Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 7
1.1 Механизм и особенности конвективной сушки лиственничных пиломатериалов 7
1.2 Структура, химический состав древесины лиственницы и их изменения в процессах гидротермической обработки 9
1.2.1 Строение древесины лиственницы 9
1.2.2 Химический состав и ультраструктура клеточной стенки 11
1.2.3 Изменение химического состава древесины в процессе сушки 15
1.2.4 Изменение микроструктуры древесины при сушке 19
1.3 Снижение прочности древесины в процессе сушки 21
1.4 Режимы камерной сушки пиломатериалов 29
1.5 Прогнозирование внутренних напряжений в пиломатериалах в процессе сушки 36
1.6 Цели и задачи исследований 43
2 Теоретическое обоснование исследований 45
2.1 Структура режимов сушки лиственничных пиломатериалов в камерах периодического действия 45
2.2 Модель снижения прочности древесины в процессе сушки 49
2.2.1 Выбор факторов и диапазонов их варьирования 49
2.2.2 Обоснование выбора вида механических испытаний 57
2.3 Метод прогнозирования распределения полей влажности в лиственничных пиломатериалах при сушке в камерах периодического действия 60
3 Методика экспериментальных исследований снижения прочности древесины и проведения опытных сушек лиственничных пиломатериалов ..66
3.1 Анализ погрешностей измерений при проведении исследований 66
3.2 Исследование влияния тепловой обработки на изменение прочности древесины лиственницы 68
3.2.1 Опытный материал 68
3.2.2 Определение объема выборки для исследований 69
3.2.3 Гидротермическая обработка образцов при стабильной влажности 70
3.3 Исследование изменения химического состава древесины лиственницы после тепловой обработки 74
3.3.1 Методика исследования 74
3.3.2 Обработка результатов опытов 75
3.4 Опытные сушки пиломатериалов 76
3.4.1 Отбор образцов 76
3.4.2 Экспериментальная установка 78
3.4.3 Определение влажности материала 80
3.4.4 Определение внутренних напряжений 82
4 Экспериментальное исследование снижения прочности древесины и результаты опытных сушек пиломатериалов 91
4.1 Исследование снижение прочности 91
4.1.1 Статистический анализ полученных результатов 91
4.1.2 Интерпретация результатов исследований 97
4.2 Исследование изменения химического состава древесины лиственницы при тепловой обработке 98
4.3 Выводы по результатам исследований снижения прочности древесины лиственницы в процессе тепловой обработки 100
4.4 Опытные сушки лиственничных пиломатериалов 101
4.5 Выводы по результатам опытных сушек пиломатериалов 126
5 Разработка и проверка модели снижения прочности древесины лиственницы в процессе сушки 128
5.1 Программа расчета полей влажности и величины снижения прочности древесины в процессе сушки 128
5.2 Экспериментальная проверка методов прогнозирования снижения прочности древесины и развития внутренних напряжений в пиломатериалах 130
6 Разработка и экспериментальная проверка режимов сушки 134
6.1 Разработка режимов сушки 134
6.1.1 Критерий оптимизации 134
6.1.2 Ограничение варьирования входных данных 135
6.1.3 Решение оптимизационной задачи 137
6.2 Экспериментальная проверка режимов сушки 138
Заключение 142
Список использованных источников 145
Приложение
- Структура, химический состав древесины лиственницы и их изменения в процессах гидротермической обработки
- Метод прогнозирования распределения полей влажности в лиственничных пиломатериалах при сушке в камерах периодического действия
- Исследование влияния тепловой обработки на изменение прочности древесины лиственницы
- Исследование изменения химического состава древесины лиственницы при тепловой обработке
Введение к работе
Процесс конвективной сушки древесины сопровождается неравномерным по ее объему распределением влажности. Древесина относится к капиллярно-пористым, ограниченно набухающим, коллоидным телам. При снижении влажности ниже предела насыщения клеточных стенок происходит усушка древесины. Перепад влажности по толщине пиломатериалов приводит к неравномерной усушке древесины и вызывает развитие внутренних напряжений а.
Развитие напряжений в древесине в процессе сушки обосновал Б.Н.Уголев [1]. Обстоятельные исследования закономерностей развития внутренних напряжений в лиственничных пиломатериалах при их сушке проведены Н.В.Дзыгой [2].
Рассмотрим основные закономерности развития внутренних напряжений в пиломатериалах. В самом начале процесса сушки напряжения в пиломатериалах отсутствуют, так как влажность древесины еще выше влажности предела насыщения клеточных стенок WnH. и усушки нет. При снижении влажности наружных слоев ниже Wn н они стремятся к усушке, но их усадке препятствуют внутренние слои. Возникают растягивающие влаж-ностные напряжения поверхностной зоны, которые вызывают появление остаточных деформаций удлинения этой зоны. В центральных слоях доски развиваются сжимающие напряжения.
В процессе сушки влажность центральной зоны доски опускается ниже Wn „, перепад влажности начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению влажностных и полных внутренних напряжений. Соответственно замедляется рост остаточных удлинений. Теперь усадке центральной зоны препятст вуют удлиненные в начале сушки слои древесины. Затем происходит смена знака напряжений и их рост. В конце сушки в центре досок действуют растягивающие, а в поверхностных зонах - сжимающие напряжения.
Опасными для целостности пиломатериалов являются растягивающие напряжения. Они в лиственничных пиломатериалах могут достигать величины 5 МПа [2].
В первой половине процесса сушки такие напряжения действуют в поверхностной зоне доски, и если они достигают предела прочности, то появляются поверхностные трещины. Во второй половине сушки растягивающие напряжения действуют в центральной зоне доски, но их величина значительно меньше предела прочности, и внутренние трещины в лиственничных пиломатериалах не появляются. Н.В.Дзыгой [2] установлено, что величина растягивающих напряжений в поверхностной зоне лиственничных досок в 2 - 3 раза больше, чем в центральной, а смена знака напряжений в поверхностной зоне происходит раньше, чем в центральной.
Лиственница имеет ряд особенностей по характеру распределения влажности по толщине досок, присущих только этой породе. Влажность в центральной зоне лиственничной доски длительное время остается постоянной, а кривые ее распределения по толщине сортимента обращены выпуклостью к центру. На рисунке 1.1 приведены кривые распределения влажности по толщине высушиваемых лиственничных пиломатериалов.
В пиломатериалах других пород влажность в центре доски снижается на протяжении всего процесса сушки, а кривые монотонны и описываются параболой с показателем 2 и более.
В процессе камерной сушки пиломатериалов возможно снижение природной прочности древесины. Основные причины снижения прочности - механическая деструкция анатомических элементов древесины, вызванная действием внутренних напряжений, и химическая (окислительная и гидролитическая) деструкция компонентов древесины.
Структура, химический состав древесины лиственницы и их изменения в процессах гидротермической обработки
На поперечном разрезе древесины лиственницы хорошо видны годичные слои, состоящие из ранней и поздней древесины. В растущем дереве по ранней древесине происходит передвижение воды вверх по стволу, а поздняя древесина выполняет преимущественно механические функции. Поздняя древесина плотнее, тяжелее и прочнее ранней. Объем поздней древесины годичного слоя у лиственницы по данным [3] колеблется от 10 - 13 до 40 - 47 % и составляет в среднем 30 - 35 %. Исследованиям свойств ранней и поздней древесины лиственницы посвящена работа В.Е.Вихрова [4]. В таблице 1.1 приведены свойства ранней и поздней древесины лиственницы по данным [4].
Основным анатомическим элементом древесины хвойных пород являются трахеиды - сосудообразные клетки, удлиненные и заостренные на концах, располагающиеся вдоль ствола дерева. Объем их в древесине лиственницы, по разным оценкам, составляет от 89 до 91 % [4].
Ранние трахеиды имеют широкие полости, а их оболочки снабжены сравнительно крупными многочисленными (около 90 шт.) окаймленными порами. Поздние трахеиды выполняют механические функции, поэтому оболочки их сильно утолщены, полости небольшие, поры мелкие и малочисленные (8 шт. [5]), со слабым окаймлением. По данным [4] площадь сечения трахеид из ранней зоны годичного слоя древесины лиственницы составляет 1752 мкм , из поздней - 614 мкм ; площадь полостей соответственно-1236 мкм2 и 125 мкм2; площадь оболочек - 527 мкм2 и 492 мкм2.
Наличие окаймленных пор на радиальных стенках ранних трахеид нарушают однородность строения клеточной оболочки и понижают ее прочность. По данным микроскопических исследований участков разрушения образцов древесины, после испытаний на сжатие и изгиб, именно около окаймленных пор часто начинается разрушение элементов древесины [5].
Определенное влияние на механические свойства древесины оказывают сердцевинные лучи. Объем их в древесине лиственницы по отношению к полному ее объему, по данным С.И.Ванина [6], составляет 8,8 - 10 %. Сердцевинные лучи являются слабыми местами в древесине и снижают ее прочность.
По данным [7] сердцевинные лучи, в некоторой мере, определяют работу древесины на сжатие и растяжение вдоль волокон, а также при скалывании и статическом изгибе. По наблюдениям В.Е.Москалевой [8] разрушение часто начинается около сердцевинных лучей, например, у хвойных пород, около лучей со смоляными ходами, т. к. здесь волокна сильнее всего изгибаются и легче отрываются от паренхимы луча. Это говорит о том, что места соединения клеток сердцевинных лучей с вертикальными трахеидами являются наиболее слабыми к механическим воздействиям.
В древесине различают вертикальные и горизонтальные смоляные ходы. Горизонтальные смоляные ходы находятся в сердцевинных лучах, а вертикальные расположены в основном в поздней части годичного слоя. На 1 см2 торцовой поверхности имеется около 60 - 90 вертикальных смоляных ходов диаметром 70 - 90 мкм с общей площадью 0,421 мм [9]. Эта величина сравнительно небольшая, и смоляные ходы не оказывают существенного влияния на прочность древесины.
Таким образом, прочностные свойства древесины лиственницы определяются количеством сердцевинных лучей и соотношением объемов ранней и поздней зон годичного слоя древесины. Различия в строении трахеид этих зон объясняют сравнительно низкие показатели по скалыванию и раскалыванию древесины лиственницы, растрескиванию ее при сушке.
Древесина лиственницы в основном состоит из целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз (пентозаны и гексозаны) и экстрактивных веществ. Известны соотношения и роль этих компонентов в древесине [5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13,14, 15]. Химический состав сибирской лиственницы приведен в таблице 1.2.
Основная часть древесины - целлюлоза (клетчатка), представляющая собой высокомолекулярный углевод - полисахарид. Целлюлозу можно описать как линейный полимер - глюкан с регулярной структурой цепи. Стабилизация длинных молекулярных цепей в упорядоченных системах (т. е. образование надмолекулярных структур) обусловлена присутствием функциональных групп, способных взаимодействовать друг с другом. В цепи целлюлозы такими группами являются гидроксильные группы - три в каждом глю-козном звене. Поверхность целлюлозных цепей насыщена ОН - группами. Они позволяют при объединении пучков макромолекул образовывать элементарные фибриллы с кристаллическими и аморфными участками. Водородные связи объединяют элементарные фибриллы в микрофибриллу. Соотношение кристаллической и аморфной частей целлюлозы определяет прочность древесины на осевые нагрузки.
Лигнин - высокомолекулярное вещество сложного химического состава, которое образуется в клетках в результате их одревеснения (лигнифика-ции). Химические формулы лигнина пока еще не найдены, однако известно, что в нем содержится больше углерода (64,4%)), чем в целлюлозе (44,34%).
По сравнению с целлюлозой лигнин химически менее стоек. Молекулы лигнина так же, как и целлюлозы, имеют ОН - группы, позволяющие связываться водородными мостиками с другими компонентами древесины. Лигнин инкрустирует целлюлозные фибриллы и придает клеточным стенкам древесины жесткость и прочность [5].
Гемицеллюлозы так же, как и целлюлоза, представляют собой полисахариды, и поэтому наиболее близки к ней, но отличаются от нее меньшей химической стойкостью. Поверхность цепей гемицеллюлоз насыщена ОН - группами. Гемицеллюлозы в клеточной стенке ориентируются параллельно целлюлозным фибриллам. Часть их оказывается устойчивой к мягкой окислительной деструкции, что объясняется тесным взаимопроникновением полисахаридов в сравнительно упорядоченные участки клеточных стенок в их природном состоянии. Но если гемицеллюлозы находятся в аморфной части целлюлозных фибрилл, то они легко гидролизируются при действии кислот и переходят в простейшие сахара [12]. Изменение пористости холо-целлюлозы, после осторожного удаления гемицеллюлоз, указывает также и на их проникновение в сетку лигнина [11]. Это указывает на существование связи между гемицеллюлозами и лигнином. Гемицеллюлозы ориентированы по молекулам целлюлозы и их рассматривают как вещество, связывающее целлюлозу и лигнин на надмолекулярном уровне.
Метод прогнозирования распределения полей влажности в лиственничных пиломатериалах при сушке в камерах периодического действия
Разрабатывать новые режимы сушки можно только при наличии надежного метода прогнозирования развития полей влажности в пиломатериалах в процессе удаления влаги. От характера и динамики снижения влажности древесины в процессе сушки зависит развитие внутренних напряжений и степень снижения прочности материала.
В работе Н. В. Дзыги [2] рассмотрены существующие методики расчета полей влажности. Сопоставляя экспериментальные и расчетные данные, автором сделан вывод, что ни одна из методик не может быть использована для прогнозирования развития полей влажности в лиственничных пиломатериалах. Им предложен способ расчета полей влажности, который удовлетворительно описывает их развитие в лиственничных пиломатериалах высушиваемых в камерах непрерывного действия.
Известно, что технология и режимы сушки в камерах непрерывного действия существенно отличаются от камер периодического действия. Поэтому необходимо экспериментально проверить возможность использования предложенного Н. В. Дзыгой метода расчета полей влажности для разработки режимов сушки лиственничных пиломатериалов в камерах периодического действия.
Нами проведены опытные сушки пиломатериалов толщиной 25 и 50 мм. Описание экспериментальной установки и методика проведения опытных сушек приведены в главе 3 данной работы.
Результаты показали, что имеются различия в характере кривых распределения влажности в зависимости от условий протекания процесса. Наиболее существенные расхождения экспериментальных данных и рассчитанных по методике Н. В. Дзыги наблюдаются при начальной влажности пиломатериалов более 60 % и в конце процесса.
По мере накопления экспериментальных данных анализировались кривые сушки образцов и распределение влажности по их толщине, а также изменение показателя параболы в зависимости от начальной и текущей влажности древесины (рисунок 2.10).
На основании экспериментальных данных получена зависимость показателя параболы кривых распределения влажности по толщине пиломатериалов от их начальной и текущей влажности при сушке в камерах периодического действия.
Прогнозирование полей влажности при сушке лиственничных пиломатериалов в камерах периодического действия предложено проводить по следующим выражениям. В стадии нерегулярного режима расчет ведется по формулам (1.10) и (1.11), при регулярном режиме - по формулам (1.12 - 15).
Для расчета показателя параболы кривых распределения влажности предложены следующие соотношения: начальная влажность древесины менее 60 % ная влажность древесины, %; W- средняя текущая влажность древесины, %; Bi .Fo - соответственно массообменные критерии Био и Фурье; п26 - значение показателя параболы при средней влажности 26 %; і -расчетный шаг. Для расчета полей влажности в пиломатериалах была составлена программа на алгоритмическом языке Delphi. В первом опыте высушивались доски толщиной 25 мм. Начальная влажность пиломатериалов в среднем составила 60 %. Сушка продолжалась 138 ч. На рисунке 2.9 представлены опытные и расчетные кривые снижения средней влажности образца в процессе сушки. Сопоставление расчетных и опытных значений распределения влажности по толщине образцов приведено на рисунках 2.10 а, б. В следующем опыте высушивались нормальным режимом доски толщиной 50 мм. Начальная влажность пиломатериалов в среднем составила" 56,46 %. Сушка продолжалась 384 ч. На рисунке 2.10 в приведено сопоставление расчетных и опытных данных распределения влажности по толщине досок. Характер распределения влажности по сечению образца подтверждает особенность сушки лиственничных пиломатериалов. Влажность в центральной зоне доски долгое время остается высокой. Выпуклость кривых распределения влажности при её снижении от 45 до 25 % обращена к центру доски. Предложенный метод расчета полей влажности дает удовлетворительные результаты, о чем свидетельствует совпадение расчетных и экспериментальных кривых сушки и распределения влажности по толщине пиломатериалов (рисунки 2.9 и 2.10). Совпадение расчетных и экспериментальных кривых распределения влажности по толщине пиломатериалов (расхождения не превышают 15 %, что вполне допустимо для такого анизотропного материала как древесина) свидетельствует о надежности данного метода. Метод расчета полей влажности в высушиваемых пиломатериалах позволяет реализовать модель прогнозирования снижения природной прочности древесины и разрабатывать режимы по предложенной в разделе 2.1 структуре. В соответствии с задачами работы предусматриваются исследования снижения прочности древесины при гидротермической обработке и проведение опытных сушек лиственничных пиломатериалов. Эти исследования предполагают изготовление, выдержку образцов в определенных темпера-турно-влажностных условиях и проведение механических испытаний. В процессе сушки требуется определение режимных параметров воздуха, внутренних напряжений в пиломатериалах, начальной, текущей, послойной и конечной влажности досок. Надежность полученных результатов зависит от правильного выбора измерительных средств, обеспечивающих требуемую точность измерения величин, по которым определяются требуемые параметры и характеристики.
Исследование влияния тепловой обработки на изменение прочности древесины лиственницы
Древесина лиственницы сибирской, для изготовления опытных образцов, отбиралась на ОАО «АК Енисейлес» непосредственно на складе сырья. От лиственничных бревен диаметром от 46 до 56 см отпиливалось по 2 отрезка длиной 0,7 м. Каждый отрезок раскалывался на сектора (рисунок 3.1). У каждого сектора откалывали заболонь и из периферийной части ядра изготавливали образцы. Данный способ отбора смежных образцов удовлетворяет требованиям по ГОСТ 16483.21 - 72 [84]. Этот стандарт регламентирует подбор групп образцов, изготовленных из одной зоны годичных слоев древесины.
Всего было изготовлено 57 партий на сжатие вдоль волокон. Влажность образцов определяли сушильно-весовым способом согласно ГОСТ 16483.7 [87]. Взвешивание образцов производилось на электронных весах с точностью до 0,01 г. Линейные размеры образцов измерялись при помощи индикатора часового типа с точностью 0,01 мм.
Для построения модели изменения прочности, необходимо провести сравнительные испытания образцов, изготовленных из материала, прошедшего камерную и атмосферную сушку. Достоверность модели зависит от объема выборки, поэтому для его определения нами были проведены предварительные опыты.
Методика исследования включала в себя отбор материала, изготовление образцов, испытание на разрывной машине Р5, математическую обработку результатов испытаний. Образцы изготавливали из сухих лиственничных досок толщиной 40 и 50 мм, высушенных различными режимами. Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон производили по ГОСТ 16483.10 [86]. Всего было испытано 120 образцов. Статистическая обработка результатов опытов производилась в соответствии с методикой [88].
Для определения необходимого объема выборки использовалась следующая формула, ле 3.1, составило 8 шт. В опытах,предусмотренных планом эксперимента,количество образов в каждой партии принимаем 16 шт.
Большинство статистических оценок и выводов справедливы только в случае, если случайная величина подчиняется нормальному закону распределения. Поэтому проверка нормальности распределения является необходимой составляющей статистической обработки результатов экспериментов.
Наиболее строгой проверкой является использование критерия % Пирсона (при п 100). Для данного случая расчетное значение критерия Пирсона составило Храсч = 3,74, а х\= 11,07 при q = 0,05 и f = 8 - 3 = 5 (таблица П. 1.9 с. 51 [89]) и, т. к. 3,74 11,07, то гипотеза о нормальном распределении выходной величины не отвергается. Процедура проверки гипотезы о нормальном распределении приведена в приложении Б.
При проведении экспериментов предусматривается выдержка партий образцов с определенной влажностью при различной температуре. Для сохранения влажности образцов в опытах,необходима надежная их влагоизоля-ция. Причем гидроизоляция не должна влиять на дальнейшие механические испытания. Вследствие этого, мы отказались от использования традиционных гидроизолирующих материалов (например, краски, мастики, эмульсии и т. п.). Попытка выдерживать образцы, запаянные в полиэтиленовые пакеты, в нагретом машинном масле, не увенчалась успехом, т. к. полиэтиленовая пленка разлагалась уже при температуре 80 С. В резиновых же мешочках образцы за 2 суток при температуре 100 С высыхали, практически, до абсолютно сухого состояния.
Нами был проведен эксперимент, в котором для гидроизоляции образцов использовалась полиэтиленовая пленка. В первом опыте проведены ис следования на 20 образцах размерами 20x20x30 мм, начальная влажность которых варьировалась от 0,7 до 35 %. Каждый образец запаивался в полиэтиленовый пакетик, затем они выдерживались в среде воздуха с температурой от 29 до 31 С, а степень насыщенности соответствовала равновесной влажности от 4,2 до 4,8 %. Через 475 и 575 ч произвели определение влажности. Образцы с начальной влажностью менее 4,5 % увлажнились, а остальные подсохли. Максимальное снижение влажности составило 3 %.
Во втором опыте исследовалось 8 образцов с начальной влажностью 50 - 70 %. Образцы запаивались в 1, 2 и 3 пакетика и выдерживались в сушильном шкафу при температуре 80 С. За 135 ч влажность образцов, запаянных в 1 пакет, снизилась на 50 %, в 2 пакета на 32 %, в 3 пакета - на 20 -25 %.
В третьем опыте так же использовалось 8 образцов, 4 из них имели начальную влажность от 70 до 95 %, а остальные менее 5 % (рисунок 3.2). Образцы запаивались в 2 - 3 пакета. Затем их поместили в сушильную камеру, где производилась опытная сушка пиломатериалов. В течение 60 ч равновесная влажность составляла 17 % при температуре 80 С. В последующем, равновесная влажность равнялась 9 % при той же температуре. В результате получили, что в течение 60 ч, с начала опыта, происходит увлажнение сухих образцов на 6 - 8 % и подсушка влажных на 1 - 2 %, при этом средняя влажность образцов в конце опыта составила соответственно 9,5 и 78,7 %.
В соответствии с планом эксперимента влажность образцов должна быть 10, 20 и более 30 %. Причем влажность в ходе всего опыта не должна изменяться. Результаты проведенных опытов [86] показали, что для поддержания стабильной влажности образцов, в ходе эксперимента, необходимо задавать такие параметры воздуха, при которых равновесная влажность Wp древесины соответствует 10 и 20 %. Несколько слоев полиэтиленовой пленки могут сохранить заданную влажность образцов только непродолжительное время, вполне достаточное для выгрузки партий образцов из сушильной камеры.
Исследование изменения химического состава древесины лиственницы при тепловой обработке
Для исследования химического состава было проведено 16 опытов. В 10 опытах исследовалось изменение химического состава древесины после выдержки ее при температуре 100 С, а в остальных 6 - после тепловой обработки при температуре 80 С. Результаты опытов приведены на рисунке 4.2. Наиболее подвержены гидролитической деструкции гемицеллюлозы древесины. Так, после воздействия температуры 80 и 100 С в течение 190 ч, содержание ЛГП снизилось соответственно на 3,83 % и 6,57 % по отношению к массе сухой древесины. Количество ТГП, после воздействия температуры 80 С, не изменилось. Однако после выдержки при температуры 100 С наблюдается значительное снижение их содержания в древесине (рисунок 4.2 б). По литературным данным [11, 12J, трудногидролизуемые полисахариды древесины стойки к воздействию температур до 160 С. Но эти данные относятся к непродолжительному (до 48 ч) воздействию высокой температуры. В наших же опытах образцы с влажностью более 30 % выдерживались 8 суток. При распаде моносахаридов увеличивается кислотность водного раствора в древесине [12]. Скорость гидролитических реакций нарастает по мере увеличения температуры и кислотности среды. Вследствие разрушения аморфной части целлюлозы и ослабления связей между фибриллами в её кристаллических участках, облегчается доступ кислот к находящимся там гемицеллюлозам. Появляется возможность их гидролиза.
Гидролиз гемицеллюлоз, а также частичное разрушение аморфной и кристаллической части целлюлозы приводит к тому, что ослабляются связи между компонентами древесины в клеточной стенке. Вследствие этого снижается способность древесины сопротивляться различным видам нагруже-ния. В результате анализа экспериментальных данных были сделаны следующие выводы: влияние температуры 60 С на прочность древесины при любой влажности незначительно; воздействие температуры 80 С заметно сказывается только на древесине с высокой влажностью в момент обработки. Существенное влияние на прочностные показатели древесины при любой влажности оказывает температура 100 С. Наибольшее снижение прочности обнаружено у образцов, влажность которых на протяжении всего процесса тепловой обработки оставалась высокой. Результаты химического анализа древесины, после тепловой обработки показали, что при воздействии температуры на древесину, с влажностью более 30 %, происходят необратимые химические изменения компонентов клеточной стенки. Снижается содержание легко - и трудногидролизуемых полисахаридов. Изменение содержания трудногидролизуемых полисахаридов при температуре 100 С, объясняется тем, что в процессе гидролиза частично разрушается кристаллическая часть целлюлозы и появляется возможность доступа кислоты к гемицеллюлозам, находящимся в этой области. Следовательно, причиной снижения прочности древесины, в процессе гидротермической обработки, является гидролитическая и окислительная деструкция компонентов клеточной стенки. Нарушение связей в надмолекулярной структуре компонентов клеточной стенки снижает сопротивляемость древесины различным видам нагружения.
Наиболее опасным для прочностных свойств древесины является первый период сушки, пока в центральных слоях досок сохраняется высокая влажность. Во втором периоде, интенсивность гидролиза полисахаридов снижается. Поэтому по мере снижения средней влажности древесины в процессе сушки, температуру агента сушки можно и целесообразно повышать. Целью опытных сушек являлось получение следующих данных: - характер снижения и распределения влажности по толщине доски в процессах имитирующих сушку лиственничных пиломатериалов в камерах периодического действия; - динамика развития внутренних напряжений; - величины снижения прочности древесины в зависимости от режимных параметров. Нами проведены опытные сушки лиственничных пиломатериалов толщиной 25, 32, 40 и 50 мм различными режимами. По результатам опытной сушки пиломатериалов толщиной 25 мм построены кривые снижения текущей влажности контрольной доски и распределение влажности по толщине образцов (рисунки 4.3, 4.4, 4.5). Начальная влажность древесины, в среднем, составила 50,23 %, конечная - 8,09 %. В конце сушки производилась влаготеплообработка и кондиционирование пиломатериалов. Общая продолжительность процесса составила 146 ч. Обращает на себя внимание отсутствие участков замедления скорости удаления влаги практически на всем протяжении процесса сушки. Это объясняется многоступенчатым изменением температуры с повышающейся по ходу процесса жесткостью. Внутренние напряжения определялись одновременно с взятием проб на среднюю и послойную влажность. На рисунках 4.6 - 4.7 приведены эпюры внутренних напряжений в различные моменты процесса сушки. Растягивающие внутренние напряжения (рисунок 4.6) на поверхности составили 1,3 МПа, а сжимающие в центральной зоне доски - 0,6 МПа. После смены знака (рисунок 4.7) на поверхности действуют сжимающие напряжения величиной 2,8 МПа, а в центральных слоях растягивающие напряжения величиной 1,5 МПа.
