Лабораторна робота № 15

Тема:Дослідження вологості, всихання, густини і твердості деревини.

Мета роботи:Вивчити методи експериментального дослідження вологості, всихання, густини, твердості деревини. Визначення твердості деревини у торцевій, радіальній і тангенціальній площинах.

Необхідні прилади, матеріали та інструменти:

1. Гідравлічний прес.

2. Прилад для випробування статичної твердості деревини.

3. Сушильна шафа з терморегулятором.

4. Мікрометр.

5. Аналітична вага.

6. Технічні терези.

7. Сталевий трикутник.

8. Зразки дерева (202030 мм).

9. Дерев’яний молоток.

10. Скляний циліндр.

11. Колба з водою.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Вологість– степінь насичення деревини водою, виражена у процентах по відношенню до маси сухої деревини:

W=,

де W– вологість деревини, %;

m– маса зразка вологої деревини, г;

m₀– маса зразка абсолютної сухої деревини, г.

Волога впливає на міцність, питому вагу та інші властивості деревини. Визначення вологості деревини потрібно, щоб встановити чи відповідає деревина призначенню.

По ступені вологості розрізняють деревину кімнатну суху – вологість 12…18 %, напівсуху – вологість 18…23 %, повітряно суху – вологість 12…18%. Деревина вологістю більше 23 % називається сирою, а деревина, яка перебуває довгий час у воді – мокрою. Волога міститься у деревині у двох станах: зв’язаному і вільному.

Для вимірювання вологості деревини частіше всього користуються ваговим і електричним методами.

Всиханнямдеревини називається зменшення її розмірів і об’єму при висушуванні.

Лінійне всихання деревини (%) визначають по таких формулах:

у радіальному напрямі: У_р.=

у тангенціальному: У_т.=,

де “а” і “в” – розміри зразка по тангенціальному і радіальному напрямах до висушування:а₀ів₀– теж саме тільки після висушування.

Об’ємне всихання (повне) розраховують, користуючись формулою

У_об.=,

де V_г.г– об’єм зразка при вологості на межі гігроскопічності,

V_г.г= 30%;V₀– об’єм зразка, висушеного до абсолютно сухого стану.

Практично користуються коефіцієнтом всихання К_у , який являє собою середнє всихання при зміні вологості на 1 % і визначається по формулі:

К_у=.

Для різних порід повне всихання у радіальному напрямі складає 3…5 % в тангенціальному – 6…10 %.

Густина деревини– відношення маси зразка до його об’єму. Розрізняють густину абсолютно сухої деревини, густину вологої деревини, умовну густину, стандартну густину.

Густина абсолютно сухої деревини – відношення маси абсолютно сухого зразка до його об’єму:

ρ₀=,

де ρ₀ – густина абсолютно сухої деревини, кг/м³;

m₀– маса абсолютно сухої деревини, кг;

V₀– об’єм зразка абсолютно сухої деревини, м³.

Густина вологої деревини – відношення маси зразка при даній вологості, до його об’єму при цій же вологості:

ρ_w=.

Твердістьдеревини характеризується навантаженням необхідним для втискання в неї твердого тіла на площу 1 см²(рис.15.1). З показника твердості судять про ступінь складності обробки деревини ріжучим інструментом, про затрату енергії на механічну чи ручну обробку чи інше.

Деревину випробовують на твердість за допомогою спеціального приладу. Розрізняють твердість торцеву, радіальну і тангенціальну, у залежності від поверхні по якій вона визначається.

Порядок виконання роботи.

1. Вирізати зразки з дерева, очистити їх від тирси і пилу, на кожному зразку написати номер.

2. Пронумерувати бюкси.

3. Кожний бюкс зважити з точністю до 0,001г.

4. Покласти зразки у бюкси і зважити їх з точністю до 0,001 г. Дані записати у протокол.

5. Помістити бюкси із зразками у сушильну шафу (t = 103±2 ºС).

Рис. 15.1 Пристрій для визначення твердості деревини:

1. Пуансон.

2. Корпус.

3. Обмежувач пуансона.

4. Опора.

6. Постійно контролювати величину маси повторним зважуванням. Зразки м’яких порід зважують перший раз через 6 годин, а зразки із твердого дерева через 10 годин. Кожне наступне зважування проводять через 2 години. Висушування вважається закінченим, коли різниця між двома зважуваннями (останніми) не більша 0,002 г. При кожному зважуванні бюкси закривають кришками і переносять в ексикатор для охолодження.

7. Для висушування бюкси із зразками зважують і результати записують у таблицю 15.1.

8. Вирахувати вологість зразка у процентах з точністю до 0,1 % по формулі:

W=,

де m– маса бюкси з кришкою, у г.

m₁– маса бюкси з кришкою до висушування, г.

m₂– маса бюкси із зразком і кришкою після висушування, г.

Записати дані в таблицю 15.1.

Порода деревини _____________

Температура у шафі___________ºС.

9. Описати хід роботи і дати визначення, що називається вологістю деревини.

Таблиця 15.1

Номер зразка	Маса, г					Вологість деревини W, %
	порожньої бюкси з кришкою	Бюкси з кришкою		Випаруваної води m1 – m2	Абсолютно сухої деревини m2 – m
		до висушування	після висушування

Порядок визначення всихання.

1. Провести на рівні половини висоти повздовжніх площин зразків риски олівцем.

2. По рисках виміряти з точністю до 0,01 мм радіальний і тангенціальний розмір і висоту зразка. Перед вимірюванням поверхню зразків необхідно просушити фільтрувальним папером вимірювання проводити мікрометром або штангенциркулем.

3. Підсушити зразки при температурі 303 К, а потім температуру підняти до 376 ± 2 К. Витягнути зразки з сушильної шафи і заміряти по цих же рисках радіальний, тангенціальний і повздовжній розміри. Зважування, висушування і визначення постійної маси проводити так, як при визначенні вологості.

4. Розбрахувати всихання кожного зразка з точністю до 0,1 % для тангенціального, радіального напрямків та по об’єму.

5. Розрахувати коефіцієнти всихання кожного зразка. Результати розрахунків занести у таблицю 15.2.

Визначення густини деревини.

1. Переписати з попередньої роботи наступні дані: розміри і вагу зразків до і після висушування, вологість, величину об’ємного всихання. Користуючись цими даними, розрахувати густину деревини у різних її станах.

2. Визначити густину деревини при даній вологості.

3. У таблицю 15.3 занести результати розрахунків.

Таблиця 15.2

№ зраз-ка	Розміри зразка, мм						Всихання			Воло-гість дере-вини , W,%	Коефі-цієнт всихання, Кд.
	до висушування			після висушування			Танген-ціальне Ут.	Радіальне Ур.	Об’ємне Уоб.
	а	б	в	а1	б1	в1

Таблиця 15.3

Стан дере-вини

Розміри зразка, мм

Вага зразків, г

Воло- гість, W,%

Об’ємне всихання

Коефі- цієнт об’ємного всихання

Густина дере вини

до висушуван ня

після висушування

до висушуван ня

після висушу вання

а

б

в

а1

б1

в1

Порядок визначення твердості.

1. Налагодити гідравлічний прес.

2. Помістити зразок на нижню плиту преса і на нього встановити приспосіблення для визначення твердості, провести випробування.

3. Визначити твердість на торцевій, радіальній і тангенціальній поверхні зразка.

4. Одержану твердість деревини Н при вологості в момент випробування перерахувати на 12 % вологість по формулі:

Н₁₂ = Н_w · K_w ,

де К_w – коефіцієнт перерахунку, значення якого у залежності від вологості змінюється від 0,7 до 1,9.

5. Проаналізувати одержані дані, накреслити схему приспосіблення для визначення твердості та ескіз зразка після випробування.

6. Результати вимірювань і розрахунків занести у таблицю 15.4

Таблиця 15.4

№ зразка	Розміри зразка	Вологість деревини	Твердість, МПа
			торцева		радіальна		тангенціальна
			Нw	H12	Hw	H12	Hw	H12

Елементи навчально-дослідної роботи.

При виконанні вказаної лабораторної роботи студентам необхідно звернути увагу на проблеми: властивості, які залежать від вмісту вологи у деревині; дослідження розбухання деревини; дослідження деформованості деревини; визначення ударної в’язкості деревини; способи видалення з деревини вологи, яка міститься у зв’язаному стані.