Усушка и разбухание древесины
Способность древесины при высыхании сокращать свои размеры носит название усушки. Усушка древесины начинается после испарения всей свободной влаги с момента начала испарения гигроскопической (связанной) влаги, то есть при влажности древесины меньше влажности, соответствующей пределу гигроскопичности (меньше 30%).
Усушка древесины в различных направлениях (вдоль волокон, в радиальном, в тангенциальном) неодинакова.
Полная усушка древесины (при изменении влажности от предела гигроскопичности до абсолютно сухого состояния) составляет:
– вдоль волокон 0,1…0,3%;
– в радиальном направлении 3…5%;
– в тангенциальном направлении 6…10%.
Объемная усушка в среднем равна 12…15%.
Разбухание древесины представляет собой явление обратное усушке и состоит в увеличении размеров древесины при ее увлажнении от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности (до влажности 30%).
Как и усушка, разбухание неодинаково в разных направлениях: наибольшее – в тангенциальном направлении (6…13%) и наименьшее – вдоль волокон (0,1…0,8%).
Увеличение размеров древесины при ее увлажнении происходит за счет раздвижки микрофибрилл в клеточных стенках. Вода, проникая в клеточные оболочки за счет адсорбции и капиллярной конденсации, разрывает водородные связи между гидроксилами смежных молекул и этим разрыхляет структуру волокна. В результате у древесины изменяются физические, химические и механические свойства.
Проницаемость древесины
Проницаемость древесины является характеристикой эффективного сечения ее проводящей системы, лимитирующей прохождение жидкостей и газов. За практическую единицу принимают коэффициент проницаемости, выраженный в дарси (д). Дарси, как единица проницаемости, выражает проницаемость пористой среды, пропускающей 1 см3/сек жидкости, при площади фильтрации 1 см2, толщине слоя 1 см, абсолютной вязкости жидкости h=0,01 г/см · сек (сантипуаз) и потере давления 1 кг/см2.
Проницаемость древесины, как коллоидно-капиллярно-пористого тела, будет зависеть от количества, формы, размеров и состояния анатомических элементов, выполняющих водопроводящие функции, а также от степени проходимости перфораций и пор, соединяющих отдельные клетки в единую проводящую систему древесины.
Оценку проницаемости древесины проводят путем фильтрации через нее воздуха, хотя при приложении законов течения флюида в древесине наибольший интерес представляют исследования движения жидкости. Однако при определении проницаемости древесины путем фильтрации жидкости возникают дополнительные эффекты – разбухание образца, сопротивление пузырьков воздуха, что затрудняет получение действительных характеристик проницаемости древесины.
Наибольшая проницаемость у древесины имеет место в продольном направлении ствола вдоль волокон в заболони:
береза – 26д, бук –23д, дуб – 31д, сосна – 30д, кедр – 24д, пихта – 0,9д, ель – 0,6д.
Проницаемость ядровой и спелой древесины значительно меньше, чем у заболонной:
дуб (ядро) – 0,15д, сосна – 1,9д, кедр – 0,3д, пихта – 0,045д, ель – 0,003д, ложное ядро бука – 0,26д.
Очень малая проницаемость ядра спелой древесины хвойных пород объясняется расположением торусов в окаймленных порах, большая часть которых смещена к стенкам и перекрывает таким образом каналы между концами отдельных трахеид.
Изменение проницаемости древесины ядра у лиственных пород является следствием врастания в сосуды выростов паренхимных клеток (тилл). Понижение проницаемости древесины ложного ядра является результатом накопления в сосудах, так называемых ядровых веществ, как правило, бурого цвета.
Проницаемость древесины в радиальном и тангенциальном направлениях (табл. 2.7) ничтожно мала по сравнению с торцевой проницаемостью, т.е. проницаемостью вдоль волокон.
Таблица 2.7
Значение коэффициента проницаемости в радиальном и тангенциальном направлениях
| Порода | Коэффициент проницаемости, дарси ´104 | |
| радиальное | тангенциальное | |
| Береза | 15,8 | 2,9 |
| Бук | 12,7/1,7 | 2,2/0,4 |
| Дуб | 18,0/1,4 | 3,5/0,29 |
| Сосна | 21,0/3,6 | 3,7/0,8 |
| Ель | 0,8/0,01 | 0,08/0,001 |
| Пихта | 0,8/0,15 | 0,13/0,02 |
Примечание. В числителе – значение для заболони, в знаменателе – для ядра.
В пределах годичного кольца проницаемость ранней и поздней древесины у хвойных пород существенно отличается. В древесине заболони и ядра сосны проницаемость у позднего слоя трахеид вдоль волокон больше, чем у раннего слоя трахеид, соответственно в 5,5 и 7,6 раза. Данное явление объясняется особенностями анатомического строения древесины хвойных пород. В поздней древесине по сравнению с ранней значительно больше смоляных ходов, а количество закрытых окаймленных пор больше в ранних трахеидах. Окаймленные поры располагаются на концевых стенках трахеид, что обеспечивает связь между цепочками смежных трахеид вдоль ствола. При закрытии каналов окаймленных пор торусами сообщение между трахеидами прекращается и проницаемость древесины уменьшается.
Проводимость древесины
Проводимость древесины – это способность древесины проводить те или иные жидкости и газы при определенных условиях протекания процесса фильтрации. Проводимость древесины характеризуется коэффициентом фильтрации, имеющем размерность скорости.
Проводимость не является постоянной характеристикой фильтрационных свойств древесины. Она зависит от внутренних и внешних условий среды – количества свободной и связанной влаги, приложенного давления, количества воздуха, находящегося в полостях клеток, от вязкости и температуры флюида. При равных условиях проводимость древесины находится в прямой зависимости от ее проницаемости.
Различают три формы проводимости древесины: диффузионная, капиллярная и под действием гидростатического давления. Процесс пропитки технологической щепы варочными растворами является комбинацией всех трех форм проводимости древесины. Степень участия каждой формы проводимости в процессе пропитки щепы зависит, кроме определяющих характеристик проницаемости древесины, от условий осуществления данного процесса.
Для спелой и ядровой древесины всех пород, а также заболонной древесины ели и пихты во всех случаях преобладающее значение имеет диффузионная пропитка вследствие малой проницаемости древесины.