14. JAKOŚĆ SUSZENIA. WADY SUSZENIA - PRZYCZYNY, ZAPOBIEGANIE

Wady suszenia które można uniknąć: spaczenia (łukowatość, nieckowatość, wichrowatość) o ich występowaniu decydują dwa gł czynniki: anizotropia odkształceń wilg drew i cechy anatomicznej budowy drew (kier przyrostów, udział drew wczesnego i póżnego, udział bielu itwardzieli itp.). Najczęściej występ formą spaczenia było wzdłużne krzywienie się tarcicy, dalej wichrowatość i łukowatość. Susz w wysokich temp powodowało wzrost liczby szt tarcicy, mających wszystkie formy spaczenia. Spaczenie powstaje w 3-4 górnych warstw stosu tarci, co szacunkowo wynosi ok. 20% załadunku (połowa z tej tarcicy ma wichrowatość trudną do usunięcia w obrób). Dopuszczalne spacz tarc lub półfabry jest odchylenie od prostoliniowości wynosząca do 2mm. zapobieganie używanie przekładek o jednakowej grubości, zachowanie odstępów między nimi, ułożenie całego stosu na równej poziomej podstawie. Skutecznym sposobem zmniejszenia spaczenia tarcicy w górnych warstwach stosu jest wywarcie nacisku rzędu 2-3 kPa na stos, za pomocą specjalnych ścisków.

 

Pęknięcia desorpcyjne - przyczyną pękania dr są nadmierne wysokie naprężenia desorpcyjne przewyższające wytrzymałość drew na rozciąganie w poprzek włókien, istotniejsze znaczenie ma wartość odkształcenia drewna, powstającego w skutek naprężeń desorpcyjnych. Pierwsza faza rozwoju naprężeń desorp występ na począt procesu, faza ta ma wyjątkową dużą dynamikę, zmiany wilg drew w krótkim czasie powodują znaczny wzrost wartości naprężeń. Jeśli w fazie tej proces wysychania drew jest zbyt szybki, następuje szybki wzrost naprężeń i zazwyczaj przekroczenie gran wytrzym drew (powstają pęknięcia powierzchniowe i czołowe). Pęknię wewnęt są skutkiem dział tego samego mechanizmu. Mogą nastąpić w 3 fazie rozwoju naprężeń, gdy naprężenia rozciągające pojawiają się w środkowej strefie przekroju wskutek hamowania kurczenia się drew w tej strefiesychania, mniej kurczą się warstwy przypowierzchniowe. Pęknięcia powierzchniowe powstają głó zanim tarcica trafi do suszarek, podczas składowania po przetarciu oraz w czasie transportu. Jakość tarcicy po suszeniu jest bardziej zależna od warunków wcześniejszego składowania niż od warun suszenia w suszarce.

 

Wadliwa wilgotność drewna - istotną wadą suszenia jest nadmierne zróżnicowanie wilgot drew zarówno w całej suszonej partii, jak i pojedynczej sztuki. Niezbędne jest przyjęcie w tej ilościowego kryterium, będącego podstawą jej akceptowania bądź też uznania za wadę. Kryterium takie pełni różnica między max i min wilgotnością dr, określana mianem rozrzutu wilg końcowej. Dopuszczalny rozrzut wilg dla dobrej jakości suszenia wynoszący +/-2% przy śr wilg 10%. Zróżnicowanie wilg tarc może być zmniejszone w wyniku sezonowania.

 

Naprężenia resztkowe - po zakoń okresu właściwego suszenia, drew o wilgot nawet idealnie równej na przekroju jest w stanie naprężonym. W środkowej strefie przekroju występują naprężenia rozciągające, w przypowierzchniowej ściskające. Przy takim stanie drewna proces suszenia zostanie zakończony, zaś tarcica będzie rozcięta na elem o mniejszym przekroju, elem te odkształcą się w wyniku zakłócenia istniejącego stanu równowagi naprężeń. Zapobieganie po okresie właściwego suszenia należy przeprowadzić obróbkę wyrównawczą, której celem jest wyrównanie wilgot na przekroju poprzecznym tarcicy i w całym załadunku oraz likwidacja naprężeń resztkowych.

 

Przebarwienia i zaplamienia - siniznę powodują grzy atakujące drew świeże. Optym wilgot drew dla rozwoju tych grzyb wynosi 33-82%. W miarę obniżenia wilgot względ powietrza zmniejsza się nasilenie procesów rozwojowych grzyb oraz w temp 60^oC następ skuteczne i trwałe unieszkodliwienie zarodników grzybni. Plamy atramentowe są powodowane przez kontakt drew z wodą zawierającą związki żelaza, mogą występ na powierz tych sztuk tarcicy, na które kapie woda powstająca w pewnych okolicznościach (wskutek istnienia mostków termicznych w obudowie suszarki).

 

Wnioski:

1 - straty spowodowane suszeniem wynoszą 10% i więcej, jednak można je zmniejszyć o połowę.

2 - największy udział degradajcji dr mają mają wszelkie formy spaczenia.

3 - w celu zmniejszenia strat spowod suszeniem należy skrócić do zbędnego min czas wszystkich operacji, w których tarc wysycha w sposób niekontrolowany.

4 - do uzyskania wilg 20-30% zwłaszcza tward gat drew proces suszenia powinien przebiegać powoli, w warunk kontrolowanych.

5 - straty spowodowane suszeniem są 2 co do kosztów suszenia tarcicy.

Programy Siergowskiego. Oparte o właściwości drewna określające między innymi wpływ wilg. i temp. na właściwości mechaniczne. Są opracowane w formie tabel. Są trzy podziały suszenia : I - ostrożne, zachowanie wł. mech., barwy, rysunku. II - normalne, możliwy spadek wł. mech. o 1-5%. III - intensywne, najniższe klasy jakości, bez zachowania wł. wytrzymałoś., rysunku, barwy. W zależności od grubości, gatunku i rodzaju suszenia dobieramy numer programu. Programy te dzielą okres właściwego suszenia na trzy etapy obejmujące odpowiednie zakresy zmniejszającej się wilg. drewna w suszarni. I - od wilg. początk. do 30%, II - od 30% - 20%, III - od 20% - wilg. końcowej drewna Etap pierwszy odbywa się przy stałych wartościach parametrów powietrza w suszarce przy czym wartości te ustalone w wyniku badań zapewniają nie przekroczenie przez naprężenia de sorpcyjne wytrzymałości drewna na rozciąganie w poprzek włókien. Etap drugi - rozpoczyna się po osiągnięciu przez drewno wilg. śr. 30% - podwyższa się temp. powietrza o 3 - 5⁰C, a wilg. wzgl. obniża się o 10 - 12%.. Etap trzeci - podwyższenie temp. o 15 do 30⁰C, oraz obniżenie wilg. wzgl. powietrza o wartość 25 - 35% (w zależności od rodzaju drewna i klasy intensywności procesu).. Programy Keylwertha. Program analizujący tzw. gradient suszenia (iloraz wilgotnościowy), a zatem wielkości pozwalającej syntetycznie porównywać różne warunki suszenia dla tego samego rodzaju grubości i wilg. bieżącej suszonego drewna. Za gradient suszenia uważa się iloraz średniej wilgotności bieżącej drewna do wilg. równoważnej drewna. Iw=W/Wr, w - średnia wilg. bieżąca suszonego drewna; w_r - w_r = f(ϕ,t) - wilgotność równoważna drewna; I_w - gradient suszenia; Porównanie przebiegu wartości gradientu suszenia w różnych programach jako funkcji wilg. bieżącej suszonego drewna pozwala na analizowanie porównywalnych programów w ujęciu dynamicznym, niezależnie jednak od czasu suszenia, który może być różny dla poszczególnych programów suszenia. P. Villier'a Program w formie wykresów dla każdej gęstości w zależności od grubości.

VILLIERA Kryterium wyjściowym wyboru odpowiedniego wykresu stanowi gęstość drewna wg której Villier podzielił najczęściej stosowane w produkcji rodzaje drewna na 4 grupy i dla każdej opracował 2 pogramy jeden dla tarcicy cienkiej(15-50 mm gr.) i drugi dla tarcicy grubej (55-90 mm gr.). Charakterystyczna cecha dla programu Viliera jest stała temp. powietrza (jednorazowo podwyższana w procesie suszenia o 2-3 ^oC. po osiągnięciu przez drewno wilg. około 30) sięgająca w najostrzejszym programie do wartości 65 ^oC.

P. Villier'a znane są w postaci 8 wykresów przedstawiających przebieg temp. i wilg. względnej powietrza w funkcji bieżącej wilgotności suszonego drewna oraz przewidywanego czasu suszenia. Kryterium wyjściowe wyboru odpowiedniego wykresu (programu) stanowi gęstość drewna, wg której Villier'e podzielił najczęściej stosowane w produkcji rodzaje drewna na cztery grupy i dla każdej opracował 2 programy : jeden dla tarcicy cienkiej (od 15 do 50mm grubości) i drugi dla tarcicy grubej (od 55 do 90mm gru). Charak cechą dla p. Villier'a jest stała temperatura powietrza (jednorazowo podwyższana w procesie suszenia o 2-3⁰C po osiągnięciu przez drewno wilg. ok. 30%) sięgająca w najostrzejszym programie do wartości 65⁰C. Są to programy oparte o czas suszenia. ZALETY - łatwość przeprowadzania. WADY - zbyt długi czas suszenia, mało oszczędny, zbyt łagodny w porównaniu z programami normalnymi Siergowskiego, nie uwzględniona jest możliwość znacznego zaostrzenia warunków wysychania tarcicy w suszarni w momencie zaniku naprężeń desorpcyjnych w drewnie.

Proces suszenia: I) obróbka wstępna - cel 1): równomierne nagrzanie drewna do równomiernej temp. na całym przekroju poprzecznym. Ta temp. musi być wyższa od temp. początkowej okresu suszenia o ok. 5-10*C 2)nawilżenie warstw przypowierzchniowych. 3) zabicie tkanki miękiszowej, 4) sterylizacja drewna. Czas trwania obróbki wstępnej igl i liś miękkie 30min na 1cm grubości suszone dr dla liś twardych ok. 1h na 1cm gru. dr. II) Susz właściwego - cel wysuszenie drewna do wilgoci niższej od 2-3% niż wymagana wilgotność końcowa. III)Obróbka wyrównawcza- cel zlikwidowanie lub zmniejszenie naprężeń cząstkowych jakie pozostają po okresie suszenia drewna. Obniżenie temp. w komorze a żeby można było wyciągnąć drewna, żeby nie popękało. 1) temp. w suszarni wyższa od 5-10*C 2) względna wilgotność powietrza zbliżona do 100%. 3) względna wilgotność powietrza dobieramy z tabel w taki sposób a żeby wilgotność byłą wyższa od 3do 4% od wilgotności końcowej Czas trwania obróbki wyrów dla wilgotność 100% wynosi 5-8% czasu trwania okresu właściwego suszenia , dla iglastych i liściastych miękkich 1h na 1cm grubości suszonego drewna, dla liściastych twardych 1,5-2h na 1cm grubości suszonego drewna.

OBRÓBKA WSTĘPNA

Przygotowanie drewna i urządzeń do właściwej obróbki. Ogrzanie do temp. drewna i urządzenia. Nawilżanie drewna ( głównie warstw przypowierzchniowych ). Sterylizacja drewna. Zmniejszenie wartości naprężeń. Temp. powietrza musi być ściśle określona i przewidziana z początkiem temp. suszenia właściwego. Robi się też tak, aby wzmożyć ruch wilgoci w dr. (dodatkowy cel). Więc w czasie obróbki wstępnej należy ogrzać do temp. wyższej (o 8 - 10^oC) niż przewidzianej podczas suszenia właściwego. Gdy tak zrobimy to po zakończeniu obróbki wstępnej musimy obniżyć temp. do przewidzianej w procesie właściwego suszenia. Jest to sprawa realna, gdyż wystarczy tylko wyłączyć ogrzewanie. Natomiast dr. jest akumulatorem ciepła, więc przez jakiś czas temp. drewna będzie wyższa od temp. powietrza. Wystąpi ruch ciepła z warstw wew. drewna do zew. ochładzanych przez powietrze niższej temp. (spadek temp. warstw zew. spotęgowany jest pobieraniem ciepła przez odparowywującą wodę). Równocześnie z ruchem ciepła w drewnie wystąpi ruch wilgoci (zjawisko termodyfuzji). Wilgotność powietrza - chcąc realizować zjawisko nawilżania musimy powietrze doprowadzić do dość wysokiej wilg. ok. 100% (w rzeczywistości od 85 - 100%). Czas wstępnego ogrzewania od 0,5 - 5h/cm gr. mat.Zalecany:

- 0,5h/cm - dla iglastych i liściastych miękkich.

- 1h/cm dla liściastych twardych

OBRÓBKA WYRÓWNAWCZA

W momencie końca suszenia powstają naprężenia przy jednolitym rozkładzie wilg. Są to naprężenia resztkowe. Są one podobne do naprężeń termicznych.

(naprężenia własne - bez udziału sil zew.).Naprężenia te to skutek całego procesu suszenia, ale w szczególności I fazy procesu, skutek działania naprężeń roz. w przypowierzchniowych warstwach, gdzie powstają trwale wydłużenia, a w warstwach wew. następuje ściskanie. Obróbka wyrównawcza stanowi mechanizm wyrównania naprężeń. Za powstałe naprężenia w większym stopniu odpowiedzialne są warstwy zew. Na warstwy te mamy możliwość oddziaływania. Należy więc stworzyć takie warunki, aby spowodować trwale odkształcenia w warstwach zew. W celu tym nawilża się warstwy przypowierzchniowe, przez co dr. ulega uplastycznieniu, które umożliwia „rozmrożenie” stałych odkształceń. W wyniku starannie przeprowadzonej obróbki wyrównawczej następuje zlikwidowanie naprężeń dr., a ponadto wyrównanie wilg. zarówno w obrębie przekroju poprz. pojedynczej szt. t-cy, jak i w objętości komory suszarki. W naszym wypadku nawilżenie spowoduje skrócenie dr., gdyż należy mieć na uwadze stan uprzywilejowany. Uplastycznione warstwy zew. są poddane ściskaniu przez warstwy zew. , wobec czego zachodzi ich skracanie, a nie wydłużanie. Przy wyższej temp. od temp. końca właściwego suszenia o 3 - 5^oC (do 8^oC) jest to zabieg bardziej efektywny, gdyż sprzyja wyższemu nagrzaniu i uplastycznieniu. Jednak nie zawsze można go stosować, gdyż nie jest w stanie wydołać nagrzewnica. Przy równej temp. moc cieplna jest wykorzystana. Obniżenie temp. od temp. końca właściwego suszenia powoduje łatwiejsze uzyskanie nasycenia wilg., a zatem także nawilżania. Wilg. względna powinna w przybliżeniu wynosić 100%. W literaturze mówi się, aby klimat w komorze był powiększony do wartości zapewniającej wilg. równoważną (Wr) > 3 -4%. Czas obróbki wyrównawczej powinien wynosić 3 - 5% czasu suszenia właściwego. Im ostrzejszy proces suszenia, tym dłużej powinna trwać obróbka wyrównawcza.

NAPRĘŻENIA RESZTKOWE

Zagadnienie naprężeń występujących w dr. w czasie jego suszenia oraz po zakończonym procesie jest ważne dla oceny prawidłowości suszenia. Im mniejsze są naprężenia wew. w dr. po zakończonym procesie, tym wyższa jest jakość wysuszonych mat. drzewnych. Zjawisko występowania wewnętrznych naprężeń w drewnie jest następstwem nierównomierności rozkładu wilgotności dr. Nierównomierność wilg. najlepiej jest oznaczyć na przekroju poprzecznym tarcicy. Drewno o różnej wilgotności na przekroju poprzecznym nierównomiernie się kurczy ., co staje się przyczyną pojawiania się w drewnie wewnętrznych naprężeń. Oprócz naprężeń wewn. mogą występować naprężenia wzrostowe [wstępne]

Podczas suszenia w warstwach zewnętrznych występują naprężenia ściskające a w wewnętrznych - rozciągające . W procesie suszenia

można wyróżnić następujące stany drewna odpowiadające poszczególnym okresom procesu suszenia: 1-przed suszeniem i na początku procesu suszenia - wilg. na całym przekroju drewna jest wyższa od PNW, nie występuje zjawisko skurczu drewna a więc i wewn. naprężeń. 2-pierwszy okres suszenia - wilg. wewn. warstw jest niższa od PNW, warstwy wewnętrzne zawierają jeszcze wodę wolną. Zewnętrzne warstwy są rozciągane a wewn. ściskane. Pojawiają się plastyczne odkształcenia. Po rozpiłowaniu próbki na dwie części każda połówka będzie zaginać końce na zewnątrz, widełki próbki widełkowej rozginać się będą na zewnątrz. 3- okres właściwego suszenia - wilg. warstw wewn. jest niższa od PNW wobec tego wewn. warstwy zaczynają się kurczyć i chociaż ich wilg. jest wyższa od warstw zewn. wymiary warstw są równe, dlatego wewn. naprężenia w próbce nie uwidaczniają się ponieważ są w równowadze. Jest to moment przechodzenia naprężeń przez zero przy zamianie znaku naprężeń.

4- okres ukończenia suszenia - wilg. jest równomiernie rozłożona na grubości suszonego materiału. W tym stanie wewn. warstwy próbki kurczą się w wyniku czego pojawiają się naprężenia ściskające w zewn. warstwach i rozciągające w wewn. Pojawianie się tych naprężeń odmiennego znaku wyzwala w porównaniu z początkiem procesu odwrotne plastyczne deformacje. Jednak plastyczność drewna w tym momencie jest znacznie mniejsza niż na początku suszenia i dlatego naprężenia w końcu procesu suszenia pod wpływem skurczu wewn. warstw będą wzrastać, osiągając max. nawet w przypadku równomiernej wilg. drewna na całym przekroju

Analiza wewnętrznych naprężeń-metody 1-próbki widełkowe 2-met. rentgenograficzne 3-met. polimeryzacyjno-optyczne. 4-met. mechaniczne i inne.

Metoda próbek warstwowych: z deski wypiłowuje się próbkę o gr. 0,5cm , która będzie służyła do oznaczania odkształceń, wilg. i modułu sprężystości. Następnie na przekroju poprzecznym próbki rysuje się warstwy, na które będzie podzielona próbka -grubość warstwy około 5mm. Próbki numerujemy mierzymy ich dł. początkowe

Następnie dzielimy je przez cięcie w kolejności: pierwsza-ostatnia, druga-przedostatnia, itd. Ponownie mierzymy ich dł. [umieszczając próbki w ścisku śrubowym] Odkształcenie oblicza się ze wzoru:

ε=[l₁-l₂]\l₁ gdzie ε-względne odkształcenie z dokładnością 10^-5 ,

l₁-dł. warstwy przed podzieleniem próbki w mm , l₂-po podzieleniu

Moduł sprężystości ze wzoru:

E=[ΔP*a(3l²-4a²)]\[2bh³*Δf]

E - moduł sprężystości w kG\cm²

ΔP - połowa przyrostu siły obciążającej w kG

a-odległość między podporą a miejscem przyłożenia siły w cm ,

b , h -wymiary przekroju poprzecznego próbki w cm

Δf - przyrost strzałki ugięcia w cm

Znając wartości modułu sprężystości oraz odkształcenia poszczególnych próbek wielkość naprężeń z prawa Hooke'a: δ=E*ε

δ - naprężenia kG/cm²

E - moduł sprężystości kG/cm²

ε - odkształcenie jednostkowe

---