Teoria odparowywania wolnej wilgoci wewnątrz drewna i badania nad suszeniem drewna za pomocą elektrycznych rur grzewczych z włókna węglowego

Zgodnie ze sposobem, w jaki woda łączy się z materiałami, nauka o suszeniu dzieli materiały na trzy kategorie. Pierwsza kategoria to ciała kapilarno-porowate, w których zmiany wymiarów są minimalne lub nie występują wcale pod wpływem wilgoci, takie jak koks, węgiel drzewny, gleba i żwir. Druga kategoria to koloidy, w których zarówno rozmiar, jak i objętość zmieniają się wraz z zawartością wilgoci, takie jak żelatyna. Trzecia kategoria to koloidy kapilarno-porowate, które są bardziej powszechne i wykazują cechy obu poprzednich kategorii. Wiele przedmiotów, z którymi spotykamy się na co dzień, takich jak drewno, skóra, ziarna, żywność i zioła lecznicze, należy do tej kategorii.

Podczas suszenia drewno Rignan jest podatne na marszczenie. W późnych latach 50-tych naukowcy uważali, że jest to spowodowane naprężeniami suszarniczymi, w których skurcz powierzchniowy był większy niż skurcz wewnętrzny na początkowych etapach suszenia, co powodowało naprężenia wewnątrz drewna, powodując marszczenie się produktu końcowego. Dalsze badania wykazały jednak, że marszczenie nie jest spowodowane makroskopowym naprężeniem suszenia, ale raczej mikroskopijnym napięciem kapilarnym. Marszczenie występuje, gdy napięcie kapilarne przekracza wytrzymałość na ściskanie poprzeczne. Na przykład granica wytrzymałości na ściskanie pewnego gatunku drewna w stanie zielonym (mokrym) wynosi 3,59 MPa. Marszczenie może wystąpić, jeśli promień porów jest mniejszy niż 0,04 μm. Dlatego zrozumienie nagłego pojawienia się napięcia kapilarnego wewnątrz drewna spowodowanego wydaleniem dużej ilości wody kapilarnej podczas suszenia ma kluczowe znaczenie.

Model odparowywania wolnej wilgoci wewnątrz drewna jest dość żmudny, więc nie będę się w niego zagłębiał. Zamiast tego omówmy mechanizm marszczenia podczas suszenia drewna. Podczas usuwania wolnej wilgoci z wnętrza drewna konieczne jest stosowanie niskich temperatur na początkowych etapach suszenia. Wyjaśnia to, dlaczego zazwyczaj pozwalamy drewnu wyschnąć na powietrzu do pewnego stopnia przed umieszczeniem go w piecach suszarniczych. Mokre drewno nie powinno być umieszczane bezpośrednio w piecach suszarniczych, ponieważ może to prowadzić do pęknięć i deformacji, powodując straty. Przyczyną pęknięć i deformacji jest to, że drenaż z dużych naczyń włosowatych zachodzi szybciej w wysokich temperaturach, co prowadzi do nagłego naprężenia kapilarnego wewnątrz włókien drewna przekraczającego wytrzymałość na ściskanie poprzeczne, co skutkuje widoczną deformacją i pękaniem drewna.

Zgodnie z teorią, że napięcie kapilarne powoduje marszczenie się drewna, czy zastąpienie wody wewnątrz drewna cieczami o niższym napięciu powierzchniowym może zmniejszyć marszczenie się drewna podczas suszenia? Naukowcy próbowali zastąpić wodę w drewnie metanolem i etanolem, które mają niższe napięcie powierzchniowe, i zaobserwowali znaczną poprawę zjawiska marszczenia podczas suszenia. Takie podejście jest jednak ekonomicznie niepraktyczne w codziennej produkcji. Niemniej jednak wyniki tych badań potwierdzają, że marszczenie się drewna jest rzeczywiście spowodowane napięciem kapilarnym wewnątrz drewna, zapewniając podstawy teoretyczne dla dalszych wysiłków badawczych.

Weryfikacja eksperymentalna ujawnia następujący wzorzec migracji wilgoci wewnątrz drewna:

1. Wolna woda na powierzchni drewna i woda wewnątrz komórek całkowicie odparowują.
2. Wolna woda w komórkach wewnętrznych migruje w kierunku powierzchni wzdłuż naczyń włosowatych.
3. Woda przylegająca do powierzchni, tj. woda w porach, również odparowuje, zmniejszając wilgotność powierzchni poniżej punktu nasycenia włókna.
4. Wilgotność wewnątrz drewna jest wyższa w wewnętrznych warstwach niż na powierzchni, tworząc gradient zawartości wilgoci od wewnątrz na zewnątrz.
5. Ze względu na gradient zawartości wilgoci, wilgoć wewnątrz drewna migruje z obszarów o wyższej do niższej zawartości wilgoci.

GlobalQT zajmuje się produkcją elektrycznych rur grzewczych z włókna węglowego i prowadzeniem badań. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź naszą stronę strona internetowa lub skontaktować się przez e-mail pod adresem kontakt@globalquartztube.com.