Проницаемость древесины жидкостями и

Газами

 

Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением. Эта способность древесины необходима для оценки пропитываемости растворами антисептиков и антипиренами, варочными растворами при получении целлюлозы и т.д.

Исследованиями установлено, что водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно выше, чем поперек, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных. Заболонь имеет намного большую водопроницаемость, чем ядро (спелая древесина), которое у некоторых пород вообще не пропускает воду.

У хвойных пород это объясняется по мнению профессора В. Н. Ермолина, наличием лучевых трахеид. Заболонь имеет намного большую водопроницаемость, чем содержащее смолистые и другие экстрактивные вещества ядро (спелая древесина), которое у некоторых пород вообще не пропускает воду.

Испытания древесины на проницаемость жидкостями требует много времени, поэтому более экономично испытания проводить на газопроницаемость (для этих целей используется азот).

По ГОСТ 16483.34-77 определяют коэффициент газопроницаемости, учитывающий высоту образца и давление газа. Согласно данным профессора Е.В. Харук, наибольшие значения коэффициента азотопроницаемости для радиального направления поперек волокон обнаружены у заболони сосны, несколько меньший коэффициент у кедра и лиственницы, совсем малый у ели и пихты. У всех пород (кроме пихты) азотопроницаемость заболони намного выше, чем ядра (спелой древесины).

Испытания древесины на газопроницаемость требуют значительно меньше времени, чем длительные испытания проницаемости жидкостями. Обычно между указанными свойствами наблюдается тесная связь, и определение газопроницаемости используют для оценки способности древесины пропитываться растворами антисептиков и антипиренов, варочными растворами при получении целлюлозы и т. д.

 

Тепловые свойства древесины

 

К теплофизическим свойствам древесины относятся теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение. Известно, что теплоемкость материала характеризует его способность аккумулировать тепло. Показателем этого свойства является удельная теплоемкость, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг массы материала на 1 градус К (или на 1 ^оC). Удельная теплоемкость измеряется в кДж/(кг·^оC).

Процессы распространения (переноса) тепла в материале характеризуются двумя показателями - коэффициентом теплопроводности и коэффициентом температуропроводности.

Коэффициентом теплопроводности входит в качестве коэффициента в уравнение стационарного теплообмена, устанавливающее связь между количеством теплоты, распространяющейся внутри тела, и площадью сечения, перпендикулярного тепловому потоку, временем, перепадом температур на двух изотермических поверхностях, а также расстоянием между ними. Размерность коэффициента теплопроводности - Вт/(м· ^оC).

При стационарном теплообмене температурное поле в материале остается постоянным во времени. Второй, из указанных выше коэффициентов, характеризует скорость изменения температуры при нестационарном теплообмене (при нагревании или охлаждении определяет способность выравнивать температуру внутри материала).

Коэффициент температуропроводности определяется по выражению

 

а = l /с r,                                        (17)

 

где r - плотность, кг/м³; с - удельная теплоемкость, кДж/(кг·^оC); l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·^оC).

Теплоемкость древесины. Одновременное влияние температуры и влажности на теплоемкость древесины можно проследить по диаграмме (рис. 14), построенной П.С. Серговским. На этой же диаграмме представлены значения теплоемкости при отрицательных температурах.

При положительных температурах вода оказывает увеличение теплоемкости больше, чем температура. При отрицательных - наоборот: главным фактором, влияющим на теплоемкость мерзлой древесины, является не влажность, а температура вещества. Поскольку состав древесинного вещества у всех пород одинаков, удельная теплоемкость древесины не зависит от породы и древесины. По современным данным при 0 ^оC для абсолютно сухой древесины равна 1,55 кДж/(кг·^оC).

 

 

Рис. 14. Диаграмма удельной теплоемкости древесины.

 

Теплопроводность древесины. На способность древесины проводить тепло оказывают влияние многие факторы: направление теплового потока (вдоль или поперек волокон древесины), процент поздней древесины в годичном слое, влажность древесины, наличие сердцевинных лучей и их величина поперечного сечения, температура древесины и т.д. Но наибольшее влияние оказывает на теплопроводность плотность древесины.

На рис. 15 приведена обобщенная диаграмма коэффициентов теплопроводности древесины для древесины березы. Используя диаграмму, можно определить теплопроводность древесины и других пород. Значения коэффициентов у древесины сравнительно невелики, поэтому древесина относится к довольно хорошим теплоизоляционным материалам.

 

 

Рис. 15. Диаграмма коэффициента теплопроводности древесины березы

 

Температуропроводность древесины. Величина коэффициента температуропроводности определяется по уравнению (17), если известны значения двух других тепловых коэффициентов. Для абсолютно сухой древесины коэффициент температуропроводности зависит от плотности древесины. Однако с уменьшением плотности коэффициент температуропроводности возрастает. Это связано с возрастанием в единице объема доли воздуха, имеющего температуропроводность примерно в 100 раз большую, чем древесинное вещество. С увеличением содержания свободной воды температуропроводность резко падает, т.к. воздух в полостях клеток замещается водой, имеющей примерно в 150 раз меньший коэффициент температуропроводности. При влажности ниже влияние влажности на величину практически не наблюдается, т.к. коэффициенты температуропроводности древесинного вещества и воды довольно близки.

Тепловое расширение древесины. При нагревании твердых тел, в том числе и древесины, происходит увеличение их объема. Коэффициент линейного расширения представляет собой изменение единицы длины тела при нагревании его на 1 ^оC.

Вследствие анизотропии древесины коэффициенты по трем структурным направлениям различны. По данным многих авторов наблюдается известная аналогия с анизотропией усушки (разбухания).

Тепловое расширение поперек волокон значительно (иногда в 10-15 раз) больше, чем вдоль волокон, причем в тангенциальном направлении обычно в 1,5-1,8 раза больше, чем в радиальном. Так, например, для древесины (вдоль волокон) = (2,5-5,4)·10^-6 1/^оC.

Показатели, характеризующие тепловые свойства древесины, используются в основном для расчета процессов ее нагревания, сушки, оттаивания, замораживания, потерь тепла через ограждения из древесины.