ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ОСИНЫ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН

МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Изготовление образцов – по ГОСТ 16483.0 со следующими дополнениями: образцы изготовляют в форме цилиндра диаметром 47 мм и высотой 20 мм раздельно из заболони и ядра.

В зависимости от исследуемого направления газопроницаемости образцы изготовляют таким образом, чтобы их высота совпадала с продольным, радиальным или тангентальным направлением.

Количество образцов для испытания должно быть не менее 10.

АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Для проведения испытаний используют:

прибор, обеспечивающий измерение прошедшего через образец газа (черт. 1) со сменной насадкой для подвода газа, снабженной монометром класса точности 0,4 или 0,6 с верхним пределом измерения 0,6 МПа по ГОСТ 2405, и газометром с измерительной трубкой, скорость перемещения уровня жидкости в которой не должна превышать 2,0 мм/с (черт. 2),

1 - манометр; 2 - насадка; 3 - вентиль; 4 - гайка; 5 - подшипник; 6 - верхняя часть корпуса; 7 - резиновая прокладка; 8 - нижняя часть корпуса; 9 - образец; 10 - штуцер; 11 - ножка корпуса

Черт. 1

1 - зажим; 2 - тройник; 3 - резиновая трубка; 4 - измерительная трубка; 5 - уравнительная склянка

Черт. 2

штангенциркуль по ГОСТ 166, с погрешностью измерения не более 0,1 мм;

секундомер по НТД, с погрешностью измерения не более 0,1 с;

гидроизоляционную замазку (из канифоли, воска, парафина в соотношении 2:1:1);

баллон со сжатым газом (очищенный от водяных паров воздух или другой инертный газ) и редуктором;

оборудование для определения влажности древесины по ГОСТ 16483.7.

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Высоту образца измеряют с погрешностью не более 0,1 мм. Рабочая площадь образцов ограничивается малым диаметром резиновой кольцевой прокладки 40 мм.

3.2. Для устранения потерь газа через перерезанные сосуды и полости других клеток необходимо нанести на цилиндрическую поверхность образцов и на поверхности, зажимаемые резиновыми кольцами, гидроизоляционную замазку толщиной 2 - 2,5 мм.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Образец помещают между двумя резиновыми кольцевыми прокладками в нижнюю часть корпуса. Верхнюю и нижнюю части корпуса соединяют и зажимают гайкой. На прибор навинчивают насадку с манометром. К нижней части прибора с помощью штуцера присоединяют газометр для измерения объема газа на выходе из образца.

4.2. Образец со стороны насадки подвергают избыточному давлению газа, с противоположной стороны он свободно сообщается с атмосферой через открытый зажим тройника.

Для этого в насадку через вентиль нагнетают газ до требуемой величины давления (0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 МПа). Замеры газопроницаемости производят не менее чем при трех значениях давления: для труднопроницаемой древесины (ядро) - при 0,2; 0,3 и 0,4 МПа; для легкопроницаемой древесины (заболонь) - при 0,05; 0,1 и 0,2 МПа.

4.3. Для измерения газопроницаемости перекрывают зажим тройника. Газ, прошедший через образец, идет в измерительную трубку и вытесняет из нее воду в уравнительную склянку, свободно сообщающуюся с атмосферой. В момент прохождения уровня через начальную отметку включают секундомер, который останавливают по достижении конечной отметки.

Отсчет времени производят с погрешностью не более 0,1 с.

Для исключения влияния противодавления расстояние между отметками уровней воды в измерительной трубке и уравнительной склянке не должно превышать 5 см.

4.4. Для измерения газопроницаемости поперек волокон труднопроницаемой древесины используют измерительные трубки малых диаметров порядка нескольких миллиметров (градуированные пипетки), для измерения газопроницаемости легкопроницаемой древесины - трубки больших диаметров порядка 10 см (мерные цилиндры).

Измеряемый объем должен быть в 20 раз больше половины цены наименьшего деления измерительной трубки.

Измерение повторяют три раза при одном и том же давлении на манометре.

4.5. После испытаний определяют влажность образцов по ГОСТ 16483.7. В качестве пробы для определения влажности берут часть образца, не покрытую гидроизоляционной замазкой. Для определения средней влажности партии образцов допускается отбирать каждый второй образец.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Газопроницаемость (V) вычисляют с точностью до 10^-6 м³/м² с по формуле

Где V₁ - начальная отметка уровня воды в измерительной трубке, м³;

V₂ - конечная отметка уровня воды в измерительной трубке, м³;

F - рабочая площадь поперечного сечения образца, м²;

T - время изменения уровней воды, с.

При постоянной площади F = 12,6·10^-4 м² формула принимает вид

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение газопроницаемости всех испытуемых образцов.

5.2. Коэффициент газопроницаемости (K_г) вычисляют с точностью до

10^-7м³/с МПа по формуле

Где V - газопроницаемость, м³/м² с;

h - высота образца, м;

P - манометрическое давление, МПа.

5.1, 5.2. (Измененная редакция, Изм. № 1).

5.3. Статическую обработку опытных данных выполняют по ГОСТ 16483.0.

5.4. Результаты испытаний и расчетов заносят в протокол (см. приложение).

Способность древесины пропускать жидкости и газы имеет важное значение при разработке режимов пропитки и сушки древесины, выборе материала для изготовления бочарной тары, деревянных судов, трубопроводов и других целей. При испытаниях в качестве жидкости обычно используют воду, а в качестве газа — воздух.

Водопроницаемость зависит от породы древесины, положения в стволе и направления. В связи с различной длиной водопроводящих элементов древесины хвойных (трахеиды) и лиственных (сосуды) пород водопроницаемость вдоль волокон у этих двух групп резко различна: так, под давлением 1 ат через отрезок ствола 1 м у лиственных пород профильтровывается через 1 см² поперечного сечения 50—150 см³ воды за 1 ч, а у хвойных всего 5—50 см³, т. е. в 3—10 раз меньше. В пределах одной и той же породы водопроницаемость заболони выше, чем ядра и спелой древесины. В среднем через образцы из заболони пихты толщиной 10 мм в течение 48 ч профильтровалось 58,8 см³воды, из ели 7,4 см³, а через образцы такой же толщины из спелой древесины соответственно 7,4 и 1,5 см³, т. е. в, 5—8 раз меньше.

Из перечисленных выше факторов особенно важно направление, так как водопроницаемость вдоль волокон резко отличается от проницаемости поперек волокон. Через отрезок пихты длиной 8 см столб воды 50 см³ фильтровался по направлению волокон в течение 1 ч; поперек волокон в тангенциальном направлении при том же давлении через образцы толщиной I—3,5 см за 20 ч проходило всего 4—10 см³ воды, т. е. в несколько сотен раз меньше. Поперек волокон водопроницаемость по радиальному направлению в среднем для большинства пород несколько больше, чем по тангенциальному. Здесь имеют значение особенности анатомического строения древесины разных пород: расположение и состояние пор на стенках элементов, количество и степень проницаемости сердцевинных лучей, состояние горизонтальных смоляных ходов и др., а также ее смолистость. Известно, что проницаемость водой древесины заболони сосны больше, чем древесины ядра: просачивание капельножидкой воды наблюдается только через древесину заболони. В то же время смолистость древесины ядра больше, чем заболони, причем смола в древесине ядра находится не только в смоляных ходах, на и в трахеидах.

Наиболее существенной причиной плохой водопроницаемости ядра является именно смолистость. Если удалить смолу из древесины ядра экстрагированием, водопроницаемость в радиальном направлении будет примерно такой же, как древесины заболони. Нагревание древесины ядра выше температуры плавления смолистых веществ повышает водопроницаемость древесины (в нагретом состоянии).

Основные показатели водопроницаемости — количество воды в кубических сантиметрах, прошедшее через образец за сутки при установившемся состоянии, и конечная средняя влажность образца. Дополнительной характеристикой может служить диаграмма водопроницаемости (на оси абсцисс откладывается время в сутках, а на оси ординат — количество поглощенной и прошедшей через образец воды в граммах).

При проникновении газов в древесину необходимо различать два случая: проникновение газов при атмосферном давлении, или газопоглощение древесины, и прохождение газов через древесину под давлением, или газопроницаемость древесины. Первый случай имеет существенное практическое значение при дезинфекции древесины, зараженной насекомыми или грибами, а также в некоторых случаях службы древесины (химические заводы) и при газовом крашении ее; второй случай встречается в некоторых видах тары (чанах, пивных бочках и т. д.)

Хлор, сернистый ангидрид и хлорпикрин при атмосферном давлении в течение суток проникают в древесину сосны при 10%-ной влажности в радиальном направлении на глубину не более 1—2 мм, а сероуглерод, пары формалина и уксусной кислоты — на глубину до 3 мм; вдоль волокон те же газы проникали на глубину около 10 мм. В сухую древесину сосны сероводород проникает легко без добавочного давления и предварительного вакуума; легче сероводород проникает вдоль волокон, труднее — в радиальном направлении; в ядровую древесину труднее, чем в заболонную. Из трех пород наиболее трудно проницаемой для сероводорода оказалась ольха, а наиболее легко — береза; сосна заняла промежуточное положение. Полная гибель всех личинок в древесине при концентрации сероводорода 3,6% достигается через 24 ч; при 5,6% — через 9 ч и 10,5% — через 5 ч. Под избыточным давлением газы проникают на значительно большую глубину.

Фильтрация под давлением очищенного от водяных паров воздуха через древесину разных пород (сосны, ели, дуба, бука, березы) при влажности ее 10 — 12% увеличивается с повышением давления (зависимость параболическая) и проницаемость древесины сосны для газов в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном в 2—5 раз, ели — в 10 раз. Примерно такие же соотношения для заболони сосны и ели. Наибольшая проницаемость обнаруживается при движении газов вдоль волокон.

Газопроницаемость определяется количеством (объемом) прошедшего воздуха (см³) через 1 см² поверхности образца в 1 сек. Величина газопроницаемости зависит от давления, свойств древесины и газа, а также их состояния, поэтому в качестве критерия газопроницаемости рекомендуется использовать коэффициент газопроницаемости К_г (см²/сек. ати), вычисляемый по формуле:

где V — газопроницаемость, см³1см² х сек;

р — манометрическое давление, ати;

h — высота образца, см.

Испытания на газопроницаемость требует значительно меньше времени, чем длительные испытания проницаемости жидкостями. В ряде случаев при тесной корреляции между указанными свойствами можно использовать определение газопроницаемости в качестве экспресс-метода оценки проницаемости древесины жидкостями.

ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ОСИНЫ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН

Известен целый ряд технологий направленных на улучшение свойств древесины основанных на пропитке различными жидкостями (антисептики, антипирены, красители, полимеры и т. д.). Это позволяет существенно увеличить ее огне -, биостойкость, прочность, декоративность и т. д. Но высокие результаты достигаются только в случае глубокого или даже сквозного проникновения пропиточной жидкости вглубь древесины. Современные способы пропитки такое проникновение пропиточной жидкости обеспечить могут не всегда. В первую очередь это касается пропитки спелой древесины, настоящего и ложного ядра. Такая древесина, как показывает опыт, практически не пропитывается, а она составляет основной объем ствола. Это является главной причиной того, что технологии, основанные на пропитке древесины, не находят широкого распространения.

Величина газопроницаемости является критерием, по которому можно прогнозировать способность древесины к пропитке. Применительно к реальным сортиментам наибольший интерес представляет проницаемость поперек волокон, так как именно она определяет качество пропитки. Поэтому этот показатель достаточно широко изучался. Наиболее обстоятельно исследовалась газопроницаемость древесины хвойных пород. Было отмечено, что проницаемость, в радиальном направлении, в несколько раз выше, чем в тангенциальном. Причиной такого различия проницаемости, как показали исследования, является то, что перенос газов и жидкости в радиальном направлении происходит по лучевым трахеидам. Подобные различия в проницаемости были отмечены при исследовании древесины лиственных пород. В приведенных выше работах указывается, что проницаемость в радиальном направлении выше, чем в тангенциальном. Причины различий авторами исследований не выявлены.

Осина является перспективной для деревообработки породой в сибирском регионе. Поскольку ее запасы (в отличие от хвойных) постоянно увеличиваются, и что особенно важно в районах с уже существующей транспортной инфраструктурой. Проведенные исследования указывают на высокую внутривидовую изменчивость осины, влияющую на свойства древесины, что предопределяет необходимость всестороннего изучения данной породы и в частности ее проницаемости.

Как показали наши исследования, при автоклавной пропитки осины пропиточная жидкость за одно и тоже время в тангенциальном направлении проникает в 5,5 раз глубже, чем в радиальном. При этом величина поглощения пропиточной жидкости отличалась, но не так существенно. Так же было отмечено, что спелая древесина не пропитывается (рисунок 1). Как видно из рисунка заболонь пропиталась насквозь, а спелая древесина на глубину не более 1 мм.

Рисунок 1 – Проникновение пропиточной жидкости в древесину осины (давление – 0,4 МПа, время – 180 мин.)

Для изучения газопроницаемости осины были проведены специальные исследования. Они проводились по стандартной методике регламентированной ГОСТ 16483.34-77. Отличительной особенностью проведенных исследований являлось то, что образцы для испытаний изготавливались не стандартной формы, а в виде прямоугольников размерами 55×35×15 и зажимались в стальной струбцине с резиновыми прокладками. Боковые поверхности осиновых образцов изолировались нанесением двух слоев краски ПФ-115 М и двух слоев силиконового герметика MAKROFLEX.

Это делалось для исключения переноса газа вдоль волокон. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема установки для определения газопроницаемости древесины

1 – компрессор; 2 – манометр; 3 – вентиль; 4 – струбцина с зажатым образцом древесины; 5 – измерительная трубка; 6 – уравнительная склянка

Газопроницаемость определялась в радиальном и тангенциальном направлении у заболони и спелой древесины. Влажность образцов составляла 12 %. Испытания проводились при давлении 0,4 МПа. Результаты исследований газопроницаемости приведены в таблице 1.

Таблица1- Газопроницаемость древесины осины

Как следует из полученных результатов, газопроницаемость заболони древесины осины в тангенциальном направлении в 2,5 раза выше, чем в радиальном. Это принципиально отличает данную породу от хвойных и других лиственных. Причиной различия является то, что перенос в основном происходит по волоконам либриформа расположенным на внешней границе годичного слоя. Данные клетки сообщаются между собой через поры на радиальных стенках [6]. Как показывают проведенные исследования, волокно либриформа на границе годичного слоя существенно отличается по своему строению от либриформа располагающегося в центральной части годичного слоя. В частности по размеру и форме пор. В месте контакта клеток границы годичного слоя с сердцевинными лучами так же имеются крупные простые поры. Это предопределяет возможность перераспределения пропиточной жидкости в сердцевинные лучи и соответственно перенос в радиальном направлении.

Газопроницаемость спелой древесины осины в сотни раз меньше, чем у заболони (таблица 1). При этом проницаемость как и у заболони выше в тангенциальном направлении. Можно уверенно говорить, что такое резкое снижение проницаемости при переходе заболони в спелую древесину обусловлено изменениями, происходящими в клетках по которым происходит перенос жидкости и газов - волокна либриформа внешней границе годичного слоя. Как показывают микроскопические исследования форма и размер полостей клеток существенно не различаются. По всей вероятности изменения происходят в мембранах пор через, которые происходит сообщения между клетками в тангенциальном направлении.

Выводы

1. Газопроницаемость заболони и спелой древесины осины, в отличии от других пород, в тангенциальном направлении выше, чем в радиальном.

2. Проницаемость спелой древесины осины на два порядка меньше, чем заболони.

Для деревянных домов одной из лучших свойств является газопроницаемость древесины, что позволяет дому "дышать".

Проницаемость древесины газами, как и жидкостями, в продольном направлении есть в десятки раз большей, чем в поперечном.

Наибольшая газопроницаемость среди хвойных пород зафиксирована в заболони сосны, несколько меньше в кедра и лиственницы. Очень низкая - в древесины ели и пихты. Существенно снижают газопроницаемость древесины отделочные покрытия, хотя опыты свидетельствуют, что древесина сохраняет способность пропускать воздух.

Исследование древесины на газопроницаемость забирает значительно меньше времени, чем исследование проницаемости жидкостями. Поскольку между этими показателями наблюдается тесная корреляционная связь, то за газопроницаемостью часто оценивают возможность древесины просачиваться жидкостями антисептиков, антипиренов и т. п.

Поиск по сайту: