Усушка хвойных пород Усушка лиственных пород Коэффициенты усушки Сравнение влагомеров Полное оглавление Таблица 1. Величина усушки пилопродукции хвойных пород (ель, сосна, кедр, пихта) по ГОСТ 6782.1-75 Номинальный размер, мм 8% 10% 12% 15% 18% 20% 22% 25% 251,21,11,00,80,60,50,40,3 321,61,41,31,00,80,60,50,4 402,01,71,61,21,00,80,60,5 502,42,22,01,51,21,00,80,6 602,82,62,41,81,41,21,00,8 753,53,33,02,31,81,41,21,0 1004,64,23,72,82,21,91,51,2 1255,65,14,73,42,62,31,81,5 1506,75,95,23,93,22,62,01,6 2008,97,86,74,94,23,42,62,1 25010,99,78,46,25,34,33,32,6 Примечание: значения указаны для смешанной распиловки при конечной влажности от предела гигроскопичности. Для радиальной распиловки применяется коэффициент 0,6. Таблица 2. Величина усушки пилопродукции лиственных пород по ГОСТ 6782.2-75 Номинальный размер, мм 8% 10% 12% 15% 18% 20% 22% 25% 191,51,41,21,00,80,60,50,4 252,01,81,61,21,00,80,60,5 322,42,22,01,51,21,00,80,6 403,02,72,41,81,41,21,00,8 503,63,32,92,21,81,51,20,9 604,33,93,52,62,11,71,41,1 755,24,84,23,22,62,21,81,4 1006,86,25,44,03,22,72,21,7 Примечание: данные приведены для дуба, бука, ясеня, березы при смешанной распиловке. Для твердолиственных пород усушка на 15-20% выше, чем для мягколиственных. Таблица 3. Коэффициенты усушки древесины по направлениям (% на 1% изменения влажности) Порода древесины Тангенциальный Радиальный Объемный Полная усушка, % Сосна0,280,170,4412,0 Ель0,280,160,4311,8 Лиственница0,350,190,5214,5 Кедр сибирский0,260,120,3710,5 Пихта0,280,110,3811,0 Дуб0,290,180,4612,8 Бук0,340,160,4913,8 Береза0,310,260,5415,0 Ясень0,310,180,4813,5 Осина0,300,140,4311,8 Липа0,290,180,4612,7 Клен0,270,210,4713,0 Примечание: коэффициент показывает процент изменения размера при снижении влажности на 1% в диапазоне от предела гигроскопичности (30%) до 0%. Таблица 4. Сравнительные характеристики методов и приборов измерения влажности Параметр Игольчатый (кондуктометрический) Бесконтактный (диэлькометрический) Весовой (сушильный) Диапазон измерения, %7-402-650-100+ Погрешность1-2%2-3%0,1% Глубина измерения, мм3-3020-50Вся толщина Время измерения3-5 сек2-3 сек6-24 часа Повреждение материалаДа (отверстия)НетДа (вырезка образца) Влияние температурыЗначительноеМинимальноеУчитывается Применение по ГОСТ 16588Рабочий методРабочий методКонтрольный метод Примечание: весовой метод является арбитражным при спорных ситуациях. Электровлагомеры требуют периодической калибровки. Содержание статьи Физическая природа влажности древесины Методы измерения влажности по ГОСТ 16588 Механизм усушки и анизотропия древесины Расчет усушки и пересчет размеров Типы и принципы работы влагомеров Практические рекомендации Вопросы и ответы Физическая природа влажности древесины Влажность древесины представляет собой количественную характеристику содержания воды в структуре материала, выраженную в процентном отношении массы влаги к массе абсолютно сухой древесины. Данный параметр оказывает определяющее влияние на физико-механические свойства пиломатериалов, включая плотность, прочностные характеристики, теплопроводность и размерную стабильность. В структуре древесины принято различать два принципиально разных вида влаги. Свободная (капиллярная) влага заполняет полости клеток и межклеточные пространства, легко удаляется при сушке и не вызывает изменения линейных размеров материала. Связанная (гигроскопическая) влага находится непосредственно в клеточных стенках, удерживается физико-химическими связями и именно ее удаление приводит к усушке древесины. Предел насыщения волокна Состояние древесины, при котором клеточные стенки полностью насыщены связанной влагой, а свободная влага в полостях отсутствует, называется пределом насыщения волокна или пределом гигроскопичности. Для большинства пород при температуре 20C этот предел составляет приблизительно 30% и практически не зависит от породы древесины. Ключевой факт Усушка древесины начинается только при снижении влажности ниже предела насыщения волокна (около 30%). Удаление свободной влаги выше этого порога не вызывает изменения размеров пиломатериалов. Понимание данного механизма критически важно для технологов деревообрабатывающих производств при расчете режимов сушки и определении припусков на усушку. Равновесная влажность древесины в эксплуатационных условиях обычно составляет 8-12% для отапливаемых помещений и 15-18% для неотапливаемых, что существенно ниже предела гигроскопичности. К началу страницы Методы измерения влажности по ГОСТ 16588 Действующий межгосударственный стандарт ГОСТ 16588-91, гармонизированный с международным ИСО 4470-81, устанавливает три метода определения влажности пилопродукции и деревянных деталей. Каждый метод имеет свою область применения, обусловленную требованиями к точности, оперативности и условиями измерений. Рабочий метод с использованием электровлагомера Электрический метод применяется для оперативного контроля влажности в диапазоне от 7% до 28%. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления или диэлектрической проницаемости древесины от содержания в ней влаги. Метод не требует вырезки образцов и позволяет получить результат за несколько секунд. Согласно требованиям стандарта, измерения производятся на середине ширины пласти на расстоянии не менее 0,5 м от торцов. При длине пилопродукции от 2,5 до 4 м выполняется не менее трех измерений, при длине более 4 м - не менее четырех. За результат принимается среднее значение трех измерений на каждом участке. Контрольный сушильно-весовой метод Данный метод является арбитражным и применяется при любой влажности древесины, а также при решении спорных вопросов. Сущность метода заключается в определении массы влаги, удаленной при высушивании образца до абсолютно сухого состояния при температуре 103±2C. Образцы для испытаний имеют форму призмы с размерами поперек волокон 20-30 мм и вдоль волокон 25-30 мм. Влажность рассчитывается по формуле: Формула расчета влажности W = (m - m0) / m0 x 100% где m - масса образца до высушивания, г; m0 - масса абсолютно сухого образца, г. Ускоренный сушильно-весовой метод Применяется при необходимости оперативного контроля и отсутствии электровлагомера. Высушивание производится при температуре 120±2C с принудительной циркуляцией воздуха в течение 2-2,5 часов. Метод позволяет сократить время определения при сохранении достаточной точности для производственных нужд. К началу страницы Механизм усушки и анизотропия древесины Усушка древесины представляет собой уменьшение линейных размеров и объема при удалении связанной влаги из клеточных стенок. Данный процесс имеет выраженный анизотропный характер, обусловленный особенностями анатомического строения древесины. Микрофибриллы целлюлозы в клеточных оболочках располагаются преимущественно вдоль оси клетки, а связанная влага занимает промежутки между ними. При удалении влаги происходит сближение микрофибрилл, что вызывает максимальное изменение поперечных размеров и минимальное - продольных. Направления усушки Различают три основных направления усушки древесины, каждое из которых характеризуется собственным коэффициентом: Тангенциальная усушка (по касательной к годичным слоям) - максимальная, составляет 6-10% при полной усушке Радиальная усушка (по радиусу ствола) - в 1,5-2 раза меньше тангенциальной, составляет 3-5% Продольная усушка (вдоль волокон) - минимальная, обычно 0,1-0,3%, в расчетах не учитывается Объемная усушка представляет собой сумму линейных усушек по трем направлениям и для большинства пород составляет 12-15%. Неравномерность усушки в различных направлениях является основной причиной коробления и растрескивания пиломатериалов при сушке. Практическое значение анизотропии При проектировании конструкций из древесины необходимо учитывать, что доски тангенциальной распиловки усыхают по ширине значительно больше, чем радиальной. Это определяет выбор типа распиловки для ответственных изделий. К началу страницы Расчет усушки и пересчет размеров Нормативные документы ГОСТ 6782.1-75 для хвойных пород и ГОСТ 6782.2-75 для лиственных устанавливают величины усушки пилопродукции для обеспечения номинальных размеров при заданной влажности. Номинальные размеры устанавливаются при влажности 15% или 20% в зависимости от назначения продукции. Формула расчета размера с учетом усушки Для определения фактических размеров пилопродукции при влажности, отличной от номинальной, применяется следующий расчет: Формула пересчета размеров a = a0 + K x (Wн - Wф) где a0 - номинальный размер при базовой влажности, мм; K - коэффициент усушки для данной породы и размера; Wн - номинальная влажность (15% или 20%); Wф - фактическая влажность. Пример расчета Требуется определить фактические размеры сосновой доски номинального сечения 50x150 мм (при влажности 20%), если фактическая влажность составляет 8%. Согласно таблице ГОСТ 6782.1-75 для еловых и сосновых пиломатериалов смешанной распиловки: Усушка по толщине 50 мм при снижении влажности от 20% до 8%: 2,4 - 0,5 = 1,9 мм Усушка по ширине 150 мм при снижении влажности от 20% до 8%: 6,7 - 2,6 = 4,1 мм Фактические размеры: (50 - 1,9) x (150 - 4,1) = 48,1 x 145,9 мм Особенности лиственницы Древесина лиственницы характеризуется повышенными коэффициентами усушки относительно других хвойных пород. Полная объемная усушка достигает 14-15%, что на 20-25% выше, чем у сосны и ели. Это необходимо учитывать при расчете припусков и режимов сушки лиственничных пиломатериалов. К началу страницы Типы и принципы работы влагомеров Современные приборы для измерения влажности древесины подразделяются на две основные категории по принципу действия: кондуктометрические (игольчатые) и диэлькометрические (бесконтактные). Каждый тип имеет свои преимущества и области оптимального применения. Кондуктометрические влагомеры Принцип работы основан на измерении электрического сопротивления между двумя игольчатыми электродами, погружаемыми в древесину. Сопротивление древесины логарифмически зависит от содержания влаги: при увеличении влажности сопротивление снижается. Преимущества игольчатых влагомеров включают высокую точность измерений (1-2%), возможность определения градиента влажности по толщине при использовании электродов различной длины, относительно низкую стоимость приборов. Недостатками являются повреждение поверхности материала и ограниченный верхний предел измерения (обычно до 40%). Диэлькометрические влагомеры Данные приборы используют зависимость диэлектрической проницаемости древесины от содержания влаги. Встроенный радиочастотный генератор с частотой 3-30 МГц создает электромагнитное поле, проникающее в материал на глубину до 50 мм. Измерение производится без повреждения поверхности. Бесконтактные влагомеры особенно эффективны для контроля готовых изделий, паркета, ламината, фанерных листов, где недопустимо повреждение поверхности. Диапазон измерения расширен до 2-65%, однако погрешность несколько выше (2-3%) по сравнению с игольчатыми приборами. Требования к калибровке Все электровлагомеры требуют периодической поверки и калибровки. Приборы, внесенные в Государственный реестр средств измерений, могут использоваться для коммерческих расчетов и составления официальных актов. К началу страницы Практические рекомендации При организации контроля влажности на деревообрабатывающем предприятии следует учитывать несколько ключевых факторов, определяющих достоверность измерений и корректность расчетов усушки. Выбор метода измерения Для входного контроля сырых пиломатериалов с влажностью выше 30% применяйте весовой метод или специализированные влагомеры с расширенным диапазоном Для оперативного контроля в процессе сушки оптимальны игольчатые влагомеры с глубинными электродами Для контроля готовой продукции и изделий используйте бесконтактные диэлькометрические приборы При приемке партий и разрешении спорных вопросов обязателен контрольный весовой метод по ГОСТ 16588 Учет условий измерений Показания электровлагомеров зависят от температуры древесины. При измерении промороженных или нагретых пиломатериалов необходимо вводить температурную поправку согласно инструкции прибора. Измерения следует проводить на участках, свободных от пороков древесины, загрязнений и видимых дефектов. Важное ограничение Электрические методы не применяются для древесины, подвергшейся глубокой пропитке антисептиками или антипиренами, а также для мерзлой древесины. В этих случаях используется только весовой метод с вырезкой образцов. Расчет припусков на усушку При раскрое сырых пиломатериалов на заготовки необходимо закладывать припуски на усушку исходя из конечной влажности изделия. Для мебельных заготовок (8-10%) припуски по толщине составляют 3-5%, по ширине 5-7% от номинального размера. Для строительных пиломатериалов (15-18%) припуски соответственно меньше. К началу страницы Вопросы и ответы Почему усушка в тангенциальном направлении больше, чем в радиальном? Это обусловлено анатомическим строением древесины. Сердцевинные лучи, ориентированные радиально, оказывают сдерживающее влияние на усушку в этом направлении. Кроме того, клетки ранней и поздней древесины в годичных слоях усыхают неравномерно: поздняя зона усыхает примерно одинаково в обоих направлениях, тогда как ранняя зона имеет тангенциальную усушку в 2-3 раза больше радиальной. Какова точность игольчатых влагомеров в производственных условиях? Заявленная производителями точность 1-2% достигается при соблюдении всех условий измерения: правильной ориентации электродов относительно волокон, температуре древесины близкой к 20C, отсутствии пороков в зоне измерения. В реальных производственных условиях погрешность может достигать 3-4%, особенно при измерении на торцах, вблизи сучков или при значительных отклонениях температуры. Как пересчитать размеры пиломатериалов с влажности 20% на 15%? Для пересчета используются таблицы ГОСТ 6782.1-75 или ГОСТ 6782.2-75. Необходимо найти в таблице разницу величин усушки для конечной (15%) и начальной (20%) влажности при данном номинальном размере. Например, для сосновой доски толщиной 50 мм усушка при 15% составляет 1,5 мм, при 20% - 1,0 мм. При снижении влажности с 20% до 15% размер уменьшится на 1,5 - 1,0 = 0,5 мм. Почему лиственница имеет повышенную усушку относительно других хвойных? Лиственница характеризуется повышенной плотностью древесины (550-660 кг/м3 против 470-520 кг/м3 у сосны) и более толстыми клеточными стенками. Соответственно, в единице объема содержится больше связанной влаги, удаление которой вызывает большую усушку. Коэффициент тангенциальной усушки лиственницы составляет 0,35% против 0,28% у сосны. Можно ли использовать бытовой влагомер для производственного контроля? Бытовые влагомеры могут использоваться только для ориентировочной оценки. Для производственного контроля требуются приборы, внесенные в Государственный реестр средств измерений, с действующим свидетельством о поверке. Показания неповеренных приборов не могут использоваться при составлении актов приемки, коммерческих расчетах и разрешении спорных ситуаций. Какое минимальное количество измерений требуется по ГОСТ 16588? Количество точек измерения зависит от длины пилопродукции: при длине от 1,5 до 2,5 м - не менее двух участков; от 2,5 до 4 м - не менее трех; свыше 4 м - не менее четырех. На каждом участке выполняется не менее трех измерений, за результат принимается среднее значение. При длине менее 1,5 м измерения проводятся на половине длины каждой пласти.