Teória odparovania voľnej vlhkosti v dreve a výskum sušenia dreva pomocou elektrických vykurovacích trubíc s uhlíkovými vláknami

Podľa toho, ako sa voda spája s materiálmi, rozdeľuje veda o sušení materiály do troch kategórií. Prvou kategóriou sú kapilárne pórovité telesá, pri ktorých sú zmeny rozmerov pri zmene vlhkosti minimálne alebo žiadne, ako napríklad koks, drevené uhlie, pôda a štrk. Druhou kategóriou sú koloidy, pri ktorých sa s obsahom vlhkosti mení veľkosť aj objem, ako napríklad želatína. Treťou kategóriou sú kapilárne pórovité koloidy, ktoré sú bežnejšie a vykazujú vlastnosti oboch predchádzajúcich kategórií. Do tejto kategórie patrí mnoho predmetov, s ktorými sa denne stretávame, ako napríklad drevo, koža, obilie, potraviny a liečivé byliny.

Pri sušení dreva Rignan dochádza k jeho pokrčeniu. Koncom 50. rokov 20. storočia sa výskumníci domnievali, že je to spôsobené stresom pri sušení, keď je povrchové zmrštenie väčšie ako vnútorné zmrštenie v počiatočných fázach sušenia, čo vedie k napätiu vo vnútri dreva, ktoré spôsobuje vrásnenie konečného výrobku. Ďalší výskum však ukázal, že vrásnenie nie je spôsobené makroskopickým napätím pri sušení, ale skôr mikroskopickým kapilárnym napätím. K vrásneniu dochádza vtedy, keď kapilárne napätie prekročí priečnu pevnosť v tlaku. Napríklad hraničná pevnosť v tlaku určitého druhu dreva v zelenom stave (mokrom stave) je 3,59 MPa. K vrásneniu môže dôjsť, ak je polomer pórov menší ako 0,04 μm. Preto je prvoradé pochopiť náhly vznik kapilárneho napätia vo vnútri dreva v dôsledku vylučovania veľkého množstva kapilárnej vody počas sušenia.

Model odparovania voľnej vlhkosti v dreve je pomerne zdĺhavý, preto sa ním nebudem zaoberať. Namiesto toho sa poďme venovať mechanizmu vrásnenia počas sušenia dreva. Počas vytláčania voľnej vlhkosti z vnútra dreva je potrebné v počiatočných fázach sušenia používať nízke teploty. To vysvetľuje, prečo spravidla nechávame drevo pred umiestnením do sušiarne do určitej miery prirodzene vyschnúť na vzduchu. Vlhké drevo by sa nemalo umiestňovať priamo do sušiacich pecí, pretože by mohlo dôjsť k praskaniu a deformácii, čo by malo za následok straty. Dôvodom praskania a deformácie je, že pri vysokých teplotách dochádza k rýchlejšiemu odtoku vody z veľkých kapilár, čo vedie k náhlemu kapilárnemu napätiu vo vnútri vlákien dreva, ktoré prekračuje priečnu pevnosť v tlaku, čo vedie k viditeľnej deformácii a praskaniu dreva.

Podľa teórie, že kapilárne napätie spôsobuje vrásnenie dreva, mohla by náhrada vody v dreve kvapalinami s nižším povrchovým napätím znížiť vrásnenie dreva počas sušenia? Výskumníci sa pokúsili nahradiť vodu vo vnútri dreva metanolom a etanolom, ktoré majú nižšie povrchové napätie, a pozorovali výrazné zlepšenie javu vrásnenia počas sušenia. Tento prístup je však z ekonomického hľadiska nepraktický pre každodennú výrobu. Napriek tomu tento výsledok výskumu potvrdzuje, že vrásnenie dreva je skutočne spôsobené kapilárnym napätím vo vnútri dreva, čo poskytuje teoretický základ pre ďalšie výskumné úsilie.

Experimentálne overenie odhalilo nasledujúci priebeh migrácie vlhkosti do dreva:

1. Voľná voda na povrchu dreva a voda v bunkách sa úplne odparí.
2. Voľná voda vo vnútorných bunkách migruje pozdĺž kapilár smerom k povrchu.
3. Voda priľnutá na povrchu, t. j. voda v póroch, sa tiež odparuje, čím sa znižuje povrchová vlhkosť pod bod nasýtenia vlákna.
4. Vlhkosť vo vnútri dreva je vyššia vo vnútorných vrstvách ako na povrchu, čím sa vytvára gradient obsahu vlhkosti smerom zvnútra von.
5. V dôsledku gradientu obsahu vlhkosti sa vlhkosť v dreve presúva z oblastí s vyšším obsahom vlhkosti do oblastí s nižším obsahom vlhkosti.

Spoločnosť GlobalQT sa venuje výrobe elektrických vykurovacích trubíc z uhlíkových vlákien a výskumu. Viac informácií nájdete na našej stránke webovej stránky alebo sa s ním spojte prostredníctvom e-mailu na adrese contact@globalquartztube.com.