Излучений

Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии

Различные виды излучений, представляющих собой электромагнит­ные колебания, образуют спектр, охватывающий огромный диапазон длин волн. Наибольшую длину имеют радиоволны (от десятков километров до миллиметров), их воздействие на древесину было частично рассмотрено в § 15. Ниже будут описаны свойства древесины, проявляющиеся при дейст­вии излучений, занимающих остальную часть спектра и обладающих дли­ной волны от 100 микрометров до 0,3 пикометра (1 пикометр (пм)=1·10^-12 м).

Инфракрасное (ИК) излучение. При нагревании тел происходит преобразование тепловой энергии в лучистую энергию электромагнитных колебаний. При этом нагретые тела испускают невидимые инфракрасные лучи с длинами волн от 1000 до 0,77 мкм. Принято различать три области ИК-спектра: дальнюю (с длинами волн от 1000 до 50 мкм), сред­нюю (от 50 до 2,5 мкм) и ближнюю (от 2,5 до 0,77 мкм).

Способность древесины пропускать, поглощать и отражать инфра­красные лучи зависит от длины волны падающего излучения. В МЛТИ бы­ло установлено, что проницаемость древесины инфракрасными лучами с длиной волны λ=5-6,5 мкм крайне мала.

Позднее исследования [24] показали, что наибольшая отражательная способность древесины наблюдается в ближней области ИК-спектра. Мак­симум отражения приходится на волны длиной λ= 1,0- 1,1 мкм. При та­кой длине волны коэффициент отражения достигает 0,8. В дальней области коэффициент отражения значительно меньше и составляет 0,1-0,15.

Максимум проницаемости также находится в ближней области при длине волны λ= 1,0 - 1,1 мкм. В дальней области их диапазона проницае­мость постоянна. С увеличением плотности древесины проницаемость уменьшается. Через радиальные поверхности древесины проницаемость больше, чем через тангенциальные. Повышение влажности древесины приводит к увеличению проницаемости древесины для ИК-излучений.

Значительная часть энергии инфракрасных лучей поглощается по­верхностной зоной (глубиной до 3-4 мм) образцов древесины. При этом наибольшее поглощение наблюдается в дальней области ИК-диапазона. При длине волн 8-15 мкм коэффициент поглощения находится в пределах 0,7-0,9.

В ближней области, в частности при λ= 1,93 мкм, коэффициент от­ражения воды в десятки раз меньше, чем древесины. Поэтому повышение влажности древесины приводит к уменьшению ее отражательной способ­ности. Это дает возможность измерять влажность поверхностных зон мас­сивной древесины методом ИК-спектроскопии. Этот метод может быть использован для бесконтактного непрерывного измерения влажности дре­весных частиц в производстве древесностружечных плит. Исследования М.Д. Корсунского показали, что различия в насыпной плотности древес­ных частиц не оказывают влияния на результаты измерения влажности.

Поглощение инфракрасных лучей вызывает нагревание материала, что позволяет использовать инфракрасные лучи для сушки тонких сорти­ментов (шпона, щепы, стружки), нагревания древесины при склеивании, а также для ее стерилизации. Кроме того, инфракрасное излучение исполь­зуется для сушки лакокрасочных покрытий на древесине, при этом резко увеличивается скорость сушки и улучшается качество покрытия.

Световое излучение. Видимое световое излучение охватывает часть спектра с длинами волн 0,76-0,4 мкм и включает последовательно крас­ные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые лучи. Световые лучи обладают большей проникающей способностью, чем ин­фракрасные, и могут быть использованы для обнаружения скрытых дефек­тов внутри древесины или изделий из нее. Например, перемещая лист фанеры толщиной до 3 мм по столу над прорезью, освещенной сильным ис­точником света (мощной лампой с рефлектором), можно обнаружить швы, сучки и трещины во внутреннем слое, а также дефекты склеивания. Если использовать чувствительную приемную аппаратуру, то, по данным ЛТА, можно зафиксировать лучи света, прошедшие через образцы древесины осины, сосны, ели толщиной до 35 мм, а березы - до 15 мм.

Как уже отмечалось ранее, при падении пучка световых лучей на по­верхность древесины часть энергии отражается. Измеряя интенсивность отраженного светового потока, можно судить о древесной породе, качестве поверхности и наличии пороков, изменяющих окраску древесины. Важное преимущество световой дефектоскопии - полная безопасность для обслу­живающего персонала.

В последнее время в связи с созданием лазеров - источников света (монохроматического когерентного (когерентность – согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов) излучения) высокой направленности и большой плотности успешно развивается лазерная технология, которая находит применение в деревообработке.

При воздействии лазерного излучения происходит переход электро­магнитной энергии в тепловую, что позволяет использовать лазеры в каче­стве своеобразного режущего инструмента. По данным Т. Ореха и К. Клескеновой (ГНИИД, Словакия), полученным при использовании газо­вого (СО₂) лазера, ширина "реза" зависит от выходной мощности. Так, при обработке образцов ели толщиной 25 мм ширина "реза" при мощности 150 Вт составила 0,75 мм, а при мощности 340 Вт достигла 0,9 мм. Лазер­ное "резание" вызывает по существу сублимацию древесины [89] и сопро­вождается обугливанием или потемнением поверхностных зон обрабаты­ваемого материала. Этот способ обработки может быть использован для фигурного раскроя листовых древесных материалов, резьбы, граверных работ и т. п.

Ультрафиолетовое излучение. Эти лучи имеют длины волн от 0,38 мкм до 10 нм. Ультрафиолетовое излучение вызывает свечение - люминесценцию некоторых веществ. Каждое люминесцентное ве­щество дает излучение определенного спектрального состава. Свечение, которое исчезает сразу же после прекращения облучения объекта, называ­ется флуоресценцией.

Из 150 исследованных в ЛТА древесных пород флуоресценция была обнаружена у подавляющего большинства их (90 %). Чаще всего облучен­ная древесина светится фиолетовым цветом (40 % исследованных пород), синим или голубым цветом светятся 25 % пород, темно-фиолетовый цвет имеет свечение 15 % пород и реже всего наблюдается желтое и зелено-желтое свечение (10 %).

Дальнейшее изучение люминесценции древесины было проведено Б.К. Лакатошем [34].

Некоторые результаты этих исследований приведены в табл. 29

29. Характеристика цвета и интенсивности флуоресценции

древесины

Порода	Цветовой тон (длина волны), нм	Чистота, %	Интенсивность (коэффици­ент яркости), %
Ель Сосна Пихта Лиственница Дуб, ядро Береза Осина		6,5 5,4 4,5 3,5 2,7	15,5

Цвет и интенсивность свечения зависят не только от породы, но и от состояния древесины (степени загнивания, влажности и температуры, ше­роховатости и т. д.). Все это позволяет использовать люминесценцию в ка­честве средства для обнаружения пороков древесины, контроля качества обработки и т. д.

Рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение охватывает часть спектра электромагнитных волн с длиной примерно от 5 нм до 0,6 пм. Рентгеновские лучи, проходя через исследуемый объект, по-разному поглощаются отдельными его участками. Чем выше плотность участка, тем меньше интенсивность прошедших через него лучей. Распо­лагая по ходу лучей за исследуемым объектом светящийся экран, можно наблюдать на нем внутренние дефекты объекта (пустоты, включения и т п.).

Рентгеновскими лучами могут быть просвечены крупные круглые сортименты (диаметром 40-50 см); эти лучи позволяют также просвечи­вать стволы растущих деревьев при помощи передвижных установок.

Используя рентгеновские лучи, можно обнаружить в древесине ряд скрытых пороков - заросшие сучки, ходы насекомых, внутренние трещи­ны, гнили, пустоты, а также металлические включения.

Повышение влажности снижает проницаемость древесины рентге­новскими лучами. Это свойство может быть использовано для определения величины и характера распределения влажности по сечению сортимента в процессе сушки. Рентгеновские лучи применяются также для изучения плотности древесины и тонкого строения клеточной стенки

Ионизирующие излучения. Ионизирующие (ядерные) излучения возникают при распаде радиоактивных веществ, делении атомов тяжелых ядер, ядерных реакциях Различают следующие виды ядерных излучений: потоки заряженных частиц, электромагнитное излучение и потоки незаряженных частиц (нейтронов). Источники первых двух видов излучений - радиоактивные вещества. Эти излучения называются радиоактивными. Ис­точниками нейтронных излучений служат ядерные реакторы, различные ускорители элементарных частиц; препараты, содержащие смеси радиоак­тивных веществ с веществами, испускающими нейтроны.

Лучше пока исследовано воздействие на древесину радиоактивных излучений. Альфа-лучи плохо проникают в древесину; большая прони­кающая способность у бета-лучей и еще лучшая - у гамма-лучей.

Возможность применения бета-излучений для изучения свойств дре­весины была исследована в УЛТИ Источниками излучения служили изо­топы - стронций-90 и рутений-106. Было установлено уменьшение прони­цаемости бета-лучей с увеличением плотности древесины (однако у березы проницаемость оказалась меньше, чем у дуба) Наблюдалось увеличение поглощения бета-лучей с повышением влажности древесины и увеличени­ем размеров (толщины) объекта В ЦНИИМОДе, используя бета-излучение средней жесткости (источник- стронций-90 и иттрий-90), по ослаблению интенсивности прошедшего через объект излучения определяли влажность древесины в процессе ее сушки

Исследования проницаемости древесины сосны, ели, дуба, бука, бе­резы гамма-лучами были проведены [34] на установке с препаратом кобальт-60. Было установлено, что наиболее легко гамма-лучи проникают в направлении вдоль волокон (особенно у дуба). С увеличением плотности древесины поглощение энергии увеличивается; зависимость между этими факторами линейная. Наибольший коэффициент пропорциональности ха­рактерен для равноплотной древесины бука. С повышением влажности ко­личество поглощаемой энергии резко возрастает; оно прямо пропорцио­нально толщине облучаемого материала.

Гамма-лучи применяют для измерения плотности древесины, они могут быть использованы для определения ее влажности, а также для кон­троля размеров деталей бесконтактным способом в непрерывном произ­водственном потоке.

Имеются перспективы для применения гамма-лучей в качестве сред­ства обнаружения скрытых дефектов древесины. Наиболее подходящим для обнаружения гнилей является мягкое гамма-излучение тулия-170. Ин­ститутом электронной интроскопии (г. Томск) совместно с Институтом ле­са и древесины им. В.Н. Сукачева (г. Красноярск) был разработан гамма-дефектоскоп для круглых лесоматериалов [30].

ГЛАВА 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Дата добавления: 2015-04-30