsim grumbu veidošanās mehānismu koksnes žāvēšanas laikā. Izvadot brīvo mitrumu no koksnes iekšienes, žāvēšanas sākumposmā ir jāizmanto zemas temperatūras. Tas izskaidro, kāpēc mēs parasti ļaujam koksnei zināmā mērā dabiski izžūt, pirms to ievieto žāvēšanas krāsnīs. Mitru koksni nedrīkst tieši ievietot žāvēšanas krāsnīs, jo tas var izraisīt plaisāšanu un deformāciju, kā rezultātā var rasties zaudējumi. Plaisāšanas un deformācijas iemesls ir tas, ka augstās temperatūrās straujāk notiek drenāža no lieliem kapilāriem, kas izraisa pēkšņu kapilāro spriedzi koksnes šķiedru iekšienē, kas pārsniedz šķērsspiediena izturību, kā rezultātā koksne redzami deformējas un plaisā.

Vai saskaņā ar teoriju, ka kapilārais spriegums izraisa koksnes grumbu veidošanos, ūdens aizstāšana koksnē ar šķidrumiem ar mazāku virsmas spraigumu varētu samazināt koksnes grumbu veidošanos žāvēšanas laikā? Pētnieki mēģināja aizstāt ūdeni koksnes iekšienē ar metanolu un etanolu, kam ir zemāks virsmas spriegums, un novēroja ievērojamu grumbu veidošanās parādības uzlabošanos žāvēšanas laikā. Tomēr šī pieeja ir ekonomiski nepraktiska ikdienas ražošanā. Tomēr šis pētījuma rezultāts apstiprina, ka koksnes grumbu veidošanos patiešām izraisa kapilārais spriegums koksnes iekšienē, tādējādi nodrošinot teorētisku pamatu turpmākajiem pētījumiem.

Eksperimentālā verifikācija atklāj šādu mitruma migrācijas modeli koksnes iekšienē:

1. Brīvs ūdens uz koksnes virsmas un ūdens šūnās pilnībā iztvaiko.
2. Iekšējās šūnās esošais brīvais ūdens pa kapilāriem migrē virsmas virzienā.
3. Uz virsmas, t. i., porās esošais ūdens, arī iztvaiko, samazinot virsmas mitrumu zem šķiedras piesātinājuma punkta.
4. Koksnes iekšienē mitrums ir lielāks iekšējos slāņos nekā virspusē, veidojot mitruma satura gradientu no iekšpuses uz ārpusi.
5. Mitruma satura gradienta dēļ mitrums koksnē pārvietojas no vietām ar augstāku mitruma saturu uz vietām ar zemāku mitruma saturu.

GlobalQT nodarbojas ar oglekļa šķiedras elektrisko sildīšanas cauruļu ražošanu un pētniecības veikšanu. Lai iegūtu sīkāku informāciju, lūdzu, apmeklējiet mūsu tīmekļa vietne vai sazinieties pa e-pastu contact@globalquartztube.com.