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

Сушіння круглих лісоматеріалів в гідрофобних або гідрофільних рідинах застосовується переважно для консервування, оскільки подальше використання такої деревини пов'язано з вологими умовами експлуатації -гідротехнічні споруди, стовпи ліній зв'язку та електропередач тощо. Висушена таким чином деревина має обмежене використання в домобудівництві, оскільки має забруднену поверхню, знижену міцність, змінений колір, підвищену гігроскопічність (у разі обробки гідрофільними рідинами) та стає неекологічним матеріалом.

Ефективність імпульсного паро-вакуумного сушіння за методом циклів "пропарювання-вакуумування" знижується зі зменшенням вологості лісоматеріалів. Цей спосіб є доцільним для грубих сортиментів з важкосохнучих порід деревини - дуба, граба, бука.

Ротаційне сушіння, як механічний спосіб зневоднення, застосовується для зниження вологості лісоматеріалів до 42-48 % [74] перед транспортуванням. Отже, за його допомогою може бути видалена лише вільна вода.

Використання діелектричного та НВЧ сушіння дозволяє отримати якісно висушену продукцію без тріщин. Проте, ці способи вимагають складного обладнання, відрізняються високими витратами електроенергії, підвищеними вимогами до монтажу та експлуатації обладнання, мають шкідливий вплив на здоров'я обслуговуючого персоналу.

Отже, традиційний конвекційний спосіб сушіння, який є досить простим, продуктивним та відносно дешевим не має суттєвих недоліків, які б стримували його для застосування сушіння круглого лісу [75]. Тим більше, що камерне сушіння дозволяє зберегти природний колір деревини, яка потім може опоряджуватися прозорим покриттям; запобігти ураженню деревини грибами; збільшити швидкість виконання замовлень за рахунок відсутності погодного фактору та замороження значних коштів; звести до мінімуму деформацію колод під час їх подальшого оброблення; використовувати традиційні лісосушарки. Хоча актуальним залишається розроблення технології бездефектного сушіння круглих лісоматеріалів.

Основною вимогою до сушіння круглих лісоматеріалів є досягнення якісно висушеного матеріалу без дефектів, а саме без поверхневих тріщин, які утворюються внаслідок нерівномірного всихання. Результати дослідження виникнення тріщин всихання при сушінні деревини ялини, сосни, дуба і бука за різних значень відносної вологості повітря

(<р = 30-98 %) наведені в роботі [76]. Виявлено, що найбільш загрозливим для цілісності матеріалу є сушіння достатньо сухим повітрям зі ступінню насичення ер =30%. Зроблено висновок про необхідність подальших досліджень зв'язку переносу вологи з градієнтом напружень, що виникають в деревині під час сушіння.

Відомо, що причиною утворення поверхневих тріщин є перебільшення сушильними напруженнями межі міцності на розтяг поперек волокон.

Повні внутрішні напруження в деревині, в загальному вигляді, можна розглядати як сукупність двох складових - вологісних і залишкових. Вологісні напруження викликані неоднорідним всиханням матеріалу, обумовленим, у свою чергу, нерівномірним розподілом у ньому гігроскопічної вологи. Залишкові напруження обумовлені появою в деревині неоднорідних залишкових деформацій. На відміну від вологісних вони не зникають при вирівнюванні вологості й спостерігаються як під час сушіння, так і після його завершення. Інформація про внутрішні напруження дозволяє вчасно корегувати процес сушіння деревини й тим самим не знижувати вихідної якості сировини.

Дослідженням внутрішніх напружень в деревині займалося багато вчених, величезний внесок в трактування природи їх виникнення, розроблення методів їх кількісного визначення вніс професор Б. Н. Уголев [77-79]. Проте, вивчались внутрішні напруження традиційно для промислових сортиментів, які мають прямокутний перетин. Сортименти круглого перетину не вивчали і, зрозуміло, що розподіл напружень за перетином зразка круглого перетину буде суттєво відрізнятися від розподілу за перетином прямокутного зразка.

Для оцінювання процесу розвитку внутрішніх напружень в круглих сортиментах В. А. Шевченко [80] запропоновано розглядати річні шари як концентричні кола, а масу деревини як однорідний матеріал. Було прийнято вважати деревину ортотропним тілом з циліндричною анізотропією, для якого можна застосувати рівняння пружності ортотропного тіла [81].

Циліндрична анізотропія (рис. 1.4) характеризується такими властивостями: з тілом незмінно пов'язана пряма С£ - вісь анізотропії ( для деревини - це лінія серцевини); всі вісі, що перетинають її під прямим кутом є еквівалентними; всі нескінченно малі елементи типу А, що видалені з тіла трьома парами координатних площин (двома площинами, які проходять через вісь анізотропії і утворюють нескінченно малий кут; двома нескінченно близькими площинами перпендикулярними до вісі анізотропії; двома нескінченно близькими поверхнями кругових коаксіальних циліндрів з віссю, спрямованою по вісі анізотропії) мають однакові пружні властивості.

Рис.1.4. Схема циліндричної анізотропії

Таке спрощення дало можливість дослідити внутрішні напруження, що виникають під час сушіння деревини круглого перетину. Проте, розрахунки отримані за запропонованими рівняннями внутрішніх напружень в круглому сортименті не знайшли експериментального підтвердження.

Отже, сьогодні актуальним є розроблення методу контролю за якістю сушіння круглих сортиментів, для запобігання тріщиноутворенню.

1.4. Вплив вологості деревини на механічні властивості круглих лісоматеріалів

Важливим фактором, що впливає на фізико-механічні властивості деревини є вміст вологи. Розглядати вплив вологи на фізико-механічні властивості деревини можна тільки в контексті з іншими параметрами деревини: температурою, щільністю, напруженим станом тощо.

За дослідженнями М. Д. Бойко [82], А. И. Фоломина [83], М. Д. Бивших [84], А. А. Винокурова [85] встановлено, що за дії постійної від'ємної температури статична міцність деревини збільшується. Причому, збільшення межі міцності знаходиться в залежності від вологи деревини -чим більша вологість, тим більше відбувається це збільшення.

За твердженнями Н. Л. Леонтьева [86] фізико-механічні властивості деревини та показники пружних деформацій за вологості ¥ = 30% та більше, зменшуються і при подальшому збільшенні вологості залишаються незмінними.

За даними В. Н. Волинського [87] межа міцності деревини за стиску вздовж волокон а дуже сильно залежить від вологості - V. Після проведення багаточисельних випробувань для деревини ялини та берези отримані графіки а = /(V), які показані на рис. 1.5.