Кіріспе
Ағаш кептіру (кейде ағаштан жасалған бұйымдарды дәмдеу деп те айтады) – ағашты қолданар алдында оның ылғалдылығын азайту процесі. Егер кептіру пеште жүргізілсе, ол пеште кептірілген ағаш деп аталады, ал ауада кептіру – дәстүрлі әдіс. Ағаш кептірудің екі негізгі себебі бар:
Wood drying (also seasoning lumber or wood seasoning) reduces the moisture content of wood before its use. When the drying is done in a kiln, the product is known as kiln dried timber or lumber, whereas air drying is the more traditional method. There are two main reasons for drying wood:
WoodworkingWhen wood is used as a construction material, whether as a structural support in a building or in woodworking objects, it will absorb or expel moisture until it is in equilibrium with its surroundings. Equilibration (usually drying) causes unequal shrinkage in the wood, and can cause damage to the wood if equilibration occurs too rapidly. The equilibration must be controlled to prevent damage to the wood. Wood burning When wood is burned (firewood), it is usually best to dry it first. Damage from shrinkage is not a problem here, as it may be in the case of drying for woodworking purposes. Moisture affects the burning process, with unburnt hydrocarbons going up the chimney. If a 50% wet log is burnt at high temperature, with good heat extraction from the exhaust gas leading to a 100 °C exhaust temperature, about 5% of the energy of the log is wasted through evaporating and heating the water vapour. With condensers, the efficiency can be further increased; but, for the normal stove, the key to burning wet wood is to burn it very hot, perhaps starting fire with dry wood. For some purposes, wood is not dried at all, and is used green. Often, wood must be in equilibrium with the air outside, as for construction wood, or the air indoors, as for wooden furniture. Wood is air dried or dried in a purpose built oven (kiln). Usually the wood is sawn before drying, but sometimes the log is dried whole. Case hardening describes lumber or timber that has been dried too rapidly. Wood initially dries from the shell (surface), shrinking the shell and putting the core under compression. When this shell is at a low moisture content it will 'set' and resist shrinkage. The core of the wood is still at a higher moisture content. This core will then begin to dry and shrink. However, any shrinkage is resisted by the already 'set' shell. This leads to reversed stresses; compression stresses on the shell and tension stresses in the core. This results in unrelieved stress called case hardening. Case hardened [wood] may warp considerably and dangerously when the stress is released by sawing.
Ағаш өңдеу. Ағаш құрылыс материалы ретінде қолданылғанда, ғимараттың тірегі немесе ағаш бұйымдары болсын, ол қоршаған ортамен тепе-теңдікке келгенше ылғалды сіңіріп немесе шығарып тастайды. Тепе-теңдікке келу (әдетте кептіру) ағашта тең емес қысқаруға алып келеді, егер бұл процесс тым жылдам болса, ағаш зақымдануы мүмкін. Ағашқа зиян келтірмеу үшін тепе-теңдік процесін бақылау қажет.
Wood drying (also seasoning lumber or wood seasoning) reduces the moisture content of wood before its use. When the drying is done in a kiln, the product is known as kiln dried timber or lumber, whereas air drying is the more traditional method. There are two main reasons for drying wood:
WoodworkingWhen wood is used as a construction material, whether as a structural support in a building or in woodworking objects, it will absorb or expel moisture until it is in equilibrium with its surroundings. Equilibration (usually drying) causes unequal shrinkage in the wood, and can cause damage to the wood if equilibration occurs too rapidly. The equilibration must be controlled to prevent damage to the wood. Wood burning When wood is burned (firewood), it is usually best to dry it first. Damage from shrinkage is not a problem here, as it may be in the case of drying for woodworking purposes. Moisture affects the burning process, with unburnt hydrocarbons going up the chimney. If a 50% wet log is burnt at high temperature, with good heat extraction from the exhaust gas leading to a 100 °C exhaust temperature, about 5% of the energy of the log is wasted through evaporating and heating the water vapour. With condensers, the efficiency can be further increased; but, for the normal stove, the key to burning wet wood is to burn it very hot, perhaps starting fire with dry wood. For some purposes, wood is not dried at all, and is used green. Often, wood must be in equilibrium with the air outside, as for construction wood, or the air indoors, as for wooden furniture. Wood is air dried or dried in a purpose built oven (kiln). Usually the wood is sawn before drying, but sometimes the log is dried whole. Case hardening describes lumber or timber that has been dried too rapidly. Wood initially dries from the shell (surface), shrinking the shell and putting the core under compression. When this shell is at a low moisture content it will 'set' and resist shrinkage. The core of the wood is still at a higher moisture content. This core will then begin to dry and shrink. However, any shrinkage is resisted by the already 'set' shell. This leads to reversed stresses; compression stresses on the shell and tension stresses in the core. This results in unrelieved stress called case hardening. Case hardened [wood] may warp considerably and dangerously when the stress is released by sawing.
Ағаш жағу. Отын ретінде қолданылатын ағашты алдымен кептіру ұсынылады. Бұл жағдайда, ағаш өңдеу үшін кептіру кезінде болатын қысқарудан туындайтын зақымдану мәселесі туындамайды. Ылғал жағу процесіне кедері келтіреді, толық күймеген көмірсутектер түтін арқылы шығарылады. Егер 50% ылғалды бір бөлік ағаш жоғары температурада жағылса және газдан жылу тиімді алынса (мысалы, түтін температурасы 100°C болса), ағаштың энергиясының шамамен 5% су буын буландыруға және қыздыруға жұмсалады. Конденсаторлар тиімділікті арттыруға көмектеседі, бірақ қарапайым пеш үшін ылғал ағашты жағудың ең жақсы тәсілі – оны қатты жағу, мүмкін құрғақ ағашпен отты бастау. Кейбір жағдайларда ағаш мүлдем кептірілмейді және жасыл күйінде қолданылады. Көбінесе ағаш сыртқы ауамен (құрылыс ағаштары үшін) немесе үй ішіндегі ауамен (ағаштан жасалған жиһаз үшін) тепе-теңдікте болуы керек. Ағаш ауада немесе арнайы кептіру пешінде кептіріледі. Әдетте, ағаш кептіру алдында кесіледі, бірақ кейде бүкіл бөлік кептіріледі.
Wood drying (also seasoning lumber or wood seasoning) reduces the moisture content of wood before its use. When the drying is done in a kiln, the product is known as kiln dried timber or lumber, whereas air drying is the more traditional method. There are two main reasons for drying wood:
WoodworkingWhen wood is used as a construction material, whether as a structural support in a building or in woodworking objects, it will absorb or expel moisture until it is in equilibrium with its surroundings. Equilibration (usually drying) causes unequal shrinkage in the wood, and can cause damage to the wood if equilibration occurs too rapidly. The equilibration must be controlled to prevent damage to the wood. Wood burning When wood is burned (firewood), it is usually best to dry it first. Damage from shrinkage is not a problem here, as it may be in the case of drying for woodworking purposes. Moisture affects the burning process, with unburnt hydrocarbons going up the chimney. If a 50% wet log is burnt at high temperature, with good heat extraction from the exhaust gas leading to a 100 °C exhaust temperature, about 5% of the energy of the log is wasted through evaporating and heating the water vapour. With condensers, the efficiency can be further increased; but, for the normal stove, the key to burning wet wood is to burn it very hot, perhaps starting fire with dry wood. For some purposes, wood is not dried at all, and is used green. Often, wood must be in equilibrium with the air outside, as for construction wood, or the air indoors, as for wooden furniture. Wood is air dried or dried in a purpose built oven (kiln). Usually the wood is sawn before drying, but sometimes the log is dried whole. Case hardening describes lumber or timber that has been dried too rapidly. Wood initially dries from the shell (surface), shrinking the shell and putting the core under compression. When this shell is at a low moisture content it will 'set' and resist shrinkage. The core of the wood is still at a higher moisture content. This core will then begin to dry and shrink. However, any shrinkage is resisted by the already 'set' shell. This leads to reversed stresses; compression stresses on the shell and tension stresses in the core. This results in unrelieved stress called case hardening. Case hardened [wood] may warp considerably and dangerously when the stress is released by sawing.
Қаптаманың қатаюы – тым жылдам кептірілген ағашқа берілетін сипаттама. Ағаш бастапқыда сыртқы қабатынан (қабығынан) кептіріледі, бұл қабықтың қысқаруына және өзектің қысымға түсуіне әкеледі. Сыртқы қабаттың ылғалдылығы төмендеген кезде, ол "бекіп", қысқаруға қарсы тұрады. Ағаштың өзегі әлі де жоғары ылғалдылыққа ие. Содан кейін өзектің кептірілуі және қысқаруы басталады. Бірақ, сыртқы қабаттың қарсылығынан қысқару шектеледі. Бұл кері кернеулерге: сыртқы қабаттағы қысымға және өзектегі тартымға әкеледі. Нәтижесінде, ағаштағы кернеулер босатылмайды, бұл қатаю деп аталады. Қатайған ағаш кесу кезінде айқын және қауіпті деформацияға ұшырауы мүмкін.
Wood drying (also seasoning lumber or wood seasoning) reduces the moisture content of wood before its use. When the drying is done in a kiln, the product is known as kiln dried timber or lumber, whereas air drying is the more traditional method. There are two main reasons for drying wood:
WoodworkingWhen wood is used as a construction material, whether as a structural support in a building or in woodworking objects, it will absorb or expel moisture until it is in equilibrium with its surroundings. Equilibration (usually drying) causes unequal shrinkage in the wood, and can cause damage to the wood if equilibration occurs too rapidly. The equilibration must be controlled to prevent damage to the wood. Wood burning When wood is burned (firewood), it is usually best to dry it first. Damage from shrinkage is not a problem here, as it may be in the case of drying for woodworking purposes. Moisture affects the burning process, with unburnt hydrocarbons going up the chimney. If a 50% wet log is burnt at high temperature, with good heat extraction from the exhaust gas leading to a 100 °C exhaust temperature, about 5% of the energy of the log is wasted through evaporating and heating the water vapour. With condensers, the efficiency can be further increased; but, for the normal stove, the key to burning wet wood is to burn it very hot, perhaps starting fire with dry wood. For some purposes, wood is not dried at all, and is used green. Often, wood must be in equilibrium with the air outside, as for construction wood, or the air indoors, as for wooden furniture. Wood is air dried or dried in a purpose built oven (kiln). Usually the wood is sawn before drying, but sometimes the log is dried whole. Case hardening describes lumber or timber that has been dried too rapidly. Wood initially dries from the shell (surface), shrinking the shell and putting the core under compression. When this shell is at a low moisture content it will 'set' and resist shrinkage. The core of the wood is still at a higher moisture content. This core will then begin to dry and shrink. However, any shrinkage is resisted by the already 'set' shell. This leads to reversed stresses; compression stresses on the shell and tension stresses in the core. This results in unrelieved stress called case hardening. Case hardened [wood] may warp considerably and dangerously when the stress is released by sawing.
Ағаш түрлері
Ағаш ботаникалық тегіне қарай екі түріне бөлінеді: қылқан жапырақты ағаштардан алынатын жұмсақ ағаш және кең жапырақты ағаштардан алынатын қатты ағаш. Жұмсақ ағаш жеңіл және әдетте қарапайым құрылымды, ал қатты ағаш ауыррақ және күрделірек болады. Дегенмен, Австралияда жұмсақ ағаш көбінесе жаңбырлы орман ағаштарын, ал қатты ағаш Склерофилл түрлерін (Евкалипт спп) білдіреді. Мысалы, қарағай сияқты жұмсақ ағаштар, жеміс ағашы сияқты қатты ағаштарға қарағанда әлдеқайда жеңіл және өңдеуге ыңғайлы. Жұмсақ ағаштардың тығыздығы 350-ден 700-ге дейін, ал қатты ағаштардың тығыздығы 450-ден 1250-ге дейін жетеді. Кептірілгеннен кейін екеуінде де ылғалдың мөлшері шамамен 12% құрайды (Desch and Dinwoodie, 1996). Қатты ағаш тығыз және күрделі құрылымға ие болғандықтан, оның өткізгіштігі жұмсақ ағашқа қарағанда әлдеқайда төмен, демек кептіруі қиын. Қатты ағаштардың түрлері жұмсақ ағаштардан шамамен жүз есе көп болғанымен, оларды жылдам және оңай кептіруге және өңдеуге болатындықтан, қазіргі таңда коммерциялық ағаштардың басты көзі жұмсақ ағаш болып табылады.
Тепе-теңдіктегі ылғал мөлшері
Ағаш – гигроскопиялық зат. Ол ылғалды бу түрінде сіңіріп алуға немесе шығаруға қабілетті. Ағаштағы су өзінің бу қысымын тудырады, ол кез келген уақытта сумен толтырылған капиллярлардың максималды мөлшерімен анықталады. Егер айналадағы кеңістіктегі су буының қысымы ағаш ішіндегі бу қысымынан төмен болса, десорбция жүзеге асады. Сол кезде суға толы ең ірі капиллярлар бірінші болып босады. Су кіші капиллярларға өтетін кезеңде ағаш ішіндегі бу қысымы төмендейді. Ақырында, ағаш ішіндегі бу қысымы ағаш үстіндегі айналадағы кеңістіктегі бу қысымымен теңеседі, содан кейін десорбция тоқтатылады. Осы кезеңде ағашта қалған ылғал мөлшері айналадағы кеңістіктегі су буының қысымымен тепе-теңдікте болады және бұл тепе-теңдік ылғалдылығы немесе ЭМК (Siau, 1984) деп аталады. Гигроскопиялық қасиетіне байланысты ағаш қоршаған ауаның салыстырмалы ылғалдылығы мен температурасына сәйкес ылғалдылық деңгейіне ұмтылады. Ағаштың ЭМК айналадағы салыстырмалы ылғалдылықпен (температураның функциясы) айтарлықтай, ал температурамен аздап өзгереді. Siau (1984) ЭМК түрлерге, механикалық кернеуге, ағаштың кептіру тарихына, тығыздығына, құрамындағы шығарылатын заттарға және ылғалдың өзгеру бағытына (яғни адсорбцияға немесе десорбцияға) байланысты да өте аз өзгерістерге ұшырайтынын хабарлады.
Қызметте тұрған ағаштың ылғал мөлшері
Ағаш қолданысқа енгізілгеннен кейін де гигроскопиялық қасиеттерін сақтайды. Одан кейін ол ауытқушы ылғалдылыққа ұшырайды, бұл оның тепе-тең ылғалдылығын (ЭМТ) анықтаудағы басты фактор болып табылады. Бұл ауытқулар күндізгі немесе жылдық маусымдық өзгерістер сияқты белгілі бір циклмен қайталанылуы мүмкін. Ағаш ылғалдылығының өзгеруін немесе пайдалану кезінде ағаш бұйымдарының қозғалысын азайту үшін, ағаш әдетте оның болашақта ұшырауы мүмкін орташа ЭМТ жағдайларына жақын ылғалдылыққа дейін кептіріледі. Бұл жағдайлар белгілі бір географиялық аймақтағы ішкі пайдалану үшін сыртқы пайдаланудан өзгеше болады. Мысалы, Австралия ағаш кептіру сапасы стандартына (AS/NZS 4787, 2001) сәйкес, Австралияның көп бөлігі үшін ЭМТ 10–12% болуы ұсынылады, бірақ Квинсленд, Солтүстік территория, Батыс Австралия және Тасмания сияқты кейбір аймақтарда бұл көрсеткіш 15–18% дейін жетеді. Дегенмен, орталық жылытылатын үйлер мен кеңселерде немесе тұрақты түрде кондиционерленген ғимараттарда ЭМТ 6–7% дейін төмендеуі мүмкін.
Ылғалдылықтың қозғалысы механизмдері
Ағаштағы су әдетте жоғары ылғалды аймақтардан төмен ылғалды аймақтарға өтеді (Walker және басқалар, 1993). Кептіру ағаштың сыртынан басталып ортасына қарай жүреді, сондай-ақ ағаштың ішкі бөліктерінен ылғалды шығару үшін сыртқы жағын кептіру қажет. Нәтижесінде ағаш қоршаған ауамен ылғалдылығы бойынша тепе-теңдікке жетеді.
Ылғал өткелдері
Ылғал қозғалысының қозғаушы күші химиялық потенциал болып табылады. Алайда, ағаштың химиялық потенциалын температура мен ылғал мөлшері сияқты әдетте байқалатын айнымалылармен байланыстыру әрқашан оңай емес (Keey және басқалар, 2000). Ағаштағы ылғал, қозғаушы күштің сипатына (мысалы, қысым немесе ылғал градиенті) және ағаш құрылымының өзгешеліктеріне (Лангриш және Уокер, 1993) байланысты, сұйық немесе бу түрінде ағаш ішінде әртүрлі жолдар арқылы қозғалады, бұл ылғал қозғалысының қозғаушы күштері туралы келесі бөлімде түсіндіріледі. Бұл жолдарға тамырлардың қуыстары, талшықтар, сәулелі жасушалар, шұңқырлар мен олардың шұңқыр мембраналық тесіктері, жасушааралық кеңістіктер және жасуша қабырғаларының уақытша жолдары кіреді. Судың қозғалысы осы жолдарда кез келген бағытта – ұяшықтарда бойлық, ал ұяшықтан ұяшыққа көлденең бағытта, ағаштың көлденең кептіру беттеріне жеткенше жүзеге асады. Қатты ағаштардың бойлық өткізгіштігінің жоғары болуы көбінесе ыдыстардың болуымен байланысты. Қиыр ағаштардың көлденең өткізгіштігі мен көлденең ағыны көбінесе өте төмен болады. Қатты ағаштардың ыдыстары кейде тилоздармен және/немесе, жоғарыда айтылғандай, кейбір түрлерде сыялар мен шайырлардың бөлінуінен бітелуі мүмкін. Эвкалипттердің кесілген тақталарының бетінде жиі кездесетін жеміс тамырларының пайда болуы, көбінесе ағаштардың жарақатқа реакция ретіндегі табиғи қорғаныс механизмі болып табылады. Қатты ағаштардағы сәулелердің жалпы көлемдік үлесі жоғары болғанымен (әдетте ағаш көлемінің 15% құрайды), олар радиалды ағынға тиімді емес, сондай-ақ талшықтардың радиалды бетіндегі шұңқырлар тангенциалды ағынға тиімді емес (Лангриш және Уокер, 1993).
Ылғал қозғалысы кеңістігі
Ағашқа ауа мен ылғал үшін қол жетімді кеңістік ағаш тығыздығына және кеуектілігіне байланысты. Кеуектілік – қатты денедегі бос кеңістіктің көлемдік үлесі. Кеуектілік ағаш жасуша қабырғасының құрғақ көлемінің 1,2-ден 4,6% дейін құрайды (Siau, 1984). Ал өткізгіштік – сұйықтықтардың капиллярлық қысым градиенті немесе ылғал градиенті сияқты күштердің әсерінен кеуекті қатты дене арқылы тасымалдануының жеңілдігін көрсететін өлшем. Қатты денелер өткізгіш болуы үшін кеуекті болуы керек, бірақ барлық кеуекті денелер өткізгіш болады деп айтуға болмайды. Өткізгіштік тек бос кеңістіктер ашылулар арқылы байланысқан жағдайда ғана мүмкін. Мысалы, қатты ағаш мембраналарында ашылулары бар аралық соқпақтар болғандықтан өткізгіш болуы мүмкін (Keey және басқалар, 2000). Егер бұл мембраналар бітелсе немесе қабықтанса, немесе соқпақтар құрысып қалса, ағаш жабық жасушалық құрылымға ие болады және іс жүзінде өткізбейді. Тығыздық та өткізбейтін қатты ағаштар үшін маңызды, себебі бірлік қашықтықта жасуша қабырғасының көбірек материалы өтіледі, бұл диффузияға қарсы кедергіні арттырады (Keey және басқалар, 2000). Сондықтан, жеңіл ағаштар, әдетте, ауыр ағаштарға қарағанда жылдам кеуіп барады. Сұйықтықтардың тасымалы көбінесе өткізгіш жұмсақ ағаштар үшін жоғары температурада жаппай ағын (импульс беру) түрінде жүзеге асады, ал диффузия өткізбейтін қатты ағаштар үшін тән (Siau, 1984). Бұл механизмдер төменде талқыланады.
Ылғалдылықтың қозғалысын қозғаушы күштер
Диффузиялық модельдердің әртүрлі нұсқаларында қолданылатын үш негізгі қозғаушы күш – ылғал мөлшері, су буының ішінара қысымы және судың химиялық потенциалы (Skaar, 1988; Keey және басқалар, 2000). Бұл күштер осы жерде талқыланады, соның ішінде капиллярлық әрекет, ол өтімді жұмсақ ағаштардағы еркін судың тасымалдану механизмі. Ағаш вакуумде кептірілген кездегі қозғаушы күш – жалпы қысымның айырмашылығы болып табылады.
Капиллярлық әрекет
Капиллярлық күштер еркін судың қозғалысын (немесе қозғалысының болмауын) анықтайды. Бұл жабысу және әрекеттесудің нәтижесінде болады. Жабысу – судың басқа заттарға тартылуы, ал әрекеттесу – судағы молекулалардың өзара тартылуы. Ағаш кепкенде, беттен судың булануы капиллярлық күштерді тудырады, олар ағаш ішіндегі суға тартым күшін түсіреді. Ағашта еркін су болмағанда капиллярлық күштердің маңызы жоғалады.
Ылғалдылық мөлшері
Химиялық потенциал судың ағаштағы сұйық және бу фазаларында тасымалдануының нақты қозғаушы күші болып табылады (Siau, 1984). Заттың бір моліне шаққандағы Гиббс еркін энергиясы, әдетте, сол заттың химиялық потенциалы ретінде беріледі (Skaar, 1933). Қантолмаған ауадағы немесе талшықпен тою шегінен төмендегі судың химиялық потенциалы ағаштың кебу процесіне әсер етеді. Тепе-теңдік, ағаштың тепе-теңдік ылғалдылығында (бұрын анықталғандай), ағаштағы судың химиялық потенциалы, оны қоршаған ауадағы химиялық потенциалға теңелгенде орнатылады. Сорбцияланған судың химиялық потенциалы ағаштың ылғалдылығына байланысты. Сондықтан, ағаштың ылғалдылығының градиенті (беті мен ортасы арасындағы) немесе, нақтырақ айтқанда, су активтілігінің градиенті, изотермиялық жағдайларда химиялық потенциалдың градиентімен бірге жүреді. Ылғал ағаш бойына қайта бөлінеді, оның химиялық потенциалы біркелкі болатынша, нәтижесінде тепе-теңдіктегі потенциал градиенті нөлге жетеді (Skaar, 1988). Тепе-теңдікке жетуге ұмтылатын ылғал ағыны, оның химиялық потенциалының айырмашылығына пропорционалды және потенциал айырмашылығының әрекет ететін жол ұзындығына кері пропорционалды деп есептеледі (Keey et al., 2000). Химиялық потенциалдың градиенті, жоғарыда келтірілген теңдеулерде көрсетілгендей, ылғалдылық градиентімен байланысты (Keey et al., 2000). Ылғалдылық градиентін қозғаушы күш ретінде пайдаланатын диффузиялық модельді У (1989) және Доу et al. (1994) сәтті қолданды. Олардың байқаулары, судың жалпы концентрациясымен басқарылатын тасымалдау процесімен сәйкес келеді. Осы типтегі өткізбейтін ағаштарды кептіруде ылғалдылық градиенті қозғаушы күш екенін көрсететін эмпирикалық деректерге негізделгендіктен, осы жерде диффузиялық модель қолданылады. Беті мен ортасы арасындағы ылғалдылықтың айырмашылығы (градиент, интерфейс пен ішкі кеңістік арасындағы химиялық потенциалдың айырмашылығы) байланысқан суды клетка қабырғаларындағы кішкентай арналар арқылы диффузия арқылы жылжытады. Капиллярлық қозғалысқа қарағанда диффузия баяу процесс. Диффузия, тұщы қатты ағаштарды кептірудің жиі ұсынылатын механизмі болып табылады (Keey et al., 2000). Сонымен қатар, ылғал баяу жылжуына себеп – өзектік ағаштағы кішкентай клетка қабырғаларының тесіктерін бітетін экстрактивтердің болуы. Осы себепті, суғара ағашы, бірдей кептіру жағдайында, өзекті ағаштан гөрі тез кебеді.
Диффузия үшін ылғал қозғалысының бағыттары
Ағаш үшін бойлық және көлденең (радиалдық және тангенциалдық) диффузия жылдамдықтарының арақатынасы ылғалдылығы 5% болғанда шамамен 100-ге, ал 25% болғанда 2–4-ке дейін өзгереді (Langrish және Walker, 1993). Радиалдық диффузия тангенциалдық диффузиядан сәл жылдам. Бойлық диффузия ең жылдам болғанымен, ол тек қысқа бөліктерді кептіргенде ғана маңызды. Әдетте, ағаш тақтайлар ені мен қалыңдығынан әлдеқайда ұзын болады. Мысалы, осы зерттеуде қолданылған жасыл тақтайдың ұзындығы 6 м, ені 250 мм, ал қалыңдығы 43 мм болды. Егер тақтайлар төрт жақтан кесілген болса, ені радиалдық бағытта, ал қалыңдығы тангенциалдық бағытта болады, ал қарапайым кесілген тақтайлар үшін керісінше. Көптеген жағдайларда, ылғалдылықтың көп бөлігі кептіру кезінде ағаштан жанындағы қозғалыс арқылы шығарылады.
Ағаш кептіру кезінде жарылулар мен жарылулардың себептері және оларды бақылау
Ағаштарды кептірудегі басты қиындық – олардың сыртқы қабаттарының ішкі қабаттарына қарағанда жылдам кебуге бейімділігі. Егер осы қабаттар ішкі қабаттары әлі де толыққанды ылғалды болғанда талшықты қанығу нүктесінен төменге дейін кептірілсе, кернеулер (кептіру кернеулері деп аталады) туындайды, себебі сыртқы қабаттардың қысқаруы ылғалды ішкі жақтан шектеледі (Keey және басқалар, 2000). Ағаш тіндерінде үзілу пайда болады, нәтижесінде түйір бойындағы кернеулер түйір бойындағы беріктікке (талшықтардың байланысы) басып өткен жағдайда жарықтар мен сынықтар пайда болады. Кептіру процесінде кептіру ақауларын табысты басқару – ағаш бетінен ылғалдың булану жылдамдығы мен ағаш ішіндегі ылғалдың сыртқа қарай жылжу жылдамдығы арасындағы тепе-теңдікті сақтаудан тұрады. Кептіруді қалай басқаруға болатыны енді түсіндіріледі. Ағаштарды кептірудің немесе дәмдеудің ең тиімді әдістерінің бірі – пеште кептіру, онда ағаш пешке үйіліп, бумен кептіріледі және бу баяу шығарылады.
Температураның, салыстырмалы ылғалдылықтың және ауа айналымының әсері
Сыртқы кептіру шарттары (температура, салыстырмалы ылғалдылық және ауа жылдамдығы) кептірудің сыртқы шектеу шарттарын, соның салдарынан кептіру жылдамдығын, сондай-ақ ішкі ылғалдың қозғалыс жылдамдығын анықтайды. Кептіру жылдамдығына сыртқы кептіру жағдайлары әсер етеді (Walker және басқалар, 1993; Keey және басқалар, 2000), бұл төменде сипатталады. Температура. Егер салыстырмалы ылғалдылық тұрақты болса, температура жоғарылаған сайын кептіру жылдамдығы да жоғарылайды. Температура ауаның ылғалды ұстау қабілетін арттыру арқылы, сондай-ақ ағаш арқылы ылғалдың диффузия жылдамдығын үдету арқылы кептіру жылдамдығына әсер етеді. Кептіру камерасындағы нақты температура – құрғақ термометр температурасы (әдетте Tg деп белгіленеді), ол құрғақ термометрді енгізу арқылы анықталатын бу-газ қоспасының температурасы. Ал ылғал термометр температурасы (TW) – қанықпаған ауа буының үлкен көлеміндегі аз мөлшердегі сұйықтықтың булануынан туындайтын температура. Бұл термометрдің температураны сезетін бөлігі әдетте таза суға батырылған кеуекті матамен (матадан жасалған қаптамамен) ылғалды ұсталады. Қаптаманың айналасында тұрақты ылғалды ауа аймағының пайда болуын болдырмау үшін кемінде 2 м/с ауа ағыны қажет (Walker және басқалар, 1993). Ауа ылғалды қаптамадан өтетін кезде су буланып, ылғал термометрін салқындатады. Құрғақ және ылғал термометрлер температурасының айырмасы, ылғалдылықтың төмендеуі, стандартты гигрометриялық кестеден салыстырмалы ылғалдылықты анықтау үшін қолданылады (Walker және басқалар, 1993). Құрғақ және ылғал термометрлер температурасының арасындағы үлкен айырмашылық салыстырмалы ылғалдылықтың төмен екенін көрсетеді. Мысалы, егер құрғақ термометр температурасы 100 °C, ал ылғал термометр температурасы 60 °C болса, гигрометриялық кестеден салыстырмалы ылғалдылық 17% деп оқылады. Салыстырмалы ылғалдылық. Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы – су буының ішінара қысымы, сол температура мен жалпы қысымдағы қаныққан бу қысымына бөлінген шама (Siau, 1984). Егер температура тұрақты сақталса, төмен салыстырмалы ылғалдылық ағаштағы ылғал градиентінің артуына және ауаның салыстырмалы ылғалдылығы төмендеген кезде беткі қабаттардағы ылғалдың азаюына байланысты кептіру жылдамдығының жоғарылауына әкеледі. Салыстырмалы ылғалдылық әдетте проценттік көрсеткішпен беріледі. Кептіру үшін салыстырмалы ылғалдылыққа қатысты маңызды параметр – абсолютті ылғалдылық, ол құрғақ ауаның бірлік массасына шаққандағы су буының массасы (құрғақ ауаның бір килограмына шаққандағы судың килограмы). Дегенмен, оған қыздырылған ауадағы су мөлшерінің әсері бар. Ауа айналымының жылдамдығы. Кептіру уақыты мен ағаш сапасы ауа жылдамдығына және оның біркелкі айналымына байланысты. Тұрақты температура мен салыстырмалы ылғалдылық жағдайында ағаш бетінен ауаның жылдам айналымы арқылы ең жоғары кептіру жылдамдығына қол жеткізіледі, бұл ағаштан буланып кеткен ылғалды тез жоюға мүмкіндік береді. Алайда, кептіру жылдамдығының жоғары болуы әрқашан қажет емес, әсіресе өткізбейтін қатты ағаштар үшін, себебі кептіру жылдамдығының жоғары болуы ағаш жарылуына немесе деформациялануына әкелетін үлкен кернеулерді тудырады. Жеңілдеткіштің жылдамдығы 1 м/с-тан төмен болса, ауа ағыны ламинарлы болып келеді және ағаш беті мен қозғалмалы ауа ағыны арасындағы жылу алмасу тиімді болмайды (Walker және басқалар, 1993). Жылу алмасудың төмен тиімділігі, егер ылғалдың қозғалысын ішкі ылғал қозғалысы шектейтін болса, міндетті түрде проблема емес, өйткені бұл көптеген қатты ағаштар үшін жағдай (Pordage and Langrish, 1999).
Ауамен кептіру
Ауамен кептіру – ағашты ауаға ұсыну арқылы кептіру. Ауамен кептіру әдісі негізінен таза, салқын, құрғақ және көлеңкелі жерде, биік негізде (жапсырмалармен бөлінген тақтай қабаттарынан тұратын үйме) орналастырудан тұрады. Кептіру жылдамдығы көбінесе климаттық жағдайларға және ауа ағынына (желдің әсеріне) байланысты. Ауамен кептірудің сәтті болуы үшін ағаш үймесі бойымен үздіксіз және біркелкі ауа ағысы қамтамасыз етілуі керек (Desch and Dinwoodie, 1996). Ылғалдың жоғалу жылдамдығын тақтайшаларды ылғалды өткізбейтін заттармен жабу арқылы реттеуге болады; әдетте минералды май тиімді. Бүршіктердің ұштарын маймен немесе қалың бояумен жағу кептіру сапасын жақсартады. Ағаштарды немесе бүршіктерді ылғалдың біршама қозғалысына мүмкіндік беретін материалдармен орау, егер ағаш алдымен бензин немесе маймен саңырауқұлаққа қарсы өңделген болса, әдетте жақсы нәтиже береді. Минералды май әдетте беттен 1-2 мм-ден артық сіңбейді және ағаш толық кепкен кезде жоспарлау арқылы оңай алынып тасталады. Артықшылықтары: Бұл кептіру әдісі арзан болуы мүмкін (ағаш сақтауға және оны нарыққа жеткізудің баяу процесіне байланысты шығындар бар), ал ауамен кептіру пешпен кептіруге қарағанда сапалырақ және өңдеуге оңай ағаш береді. Кемшіліктері: Климатқа байланысты, ағашты ауамен кептіру бірнеше айдан бірнеше жылға дейін созылуы мүмкін.
Пештің кептіру кестесі
Қанағатты пешпен кептіруді, әдетте, кез келген уақытта ағаш құрамының ылғалдылығын бақылау үшін айналымдағы ауаның температурасы мен ылғалдылығын реттеу арқылы жүзеге асыруға болады. Бұл жағдай пеш кептіру кестелерін қолдану арқылы қамтамасыз етіледі. Тиісті кестедегі мақсат – ағаштарды ең жылдам мүмкін болатын қарқынмен кептіруді қамтамасыз ету, бұл нашарлауға алып келмейді. Келесі факторлар кестелерге маңызды әсер етеді. Түрлер Анатомиялық, физикалық және механикалық қасиеттердің түрлер арасындағы айырмашылықтары кептіру уақытына және жалпы нәтижелерге әсер етеді. Ағаш қалыңдығы Кептіру уақыты ағаш қалыңдығына кері пропорционалды және белгілі бір дәрежеде ағаш еніне де байланысты. Ағаш тақтайшаларының тілімі (төрткіл, жазық немесе аралас) Тілімі ағаш қысқарудың анизотропиясына байланысты бұрмалануға әсер етеді. Рұқсат етілген кептіру нашарлауы Агрессивті кептіру кестелері ағашқа жарықтар мен бұрмалану тудыруы мүмкін. Ағаштың қолданылу мақсаты Механикалық және эстетикалық талаптар қолданылу мақсатына байланысты ылғалдылықтың әртүрлі деңгейлерін талап етеді. Әрбір факторды ескере отырып, тіпті бір түрдің ұқсас партиялары үшін де бір кесте міндетті түрде тиімді болмайды. Сондықтан ағаш кептіру саласындағы көптеген зерттеулер тиімді кептіру кестелерін әзірлеуге бағытталған.
Құрғату пештері
Ылғалды сығыру камерасы, ауадан ылғалды конденсациялау үшін жылу сорғысын қолданатын, жабық циклды (желдеткішсіз) немесе ішінара желдетілетін жүйе болуы мүмкін. Конденсациялау процесіндегі суық бөлік (буландырғыш) ауадан ылғалды жинап алады. Содан кейін жиналған жылу, ауаны қайта қыздыру үшін салқындату процесінің ыстық бөлігіне (конденсаторға) жіберіледі, ал құрғақ және жылы ауа пешке қайта оралады. Желдеткіштер ауаны үйірмелер арқылы, қалыпты пештердегідей, таратады. Мұндай пештер әдетте 100 °F-тан 160 °F-қа дейін жұмыс істейді және дәстүрлі пештерге қарағанда шамамен екі есе аз энергия тұтынады.
Вакуумды пеш
Бұл пештер ең жылдам кептірілетін және энергияны ең тиімді пайдаланатын болады. Вакуумда су төмен температурада қайнайды. Жылдамдыққа қоса, вакуумдық пеш ағаш сапасын жақсартады. Қоршаған ортаның төмен қысымы судың қайнау температурасын төмендетеді, бірақ сұйықтықты буға айналдыруға қажетті энергия мөлшері сол күйінде қалады. Үлкен ғимаратты жылыту қажеттілігі болмайды және ылғалдылықты төмендету кезінде жылуды шығару да қажет емес. Барлық еркін суды 115°F төмен температурада жоюға болатындықтан, сапа жақсарады. Дәстүрлі кептіру кезінде жылы, құрғақ ауа суды бетінен алып тастау үшін қолданылады, ал вакуумдық пештер суды ағаш ішінен қайната алады. Бұл жақсы вакуумдық пешке өте қалың ағаштарды өте жылдам кептіруге мүмкіндік береді. Жаңа араланған 12/4 қызыл еменді 11 күнде 7%-ға дейін кептіруге болады. Ағаш бу градиентімен кептірілетіндіктен, бу қысымы мен қоршаған ортаның қысымы арасындағы қатынас ылғалдылықты жоғары деңгейде ұстауға мүмкіндік береді. Осының арқасында жақсы вакуумдық пеш жаңа араланған 4,5 дюйм қалыңдықтағы ақ еменді бір айдан кем уақытта 8%-ға дейін кептіре алады, бұл бұрын мүмкін емес деп есептелген жетістік.
Күн пештері
Күн энергиясымен жұмыс істейтін кептіру пеші – пешпен кептіру мен ауамен кептірудің аралас нұсқасы. Бұл пештер әдетте жоғары температуралы желдеткіші және желдеткіштер немесе конденсация жүйесі бар жылыжай болып табылады. Күн энергиясымен жұмыс істейтін пештер ауа райына байланысты баяу және тұрақсыз, бірақ төмен құнмен ерекшеленеді. Дегенмен, әртүрлі пікірлер бар, мысалы, "Думель, осы маңызды мәселе бойынша көптеген тәжірибелер жасаған, ағаш өңдеушіге арналған ағашты біраз уақытқа суға салу және содан кейін кептіру керек дейді; себебі бұл ағаштың кептіру кезінде бүгіліп немесе жарылу қаупін азайтады; бірақ, ол 'күштілік қажет болған жағдайда оны суға салуға болмайды' деп қосады."
Қайнату немесе бумен дәмдеуіш
Қайнап тұрған суға батыру немесе бу қолдану ағаштың кебу процесін жылдамдатады. Бұл әдіс ағаштың аз қысқаруына себеп болады деп есептеледі, бірақ оны қолдану қымбатқа түседі және ағаштың күші мен серпімділігін азайтады.
Химиялық немесе тұзды дәмдеуіш
Тұзды дәмдеу – ағашты уреа және натрий нитраты бар ерітіндіге батыру арқылы жүзеге асырылады, олардың екеуі де сусыздандырушы заттар болып табылады. Содан кейін ағаш ауада кептіріледі.
Электрлік дәмдеуіш
Электрлік кептіру ағашқа электр тогы жіберіп, осы арқылы жылу тудырып, ағашты кептіруді қамтиды. Бұл әдіс қымбатқа түседі, бірақ жылдам және сапасы біркелкі. Жаңа ағаш кептіру технологиялары кептіру процесін жылдамдату үшін атмосфералық қысымды төмендетуді пайдаланады. Әртүрлі вакуумдық технологиялар бар, олар негізінен ағашқа жылу беру әдісімен ерекшеленеді. Ыстық су пластиналы вакуумдық пештер жылу көзі ретінде алюминийден жасалған жылыту пластиналарын қолданады және әдетте абсолютті қысымды айтарлықтай төмендетеді. Үзіліссіз және SSV (қатты қыздырылған бу) технологиялары пешке жылу беру үшін атмосфераны пайдаланады. Үзіліссіз технология пештің барлық зарядын толық атмосфералық қысымға дейін көтеруге мүмкіндік береді, содан кейін камерадағы ауа қыздырылады, ал соңында вакуум жасалады. SSV технологиясы вакуумдық және дәстүрлі пеш технологияларының аралас түрі болып табылады, ол жартылай атмосферада (әдетте толық атмосфералық қысымның шамамен 1/3-і) жұмыс істейді (SSV пештері Еуропада кеңінен таралған, себебі жергілікті ағаштарды кептіру Солтүстік Америкадағы ағаштарға қарағанда оңай). RF/V (радиожиілік + вакуум) пештері пешке жылу беру үшін микротолқынды сәулелендіруді пайдаланады және әдетте жергілікті отын немесе ағаш қалдықтары емес, электр энергиясымен қамтамасыз етілетін булану жылуына байланысты ең жоғары операциялық шығындары болады. Әртүрлі ағаш кептіру технологияларының экономикалық тиімділігін зерттеулерде жалпы энергия, капитал, сақтандыру/тәуекел, қоршаған ортаға тигізетін әсер, еңбек, техникалық қызмет көрсету және өнімнің сапасының төмендеуі ескеріледі – барлығы ағаш талшығынан суды алу міндетіне байланысты. Бұл шығындар (зауыттың жалпы шығындарының маңызды бөлігін құрай алады) нақты бір зауытта кептіру жабдықтарының болуының әсерін қамтиды. Мысалы, ағаш өңдеу зауытындағы "кептіру жүйесі" – жасыл кескіштен бастап, планшеттеу цехындағы қоректендіру жүйесіне дейінгі барлық жабдықтарды қамтиды. Әлемде мыңдаған түрлі ағаш өнімдерін өндіруші зауыттар бар, олар біріктірілген (ағаш, фанера, қағаз және т.б.) немесе жеке (тек ағаш) болуы мүмкін. Сондықтан, кептіру жүйесінің нақты шығындарын анықтау үшін кептірумен және онысыз жалпы зауыттың шығындары мен тәуекелдерін салыстыру қажет. Ағаш кептіру пештерінен шығатын ауаның жалпы (зиянды) эмиссиясы, оның жылу көзін қоса алғанда, маңызды болуы мүмкін. Әдетте, пеш қаншалықты жоғары температурада жұмыс істейтін болса, эмиссия соғұрлым көп болады (бір фунт судың булануына шаққанда). Бұл әсіресе жұқа фанераларды кептіру және жұмсақ ағаштарды жоғары температурада кептіру кезінде айқын байқалады.
Құрғақ пеш құрылғыларына қатысты OSHA стандарттары
1910.265(f)(3)(i)(a): Пештің негізгі есіктері пештің жүктелуі кезінде оларды ашық ұстауға арналған құралмен жабдықталуы керек. 1910.265(f)(3)(i)(b): Тік көтергіш есіктердегі қарсы салмақтар қоршауға немесе басқа қорғау шараларына ие болуы тиіс. 1910.265(f)(3)(i)(c): Негізгі есіктер тасымалдағыштардан және ілгіштерден ажыратылған кезде олардың құлауын болдырмау үшін, оларды сенімді түрде бекітуге жеткілікті құралдар қарастырылуы керек. 1910.265(f)(3)(ii)(a): Егер операциялық процедуралар пешке кіруді талап етсе, пештер іштен оңай ашылатын, шығу бағытына қарай ашылатын және өту жолының соңында немесе жанында орналасқан қашу есіктерімен жабдықталуы керек. 1910.265(f)(3)(ii)(b): Қашу есіктерінің биіктігі мен ені орташа бойлы адамға сыйып, шығуға мүмкіндік беруі тиіс. 1910.265(f)(4): Шұңқырлар. Шұңқырлар жақсы желдетіліп, кеуекті суымен қамтамасыз етіліп, жарықтандырылуы керек, сондай-ақ пеш операторы мен клапандар, демпферлер, демпфер таяқшалары және тұзақтар сияқты операциялық құрылғыларды қауіпсіз орналастыруға жеткілікті кең болуы керек.