Teorija izhlapevanja proste vlage v lesu in raziskave sušenja lesa z električnimi grelnimi cevmi iz ogljikovih vlaken

Glede na to, kako se voda združuje z materiali, znanost o sušenju deli materiale v tri kategorije. Prva kategorija so kapilarno porozna telesa, pri katerih so spremembe dimenzij ob spremembi vlage minimalne ali jih sploh ni, kot so koks, oglje, zemlja in gramoz. Druga kategorija so koloidi, pri katerih se z vsebnostjo vlage spreminjata tako velikost kot prostornina, na primer želatina. Tretja kategorija so kapilarno porozni koloidi, ki so pogostejši in imajo značilnosti obeh prejšnjih kategorij. V to kategorijo spadajo številni predmeti, s katerimi se srečujemo vsak dan, kot so les, usnje, žita, hrana in zdravilna zelišča.

Pri sušenju lesa Rignan se ta nagnjen k gubanju. Konec petdesetih let prejšnjega stoletja so raziskovalci menili, da je to posledica stresa pri sušenju, ko je v začetnih fazah sušenja površinsko krčenje večje od notranjega krčenja, zaradi česar se les v notranjosti obremeni in končni izdelek naguba. Vendar so nadaljnje raziskave pokazale, da gubanje ni posledica makroskopske napetosti pri sušenju, temveč mikroskopske kapilarne napetosti. Do gubanja pride, ko kapilarna napetost preseže prečno tlačno trdnost. Na primer, mejna tlačna trdnost določene vrste lesa v zelenem (mokrem) stanju je 3,59 MPa. Do gubanja lahko pride, če je polmer por manjši od 0,04 μm. Zato je razumevanje nenadnega pojava kapilarne napetosti v lesu zaradi izločanja velikih količin kapilarne vode med sušenjem izredno pomembno.

Model izhlapevanja proste vlage v lesu je precej dolgočasen, zato ga tukaj ne bom obravnaval. Namesto tega se posvetimo mehanizmu gubanja med sušenjem lesa. Med izločanjem proste vlage iz notranjosti lesa je treba v začetnih fazah sušenja uporabiti nizke temperature. To pojasnjuje, zakaj na splošno pustimo, da se les do določene mere naravno posuši na zraku, preden ga postavimo v sušilne peči. Mokrega lesa ne smemo neposredno postaviti v sušilne peči, saj lahko pride do razpok in deformacij, kar povzroči izgube. Razlog za nastanek razpok in deformacij je hitrejše odtekanje vode iz velikih kapilar pri visokih temperaturah, kar povzroči nenadno kapilarno napetost znotraj lesnih vlaken, ki presega prečno tlačno trdnost, kar povzroči vidne deformacije in razpoke lesa.

Ali bi lahko zamenjava vode v lesu s tekočinami z manjšo površinsko napetostjo v skladu s teorijo, da kapilarna napetost povzroča gubanje lesa, zmanjšala gubanje lesa med sušenjem? Raziskovalci so vodo v lesu poskušali nadomestiti z metanolom in etanolom, ki imata manjšo površinsko napetost, in opazili znatno izboljšanje pojava gubanja med sušenjem. Vendar je ta pristop ekonomsko nepraktičen za vsakodnevno proizvodnjo. Kljub temu ta rezultat raziskave potrjuje, da je gubanje lesa dejansko posledica kapilarne napetosti v lesu, kar je teoretična podlaga za nadaljnje raziskave.

Eksperimentalno preverjanje razkriva naslednji vzorec migracije vlage v les:

1. Prosta voda na površini lesa in voda v celicah popolnoma izhlapi.
2. Prosta voda v notranjih celicah se po kapilarah premika proti površini.
3. Pripadajoča voda na površini, tj. voda v porah, prav tako izhlapi, s čimer se površinska vlaga zmanjša pod točko nasičenosti vlaken.
4. Vlaga v lesu je večja v notranjih plasteh kot na površini, zato se vsebnost vlage spreminja od notranjosti proti zunanjosti.
5. Zaradi gradienta vsebnosti vlage se vlaga v lesu seli iz območij z višjo vsebnostjo vlage v območja z nižjo vsebnostjo vlage.

Podjetje GlobalQT se ukvarja s proizvodnjo električnih grelnih cevi iz ogljikovih vlaken in izvajanjem raziskav. Za več podrobnosti obiščite naše Spletna stran ali se obrnite po e-pošti na contact@globalquartztube.com.