Как снять напряжение с дерева после сушки

Снимаем внутренние напряжения в древесине

Сушильные камеры

Как мы уже писали в прошлых номерах, многие интересные идеи, которые были высказаны на конференции «Сушка древесины» в 1975 году, нашли свое применение только сегодня. С наиболее интересными предложениями, озвученными на этой конференции, мы знакомим наших читателей на страницах ЛПИ при поддержке российской компании − производителя сушильных камер «Вакуум-Плюс». В предыдущем журнале № 5 (36) говорилось о перспективах повышения производительности камер путем совершенствования технологии сушки. В текущем номере речь пойдет о такой проблеме, как возникающие в процессе сушки внутренние напряжения в древесине и методах их контроля. Автор тезисов − Б. Н. Уголев, д.т.н., профессор МГУЛ.

Напряженно-деформированное состояние древесины при сушке было предметом исследований очень многих специалистов. Как известно, при стабильных параметрах окружающей среды в начале процесса сушки растягивающие напряжения в поверхностных зонах материала возрастают, достигают максимума, затем уменьшаются до нуля, а далее появляются так называемые «сжимающие напряжения». Одновременно по мере снижения влажности древесины возрастает ее прочность. Зная об этих свойствах древесины, можно плавно или ступенчато ужесточать режим сушки для сокращения продолжительности данного процесса.

Стандартизованные режимы сушки, разработанные МЛТИ (ныне МГУЛ. − прим. ред.) предусматривают трехступенчатое изменение состояния сушильного агента.

Режимы эти координированы по средней влажности материала − показателю, который сравнительно легко контролировать. Но между средней влажностью доски и возникшими в ней напряжениями нет достаточно тесной связи. Поэтому дополнительно, особенно при сушке толстых пиломатериалов из древесины трудносохнущих пород, характер напряженного состояния пиломатериалов оценивают по периодически вырезаемым силовым секциям. Однако такой метод контроля трудоемок и дает представление лишь о примерной величине напряжений.

В 60‑х гг. специалисты МЛТИ предложили вести непрерывный контроль за напряженным состоянием материала по дифференциальной усадке (то есть перепаду усадки), измеряемой в краевых и центральной точках кромки доски. В МЛТИ был проведен целый комплекс теоретических и экспериментальных исследований, связанных с разработкой этого метода.

Для установления количественных связей между дифференциальной усадкой и напряжениями в пиломатериалах был использован «метод конечных элементов». Расчеты плоского напряженного и деформированного состояния пиломатериалов, выполненные данным методом на компьютере, позволили учесть такие важные особенности древесины, как эффект «перерождения» деформаций, увеличение жесткости при разгрузке (из-за исключения остаточных деформаций) и др. Мы получили эпюры нормальных и касательных напряжений по ширине и толщине доски по время сушки в стадии роста напряжений и при последующем их снижении (разгрузке). На стадии разгрузки растягивающие напряжения у самой поверхности доски оказываются меньшими, чем на некотором удалении от нее. При такой эпюре напряжений зубцы силовых секций загибаются внутрь или остаются прямыми, что приводит к ошибочным заключениям о наличии сжимающих напряжений или об их отсутствии.

В результате проведенного анализа мы удостоверились, что дифференциальная усадка была верно выбрана в качестве контролируемого параметра. Доказать это несложно.

Зависимость дифференциальной усадки от времени имеет характерную точку максимума, в области которой напряжения интенсивно снижаются. Величина дифференциальной усадки не зависит от ширины материала. Ее можно измерить датчиками сравнительно невысокого класса точности. Контролируя дифференциальную усадку, можно определить подходящий момент перехода на более жесткую ступень режима сушки, не измеряя заранее начальную влажность материала.

Для различных материалов мы установили переходные значения дифференциальной усадки при использовании стандартных режимов сушки пиломатериалов в камерах периодического действия. При этом учли соотношения между возрастающими при ужесточении режима напряжениями и прочностью материала при данной влажности.

Подтвердили целесообразность применения трехступенчатых режимов для сушки хвойных (еловых, сосновых) пиломатериалов толщиной 40 мм и более. Для таких пиломатериалов при регулировании процессов по величине дифференциальной усадки необходимо зафиксировать момент достижения максимума, и после снижения этой величины на 5% перейти с первой на вторую ступень стандартного режима сушки.

На втором этапе сушки происходит новый рост величины дифференциальной усадки, а затем − ее спад. В этот момент, когда приращение дифференциальной усадки окажется равным нулю, следует перейти на третью ступень режима сушки. Анализирующая аппаратура должна воспринимать сигналы от отдельных датчиков о двух критических точках функции дифференциальной усадки по времени.

При сушке тонких пиломатериалов толщиной 25 мм и менее достаточно зафиксировать одну критическую точку, соответствующую снижению дифференциальной усадки от максимального значения на 25% при форсированном режиме и на 20% − при нормальном режиме сушки. После того как эти значения будут достигнуты, можно сразу переходить на третью, последнюю ступень режима сушки. Таким образом, при сушке тонких пиломатериалов двухступенчатые режимы более эффективны и удобны.

Для дистанционного контроля дифференциальной усадки было разработано несколько конструкций датчиков, а это сделать было непросто.

Проблема в том, что измерительный узел датчика крепится на усыхающем и коробящемся материале, а при эксплуатации датчик находится в среде с повышенной температурой и влажностью, может подвергаться сотрясениям при транспортировке штабеля и т.д. В итоге все же появились датчики, в которых эти проблемы были решены. В качестве чувствительного элемента в них использован индуктивный преобразователь перемещений. Вторичная аппаратура включает приборы ИД-2И и самопишущий потенциометр.

Одна из наиболее совершенных конструкций датчика отличается от прежних типов большей устойчивостью, меньшими габаритами, возможностью крепления в прикромочной области доски, находящейся в штабеле. Для датчика предусмотрен специализированный электрический преобразователь с унифицированным выходным сигналом.

Источник

Способ снятия остаточных внутренних напряжений

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 10Л 11.1965 (№ 1019283/24-6) с присоединением заявки №

Опубликовано 12.1Х.1966. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 14.Х.1966

УДК 634.0.847.8(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

Московский лесотехнический институт

СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯ)КЕНИИ

По предложенному способу на древесину после сушки воздействуют водой с температурой не менее 40 С, что позволяет ускорить процесс тепловой обрабо1ки и сэкономить энергию.

После сушки древесину помещают в ванну с водой, нагретой до 40 — 60 С, или обрызгивают (обливают) ее водой. Поверхностные зоны древесины интенсивно поглощают воду и процесс развития остаточных деформаций сжатия протекает за значительно более короткое время, чем когда на древесину воздействуют воздухом повышенной температуры и влажности.

Быстрое увеличение содержания гигроскопической влаги в поверхностных зонах древесины не только устраняет сжимающие остаточные напряжения, но и создает при черезмерной продолжительности обраоотки растягивающие напряжения.

Проведенные исследования позволили установить, что при выдерживании хвойных пиломатериалов в нагретой воде с температурой

40 — 60 С в течение не более 30 мин, напряжения уменьшаются примерно в 1,5 — 2,5 раза.

Величина и характер распределения напряжений (эпюра напряжений имеет пилообразный вид) таковы, что возможность изменения размеров и формы деталей из древесины при их механической обработке практически исключена. Более кратковременная (3 — 5 мин) обработка хвойных пиломатериалов, прошедших высокотемпературную сушку, хотя и не снимает напряжения столь интенсивно, но позволяет предотвратить возможность появления

Обработка водой пиломатериалов из древесины лиственных пород оказывается еще более эффективной. Обработку производят в ваннах, снабженных ооогреваемыми паром

10 змеевиками. Для обработки можно использовать и конденсат.

Таким образом, процесс снятия остаточных напряжений происходит вне сушильной каме15 ры, что позволяет увеличить производительность последней. Сокращены и затраты тепловой энергии.

Напряжения снимаются при обработке водой как неохлажденных пиломатериалов, сра20 зу же после их выгрузки из камеры, так и после длительного хранения материалов на складе.

Предложенный способ снятия напряжений позволяет обрабатывать по мере надобности

25 только ту часть материала, к качеству которого предъявляются особые требования. Некоторое увеличение влажности поверхностных зон материала при обработке водой устраняется во время межоперационных выдержек ма30 териала.

Редактор E. А. Кречетова Техред Т. П. Курилко

Корректоры: С. Н. Соколова и T. В. Полякова

Заказ 3043j16 Тираж 975 Формат бум. 60;к,90 /8 Объем 0,1 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Способ снятия остаточных внутренних напряжений в древесине хвойных и лиственных пород после сушки путем тепловой обработки, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и экономии энергии, на древесину после сушки воздействуют водой с температурой не менее 40 С.

Источник

Снятие остаточных напряжений в древесине

МОСКОВСКИЕ СПЕЦИАЛИСТЫ РАЗРАБОТАЛИ НОВЫЙ СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДРЕВЕСИНЕ ПОСЛЕ КАМЕРНОЙ СУШКИ.
Специалисты по установке дверей http://install—doors.ru знают как важно качество древесины. В лаборатории Московского лесотехнического института нашли, что снятие напряжений в древесине эффективнее осуществлять водою, а не паром, как это делается обычно. Из камерной сушилки вытащили доски, сухие, легкие, ровные, одни погрузили в холодную воду, Другие — в горячую, третьи поставили под холодный душ, остальные стали орошать водой прерывисто: часть досок холодной, а часть горячей. Через несколько часов такой обработки замерили, в каком случае на какую глубину проникла в древесину влага.
Оказалось, глубже всего и быстрее увлажнились доски, орошаемые прерывисто распыленной холодной водой. Именно холодной, притом в прерывистом режиме, — это очень устраивало исследователей.
Брызганные холодною водою доски подсушили до выравнивания влажности по всей толщине и нарезали из них тонкие рейки — получились ровные, как линейки. Опять это было славно, поскольку рейка, нарезанные из досок, высушенных в той же камерной сушилке, но не прошедших обработку водой, имели серповидность, т.е. при механической обработке покоробились, что в промышленности, особенно в мебельном производстве, совершенно недопустимо.
Дело в том, что в процессе камерной сушки в древесине накапливаются неприятности замедленного действия — остаточные напряжения. Они-то и коробят древесину при механической обработке. По общепринятой технологии остаточные напряжения снимают в той же камере, где доски сушились. По окончании сушки напускают в камеру насыщенный водяной пар, увлажняют поверхности пиломатериалов и снова подсушивают. Обработка паром — это лишние, притом значительные, энергозатраты.

Схема оборудовании серийной сушильной камеры для влажностной обработки пиломатериалов после сушки. 1 — водопроводные трубы, 2 — форсунки с завихрителями, 3 — соедини тельные муфты, 4 — центральный трубопровод, 5 — вентили ручного управления, 6 и 7 — дополнительные вентили на боковых трубопроводах, в и 9 — автоматические пили, 10 — микропроцессор для автоматического управления влажной обработкой по режимам, заданным в зависимости от толщины материалов и породы древесины.

Источник

Как проявляется ВНУТРЕННЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ древесины?

Внутренне напряжение древесины явление не такое простое, как это кажется с первого взгляда, и оно зависит от нескольких факторов.

В процессе роста ствол любого дерева формируется гармонично, чтобы распределять нагрузки, которые на него воздействуют, с учетом тяжести собственных ветвей . Любое дерево в густом лесу по своей природе стремятся расти выше вертикально. Это обусловлено соседством других деревьев и необходимостью получить свою долю ультрафиолета. Во многих случаях, когда возникает малейшая лазейка для получения солнечного света дополнительно, дерево искривляется. Такие деревья чаще встречаются на опушках, по краю полян. Чтобы удержать такую форму, деревья балансируют не только корнями, но и неоднородной плотностью древесины внутри ствола.

Случается, деревья вынуждены также «балансировать» весом своих ветвей.

Оказавшись без веток, стволы освобождаются от природного равновесия, и внутренние напряжение ствола вырывается наружу. И древесину начинает « вести ». Выкручивает « вертолетом », или сгибает дугой . Слишком сильные напряжения можно увидеть уже сразу после распиловки. Но чаще они проявляются позднее, когда доски высохнут, будучи зафиксированными в готовой конструкции. В результате этого и появляются трещины.

Бывают случаи, когда идеально прямая доска евровагонки, после распиловки вдоль на рейки, резко меняет свою геометрию. Например, так:

Или рейки полученные, после роспуска ровной доски (50х150):

При этом, обратите внимание: в лесу, в естественных завалах, на высохших деревьях трещины крайне редки.

Специальная процедура промышленной сушки досок ощутимо устраняет этот дефект, но поднимает цену. Поэтому такой подход применяется на практике только к отделочным материалам (вагонка, блокхаус, половая доска).

Остальные пиломатериалы достаются нам в состоянии «естественной влажности». Это означает, что пустить их в дело следует максимально быстро после покупки, пока они не начали деформироваться. В таком состоянии они намного легче (чем высохшие), гнутся и вставляются в конструкцию «под размер».

В отдельных случаях, в процессе заполнения конструкции доски, и даже толстый брус можно выправить и заставить встать на место с помощью нехитрых приемов (пока эти пиломатериалы еще «сырые»).

Иногда полезно представлять себе, как поведет себя при усыхании дока в таком ракурсе. Такое внутреннее напряжение древесины обусловлено тем, что сердцевина ствола всегда более рыхлая, и при высыхании ведет себя иначе, чем более плотные поверхностные слои.

От этого будет зависеть, куда закручивать шурупы или забивать гвозди, пока она ещё не свернулась .

Вот так ведет себя древесина при высыхании после распиловки вследствие высвобождения напряжения из-за неоднородности древесины, по мере удаления от центра ствола. Чем ближе к сердцевине, тем больше идет коробление и интенсивнее трещины.

Источник

Напряженно о внутренних напряжениях в древесине и о короблении

Наш специалист ответит на него в ближайшее время.

Не так давно знакомый паркетчик с большим опытом работы связался со мной, чтобы проконсультироваться по вопросу, зачем некоторые производители делают на оборотной стороне паркетных планок прорези. Он сказал, что по его опыту укладки и эксплуатации планки с прорезями и без них ничем не отличаются. И ссылался на многочисленные в сети и литературе не очень внятные упоминания о том, что эти прорези вроде снижают внутренние напряжения в древесине, поэтому планки не коробятся.

Вопрос не простой, у него, похоже, мифологическая основа. Мой первый паркетный шеф мог про эти прорези говорить только нехорошими словами, паркет завода «Интеграф» (один из лучших тогда в РФ) был без проточек. Его сушили серьезно, в вакуумных камерах, которые проектировали технологи, в свое время работавшие над попыткой нашего Шаттла. Внутренние напряжения в древесине при сушке (любой — естественной или форсированной, камерной) возникают из-за неравномерного выхода влаги из толщи древесины, для паркета это от 14 до 22 мм в основном. По мере высушивания до 9% влажности эти напряжения более или менее фиксируются и существуют в планке, доске или фризе в скрытом виде, как мина замедленного действия. Сказываются они при изменении влажности напольного материала до значения равновесной влажности. Вообще, если условия в помещении отличаются от 20˚С при относительной влажности воздуха 50%, высушенная до 9% древесина набирает равновесную влажность, соответствующую конкретным условиям в помещении, по-разному. Дуб — за 3-4 недели, бук — за 4-7 дней. И после того, как влага постепенно и неравномерно меняется для разных участков по толщине, скрытые напряжения, сформировавшиеся при сушке древесины, начинают действовать на материал, увеличивая или уменьшая его геометрические размеры в разных областях и в конечном итоге в целом в образце, будь то планка, доска или что-то еще. Теперь, прочитав написанное и представив себе, что все это близко к правде, хоть и не совсем, поскольку эти движения (влаги и бесконечно малых частей дерева, в которых распределены внутренние напряжения) описываются не арифметически, а сложнее, скажите, какими и где должны быть надрезы. Надрезами это не лечится. Это лечится сушкой, чередуемой с процессами пропаривания, отчасти вакуумной сушкой, при которой влага при сушке выходит из дерева быстрее и равномернее. В том числе много дает длительная сушка в естественных условиях, под навесом на улице, после которой проводится форсированная сушка (досушка) в камерах. Итак, первое и возможно главное – это производитель с грамотной сушкой древесины. Существует градация стабильности пород древесины, из которых изготавливаются материалы. При этом только четверть из примерно 6-7 десятков пород, которые используются для изготовления, например, напольных покрытий, можно считать стабильными. Стабильность можно повысить благодаря выбору тех или иных клееных конструкционных материалов, например, паркетной и инженерной доски. Важно соблюдать оговоренные условия эксплуатации материалов, в пределах которых не возникает их необратимая деформация.

Художница Мария Тарасовская

Кроме того, проточки на задней поверхности ухудшают адгезию при монтаже напольного покрытия, хоть, казалось бы, благодаря им увеличивается площадь древесины, на которую мог бы воздействовать паркетный клей. Но есть ли уверенность в том, что клей идеально заполнит проточки и обеспечит отличную адгезию к подоснове, к которой крепится доска или паркет? В «Интеграфе» когда-то специально проверяли это для разных клеев и скоростей укладки паркета на покрытую клеем подоснову. Выяснилось, что площадь, занятая проточками как бы приклеивается, но только, по нашим результатам, примерно на 30%. Или надо возиться с каждой планкой, притирать ее, использовать вспенивающиеся клеи (сейчас такие есть), как в старом чеховском рецепте, когда средство от тараканов надо было пипеткой ввести в рот насекомому, а чтобы он его открыл, следовало таракана рассмешить, пощекотав или рассказав анекдот.

При сушке древесины в прилегающих к поверхностям материала зонах влажность значительно меньше, чем во внутренних зонах. В этом основная причина возникновения внутренних напряжений. Внутренние напряжения образуются без воздействия внешних нагрузок в результате лишь неоднородных изменений объема и до поры до времени уравновешены в пределах данного образца. Полные внутренние напряжения в древесине можно рассматривать как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений. Внутренние напряжения – это не просто термин для описания состояний и процессов на поверхности и в толще изделий из древесины. Они поддаются измерениям, для которых из доски выпиливаются и раскраиваются два вида образцов с выравненной влажностью. Одни обмеряются по длине до и после раскроя, а другие в процессе статического изгиба с нагрузкой в двух точках. По первым определяют величину относительной деформации, а по вторым – модуль упругости. Результаты обсчитываются по формуле и позволяют построить эпюры напряжений по толщине доски. Методика измерений у нас разрабатывалась специалистами из Мытищенского лесотехнического института, филиала Бауманки. Величина остаточных напряжений после камерной сушки значительно выше, чем после естественной на открытом воздухе. В материалах из древесины лиственных пород они больше, чем для древесины хвойных. Так, например, для бука и сосны различия могут доходить до 3 раз.

Теперь о короблении, которое вызывает изменение формы отделочных материалов при их высыхании или увлажнении либо происходит при механической обработке пиломатериалов или заготовок, имеющих значительные остаточные напряжения, сохранившиеся после некачественной сушки. Различают поперечное и продольное коробление. Поперечное коробление выражается в изменении формы сечения сортамента. Например, квадратное сечение бруса после высыхания становится прямоугольным или каким-то иным, а плоская доска приобретает прогиб по ширине. Поперечное коробление вызывается различием усушки для радиальной и тангенциальной частей распила: внутренняя (обращенная к сердцевине) поверхность доски ближе к радиальному распилу, а внешняя — к тангенциальному, поэтому размеры разных частей досок изменяются неодинаково. Поперечное коробление досок из данного бревна тем больше, чем ближе к сердцевине расположена доска. Продольное коробление бывает в виде прогиба по длине, когда прямая доска после высыхания становится дугообразной, или когда она перекручивается пропеллером. Первое связано с разной усушкой вдоль волокон, если в образце, например, встречаются заболонь и ядровая древесина или нормальная древесина и крень. Ко второму может привести наличие тангенциального наклона волокон.

Мастера компании «ВЕРНИСАЖ» рекомендуют внимательно относиться к выбору материалов для отделки интерьеров деревом, полагаясь на мнение специалистов, имеющих опыт общения с разными производствами и длительную практику работы с продукцией разных брендов. Выбранные с их помощью материалы из грамотно высушенных и стабильных пород древесины и клееные конструкции материалов из дерева помогут избежать многих ошибок и, в конечном счете, сэкономить в расчете на год эксплуатации напольных покрытий, стеновых панелей и других видов отделки деревом. Получите также рекомендации по эксплуатации от специалистов, которым вы доверяете, и тщательно следите за их соблюдением на ваших объектах. Доверяйте профессионалам и вас ждет успех.

Источник