Предприятия, основным направлением деятельности которых является производство пиломатериалов из древесины твёрдолиственных пород, вынуждены постоянно решать весьма сложную проблему, связанную с эффективностью их сушки.
В настоящей статье сделана попытка помочь в решении данного вопроса.
***
В группу древесины твёрдолиственных пород, имеющих значительную плотность, входят дуб, ясень, бук, клён, граб, акация, тик, груша. Наиболее сложным материалом, в плане организации сушки, является дуб.
Поэтому основное внимание в данной статье уделено рассмотрению методов и технологий сушки именно дубовых пиломатериалов.
Основные характеристики древесины
Удельный вес древесины (плотность) лежит в диапазоне (550-685) кг/м3. Показатель приведён для фактически сухого материала. Для воздушно-сухого, его значение принимается равным 700 кг/м. куб.
Объёмный вес, с учётом имеющейся неоднородности структуры, обводнённости (при влажности ≤15%) составляет порядка (710-800) кг/м. куб. (свежесрубленного доходит до 1000).
Предел прочности (изгиб статика) – 87,3 МПа, продольное сжатие (вдоль волокна) – 55,9 МПа.
Значение модуля упругости составляет 12,2 ГПа (уступает только лиственнице).
Основные параметры, которым должна соответствовать эта древесина, задаются нормативом 9462-2016.
Таблица 1
Сравнительные характеристики наиболее востребованных типов древесины твёрдых пород
Возможные варианты сушки дуба и иных твёрдолиственных пород
Несмотря на то, что подобная древесина весьма проблемный материал для сушки, необходимость выполнения данной операции обусловлена существенными преимуществами, которые получает правильно высушенная древесина (снижение массы, повышение прочности и долговечности, иные преимущества).
Поэтому дуб пытаются сушить множеством различных способов. От тех, что применяются в промышленных масштабах (камерная сушка), частном домостроении (атмосферная сушка), до весьма специфических и экзотических (чаще всего, применяемых в небольших столярных мастерских). В качестве примера можно назвать:
· сушку дубовых пиломатериалов в жидкостях (пример, в петролатуме).
Это мазеобразный продукт нефтепереработки, имеющий температуру плавления, равную 56°С (вспышки - 250°С).
Жидкость заливается в ванную, в которой уложены гладкие трубные калориферы. Пиломатериалы, подвергаемые сушке, загружают в специальных металлических контейнерах. Это объясняется правилами безопасности. Влажная древесина, загружаемая непосредственно в данную жидкость, разогретую до 100°С, в кратчайшие сроки нагревается до закипания воды, имеющейся в пиломатериалах. Начинается интенсивное парообразование с выбросом в атмосферу.
Срок сушки, до сопоставимого значения влажности, подобным образом занимает меньше времени (в 5-7 раз) чем аналогичная процедура в сушильной камере.
Главным недостатком является проникновение жидкости в дерево, что существенно затрудняет и усложняет чистовую обработку сухого материала.
· сушка на корню – в марте выбирается необходимое дерево, с которого, вкруговую, снимается кора (1,0-1,5) м на расстоянии 300-500 мм от земли.
В таком состоянии дерево оставляется до сентября. После опадения листьев его срубают и отправляют на распиловку
· запаривание (выпаривание) древесины;
· использование соломы и газет;
· сушка в песке или зерне.
Все вышеперечисленные экзотические технологии могут устроить столяров-индивидуалов. Но в промышленных масштабах не используются.
Прежде, чем определиться с выбором технологии сушки, необходимо получить развёрнутое представление о процессах, проходящих в древесине в каждом конкретном случае (при оценке камерной сушки требуется учитывать специфические особенности принципа их работы). В интернете выложено огромное количество материалов, посвящённых вопросам сушки древесины вообще, и пиломатериалов, изготовленных из твёрдолиственных пород, в частности. Периодически издаётся достаточно много книг подобной тематики.
Тем, кто профессионально занимается производством пиломатериалов и их принудительной сушкой, рекомендуем ознакомиться с монографией И.В. Кречетова и работой П.В. Болдырева.
Это, на наш взгляд, наиболее подробные издания, всесторонне раскрывающие данный вопрос.
А в монографии, написанной Ф.Ф. Менде в соавторстве с И.А. Шуруповым, доходчиво изложены основные вопросы, касающиеся методов сушки пиломатериалов, преимуществ и недостатков существующих типов сушильных камер.
Эта книга станет весьма полезна тем, кто планирует приобретать камеру для принудительной сушки древесины, но ещё не определился с тем, какой модели отдать предпочтение.
С какими проблемами приходится сталкиваться производителю, который сушит дуб
Практикам приходится решать следующие задачи:
· усушка, с предусмотренным предупреждением изменений геометрических размеров.
На этом этапе влажность уменьшается до 30 процентов.
· Сушка до влажности (20-22) % (так называемая, транспортная).
Сушатся до этого значения средние и крупные строительные материалы.
· Полнообъёмная сушка, после которой пиломатериалы используются в производстве мебели. Показатель влажности (6-12) %.
Древесину дуба трудно сушить. Этот материал подвержен «засушке», с возникновением трещин изнутри и снаружи. Наиболее значительные сложности приходится преодолевать при сушке свежеспиленной древесины, показатель влажности которой превышает 25%. Допустив, в подобных случаях, на начальном этапе рост температуры выше +55°С, можно получить коллапс капилляров древесины, что приводит к возникновению значительных внутренних трещин.
Сушить материалы свежего распила, влажность которых более 40%, не рекомендуется. Правильная сушка требует выбора и поддержания расчётного уровня влажности, температуры.
Лица, занимающиеся сушкой пиломатериалов профессионально, считают, что, чисто теоретически, сушить материал, изготовленный из свежеспиленного дуба, можно, но делать это не рекомендуется. Безопасные режимы сушки для данной древесины (толщиной до 30 мм) начинаются с влажности ≤40%.
Управление всеми сушильными установками, эксплуатируемыми в настоящее время, независимо от реализованного в них принципа действия, осуществляется контроллерами. Задача последних, поддерживать расчётную зависимость климатических факторов в камере с учётом фактической влажности материалов, подвергающихся сушке.
Климат внутри камеры задаётся двумя вариантами: выставлением градиента сушки, величины (t). Второй вариант, температурами пары термометров, именуемых, соответственно, «мокрый», «сухой». Это зависит от устройства имеющейся системы управления сушильной камерой.
Принципиальных отличий в работе подобных систем нет, за исключением используемой терминологии.
Общая информация о программе сушки
Разработчики делят её на фазы. К собственно процессу сушки относятся только 2:
· 1 - начальную влажность снижают до величины (26-30) %, при достаточно малых величинах градиента сушки (ГС), и величины (t).
Обе эти величины, на протяжении всего этапа, остаются в неизменном состоянии.
· Вторая фаза посвящена снижению влажности с предварительно достигнутых (26-30) процентов до требуемого значения.
Процесс сушки организуется при повышенных ГС и (t). Это, чаще всего, сопровождается увеличением значения градиента к окончанию сушки.
Увеличение ГС может сопровождаться ростом величины (t). Специалист, организуя сушку дуба, сталкивается с целым рядом «подводных камней».
· Значительный разброс влажности свежераспущенных пиломатериалов, даже по одному элементу, приводит к зависимости будущего результата от точки монтажа датчиков влажности. Выдаваемая ими в автоматику управления информация задаёт процесс организации сушки.
Контроллер, на основании усреднённых показаний, переключает режимы с 1на 2 стадию после того, как вся заложенная на сушку древесина приобретёт влажность менее 28%.
При этом весьма высока вероятность растрескивания определённой части пиломатериалов, влажность которых превышает данное значение.
Чтобы исключить возникновения подобных проблем, после достижения древесиной влажности 28%, выполняется промежуточное кондиционирование. Суть его заключается в выставлении ГС вручную (величина 1,2-1,5), удержании выставленного режима в течение от 10 часов до суток (24 часа). Только после этого можно переходить на следующую стадию сушки.
2 фаза менее проблемна, особых проблем не доставляет, позволяет форсировать сушку.
Температурный режим 1 фазы +(45-55) °С, величина градиента сушки задаётся диапазоном (2,2-2,6). Большие значения, для тонких, меньшие, для толстых пиломатериалов.
2 фаза предусматривает увеличение температуры до показателя +(55-65) °С, величины ГС, до (2,2-3,0).
Практически все производители камер сушки запрещают, либо не рекомендуют сушить дуб, влажность которого превышает 30%.
Влияние времени проведения сушки на качество пиломатериалов, изготовленных из древесины дуба (иных твёрдолиственных пород)
Последним нормативным документом, регламентирующим вопросы технологии сушки, в Советском Союзе были «Руководящие технические материалы…» (РТМ), принятые в 1985 г.
Однако за это время появилось много новых технологических разработок. Поэтому основные положения РТМ не всегда соответствуют современным реалиям. Это хорошо доказано в работе группы специалистов лесотехнической академии (Воронеж) под руководством А.Д. Михайлова, наименование которой вынесено в заголовок настоящей статьи. Материалы опубликованы в 4 номере «Лесотехнического журнала» за 2011 год.
Исследование твёрдости и плотности материалов осуществлялось на дубе, заготовленном в Краснодарском крае, с учётом положений нормативов 16483.1-84 и 16483.17-81.
Образцы были взяты из свежезаготовленной древесины. Основная партия проходила атмосферную сушку, контрольная, камерную.
После завершения сушки из 2 партии были изготовлены малые образцы в форме гладкостенной четырёхгранной призмы.
Результаты качества просушенных пиломатериалов по 1 и 2 варианту сведены в таблицу 2
РТМ рекомендует использовать рациональные варианты, к которым отнесены режимы сушки, позволяющие завершить процесс в минимальные сроки, максимально экономично. При этом должна быть сохранена заданная прочность, целостность сортамента, иные положительные свойства пиломатериалов.
Выбор режима, рекомендованного РТМ, зависит от характера его влияния на свойства материала.
Используемые многими перерабатывающими предприятиями Краснодарского края режимы, отличающиеся пониженной жёсткостью, имеют чрезмерную продолжительность (таблица 3).
Кроме этого, незначительная скорость циркуляции внутри камеры агента сушки может инициировать поражение пиломатериалов в камере плесневыми грибами (смотри рис.8)
Увеличение продолжительности сушки (на подобных режимах) приводит к разрушению большей части лигноуглеродистого комплекса (в результате гидролиза). В результате продукция на выходе становится весьма хрупкой, существенно ухудшаются остальные физико-механические характеристики.
В зависимости от варианта и продолжительности сушки дубовых пиломатериалов меняется их плотность (таблица 4)
После длительной камерной сушки плотность материала падает (по сравнению с аналогами, проходившими атмосферную сушку). За 50 суток снижение составило 14%. За 60, на 23%.
Сравнение аналогичных показателей, с учётом времени сушки, приведено в таблице 5.
Снижение твёрдости дубовых пиломатериалов после 50 суточной сушки составило:
· торцевая – 33%;
· тангенциальная – 41%;
· радиальная – 36%.
Увеличение сроков сушки ещё более ухудшает данные показатели. Пример. сушка 61 сутки:
· торцевая – 39%;
· тангенциальная – 56%;
· радиальная – 49%.
То есть, после неоправданно продолжительной сушки дуб из категории «очень твёрдая древесина», твёрдость которой превышает 80 Н/мм2, переходит в группу «мягких пород», с твёрдостью ≤40 Н/мм2.
Вывод – рассмотренный режим нельзя относить к рациональным, так как он:
· не является экономически обоснованным;
· занимает слишком продолжительное время;
· существенно снижает прочность готовых пиломатериалов, твёрдость и плотность древесины.
Решение проблем - вакуумная сушка
Использование для сушки твёрдолиственных пород вакуумных сушильных камер производства компании «Фалькон» (https://sushilnye-kamery.ru/katalog/) позволяет добиться высокого качества материалов на выходе, максимально снижает процент брака, сокращает сроки сушки и обеспечивает снижение себестоимости готовой продукции.
Для примера, можно привести результаты тестовой сушки дуба, которые мы проводили в рамках проверки работоспособности камеры ёмкостью 18 м3, «Байкал-18», изготовленной нами для заказчика из Башкортостана ( https://sushilnye-kamery.ru/loadcamera/4602-2/).
Необходимо было просушить различные по размерам и толщине (25 мм – 50 мм) дубовые плахи.
Технологи компании рассчитали требуемый режим сушки, руководствуясь, при этом, исходным состоянием материала и требованиями клиента.
Сушка была проведена в два этапа. Первый цикл занял 17 суток и позволил получить на выходе древесину влажностью 6%.
СРАВНИТЕ. Достигнуть подобных результатов при использовании камер иных типов можно минимум за 50-60 дней.
Второй цикл прошёл за 14 дней и позволил получить аналогичные результаты (6%).
И это при том, что камера работала с частичной реализацией возможностей, заложенных в её конструкцию.
На сегодняшний день эта камера работает в штатном режиме (две полных загрузки в месяц). У заказчика сформировался пул постоянных клиентов, заключивших долгосрочные договоры.
Несмотря на то, что сушка осуществляется с использованием электрического котла, наш клиент имеет возможность предлагать свою продукцию на рынке по ценам ниже минимальных. Так как стоимость сушки для него составляет 13000 руб/м3.
В комплекте с высочайшим качеством готовой продукции и малыми сроками сушки это позволяет стабильно занимать лидирующие позиции на региональном рынке, несмотря на наличие значительного числа конкурентов.
Подобные результаты стали возможными, благодаря постоянным инженерным и исследовательским наработкам нашего проектного отдела. В установленную систему автоматического управления и контроля изначально вшиваются режимы сушки твёрдолиственных пород (дуб, клён, бук, ясень). При появлении обновлений для ПО наши заказчики получают их в первую очередь.
Если после ознакомления с нашим сайтом и видео отзывами заказчиков, уже эксплуатирующих нашу продукцию (https://www.youtube.com/channel/UCk6U3dn5NdOB7-p2C1zpNoQ) у вас останутся вопросы, свяжитесь с отделом по работе с клиентами.
Мы ждём ваших звонков и обязательно предоставим развёрнутую информацию.
Успехов вашему бизнесу!
