Розділ «1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВПЛИВ ОСНОВНИХ СОРТОУТВОРЮЮЧИХ ВАД ТА ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВИНИ НА ЇЇ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ПОКАЗНИКИ»

Ступінь впливу сучків на характеристики міцності деревного стовбура відмічалися Н. Н. Бураковим [58]. Під час досліджень на малих зразках, було встановлено, що за стиску вздовж волокон деревини сосни та ялини, межа міцності знижується у межах 20—10 %. За стиску поперек волокон спостерігається підвищення міцності, при випробуваннях на згин, наявність сучків викликає зменшення опору деревини, величина якого залежить від діаметра сучка та його розташування у зразку.

Волинським В. Н. [59], який проводив дослідження на зразках різного поперечного перерізу чистої деревини та деревини з сучками, була встановлена залежність межі міцності від розмірів поперечного перерізу зразка. Розбіжність у рівняннях зв'язку для чистої деревини і деревини з сучками знижується із збільшенням розмірів зразка.

Результати досліджень, що проводилися у центральному науково-дослідному інституті механічної обробки деревини (ЦНДІМОД) [49] щодо зниження межі міцності балок, брусків з сучками на крайці та дощок з сучками на пласті у межах середньої третини проліту, свідчать, що із збільшенням відносних розмірів сучка міцність за статичного згину та стиску вздовж волокон різко падає. За відносних розмірів сучка, який дорівнює половині ширини або товщини деталі, межа міцності знижується відповідно на 51 та 52 %. У зв'язку з цим розмір сучків в круглих лісоматеріалах обмежується.

За дослідженнями сучки є основною вадою, яка впливає на зниження механічних показників стовбурів. Виявлено так звану "зону впливу" біля сучка, яка характеризується нахилом волокон і має значний вплив на міцність стовбурів (рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Схематичне зображення розташування сучків у стовбурі та зони їх впливу [60]

Крім того, внаслідок ексцентричного розташування сучків та секцій з сучками зменшується кількість чистої деревини.

1.3. Виникнення тріщин всихання в круглих сортиментах

Після того, як деревина досягає вологості межі насичення волокон відбувається зменшення її об'єму, тобто всихання. Внаслідок анізотропної будови деревини її всихання за різних напрямків є неоднаковим. В середньому максимальне всихання деревини, тобто до абсолютно сухого стану в тангенціальному напрямку становить 7П10 %, а в радіальному напрямку - вдвічі менше [61, 62].

Значна різниця між всиханням в тангенціальному та радіальному напрямках поряд з незначною міцністю деревини в поперечному напрямку є основною причиною виникнення тріщин в матеріалі. Особливістю всихання круглих сортиментів є наявність серцевинної трубки і це спричиняє утворення поверхневих тріщин в радіальному напрямку. Оскільки радіальне всихання майже в два рази менше за тангенціальне центральна зона колоди стискається, а периферійна - розтягується. З наближенням середньої вологості деревини до межі насичення в матеріалі виникають радіальні тріщини.

Якісна картина утворення тріщин виглядає наступним чином [63]. Обкоровані круглі сортименти віддають вологу скоріше, тому в них виникають дві великі тріщини, розташовані за діаметром та ряд дрібних тріщин - за радіусом (рис. 1.3). Сортименти в корі висихають повільніше, оскільки випаровування вологи з поверхні ускладнено і зазвичай тріщини утворюються в радіальному напрямку на деякій відстані від поверхні колоди (рис. 1.3 б).

Величину розкриття тріщини, Н, залежно від радіусу колоди, К, И. В. Кречетов [64] розглядає як різницю між довжиною кола, в яке вписано поперечний розмір колоди, до та після сушіння:

де Ут - всихання в тангенціальному напрямку, %; Ур - всихання в радіальному напрямку, %.

Рис. 1.3. Утворення тріщин всихання в круглому сортименті: а) обкорованому; б) в корі

Дослідження способів сушіння круглих сортиментів листяних порід, проведені в науково-дослідному інституті механічної обробки деревини (УкрНДІМОД) [65] показали, що під час сушіння обкорованих сортиментів від рубок догляду при високих температурі та відносній вологості сушильного агента збільшується всихання в радіальному напрямку та стиск матеріалу в центрі. Отже, збільшення радіального всихання і, таким чином, зменшення різниці між всиханням в радіальному та тангенціальному напрямках сприяє якісному сушінню. Причому стиск центральної зони матеріалу відбувається, скоріш за все, за двома причинами: внаслідок колапсу анатомічних елементів та внаслідок підвищення пластичності деревини при високотемпературному сушінні. Якщо у пилопродукції квадратного та прямокутного перетинів виникнення колапсу є небажаним, то в круглих сортиментах він є ефективним, оскільки сприяє збільшенню всихання в радіальному напрямку.

Під час сушіння необкорованих круглих сортиментів з деревини відбувається відшарування кори, викликане внаслідок всихання. В утворених проміжках між деревиною та корою спостерігається збільшення відносної вологості повітря, що уповільнює процес видалення вологи [66] порівняно з обкорованими сортиментами. При застосуванні високих температур під час сушіння необкорованих сортиментів спостерігалося зменшення різниці між всиханням в радіальному та тангенціальному напрямках за рахунок уповільнення видалення вологи з поверхні. Тому, рекомендовано у разі сушіння сортиментів з пошкодженою корою для запобігання виникненню поверхневих тріщин, покривати такі ділянки захисними речовинами. Відмічено також, що найкраща якість сушіння круглих сортиментів спостерігалася, коли в зразках висвердлювалися наскрізні осьові отвори, а видалення вологи через торці унеможливлювалося.

Вивченню процесу сушіння круглих лісоматеріалів присвячена незначна кількість робіт. Щодо круглих лісоматеріалів, то переважно визначали терміни їх прогрівання [67, 68]. Так, Simpson [69] запропонував регресійне рівняння для круглих (діаметром від 10 до 40 см), квадратних та прямокутних перетинів сортиментів у разі нагрівання їх в насиченій парі в діапазоні температур від 56-82 °С. Крім того, було виявлена обмеженість застосування рівняння MacLean [70], яке дозволяє робити адекватні експериментальним даним розрахунки у разі нагрівання в насиченій парі. У випадку, коли психрометрична різниця стає більшою, а середовище сушіння сухішим, фактичний час нагрівання є довшим за той, що був розрахований за допомогою рівняння MacLean. Причиною цього збільшення часу є те, що в сухому середовищі вода, яка випаровується з деревини, охолоджує її поверхню. Це призводить до зниження температури поверхні матеріалу що сушиться, що в свою чергу знижує рушійну силу для передачі тепла і, отже, уповільнює процес сушіння.

На думку вчених С.-Петербурзської лісотехнічної академії [71] перспективними способами сушіння круглих лісоматеріалів є високотемпературне сушіння з температурою перегрітої пари до 120 °С та імпульсне паро-вакуумне сушіння за методом циклів "пропарювання-вакуумування".

Розроблений фінськими вченими перспективний, проте ще не достатньо опрацьований спосіб молекулярно-капілярного сушіння круглих лісоматеріалів [72] дозволяє за 60 хвилин висушити до транспортної вологи колоду діаметром 250 мм і довжиною 6 м. Метод полягає у видаленні капілярної вологи з деревини за допомогою електроенергії шляхом підведення спеціальних електродів безпосередньо в деревину таким чином, щоб пара, яка утворюється всередині стовбура виштовхувала вологу через торці.

В промисловості сьогодні застосовується декілька способів сушіння круглих лісоматеріалів, які мають свої переваги та недоліки.

Так атмосферне сушіння може реалізовуватися як на лісосіці -транспіраційне сушіння ростучих або зрубаних з кроною дерев, так і на спеціальних складах, де круглі лісоматеріали складені в штабелі. На думку О. Т. Вакина [73] транспіраційне сушіння має доцільність лише у разі зниження ваги деревини перед сплавлянням. Традиційне атмосферне сушіння на складах, хоча і є найменш витратним з точки зору енерговитрат, має такі недоліки як-то: довготривалість процесу, необхідність значних інвестувань для забезпечення безперебійної роботи підприємств, які використовують круглі лісоматеріали; зниження якості матеріалу внаслідок розтріскування сортиментів та ураження їх пліснявами та грибами.