§1. Вода в древесине

Вода в стволе дерева

Заболонь и ядровая древесина

Стволы деревьев, которые мы используем в качестве пиломатериалов, заполнены водой, потому что они проводят воду от корней к листьям.

Удивительно, однако, что не весь ствол, а только внешняя его часть проводит воду. Эта часть называется заболонь (или наружный слой). У большинства деревьев заболонь богата влагой, а внутреннее ядро (красная зона на рисунке) содержит меньше влаги (см. Таблицу 1)

Нужно отметить, что при естественной сушке, когда дерево валят и оставляют сохнуть, не обрезая листвы, содержание влаги снижается только в заболонной части. Влажность сердцевинной части при таком способе сушки почти не изменяется.

Высокая влажность ядра

В мире деревьев есть исключения – некоторые породы дерева содержат большое количество влаги в ядре, хотя оно и не участвует в проведении воды.

Как видно из Таблицы 1, примером такой породы является японская криптомерия. Сложности добавляет тот факт, что содержание влаги в ядровой древесине криптомерии значительно отличается от бревна к бревну. Это затрудняет сушку пиломатериалов из криптомерии.

Вода в древесине

Клеточная стенка и просвет

Микрофотография дерева (ель)

Древесина состоит из вытянутых трубчатых клеток, которые идут сверх вниз и расположены очень плотно (см. рисунок). Как видно на фотографии, внутри клетки полые. На самом деле, большинство клеток в дереве уже мертвы, и не имеет содержимого. Пустое пространство называется полостью клетки, а перегородки между полостями - клеточной стенкой.

Свободная и связанная вода

Изображение сечения клетки (перпендикулярно направлению роста дерева)
В свежесрубленной древесине свободная вода присутствует в полости клеток, а связанная вода - в клеточной стенке.

Вода, проходящая через ствол, проходит через полости клеток. Эта вода называется свободной водой, потому что она такая же, как обычная жидкая вода. Кроме того, немного воды попадает в небольшое пространство в клеточной стенке и называется связанной водой, потому что она образует молекулы, которые соединяют элементы строения дерева. Другими словами, древесина содержит два разных типа воды: свободную и связанную воду.

Клапан регулирования влажности: поры клеточной стенки

Роль пор клеточных стенок

Когда вода перемещается между клетками, она проходит через множество мелких пор, в клеточной стенке, называемых стеночными порами. Это отверстие в стене-это не просто отверстие, а клапан, называемый мембраной, который контролирует поток воды (см. Рисунок).

Микроскопическое исследование показывает, что мембрана состоит из сетчатого фильтра (Margo) и вздутой крышки (Torrus) (см. Фотографию).

Закрытые клеточные поры ядровой древесины

Электронная микрофотография клеточной стенки с порами

Клапаны или поры в клетках заболонной древесины открываются и закрываюьтся довольно свободно. Ядровая древесина не пропускает воду, поэтому после прохождения воды поры закрываются и плотно приклеиваются (эффект сухого ядра). Но есть породы, такие как криптомерия, в которых вода попала и адержалась в клетках ядра. Особенность таких пород деревьев в том, что вода в ядровой древесине плотно запечатана внутри клеток. Поэтому передвижение такой воды затруднено, и сушка ядровой древесины занимает дольше времени и требует больше энергии, чем заболонной.

Способы выражения влажности древесины

Содержание воды на сухую массу

Содержание влаги в древесине может превышать 100%. Если это произойдет, вы можете быть обеспокоены переполнением воды. Содержание влаги в древесине должно рассчитываться с помощью метода, называемого стандартом сухого веса, и это не просто стандарт влажного веса, указывающий содержание влаги. Эта маркировка указывает вес содержащейся влаги относительно веса полностью сухой древесины (общий сухой вес), поэтому влажность может быть выше 100%.

Например:

Древесина, содержащая воду того же веса, что и общий сухой вес = влажность 100%

Древесина, содержащая вдвое больше сухого веса воды = влажность 200%

Древесина, содержащая половину общего сухого веса воды = влажность 50%

Влажность сухой древесины

Содержание воды может быть измерено методом полной сушки, измерителем влажности типа электрического сопротивления или измерителем содержания влаги высокочастотного типа. Метод общей сушки-это метод, позволяющий точно измерить содержание влаги. Однако существуют проблемы, заключающиеся в том, что содержание влаги в большом материале представлено небольшим испытательным образцом, и материал должен быть разрушен. Поэтому этот метод подходит для использования при отборе проб и контроле для контроля качества на производственных площадках.

Влажность и состояние воды в древесине

Точка насыщения волокна

Во всей древесине содержание воды, как правило, составляет 30%, а присутствие воды сильно отличается. Это содержание воды называется точкой насыщения волокон, где клеточная стенка заполнена связанной водой. Когда содержание воды превышает 30%, вода (свободная вода) также присутствует в просвете клетки.

И наоборот, если содержание воды падает до 30% или менее, содержание воды в клеточной стенке уменьшается. По мере уменьшения связанной воды сама клеточная стенка постепенно истончается.

В результате древесина, которая является совокупностью клеточных стенок, постепенно сжимается. Другими словами, усадка вследствие сушки древесины-это явление, которое происходит ниже точки насыщения волокна (содержание влаги 30%). Ниже точки насыщения волокна различные свойства, такие как прочность, сильно изменяются в зависимости от изменения содержания влаги.

Принципиальная схема влажности в древесине

	Свежая древесина (влажность 30% и более)	Точка насыщения волокон		Равновесное содержание влаги (около 15%)
Связанная вода	насыщение	насыщение	около половины	нет
Свободная вода	есть	немного	нет	нет
Усушка	нет	нет	1.0～4.5％	2.0～9.5％

Равновесная влажность

Если древесина помещается в среду с повышенной температурой и влажностью, то в конечном итоге она будет иметь влажность, сбалансированную с этой средой. Это содержание влаги называется равновесным содержанием влаги. Считается, что в зависимости от сезона и региона среднее равновесное содержание воды в Японии составляет около 15%. Кроме того, равновесное содержание воды в помещении, где работает кондиционер, вероятно, составит около 10-12%.

｜Вернуться к Основные принципы сушки древесины｜