Проницаемость древесины жидкостями и газами

Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением. При испытаниях обычно используют из жидкостей воду, а из газов - воздух или азот.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно выше, чем поперек, при этом у древесины лиственных пород она в не­сколько раз больше, чем у хвойных. Заболонь имеет намного большую во­допроницаемость, чем ядро (спелая древесина), которое у некоторых пород вообще не пропускает воду.

Вода в древесине движется по системе капилляров, включающей в себя полости клеток, отверстия в мембранах пор и субмикроскопические каналы в клеточных стенках. У сухой древесины в ядре и в заболони клетки имеют в основном закрытые поры, у которых торус прижат к окаймлениям.

На проницаемость влияет содержание и характер распределения в ядре смолистых и других экстрактивных веществ, затрудняющих или во­все исключающих возможность перемещения воды по микрокапиллярам в мембранах пор и клеточных стенках. Удаление этих веществ путем их экс­тракции спиртобензолом повышает проницаемость ядра, особенно сильно у сосны и кедра, меньше - у ели и лиственницы. У пихты проницаемость существенно увеличивается после обработки древесины метанолом или ацетоном. Поздняя древесина годичных слоев у сосны, ели (кроме заболо­ни), пихты более водопроницаема, чем ранняя древесина [71]. Существенное влияние на проницаемость поперек волокон оказывают сердцевинные лучи. Роль лучевых трахеид показана в работе [29].

Определение водопроницаемости проводят по стандартному методу, разработанному В.А.Баженовым. Согласно ГОСТ 16483.15-72 для испы­таний применяют прибор, устройство которого показано на рис. 35. Обра­зец в виде цилиндра диаметром 47 мм и высотой 20 мм, ориентированный вдоль волокон, или в радиальном, или тангенциальном направлении попе­рек волокон, влагоизолируют по боковой поверхности. Образец 10 вкла­дывают между двумя кольцевыми резиновыми прокладками 9 в корпус прибора В корпус запрессованы два подшипника 7, исключающие дефор­мацию прокладок при навинчивании верхней части корпуса 6 и зажиме об­разца. Затем в полость над образцом наливают дистиллированную воду, укрепляют стеклянную трубку 1 и доливают необходимое количество во­ды, а сверху тонкий слой масла, предотвращающий испарение воды во время опыта. Высота столба воды в трубке должна быть 100±3 см.

Рис 35 Прибор для определения водопроницаемости древесины:

1 - стеклянная трубка, 2 - пробка сальника, 3 - трубка, 4 - корпус сальника, 5 - прокладка, 6 - верхняя часть корпуса, 7 - подшипник, 8 - верхний зажим, 9 - кольце­вая прокладка, 10 - образец, 11 - нижний зажим,

12 - нижняя часть корпуса, 13 – ножка

Количество воды, поглощенное дре­весиной и прошедшее через образец, опре­деляют по перемещению мениска в градуи­рованной (цена делении 0,2 см³) трубке 1 на границе вода - масло. После каждого изме­рения в трубку доливают воду до первона­чальной отметки. Испытания продолжают до тех пор, пока не установится постоянный суточный расход воды. По окончании опыта определяют влажность образца. Основные показатели водопроницаемости - количество воды, см³, прошедшее через образец в 1 сут. при установившемся состоянии, и максимальная влажность образца. Кроме того, строят график зависимости расхода воды от времени выдержки.

Газопроницаемость древесины. Наибольшая проницаемость обнаруживается при движении газов вдоль волокон, она в десятки раз больше, чем поперек волокон. При этом проницаемость древесины сосны для газов в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном в 2-5 раз, ели - в 10 раз [по 49].

Изучение воздухопроницаемости древесины поперек волокон по ны­не стандартизованной методике провел В.А. Баженов. Был использован несколько переоборудованный прибор для испытания древесины на водо­проницаемость (рис.35). Вместо стеклянной трубки была укреплена насад­ка с манометром, в которую нагнетался воздух. Через отверстие в дне кор­пуса присоединялся газометр. Воздухопроницаемость древесины опреде­лялась количеством воздуха, см³, прошедшего через 1 см поверхности об­разца в 1 сек. Результаты некоторых опытов приведены в табл.21

21. Воздухопроницаемость древесины

Порода, зона древесины	Направление	Толщина, мм	Воздухопроницаемостью, см^3/(см^2·с), при давлении, МПа
0,1	0,2	0,3	0,4
Сосна, заболонь Сосна, ядро Сосна, ядро Дуб, ядро Дуб, ядро Бук	Радиальное Радиальное Тангенциальное Радиальное Тангенциальное Тангенциальное	13,9 14,2 14,1 3,5 3,4 15,0	0,0562 0,0026 0,0039 0,00013 0,00071 0,0150	0,1190 0,0061 0,0061 0,00026 0,00130 0,0390	0,1600 0,0100 0,0153 0,00045 0,00287 0,0670	0,2390 0,0138 0,0250 0,00067 0,00478 0,0870

Как видно из таблицы, ядро сосны имеет весьма незначительную воздухопроницаемость; она по крайней мере в 10-15 раз меньше, чем у заболони. У ядровой древесины дуба проницаемость меньше в радиальном и больше в тангенциальном направлении лишь в тонких образцах.

Согласно ГОСТ 16483.34-77 в качестве показателя, характеризующе­го способность древесины проводить газы, рекомендуется использовать коэффициент газопроницаемости К_г, м²/(с·МПа), вычисляемый по формуле

, (55)

где υ - газопроницаемость, м³/(м²·с); Р - манометрическое давление, МПа, h - высота образца, м.

Проницаемость древесины азотом в радиальном направлении была исследована [71] у хвойных пород Сибири. Наибольшие значения К_r были обнаружены у заболони сосны: примерно половина испытанных образцов имела К_r =2,22·10^-3 м²/(с·МПа), а другая половина - 4,6·10^-4 м²/(с·МПа). Несколько меньший коэффициент газопроницаемости у кедра и листвен­ницы и весьма малый у ели. У пихты заболонь оказалась почти совсем не­проницаемой для азота. У всех пород (кроме пихты) проницаемость забо­лони намного выше, чем ядра (спелой древесины). Наименьшая проницае­мость ядра у лиственницы, у пихты несколько выше (и даже больше, чем для заболони), далее следуют ель, кедр и сосна.

Испытания древесины на газопроницаемость требуют значительно меньше времени, чем испытания проницаемости жидкостями. Между ука­занными свойствами наблюдается тесная корреляция и определение газо­проницаемости используют для оценки способности древесины пропиты­ваться растворами антисептиков и антипиренов, варочными растворами при получении целлюлозы и т. д.

Дата добавления: 2015-04-30