Smršťování dřeva a jeho hustota

Dřevo je materiál, jehož rozměry jsou nestabilní a mění se se změnami teploty a vlhkosti. Teplotní deformace dřeva jsou relativně malé.

Jeho koeficienty tepelné roztažnosti jsou stejného řádu jako u kovů. Deformace dřeva vlhkostí jsou podstatně větší než deformace teplotní.

Zmenšení lineárních rozměrů nebo objemu dřeva pozorované, když je z něj odstraněna vázaná vlhkost, se nazývá smrštění. Zvětšení velikosti nebo objemu dřeva se zvyšujícím se obsahem vlhkosti se nazývá bobtnání.

Smršťování a bobtnání dřeva se vysvětluje zvláštnostmi jeho struktury a interakce s vodou. Absorpce molekul vodní páry povrchem elementárních fibril způsobuje ztluštění adsorpčních vrstev vody a následně i zvětšení velikosti (bobtnání) buněčných stěn.

Opačný proces – odstranění adsorbované vody způsobí smrštění. Bobtnání suchého dřeva na vzduchu nebo páře se zastaví, když jeho vlhkost dosáhne hygroskopické meze, a ve vodě, když jeho vlhkost dosáhne meze nasycení buněčných stěn.

Smršťování surového dřeva začíná teprve tehdy, když obsah vlhkosti dosáhne hranice nasycení buněčných stěn. Změna obsahu volné vody nezpůsobí změny rozměrů dřeva.

Výpočet se provádí ve vztahu k velikosti nebo objemu vzorku (sortimentu), %: smrštění – v surovém stavu; otok – v absolutně suchých podmínkách.

Smršťování a bobtnání jsou vratné procesy. Při zvýšení nebo snížení vlhkosti v daném rozsahu (až ±30 %) jsou změny rozměrů stejného vzorku stejné. Proto budeme uvažovat pouze smrštění.

Velikost smrštění závisí na konstrukčním směru měřeného lineárního rozměru, na rozsahu změn vlhkosti a na druhu dřeva.

Vliv strukturního směru je dán strukturou dřeva. Největší lineární smrštění je pozorováno v tangenciálním směru, tzn. ve směru obvodu letokruhů.

Smrštění v radiálním směru, tzn. ve směru poloměru kmene 1,5 – 2x méně. Ve směru osy kmene (po obilí) je smrštění zanedbatelné a většinou se s ním nepočítá.

Anizotropie smršťování je ovlivněna i dřeňovými paprsky (zejména u listnatých druhů). Ve stěnách parenchymatózních buněk dřeňových paprsků jsou mikrofibrily nasměrovány v relativně malém úhlu k délce.

Podélné smrštění dřeňových paprsků je tedy nejméně dvakrát menší než příčné. Medulární paprsky omezují smršťování dřeva v radiálním směru. S nárůstem obsahu dřeňových paprsků klesá radiální smršťování dřeva.

Jsou-li všechny ostatní věci stejné, je smrštění přibližně úměrné změně (až 30 %) obsahu vlhkosti dřeva.

Největší smrštění je pozorováno u vzorků, které vysychají z meze nasycení buněčných stěn do absolutně suchého stavu. Tento typ smrštění se nazývá maximální nebo úplné.

Maximální nebo úplné smrštění Ymax je chápáno jako zmenšení liniových rozměrů nebo objemu dřeva při odstranění celého množství vázané vody.

Smrštění, když obsah vlhkosti ve vzorku klesne na stanovenou hodnotu

kde ky je koeficient smrštění, charakterizující velikost smrštění, když se obsah vlhkosti v buněčných stěnách změní o 1 %, ky=Ymax/30.

Koeficienty smrštění závisí na druhu dřeva a v rámci jednoho druhu na základní hustotě.

Základní hustota dřeva ρб charakterizuje hmotnost suché dřevní hmoty v jednotkovém objemu surového (tj. při W ≥ Wпн) dřeva.

U většiny dřevin lze přibližně určit celkové objemové smrštění

a celkové lineární smrštění v tangenciálním a radiálním směru podle vzorců

Při znalosti druhu dřeva, jeho základní hustoty a vlhkosti lze snadno vypočítat velikost očekávaného smrštění. U jednotlivých plemen dávají tyto výrazy určitou chybu. Proto by se pro přesné výpočty smrštění měly používat experimentálně stanovené koeficienty uvedené v referenčních publikacích.

Celkové smrštění dřeva nejběžnějších domácích lesních druhů je 11–17 %, v radiálním směru – 3–7 %, v tangenciálním – 8–10 %.

Uvažované vzory smršťování jsou platné, přísně vzato, pouze při rovnoměrné změně obsahu vlhkosti ve vzorku.

Při průmyslovém sušení dřeva, kdy je vlhkost v celém jeho objemu rozložena nerovnoměrně a proces je komplikován dalšími jevy (zejména vnitřními pnutími), může při průměrné vlhkosti nad 30 % nastat změna rozměrů sortimentu, přičemž velikost této změny se může lišit od velikosti způsobené čistým smrštěním.

Tato změna velikosti, na rozdíl od čistého smrštění, je definována pojmem smrštění.

• sololit
• Dřevotřískové desky
• Vrstvené dřevo
• Loupaná dýha
• Nakrájená dýha
• Řezané díly
• Přířezy a řezané díly
• Rozměry řeziva
• Klasifikace řeziva

Snížení velikosti a objemu dřeva způsobené snížením jeho vlhkosti, smrštění dřeva, a jejich zvýšení způsobené zvýšenou vlhkostí je bobtnání. Tyto jevy vysvětluje struktura dřeva a jeho interakce s vlhkostí. Když je vlhkost pod hranicí nasycení buněčných stěn (30 %), odvod vlhkosti ze dřeva způsobí zmenšení tloušťky vrstev adsorpční vlhkosti mezi mikrofibrilami. V důsledku toho se mikrofibrily přibližují k sobě, zmenšuje se tloušťka buněčných stěn a příčné rozměry buněk a tím se zmenšuje velikost a objem dřevěných sortimentů. Absorpce vlhkosti dřevem způsobuje zhuštění vrstev adsorpční vlhkosti a zvětšení objemu dřeva.

Smrštění dřeva a bobtnání jsou zjevně pozorovány pouze tehdy, když se vlhkost mění v rozmezí 0-30 %. Změny obsahu volné vlhkosti nemají vliv na velikost dřevěných buněk a dřeva jako celku. Smršťování dřeva tedy začíná při obsahu vlhkosti 30 % a končí, když je vázaná vlhkost zcela odstraněna, tj. při W = 0, a bobtnání začíná při W = 0 a končí při W ~ 30 %.

Smršťování a bobtnání dřeva jsou prakticky vratné procesy. Vzorek dřeva, který při sušení změnil svůj objem o určitou hodnotu, nabývá stejný objem, když je navlhčen na původní vlhkost. V tomto ohledu a také proto, že cílem této části stránky je uvažovat o procesech sušení, je dále diskutováno pouze sušení dřeva.

Rozlišovat absolutní vysušení dřeva, tj. smrštění, vyjádřené v jednotkách délky nebo objemu, a relativní smrštění dřeva, vyjádřené v procentech vzhledem k původní velikosti nebo objemu vzorku a zelenému stavu, tj. při obsahu vlhkosti větším než 30 %. Relativní smrštění dřevas je obecnější pojem než absolutní smrštění dřeva. Pod pojmem smrštění se proto obvykle rozumí relativní smrštění dřeva, které budeme nadále akceptovat.

Velikost smrštění dřeva je ovlivněna strukturním směrem měřené lineární velikosti, rozsahem změn vlhkosti, druhem a hustotou dřeva.

Vliv strukturálního směru na smršťování dřeva je určen zvláštnostmi jeho struktury. Při změně vlhkosti se rozměry dřeva mění převážně napříč strukturou. Ve směru podél vláken je smrštění zanedbatelné a nebere se v úvahu. Největší lineární smršťování dřeva napříč obilím je pozorováno po obvodu letokruhů kmene stromu (tento směr se nazývá tangenciální) a nejmenší podél poloměru kmene (v radiálním směru). Radiální smrštění je 1,5–2krát menší než tangenciální smrštění. Objemové smrštění dřeva, které zohledňuje celkovou změnu velikosti, nezávisí na konstrukčním směru.

Ostatní věci jsou stejné smrštění dřeva přibližně úměrné změně obsahu vlhkosti dřeva (v rozmezí pod 30 %). Je zřejmé, že k největšímu smrštění dochází u vzorků, které vysychají z vlhkosti rovné nebo vyšší než 30 % do absolutně suchého stavu. Toto smrštění dřeva se nazývá úplné.

Koeficienty smrštění dřeva závisí na druhu a v rámci jednoho druhu na podmínkách hustoty dřeva, kterou se rozumí hmotnost suché dřevní hmoty v kilogramech na jednotku objemu v metrech krychlových surového dřeva. Čím vyšší je podmíněná hustota, tj. čím silnější jsou buněčné stěny ve dřevě, tím větší jsou koeficienty smršťování.

Protože, jak bylo naznačeno, smrštění dřeva podél vlákna je zanedbatelné, koeficient objemového smrštění se určí sečtením koeficientů tangenciálního a radiálního smrštění.

Velmi důležitou vlastností dřeva, jejíž znalost je nezbytná pro řešení řady praktických problémů, je hustota dřeva, tj. hmotnost dřeva (včetně vlhkosti) na jednotku objemu při daném obsahu vlhkosti.

Hustotu dřeva lze určit, pokud je známa jeho podmíněná hustota a obsah vlhkosti. To lze provést analyticky (pomocí vzorců) nebo graficky (pomocí diagramů).

hustota dřeva roste s rostoucí vlhkostí. Tento nárůst však nemůže být neomezený. Maximální hustotu dřeva (při maximální možné vlhkosti) má dřevo, jehož buněčné dutiny jsou zcela vyplněny volnou vlhkostí. Tento limitní stav dřeva z hlediska vlhkosti a hustoty je charakterizován pravou hraniční, tečkovanou křivkou.

PODOBNÉ ČLÁNKY:

• Třídění řeziva podle kvality
• Hygroskopicita a rovnovážná vlhkost dřeva
• Vnitřní pnutí ve dřevě během sušení
• Vlhkost dřeva a stav vlhkosti v něm
• Chemické složení dřeva