Теорія випаровування вільної вологи всередині деревини та дослідження сушіння деревини за допомогою електричних нагрівальних трубок з вуглецевого волокна

Відповідно до того, як вода поєднується з матеріалами, наука про сушіння поділяє матеріали на три категорії. Перша категорія - капілярно-пористі тіла, в яких зміни розмірів при зміні вологості мінімальні або взагалі відсутні, наприклад, кокс, деревне вугілля, ґрунт і гравій. Друга категорія - колоїди, в яких і розмір, і об'єм змінюються зі зміною вологості, наприклад, желатин. Третя категорія - капілярно-пористі колоїди, які є більш поширеними і мають характеристики обох попередніх категорій. Багато об'єктів, з якими ми стикаємося щодня, такі як дерево, шкіра, зерно, продукти харчування та лікарські трави, належать до цієї категорії.

Під час сушіння деревина ріньяну схильна до зморщування. Наприкінці 1950-х років дослідники вважали, що це спричинено стресом під час сушіння, коли на початкових стадіях сушіння поверхнева усадка перевищує внутрішню, що призводить до виникнення напруги всередині деревини, яка спричиняє зморшкуватість кінцевого продукту. Однак подальші дослідження показали, що зморшкуватість виникає не через макроскопічний стрес при сушінні, а скоріше через мікроскопічний капілярний натяг. Зморщування виникає, коли капілярний натяг перевищує межу міцності на поперечний стиск. Наприклад, межа міцності на стиск певної породи деревини в зеленому (вологому) стані становить 3,59 МПа. Зморшкуватість може виникнути, якщо радіус пор менше 0,04 мкм. Тому розуміння раптової появи капілярного натягу всередині деревини через витіснення великої капілярної води під час сушіння має першорядне значення.

Модель випаровування вільної вологи всередині деревини є досить нудною, тому я не буду заглиблюватися в неї. Натомість обговоримо механізм утворення зморшок під час сушіння деревини. Під час витіснення вільної вологи зсередини деревини необхідно використовувати низькі температури на початкових етапах сушіння. Це пояснює, чому ми зазвичай даємо деревині до певної міри висохнути на повітрі, перш ніж поміщати її в сушильні печі. Вологу деревину не можна безпосередньо поміщати в сушильні печі, оскільки це може призвести до розтріскування і деформації, що призведе до втрат. Причиною розтріскування і деформації є те, що при високих температурах дренаж з великих капілярів відбувається швидше, що призводить до раптового капілярного натягу всередині волокон деревини, який перевищує межу міцності на поперечний стиск, що призводить до видимої деформації і розтріскування деревини.

Згідно з теорією, що капілярний натяг викликає зморшкуватість деревини, чи може заміна води всередині деревини рідинами з меншим поверхневим натягом зменшити зморшкуватість деревини під час сушіння? Дослідники спробували замінити воду всередині деревини метанолом та етанолом, які мають нижчий поверхневий натяг, і спостерігали значне покращення явища зморщування під час сушіння. Однак такий підхід є економічно недоцільним для щоденного виробництва. Тим не менш, цей результат дослідження підтверджує, що зморшкуватість деревини дійсно спричинена капілярним натягом всередині деревини, забезпечуючи теоретичну основу для подальших досліджень.

Експериментальна перевірка виявила наступну закономірність міграції вологи всередині деревини:

1. Вільна вода на поверхні деревини та вода всередині клітин повністю випаровується.
2. Вільна вода у внутрішніх клітинах мігрує до поверхні по капілярах.
3. Прилипла вода на поверхні, тобто вода в порах, також випаровується, зменшуючи поверхневу вологість нижче точки насичення волокна.
4. Вологість деревини у внутрішніх шарах вища, ніж на поверхні, що створює градієнт вологості зсередини назовні.
5. Завдяки градієнту вологості волога всередині деревини мігрує з ділянок з більшою вологістю в ділянки з меншою вологістю.

GlobalQT займається виробництвом електричних нагрівальних трубок з вуглецевого волокна та проведенням досліджень. Для більш детальної інформації, будь ласка, відвідайте наш веб-сайт або зверніться за електронною адресою contact@globalquartztube.com.