Сушка лиственничных пиломатериалов с заданными потребительскими свойствами в камерах периодического действия

• Автор: Орлов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.21.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Содержание
Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1 Механизм и особенности конвективной сушки лиственничных пиломатериалов.

1.2 Структура, химический состав древесины лиственницы и их изменения в процессах гидротермической обработки.

1.2.1 Строение древесины лиственницы

1.2.2 Химический состав и ультраструктура клеточной стенки.

1.2.3 Изменение химического состава древесины в процессе сушки

1.2.4 Изменение микроструктуры древесины при сушке.

1.3 Снижение прочности древесины в процессе сушки

1.4 Режимы камерной сушки пиломатериалов.

1.5 Прогнозирование внутренних напряжений в пиломатериалах в процессе сушки
1.6 Цели и задачи исследований.
2 Теоретическое обоснование исследований.
2.1 Структура режимов сушки лиственничных пиломатериалов в камерах периодического действия.
2.2 Модель снижения прочности древесины в процессе сушки.
2.2.1 Выбор факторов и диапазонов их варьирования
2.2.2 Обоснование выбора вида механических испытаний.
2.3 Метод прогнозирования распределения полей влажности в лиственничных пиломатериалах при сушке в камерах периодического действия
3 Методика экспериментальных исследований снижения прочности древесины и проведения опытных сушек лиственничных пиломатериалов
3.1 Анализ погрешностей измерений при проведении исследований
3.2 Исследование влияния тепловой обработки на изменение прочности древесины лиственницы
3.2.1 Опытный материал.
3.2.2 Определение объема выборки для исследований
3.2.3 Гидротермическая обработка образцов при стабильной влажности
3.3 Исследование изменения химического состава древесины лиственницы после тепловой обработки.
3.3.1 Методика исследования
3.3.2 Обработка результатов опытов.
3.4 Опытные сушки пиломатериалов.
3.4.1 Отбор образцов.
3.4.2 Экспериментальная установка
3.4.3 Определение влажности материала
3.4.4 Определение внутренних напряжений
4 Экспериментальное исследование снижения прочности древесины и результаты опытных сушек пиломатериалов
4.1 Исследование снижение прочности
4.1.1 Статистический анализ полученных результатов.
4.1.2 Интерпретация результатов исследований.
4.2 Исследование изменения химического состава древесины лиственницы при тепловой обработке.
4.3 Выводы по результатам исследований снижения прочности древесины лиственницы в процессе тепловой обработки.
4.4 Опытные сушки лиственничных пиломатериалов
4.5 Выводы по результатам опытных сушек пиломатериалов
5 Разработка и проверка модели снижения прочности древесины лиственницы в процессе сушки
5.1 Программа расчета полей влажности и величины снижения прочности древесины в процессе сушки
5.2 Экспериментальная проверка методов прогнозирования снижения прочности древесины и развития внутренних напряжений в пиломатериалах
6 Разработка и экспериментальная проверка режимов сушки.
6.1 Разработка режимов сушки
6.1.1 Критерий оптимизации
6.1.2 Ограничение варьирования входных данных.
6.1.3 Решение оптимизационной задачи
6.2 Экспериментальная проверка режимов сушки
Заключение
Список использованных источников


Вследствие различий в строении и химическом составе каждый слой клеточной стенки выполняет определенные функции. Строение клеточной стенки давно привлекает к себе внимание исследователей. Этим вопросом занимались ряд зарубежных и отечественных ученых 2, 3, 7, 8, 9, , , и др. Подробный обзор по данному вопросу приведен в работе . Здесь мы рассмотрим особенности строения клеточной стенки, определяющие прочность древесины и стойкость к воздействию температур. Между клетками находится межклеточное вещество срединная пластинка М, которая связывает клетки в единую ткань. Этот слой не содержит целлюлозы, за исключением пересекающих его единичных фибрилл . Известно, что срединная пластинка имеет наибольшее содержание лигнина и пектиновых веществ. Кроме того, В. Е.Москалева и Е. В.Гончарова обнаружили в ней кремний, а Коблиц протеины в связи с кальцием . Следовательно, слой М представляет собой комплекс веществ, устойчивых к механическим и химическим воздействиям. Первичная оболочка клеточной стенки Р состоит из целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз и полиуронидов . Она слабо анизотропна и плохо растворима. Слой Р сильно лигнифицирован и содержит в себе некоторое количество целлюлозных микрофибрилл. Расположение микрофибрилл беспорядочное и рассеянное. Для вторичной оболочки характерно более низкое содержание лигнина около . В пределах вторичной оболочки первый слой и третий слой Бз значительно отличаются от срединного слоя как по содержанию лигнина, так и по ориентации и расположению целлюлозных микрофибрилл. В тонком внешнем слое Б микрофибриллы компактно уложены и направлены по пологим спиралям под углом к продольной оси клетки. Толщина самого мощного слоя зависит от породы древесины и зоны годичного слоя. Микрофибриллы в слое направлены по очень крутым спиралям угол наклона менее к продольной оси клетки. У тонкого внутреннего слоя можно проследить расположение микрофибрилл по спиралям, направленным под большим углом к продольной оси клетки. Таким образом, прочность древесины определяется строением и химическим составом клеточной стенки. Наибольшее влияние на механические свойства оказывает самый массивный средний слой вторичной оболочки слой , поскольку он содержит большую часть целлюлозы, и микрофибриллы закручены по крутой спирали вдоль оси волокна. Благодаря такой структуре клеточная стенка становиться прочной и жесткой. Клеточная стенка состоит из химических компонентов, которые обладают различной стойкостью к действию высоких температур и других факторов, воздействующих на древесину. В работе отмечается, что при продолжительном действии высоких температур происходит частичное разрушение кристаллической части целлюлозы. При нагреве в воде часть гемицеллюлоз и пектиновых веществ может размягчаться и даже переходить в раствор. Поэтому связь целлюлозного скелета с лигнином и гемицеллюлозами в качестве наполнителей при нагреве влажной древесины может изменяться. Известно, что при высокой влажности древесины в полостях клеток содержится водный раствор, который имеет слабокислую среду, что и создает благоприятные условия для гидролиза полисахаридов до моносахаридов. Скорость реакции гидролиза полисахаридов увеличивается с повышением температуры . Наиболее доступны гидролитической деструкции гемицеллюлозы, которые находятся в пространствах между целлюлозными фибриллами в аморфной части целлюлозы, а также сама е аморфная часть. С5Н4п пН пС5НО5. Одновременно с гидролизом полисахаридов при действии тех же катализаторов кислот, идет процесс разрушения моносахаридов с образованием различных продуктов распада. Продуктами распада гексоз являются левулиновая и муравьиная кислоты и гуминовые вещества. Продуктами распада пентоз фурфурол и муравьиная кислота, а также гуминовые вещества. Гуминовые вещества неплавкие, аморфные, темноокрашенные, ароматические соединения. Их появление является одним из факторов потемнения древесины при высоких температурах. Ю.С. Хрол изучал изменение химического состава и свойртв березовой древесины в процессе воднотепловой обработки I 0 0 С, т от 1 до часов.