Физика сушки древесины. ч.2
1-я фаза:
развивается до момента, когда влажность периферийных слоев достигает точки насыщения волокна (РS); они достигают РS первыми благодаря появлению градиента влажности при испарении влаги с поверхности.
В момент окончания первой фазы, который называется Первая критическая точка (Р1), средняя влажность древесины будет различной в зависимости от ее проницаемости (Рисунок 3): чуть меньше, чем начальная влажность для непроницаемой древесины и не более 2/3Uį+10% для проницаемой древесины (Лист 7 – Таблица 4) – (сравнить с Листом 6, Таблица 3).В это время древесина содержит свободную воду, отсутствуют усушка и напряжения, а механическое сопротивление минимально. Это самая короткая фаза процесса сушки, причем, чем древесина более непроницаема, тем короче фаза. Скорость сушки на этой фазе остается постоянной.
2-я фаза:
продолжается до тех пор, пока наружные слои не достигнут гигроскопического равновесия с окружающим воздухом, а влажность внутренних слоев не приблизится к точке насыщения волокна (РS). Во время этой фазы граница зоны насыщения капиллярных стенок сдвигается к центру. В конце этой фазы, которая называется Вторая критическая точка (Р2), средняя влажность будет примерно Р2=2/3РS+1/3UE (15-30%).
Наружные слои древесины усыхают и в них возникают растягивающие напряжению, что приводит к сжатию внутренних слоев и формированию напряженного состояния, создающего предпосылки для образования «поверхностных трещин» на тангенциальных поверхностях. Механическое сопротивление внутри остается минимальным, но оно увеличиваются по мере приближения к поверхностным слоям, где влажность уже ниже РS. Скорость внутреннего перемещения воды к поверхности постоянно уменьшается за счет то, что начинает превалировать диффузионный перенос в зоне, ограниченной смещающейся к центру границей области насыщения клеточных стенок.
Это фаза формирования напряженного состояния, когда в наружных слоях постоянно действуют растягивающие напряжения (деформации ограничены и усушка задерживается), которые превышают предел эластичности и могут инициировать образование поверхностных трещин, особенно на тангенциальных поверхностях. В этот момент напряжения могут превысить соответствующий предел прочности, который в поперечном направлении на самом деле очень мал. Поверхностные зоны становятся более сухими по сравнению с внутренними зонами. Если расколоть выпиленную секцию по средней линии, то ее половинки выгнуться наружу. Скорость сушки начинает уменьшаться.
3-я фаза:
начинается с точки Р2, когда происходит выравнивание влажности внутри древесины (уменьшение градиента влажности в поперечном сечении) при небольшой скорости испарения.
Граница гигроскопического равновесия с воздухом постепенно смещается от поверхности к центру, с последующим понижением влажности в центре древесины ниже значения РS. Движение Н2O в древесине происходит вследствие диффузии, скорость которой меняется по экспоненциальной кривой с соответствующей асимптотой. Процесс усушки смещается внутрь заготовки и происходит инверсия напряжений, величина которых будет тем больше, чем сильнее были сжаты внутренние слои и растянуты периферийные: таким образом, периферийные слои будут сжаты, а внутренние слои растянуты. Если распилить доску посередине, то вследствие напряжений, две ее части выгнутся по отношению к линии распила (зазор).
На протяжении этой стадии происходит увеличение механического сопротивления с отрицательным градиентом по направлению к центру.
Скорость процесса сушки на этой фазе быстро падает.