Сушка древесины на производстве деревянных окон

 Дефекты сушки в конечной продукции

Значение сушки древесины в деревообрабатывающем производстве, не говоря о производстве мебельных щитов, мебели, фасадов, паркета, клееного бруса и других изделий из древесины с малым содержанием влаги, очень важно. Потери материала из-за брака, возникающего по причине неправильной сушки, могут достигать 80% всех потерь. Да же при вы ра бот ке простых пиломатериалов, если они изменили цвет вследствие долгого нахождения в плотных пакетах, предприниматели имеют значительные убытки при продаже нетоварного на вид продукта. Учитывая величину стоимости древесных материалов, эти суммы могут составить большую часть затрат, особенно при производстве изделий из ценных пород древесины. И если крупное или среднее предприятие будет долго восполнять понесенные утраты, то малое в такой ситуации может постигнуть банкротство. 

Хранение пиломатериалов

Проблемы с сушкой древесины могут возникать уже на этапах складирования и транспортировки. При лесопилении многие предприниматели допускают распространенную ошибку, подолгу не штабелируя на прокладки сложенные в плотные пакеты пиломатериалы. При средних отрицательных температурах такая укладка допустима. Но в теплое время года, если оставить такой пакет не установленным на прокладки в течение 12 ч, древесина может изменить цвет под действием грибных окрасок.

Даже уложив пиломатериалы на прокладки в штабели для атмосферной сушки в закрытых, непроветриваемых местах, пиломатериал может подвергнуться посторонней окраске. То же происходит и с нижними рядами пиломатериалов в штабелях, установленных непосредственно на грунте, не спасает и твердое покрытие под штабелем, если он не поднят от поверхности на 45–50 см. Установка пакетов пиломатериалов в сушильные штабели без крыш во время дождливой погоды ведет к такому же результату.

Транспортировка

Другая ошибка, допускаемая производителями, заключается в отправке продукции в плотных пакетах при ус ловии влажности пиломатериалов выше транспортной (выше 22%). В теплое вр мя года даже при невысоких положительных температурах под действием солнца под тентами кузовов и внутри фургонов создаются особо благоприятные условия для того, чтобы материал «посинел».

Контрольные образцы

Получив пиломатериал уже высушенным до конечной влажности, нельзя быть уверенным, что он отвечает заявленным требованиям. С одной стороны, внешне этот материал будет соответствовать заявленным спецификациям и по влажности, и по качеству, но обработав такую заготовку в деревообрабатывающих станках, можно получить стопроцентный брак.

Что приводит к браку в сушке пиломатериалов при, казалось бы, налаженном процессе? Причиной дефектов материала, при верно рассчитанном процессе сушки, служит неправильный подбор контрольных образцов, по которым проводится сушильный процесс.

За редким исключением лесопильные производства могут обеспечить заказчиков пиломатериалами и заготовками, выпиленными в течение короткого времени из одной партии одновременно заготовленного пиловочника. Этому могут не способствовать как погодные, так и организационные условия. Поэтому значительный разброс по показателям начальной влажности пиломатериалов и заготовок практически гарантирован.

Правильное определение влажности пиломатериалов и заготовок в партии особенно важно для расчета параметров сушки. Для этого необходимо проверять на содержание влажности в древесине не отдельные образцы, а значительную часть партии пиломатериалов, и только на основе этих измерений делать выводы о величине влажности древесины, по которой нужно проводить расчеты процесса сушки. Причем эти измерения следует проводить, даже если пиломатериалы хранились на вашем собственном складе.

Причина разных показателей влажности пиломатериалов — условия нахождения в штабелях, которые могут отличаться как по расположению этих штабелей относительно друг друга, зданий и сооружений производственной площадки (что приведет к разной степени циркуляции воздуха в них), так и по расположению штабелей по отношению к розе ветров данной местности.

Только специалист с опытом работы может правильно оценить параметры, при которых необходимо проводить сушку древесины. Это связано не только с показателями ее влажности, но и с породой. Если в случае использования сосны или ели какие-то огрехи могут незначительно сказаться на конечном результате (в крайнем случае, пиломатериалы будут проданы на строительные цели), то при сушке дуба, бука, тропических пород дефекты древесины могут привести к невосполнимым потерям. Проводить правильный процесс сушки древесины необходимо по образцам, имеющим начальную влажность, на которую рассчитывался этот процесс для всей партии пиломатериалов или заготовок. Контрольные образцы следует располагать равномерно по всему объему штабелей пиломатериалов, загружаемых в сушильную камеру, а не только в близко и удобно расположенных местах.

Также необходимо размещать контрольные образцы внутри, а не на поверхности или на боковой стороне пакета пиломатериалов, так как там, за счет разделения пакетов толстыми прокладками и значительному расстоянию между их рядами, образцы подвергаются сушке быстрее остального материала. Таким образом, установка измерительных датчиков максимально приблизит достоверность их показателей к действительной величине влажности высушиваемой древесины.

Выравнивание и влаготеплообработка

Большое значение при перепадах влажности установленной в сушильную камеру древесины приобретают процессы выравнивания влажности. После нагрева и прогрева пиломатериалов в сушильной камере на 12 ч создаются условия для поддержания влажности, соответствующей исходной, при максимально допустимой температуре для этой влажности конкретной породы древесины. При необходимости процедуры выравнивания могут проводиться неоднократно в течение всего сушильного процесса.

Эти процессы допустимы при условии относительно небольших расхождений по величине влажности заготовок или пиломатериалов. Оценка этих расхождений должна проводиться специалистом по сушке древесины с учетом особенностей пород древесины, подвергаемых сушке. 

Условия производства

Условия, при которых изготавливаются изделия, имеющие какую-то обозначенную конечную влажность, должны отвечать требованиям, соответствующим конечной влажности древесины этих изделий. Так, в производственных помещениях, в которых изготавливаются и хранятся изделия из массива, должна поддерживаться влажность, соответствующая равновесному содержанию влаги в воздухе — определенному содержанию влаги в древесине. Нормальные значения равновесной влажности воздуха могут колебаться в пределах ±1% для поддержания соответствующей влажности древесины.

При больших перепадах по равновесной влажности древесина в процессе производства будет изменять свои геометрические размеры. Например, заготовки дуба тангенциальной распиловки при средней влажности 9±2% могут иметь максимальную влажность 11%. Относительно длительное нахождение обработанных заготовок максимально допустимой влажности шириной 100 мм в помещении с равновесной влажностью 7%  приведет к уменьшению их ширины приблизительно на 0,7 мм (табличные параметры усреднены и могут значительно отличаться при изменении размеров конкретных заготовок).

Значительная усушка, разбухание и коробление могут появляться во время производства, что ведет к образованию брака в продукции, не возможности использования готовых деталей в сборочных единицах. В зимнее время, при морозах –20°С на улице и +20°С в отапливаемых производственных помещениях, создаются условия пониженной влажности воздуха, соответствующей уровню около 4% влажности древесины. И чем выше будет разность температур внутри и снаружи помещения, тем меньше будет равновесная влажность.

В практике производства мебельных щитов даже визуально можно определить несоответствие влажности воздуха производственного помещения нормальной влажности древесины. В случае повышенной влажности воздуха в помещении по отношению к равновесной верхний мебельный щит, лежащий в стопке, выгибается «горбом» вверх (если смотреть со стороны торцов). При пониженной влажности воздуха мебельный щит начинает выгибаться в обратную сторону и принимает корытообразную форму. Не соответствие равновесной влажности помещения влажности древесины в случае значительных перепадов из-за не равномерной усадки может привести к образованию торцевых трещин в готовых мебельных щитах, расположенных внутри стопки и находящихся продолжительное время в таком помещении.

Какие действия предпринимаются для того, чтобы предупредить возникновение брака в результате колебаний влажности воздуха в производственном помещении? Оптимальное решение — установка агрегатов для увлажнения воздуха. Если же нет возможности использовать данные механизмы, то, как говорится, из двух зол выбирают меньшее. Учитывая неполную обратимость процессов сушки и увлажнения древесины, обусловленную гистерезисом сорбции, можно отметить, что поглощение влаги из воздуха сухой заготовкой приводит к относительно меньшим изменениям ее геометрических размеров. Компенсируется это повышением давления внутри волокон древесины.

Дефекты, полученные в результате незначительного разбухания древесины, приводят к меньшим потерям, чем при усушке, результатом которой могут быть не только трещины в клеевых соединениях, но и в массиве заготовок. Поэтому в практике, если нельзя обеспечить соответствующую влажность в помещении, заготовки принято слегка пересушивать (6,5–7,0% при требуемых 8%), чем не досушивать.

Не мало важное значение имеет и предназначение пиломатериалов и заготовок. Это обуславливает конечную влажность материалов. При чем необходимо учитывать влажность древесины не только в условиях, при которых может проводиться качественное производство тех или иных изделий, но и влажность древесины, при которой они будут нормально эксплуатироваться.

Склейка

Низкая или высокая влажность древесины является одной из главных причин возникновения брака при ее склеивании. Слишком сухая быстро поглощает влагу из клея, и он уже не выполняет свои функции. А слишком большое содержание влаги в древесине приводит к тому, что времени цикла склейки недостаточно для возникновения прочного клеевого соединения, и по выходу изделия из пресса в нем могут присутствовать непроклеи и разделения по планкам.

При процессах склеивания огромную роль играет влажность воздуха производственного помещения. Если она очень низкая (равновесная влажность не совпадает с влажностью древесины более чем на 2%), влага из состава клеев может преждевременно испариться, и клеевое соединение будет непрочным или, если произошла небольшая передержка перед склеиванием, этого соединения вообще не будет, а изделие выйдет из пресса от дельными планками. Также на прочность клеевых соединений может влиять наличие остаточных напряжений в заготовках после сушки древесины. Под влиянием нагрева пресса клеевое соединение повыходу из него имеет недостаточную прочность, которая увеличивается по мере остывания и выдержки в стопах. Однако остаточные напряжения в отдельных планках приводят к разрывам клеевых соединений на этапе выхода из пресса. В случае наложения совокупности остаточных напряжений нескольких планок изделия это может привести к разрыву щита в массиве и, соответственно, появлению трещин.

Нужно отметить, что брак в клеевых соединениях может возникать и в связи с некачественной механической обработкой зaготовок. Не совпадение профилей соединяемых поверхностей за пределами 0,05–0,15 мм влечет за собой непрочные клеевые соединения.

Коробление, отщепы и трещины в готовой продукции

Проблемы коробления готовой продукции после механической обработки могут возникать из-за имеющихся остаточных напряжений внутри пиломатериалов и заготовок, присутствующих в них после суш ки древесины. Изделие из заготовки, имеющей форму правильного пaраллелепипеда и внешне отвечающей всем требованиям для изготовления этого изделия, после строгания заготовки коробится и приобретает формы, исключающие ее применение по назначению.

Возникающие при механической обработке отщепы и разрывы в древесине могут так же являться следствием высоких остаточных напряжений в ней. При съеме слоя древесины в процессе механической обработки заготовки возникает дисбаланс уравновешенных до того по сечению заготовки остаточных напряжений при очень низкой влажности древесины (менее 6%), что ведет к отщепам и разрывам в заготовках. В то же время в качестве причины появления отщепов нельзя исключать недостатки в подготовке инструмента.

В принципе возникновение сушильных напряжений в древесине — процесс обычный. Графики сушки подразумевают процедуры, способствующие их значительному уменьшению или исчезновению. Какие-то остаточные напряжения могут присутствовать в древесине на момент окончания сушки, поэтому необходим контроль напряжений по силовым образцам. В случае выявления остаточных напряжений в выпускаемом материале проводится процедура сня тия напряжений посредством влаготеплообработки. Ее цель — снятие остаточных напряжений в высушиваемой древесине. Она проводится при следующих условиях. Температуру в камере выбирают на 3–4°С выше, чем максимально допустимая для данной породы при достигнутой влажности и толщине пиломатериалов. А равновесная влажность при этом должна быть на 4% выше значения, соответствующего установленной температуре.

При сушке древесины ценных пород и относительно больших размеров могут проводиться промежуточные процедуры влаготеплообработки, которые помогут избежать образования трещин в пиломатериалах из-за возникших остаточных напряжений значительной величины. Кроме коробления причиной потерь материалов после механической обработки или на последующих этапах изготовления изделий (склеивание, сборка изделий), наряду с проблемами наладки оборудования, правильного подбора инструментов и их заточки могут возникать другие проблемы качества заготовок, связанные не посредственно с особенностями сушки древесины, из которой эти заготовки производились. 

Расслоение по годовым кольцам

В собственной практике автору статьи довелось встретиться с явлением, при котором высококачественные заготовки из сосны, без остаточных напряжений, после строгания имели отслоения древесины по годовым кольцам. Это может наблюдаться при пересушке древесины (менее 6%), использовании затупленных ножей строгальных головок или фрез деревообрабатывающих станков. Причина — разрыв хрупких волокон пересушенной древесины ранней зоны (как менее плотной) годовых слоев под воздействием ударов ножами. К аналогичному итогу может привести эксплуатация тупого инструмента при обработке качественной древесины.

Похожие результаты дают также остаточные сушильные напряжения, не снятые при кондиционировании, сушка древесины в высоких температурах и пересушенная древесина, имеющая значительную поперечную покоробленность. В случае пересушивания древесины ее увлажнение в процессе нахождения в сушильной камере повысит показатель влажности древесины, но не устранит дефекты при обработке ее на станках.

Ворсистость и мшистость

Ворсистость, как и мшистость (в соответствии с определениями, данными в ГОСТ 2140-81), возникающая в результате обработки на деревообрабатывающих станках, может являться результатом избыточной влажности древесины. Волокна во влажной древесине относительно слабее связаны между собой, чем в сухой, и ножи при строгании вырывают их из общей массы. За готовки, имеющие крупные волокна, подвержены этому явлению больше, в то же время оно может быть отмечено и на материале, имеющем обычные волокна. Та кие же дефекты могут возникать и в результате некачественной подготовки или потери остроты режущего инструмента. Есть породы древесины, которые склонны к появлению ворса не зависимо от со держания влаги. Например, яркими представителями являются осина и тополь. 

Непростроги

Причиной появления непрострогов может быть недостаточная толщина заготовок и пиломатериалов при закладке их в сушку из-за банального несоблюдения заданных параметров при их выработке, просчетах при определении припусков на обработку в соответствии с заданным качеством поверхностей. Нельзя исключать из причин появления непрострогов уменьшение геометрических размеров пиломатериалов вследствие чрезмерной усушки при пересушивании древесины в сушильных камерах и/или появления покоробленности пиломатериалов в результате их неправильной укладки в камеры. 

Зыбчатая или волнообразная поверхность

Неровности поверхностей заготовок или готовых изделий по прошествии нескольких часов (хотя этот процесс может тянуться в течение месяца) после их строгания могут появиться вследствие обработки материалов, имеющих сжатые волокна (в результате их коллапса во время сушки древесины). Процесс происходит следующим образом. Древесина, у которой есть волокна, подверженные коллапсу наряду с обычными волокнами, подвергается строганию. Волокна первого типа сжаты в плотные образования, не имеющие пустот. После обработки заготовки, при увеличении влажности, волокна из состояния коллапса могут восстановить свои объемы, образовывая на поверхности деталей или готовых изделий зыбчатую поверхность или даже приводя эти поверхности к эффекту «стиральной доски». 

Условия эксплуатации

Завершая цикл статей о дефектах древесины в процессе сушки, хотелось бы напомнить о том, что во время эксплуатации изделия постоянно подвергаются процессу сушки и увлажнения. Финишная обработка лаками, эмалями или красками лишь на относительно короткое время может сохранить изделия от изменения размеров в результате колебаний влажности древесины при этих процессах. Соответствие равновесной влажности (колебания в пределах ±2%) условий эксплуатации изделий, влажности древесины, из которой они изготовлены, — залог их долговечной службы. Поэтому при производстве мебели, столярных и других изделий из древесины желательно знать, в каких условиях они будут эксплуатироваться (см. таблицу). Но надо помнить о том, что есть особые условия эксплуатации, связанные сособенностями данной местности. Так, в прибрежных районах с теплым климатом нормальная влажность воздуха внутри помещений может соответствовать повышенным параметрам влажности древесины (9%).

Размещение мебели и других изделий из древесины в отапливаемых или не отапливаемых помещениях, в условиях с большими перепадами влажности, в местах постоянного проживания или, наоборот, периодического, в зонах с влажным климатом - все эти сведения имеют огромное значение. Они помогут производителям изготовить качественные изделия, имеющие соответствующую условиям эксплуатации влажность древесины, а в случаях эксплуатации в условиях со значительными изменениями влажности — подобрать для изготовления этих изделий породы древесины с малоизменяющимися, при повышениях или понижениях влажности, размерами. Огромное значение имеет и работа с покупателями. Знание условий, в которых эксплуатировалось изделие, поможет избежать претензий со стороны покупателей в случае возникновения дефектов в результате значительных изменений эксплуатационной влажности.