Современные способы сушки древесины

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Сушка древесины 4

1.1 Естественная  сушка (атмосферная сушка) 6

1.2 Камерная  сушка древесины 7

1.3 Контактная  сушка 9

1.4 Сушка в  СВЧ 9

1.5 Сушка в  жидкостях 11

1.6 Индукционная  сушка 11

1.7 Ротационная  сушка 12

1.8 Радиационная  сушка 12

1.9 Диэлектическая  сушка 13

1.10 Пресс-вакуумная  сушка древесины 13

2. Дефекты сушки пиломатериалов и их предупреждение 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19

ПРИЛОЖЕНИЕ 20

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Сушка древесины – процесс  удаления влаги из древесины путем  испарения, один из важнейших этапов подготовки древесины к работе, т.к. сухая древесина обладает высокой прочностью, меньше коробится, не подвержена загниванию, легко склеивается, лучше отделывается, более долговечна, готовые изделия не растрескиваются. Любая древесина очень чутко реагирует на изменение влажности окружающей среды. Это свойство является одним из недостатков пиломатериалов.

Физическая сущность процесса сушки заключается в том, что  нагретый воздух направляется к сырому материалу, с которым он при соприкосновении  отдает свое тепло, а сам охлаждается. Влага в древесине за счет восприятия тепла превращается в парообразное состояние.

Цель сушки: превращение  из природного сырья древесины в  промышленный материал, с улучшенными  биологическими и физико-механическими  свойствами.

Задачами процесса являются: придание древесине биологической  стойкости, увеличение прочности древесины, улучшение качества древесины.

 

 

 

1. Сушка древесины

В растущем дереве, его пористая структура заполнена соками, необходимыми для жизнедеятельности, которые начинают испаряться при сушке срезанного дерева. Сам процесс испарения соков идет неравномерно и значительно медленнее, чем испарение обычной воды,  что обусловлено неоднородной структурой строения древесины в поперечном и продольном направлениях, а также некоторыми другими причинами. Известно, что влага, содержащаяся в древесине, значительно быстрее испаряется из торцов заготовок и с их поверхностных слоев. По этой причине древесина во время сушки трескается и коробится. Этому особенно подвержены заготовки значительного объёма, именно по этой причине сушку объёмных заготовок проводят в медленном режиме. Время естественной сушки может занять от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от вида древесины.

При сушке древесины одновременно происходят два основных процесса: испарение соков с её поверхности и перемещение соков от центра заготовки к ее поверхностным слоям (имеются в виду именно древесные соки, т.к. процесс их испарения имеет свои особенности). Испарить из древесины соки (раствор минеральных веществ) значительно труднее, чем удалить из нее обычную влагу. Народные умельцы издревле знали об этой особенности и для ускоренной сушки древесины, с успехом пользовались вываркой в воде.

Процесс сушки свежезаготовленной древесины подразделяют на два этапа. Первый этап - влажность древесины доводят до природной, то есть до влажности, которую можно получить при естественной (атмосферной) сушке. Второй этап - древесину досушивают до влажности, необходимой для изготовления, например, столярных изделий.

Старые мастера, работающие с деревом, предназначенные для сушки брёвна, предварительно очищенные от коры, держали по несколько месяцев на открытом воздухе под навесом.

Торцы бревен замазывали краской, смолой, варом, и т.д. После чего брёвна распиливали на доски и брус, которые затем выдерживали еще в течение года под навесом, а то и больше. Только после такой продолжительной подготовки древесину досушивали до необходимой для изготовления столярных изделий влажности.

Для изделий, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе, достаточно усушки до 12-18%, то есть естественной (атмосферной) сушки. Изделия, предназначенные для отапливаемых помещениях, должны быть изготовлены из древесина влажностью не более 8-10%, в данном случае естественной сушки явно недостаточно.

Влажность древесины в настоящее время определяют специальными приборами-влагомерами, раньше не было такой возможности и влажность определяли "на глаз" и по весу материала. Как известно, электропроводность древесины напрямую зависит от ее влажности. Так, пропуская электрический ток через иглы электровлагомера, на шкале прибора довольно четко фиксируется влажность древесины. 
Если при обработке рубанком стружка легко сминается в руке – значит древесина влажная. Если стружка рассыпчатая и ломкая, то материал довольно сухой.  
Чересчур влажная древесина режется легко, но качественная резьба не получится, потому что деформации материала в этом случае неизбежны. Но самым главным измерительным прибором был опыт мастера. 

При испарении соков, в  древесине образуются микропустоты, их заполняет воздух, что ведёт к постепенной усушке. При быстром, а следственно неравномерном испарении влаги, а также в результате неоднородной усушки в противоположных направлениях, в заготовке возникают значительные внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию. Медленная сушка древесины в чурбаках, позволяет значительно уменьшить внутреннее напряжение и следственно появление трещин.

В обыденности, способы сушки всегда определялись местными климатическими условиями, тем, где осуществлялась сушка, видом древесины, возможностями мастеров и конечным назначением древесины. Поэтому в разной местности встречаются различные способы сушки. В условиях климата Средней Азии и особенностей распространенной там древесины, пиломатериалы сушили, зарывая их в глубокие ямы, расположенные под лёгким навесом. В России доски сушили сложенными в штабелях, также под навесом. В годы Второй Мировой войны в для ускорения процесса сушки, заготовки вываривали в различных жидкостях.

Несмотря на всё разнообразие способов сушки, задачи всегда были одни и те же: удалить из пиломатериалов излишнюю влагу, по возможности не допуская появления трещин, ускорить сушку. В промышленных условиях быструю сушку производят в специальных сушильных камерах, но даже при использовании форсированных режимов, время полной сушки измеряется сутками и даже десятками суток. Например, для досок (сосна) толщиной 50 мм и влажностью около 60% сушка до влажности 12% продолжается не менее 5 суток. При этом выход качественного материала далеко не гарантирован. В связи с этим качественную древесину по-прежнему получают путём сушки ее в естественных (атмосферных) условиях: доски, заложенные на сушку в штабеля 3-4 года назад, пускают в дело, а их место занимают свежие.

При подготовке для сушки  брёвен, сначала обрабатывают их торцы, при помощи тяжёлого молотка ("заминают торцы"). Затем торцы обмазывают смолой, краской или клеем. Если брёвна свежеспиленные, их торцы сначала просушивают при помощи паяльной лампой. Сучковатые стволы стараются разрезать, таким образом, чтоб у торцов полученных заготовок оставались мутовки из сучков, что значительно уменьшит вероятность появления больших трещин на торцах. Данный прием особенно хорошо подходит для сушки стволов фруктовых деревьев.

Брёвна при сушке частично очищают от коры, что позволяет не допустить загнивания древесины и её поражение жуками древоточцами. Хорошо по всей длине ствола оставить кольца из коры, которые будут выполнять роль обручей, препятствующих возникновения больших трещин, но данный приём срабатывает далеко не всегда.

В чурбаках, почти без трещин высыхает липа, береза, тополь, ольха, осина. Тяжёл в сушке клен, граб, ясень, бук и садовые деревья.

Сначала лучше сушить заготовки в сухом неотапливаемом помещении, имеющем вентиляцию, но без сквозняка. Стоит учесть, что резкие перепады температуры в диапазоне 30-40 градусов при сушке свежеспиленной древесины крайне нежелательны.

Естественно, что все эти  условия необходимо соблюдать при  сушке хоть сколь значимых объёмов  пиломатериалов, в любительской же практике, как правило, достаточно оставить сырую заготовку на чердаке или  сарае. В городских условиях для  сушки небольших чурбаков можно  использовать балкон или лоджию.

Рассмотрим подробнее  различные способы сушки древесины.

1.1 Естественная сушка (атмосферная сушка)

Это самый древний и  самый простой способ сушки древесины. (Приложение. Рисунок 1)

Сухая древесина складируется на открытом месте или под навесом. Источником энергии, необходимой для  удаления влаги из древесины, являются солнце и ветер. Интенсивность процесса сушки, а также конечная влажность  древесины зависят от текущих  погодных условий и, следовательно, изменяются во времени.

В летние месяцы теоретически можно высушить пиломатериал до 12-13% влажности. В действительности влажность  древесины в штабеле на несколько  процентов выше, так как влажность  внутри древесины достигает равновесной  влажности с некоторой задержкой. В осенне-зимнее время конечная влажность  древесины гораздо выше. Возможности  влияния на протекание процесса сушки  весьма ограничены и сводятся только к способу укладывания досок, а также установки штабеля  на площадке. Заготовки укладывают в штабеля рядами на подставки высотой не менее 60см., перекладывая их сухими рейками одна на другой, чтобы между ними имелись воздушные вертикальные просветы. Доски укладывают внутренними пластами вверх для уменьшения их коробления.

 В зависимости от  типа и толщины древесины, естественная сушка продолжается от 3-х месяцев до 3-х лет. Многое зависит от того, в какой месяц был выставлен штабель. Во время исследований, проведенных в 70-е гг. на Хайнувских деревообрабатывающих предприятиях (Польша), влажность свежих дубовых досок, уложенных в штабели в июле, достигла примерно 20% в течение 15-18 дней. Влажность таких же досок, уложенных в октябре, достигла данного уровня только через 220-240 дней. При регулярном укладывании в течение года большинство (около 54%) досок достигало желаемого уровня конечной влажности в мае. Таким образом, существует проблема обеспечения непрерывности производства.

Естественная сушка требует  наличия как больших производственных запасов, так и больших площадей.

Несомненным преимуществом  этого способа сушки является высокое качество продукции. Согласно немецким данным, немногочисленные повреждения  появляются только в случае чрезвычайно  интенсивного солнечного излучения, так как на солнце внешняя поверхность древесины быстро нагревается, а внутренняя остается сырой, вследствие чего могут образовываться трещины и дерево может начать коробиться.

Считается, что сушка досок, поставленных на кромки, происходит быстрее, так как они лучше проветриваются, но и коробятся они гораздо  больше, особенно материал повышенной влажности.

При сушке древесины на торцах всегда образуются трещины, поэтому заготовки должны быть немного большей длины, чем будущее изделие, т.к. после сушки придется отпилить треснувшие концы.

Заготовки больших размеров и повышенной влажности, просыхают  в течении 2-3 лет, что является основным недостатком данного метода. Из достоинств же можно выделить отсутствие затрат и простота проведения сушки древесины.

Атмосферную сушку широко используют для подсушки экспортных пиломатериалов на заводах с сезонной отгрузкой продукции (в морских портах). Целесообразно применять ее в качестве этапа, предшествующего сушке древесины в камерах.

1.2 Камерная сушка древесины

С точки зрения теории деревообработки, камерная сушка (Приложение. Рисунок 2) древесины (в отличие от атмосферной сушки, контактной, ротационной, сушки в жидкостях и электрическом поле ТВЧ) - это процесс по удалению влаги из древесины с помощью специального термообрабатывающего оборудования - сушильных камер, оборудованных системами вентиляции, увлажнения и подогрева.

Камерная сушка дерева регулируется тремя основными нормативными документами (в них приводятся правила укладки в штабели и непосредственно сушки пиломатериалов, применяемые режимы сушки, общепринятые методы контроля качества, а также различные нормативы и методики расчетов):

1. ГОСТ 19773-84: Пиломатериалы хвойных пород. Режимы сушки в противоточных камерах непрерывного действия;
2. ГОСТ 18867-84: Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия;
3. "Руководящие материалы по камерной сушке пиломатериалов";

Камерная сушка как  технологический процесс делится на следующие этапы:

• начальная влаготермообработка;
• сушка;
• промежуточная влаготермообработка;
• конечная влаготермообработка;
• подсушка;
• кондиционирование.

Камерная сушка состоит  из следующих основных этапов: 

1. подготовки сушильной камеры; 
2. подготовки материала; 
3. сушки материала;
4. выгрузки и выдержки в остывочном помещении;
5. контроля влажности материала.

На деревообрабатывающих предприятиях камерная сушка дерева широко распространена и происходит примерно следующим образом: в огромном цеху (или на открытой площадке) находятся  сушильные камеры. По рельсам перемещаются специальные тележки, которые транспортируют внутрь сушильных камер пиломатериалы  в штабелях, где впоследствии они  в течение определенного времени,время назначается согласно свойствам древесины, (Приложение. Таблица 1. Породные особенности древесины) высушиваются в газообразной среде (как правило, это нагретый воздух или пар). 

Среди прочих других способов удаления влаги содержащейся в древесине, камерная сушка - весьма эффективный способ, т.к. он не зависит от различных внешних факторов, таких как погодно-атмосферные условия. К тому же, при неизменно высоком качестве сушки и невысоком проценте брака, на весь процесс сушки уходит весьма небольшое время (куда меньшее по сравнению с атмосферной сушкой). Кроме того, камерная сушка характеризуется вовлечением в управление процессом сушки как человека, так и высокотехнологичных компьютеризированных систем автоматики. Простота управления процессом, обилие различных программ сушки и возможность настраивать практически любые параметры позволяют получать на выходе пиломатериалы практически любого уровня влажности.