Усушка и разбухание древесины

Древесина принадлежит к материалам, размеры которых нестабильны и изменяются при изменении температуры и влажности. Температурные деформации древесины сравнительно невелики.

Коэффициенты ее термического расширения – такого же порядка, как и у металлов. Влажностные деформации древесины значительно больше температурных.

Усушка и разбухание древесины объясняются особенностями ее строения и взаимодействия с водой. Поглощение молекул водяного пара поверхностью элементарных фибрилл вызывает утолщение адсорбционных прослоек воды и, следовательно, увеличение размеров (разбухание) клеточных стенок.

Обратный процесс – удаления адсорбционной воды вызывает усушку. Разбухание сухой древесины в воздухе или паре прекращается при достижении ею влажности предела гигроскопичности, а в воде – влажности предела насыщения клеточных стенок.

Исчисление ведется по отношению к размерам или объему образца (сортимента), %: усушки – в сыром состоянии; разбухания – в абсолютно сухом.

Усушка и разбухание – процессы обратимые. При повышении или понижении влажности в заданном диапазоне (до ± 30%) изменения размеров одного и того же образца одинаковы. Поэтому рассмотрим только усушку.

Величина усушки зависит от структурного направления измеряемого линейного размера, от диапазона изменения влажности и от породы древесины.

Усушка в радиальном направлении, т.е. в направлении радиуса ствола, в 1,5 – 2 раза меньше. В направлении оси ствола (вдоль волокон) усушка ничтожна и обычно не принимается во внимание.

На анизотропию усушки влияют также сердцевинные лучи (особенно у лиственных пород). В стенках паренхимных клеток сердцевинных лучей микрофибриллы направлены под сравнительно малым углом к длине.

Поэтому продольная усушка сердцевинных лучей по крайней мере в два раза меньше поперечной. Сердцевинные лучи сдерживают усушку древесины в радиальном направлении. С увеличением содержания сердцевинных лучей радиальная усушка древесины уменьшается.

При прочих равных условиях усушка приблизительно пропорциональна изменению (до 30%) влажности древесины.

Наибольшую усушку имеют образцы, высыхающие от влажности предела насыщения клеточных стенок до абсолютно сухого состояния. Такую усушку называют максимальной, или полной.

Под максимальной, или полной, усушкой Уmах понимают уменьшение линейных размеров или объема древесины при удалении всего количества связанной воды.

Усушка при снижении влажности образца до заданной величины

где ky – коэффициент усушки, характеризующий величину усушки при изменении влажности клеточных стенок на 1%, kу=Уmax/30.

Коэффициенты усушки зависят от породы древесины, а в пределах одной породы – от базисной плотности.

Базисная плотность древесины ρб характеризует массу сухого древесинного вещества в единице объема сырой (т. е. при W ≥ Wпн) древесины.

Для большинства древесных пород полную объемную усушку можно приближенно определять

а полную линейную усушку в тангенциальном и радиальном направлениях соответственно по формулам

Зная породу древесины, ее базисную плотность и влажность, легко рассчитать величину ожидаемой усушки. Для отдельных пород эти выражения дают некоторую погрешность. Поэтому для точных расчетов усушки следует пользоваться экспериментально установленными коэффициентами, приводимыми в справочных изданиях.

Рассмотренные закономерности усушки справедливы, строго говоря, лишь при равномерном изменении влажности образца.

При промышленной сушке древесины, когда влажность по ее объему распределена неравномерно и процесс усложнен дополнительными явлениями (в частности, внутренними напряжениями), изменение размеров сортимента может начаться при средней его влажности выше 30%, а величина этого изменения может отличаться от величины, обусловленной чистой усушкой.

Такое изменение размеров, в отличие от чистой усушки, определяется термином усадка.