Wilgotność Higroskopijna Drewna: Definicja, Znaczenie i Kontrola
- Szczegóły
Wilgotność drewna to stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy tego drewna, wyrażony w gramach lub procentach. W zależności od gatunku świeżo ściętego drzewa, wartość ta plasuje się pomiędzy 50 a 150%. Wilgotność drewna jest uzależniona od warunków, w jakich drewno się znajduje i ma istotny wpływ na jego właściwości.
Wyróżnia się wilgotność względną i wilgotność bezwzględną w zależności od przyjętego punktu odniesienia. Natomiast wilgotność bezwzględna mówi o stosunku masy wody w drewnie do masy drewna absolutnie suchego. Wilgotność względna jest to stosunek masy wody do masy całkowitej drewna.
U drzew stojących na pniu zawartość wody w drewnie jest uzależniona od dwóch podstawowych czynników. Po pierwsze jest inna dla różnych gatunków a po drugie waha się w zależności od panującej aktualnie pory roku. Przeważnie największa wilgotność jest osiągana przez drewno w miesiącach zimowych. Wyjątek stanowi brzoza Betula, która wykazuje znacznie wyższą wilgotność w maju niż w miesiącach zimowych.
Wilgotność drewna jest inna w różnych warstwach drzewa. Znaczne różnice wykazuje biel i twardziel. Twardziel można odróżnić od bieli przede wszystkim po ciemniejszym kolorze ponieważ w tej części drzewa zbierają się żywice, gumy i barwniki czyli substancje konserwujące. Biel natomiast jest odpowiedzialna za przewodzenie wody gdyż starsze drewno nie posiada tej zdolności. Z tego względu warstwy te różnią się zawartością wody. Twardziel ma mniejszą jej zawartość a ponadto charakteryzuje się większym ciężarem oraz większą twardością.
Bezpośrednio po ścięciu wilgotność drewna wynosi średnio 35%, ale może osiągać wyższe wartości. Świeżo ścięte drzewo wraz z upływem czasu zmniejsza swoją wilgotność która dochodzi do stanu powietrzno-suchego. Oznacza to wielkość, która jest osiągana przez drewno suszone na świeżym powietrzu. Na naszej szerokości geograficznej i w naszych warunkach klimatycznych w zależności od pory roku oraz od wilgotności względnej powietrza wilgotność ta wynosi od 15 do 20%. Do takiego stanu dochodzi dopiero po około roku od ścięcia drzewa.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Drewno jest materiałem higroskopijnym co oznacza, że jest skłonne do pochłaniania wilgoci z powietrza. Niezabezpieczone drewno będzie zawsze dążyło do osiągnięcia równowagi pomiędzy wilgotnością własną a wilgotnością otoczenia. Albo będzie wchłaniać wilgoć albo ja oddawać.
W drewnie świeżo ściętym znajduje się dużo wody wolnej. Wypełnia ona cewki i naczynia czyli systemy służące do przewodzenia wody. W tym samym drewnie znajduje się też woda związana (higroskopijna), która wypełnia przestrzenie międzymiceralne błony komórkowej. Błona komórkowa może chłonąć wodę do określonej granicy która nazywana jest punktem nasycenia włókien. Gdy drewno osiągnie ten punkt to nie zawiera wody wolnej a woda związana osiąga maksimum.
Wilgotność drewna, która odpowiada punktowi nasycenia włókien jest różna w zależności od gatunku. Wynosi od 23 do 31%.
Duże zmiany wilgotności mogą wpłynąć niekorzystnie na drewno które jest wykorzystywane jako materiał budowlany. Przy zbyt dużym wysuszeniu i wilgotności spadającej do 0% drewno staje się materiałem bardzo nietrwałym. Staje się ono kruche i podatne na wszelkie pęknięcia. Tak suche drewno nie nadaje się do wykonania jakiejkolwiek konstrukcji ani przedmiotów codziennego użytku ponieważ traci swoje właściwości. Zmniejsza się jego współczynnik sprężystości oraz obniża się jego wytrzymałość.
Zbyt duża wilgotność też nie jest zjawiskiem pożądanym. Drewno jest wtedy narażone na destrukcyjne działanie grzybów i owadów, co w konsekwencji prowadzi do jego gnicia. Ponadto zmiany wilgotności mogą powodować zmianę wymiarów oraz powstawanie odkształceń postaciowych (zmiany kształtu) a także powstawanie spękań. Drewno nasiąkające wodą będzie pęczniało natomiast podczas wysychania będzie się kurczyć.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Aby uniknąć skutków tych procesów konstrukcje drewniane należy przygotowywać z drewna wysuszonego do takiej wartości w jakiej będzie używane. Najlepiej sprawdza się drewno w stanie powietrzno-suchym.
Woda znajdująca się w kapilarach nie jest związana z tkanką drewna i nosi nazwę wody wolnej (na jej odparowanie zużywane jest ciepło parowania). Wilgotność jest to stosunek wody zawartej w drewnie (wolnej i związanej) do masy całkowicie suchego drewna, w którym ta woda jest zawarta.
Wodę z otaczającego wilgotnego powietrza mogą pobierać tylko ścianki komórkowe. Cząsteczki zaadsorbowanej wody dostają się między micele, oddalając je od siebie. Ilość zaadsorbowanej wody jest ograniczona pojemnością przestrzeni między micelami. Przy względnej wilgotności otaczającego powietrza wynoszącej 100% (powietrze nasycone), normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze zbliżonej do 0°C suche drewno może osiągnąć maksymalną wilgotność na poziomie 30%. Ze wzrostem temperatury maksymalna wilgotność maleje. Wilgotność drewna w przedziale od 0% do wartości maksymalnej nosi nazwę wilgotności higroskopijnej.
Zbyt wilgotne drewno może wypaczać się, pękać i rozwijać się w nim pleśń. Zbyt suche - może być kruche i podatne na pękanie.
Niewłaściwy poziom wilgoci może prowadzić do szeregu problemów konstrukcyjnych, w tym pękania, wypaczania, a nawet rozwoju grzybów i pleśni. Drewno to materiał higroskopijny, czyli wrażliwy na zmiany wilgotności powietrza. Pochłania i oddaje wodę w zależności od warunków środowiskowych, przez co jego właściwości fizyczne i mechaniczne mogą się znacząco zmieniać.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Przy zbyt wysokiej wilgotności drewno zaczyna pęcznieć, co prowadzi do deformacji i wypaczeń. Już powyżej 20% wilgotności pojawia się ryzyko rozwoju grzybów pleśniowych oraz sinizny. Wilgotne drewno traci nośność - jego wytrzymałość mechaniczna spada, co bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo konstrukcji. Z drugiej strony, zbyt suche drewno (poniżej 10% wilgotności) może być kruche, podatne na pękanie i tracić stabilność wymiarową.
Dlatego tak istotne jest utrzymanie optymalnej wilgotności, zazwyczaj w zakresie 15-18%, dostosowanej do warunków eksploatacji. Drewno surowe, czyli niesuszone technicznie, może mieć wilgotność przekraczającą 25-30%, a w przypadku świeżo ściętego drewna nawet ponad 50%. Taki materiał jest niestabilny wymiarowo - pod wpływem zmian temperatury i wilgoci łatwo kurczy się, pęcznieje i wypacza.
Na etapie montażu drewno o wysokiej wilgotności często ulega wypaczeniom i deformacjom, co prowadzi do rozszczelnień oraz problemów z precyzyjnym dopasowaniem elementów. W miarę wysychania może również pękać, osłabiając strukturę i wpływając negatywnie na estetykę. Dodatkowym problemem jest osłabienie połączeń mechanicznych i klejonych - drewno pracujące pod wpływem zmian wilgotności może powodować rozluźnianie się śrub, odklejanie się warstw oraz powstawanie szczelin w miejscach łączenia.
Dobór wilgotności drewna konstrukcyjnego powinien być ściśle dostosowany do warunków, w jakich drewno będzie użytkowane. Wilgotność drewna wpływa bezpośrednio na jego trwałość, odporność biologiczną i stabilność wymiarową, a tym samym na jakość i bezpieczeństwo całej konstrukcji. Konstrukcje chronione przed wilgocią (np. dachy, ściany nośne): optymalna wilgotność to 15-18%.
Wilgotność drewna konstrukcyjnego bezpośrednio wpływa na trwałość, stabilność i bezpieczeństwo całej konstrukcji budowlanej. Dlatego w nowoczesnym budownictwie za standard uznaje się drewno suszone komorowo do wilgotności około 18%. Wybierając drewno konstrukcyjne, należy kierować się nie tylko jego klasą wytrzymałości, ale również kontrolą wilgotności i jakością procesu suszenia.
Higroskopijna Równowaga Drewna
W warunkach normalnych drewno związane jest zawsze z większą lub mniejszą ilością wody. Jego wilgotność dostosowuje się do warunków zewnętrznych i zmienia się ustawicznie wraz z ich zmianą. Drewno bezwzględnie suche, o wilgotności 0% jest tworem sztucznym, który można utrzymać w tym stanie tylko w warunkach laboratoryjnych.
Mianem wilgotności równoważnej albo równowagi higroskopijnej określa się taką wilgotność drewna, przy której ciśnienie pary wodnej na powierzchni drewna równa się ciśnieniu pary wodnej w powietrzu. Między drewnem a otaczającym powietrzem istnieje stan równowagi polegający na tym, że każdej temperaturze i każdej względnej wilgotności powietrza odpowiada pewna równoważna wilgotność drewna, którą drewno osiąga lub może osiągnąć po odpowiednio długim okresie przebywania w danych warunkach.
Drewno wilgotne oddaje część swej wilgoci otaczającemu powietrzu i wysycha, drewno suche pokrywa swój niedobór wilgoci pobierając ją z otaczającego powietrza. W ten sposób drewno albo dąży do stanu równowagi albo znajduje się w stanie równowagi z otaczającym powietrzem. Z chwilą gdy zmienią się warunki otoczenia (temperatura i wilgotność względna), stan równowagi zostaje zakłócony i drewno dąży do stanu równowagi w nowostworzonych warunkach.
Równowagę higroskopijną drewna dla danych warunków temperatury i wilgotności względnej powietrza określa się umieszczając próbki drewna w eksikatorach nad kwasem siarkowym o odpowiednio dobranym stężeniu. Z chwilą gdy próbki przestają oddawać wodę, ustają zmiany ciężaru próbek; świadczy to o tym, że próbki znajdują się w stanie równowagi z powietrzem o znanej temperaturze i wilgotności względnej.
Określona w ten sposób wilgotność odpowiada stanowi higroskopijnej równowagi drewna przy desorpcji. Punkt wyjściowy do określenia higroskopijnej równowagi drewna przy adsorpcji stanowią próbki wysuszone do stanu całkowicie suchego.
Określenie wilgotności wykazuje, że równowaga higroskopijną drewna przy adsorpcji ustala się na niższym poziomie niż przy desorpcji. Drewno jest materiałem, które bez odpowiedniej ilości wilgoci ulega wypaczeniom oraz zniekształceniom i staje się podatne na pękanie. Dlatego należy zwracać uwagę, by nie przebywało w pomieszczeniach o bardzo suchym powietrzu. Pomiędzy wilgotnością powietrza a stopniem nawodnienia drewna istnieje zależność. Drewno jako materiał higroskopijny natychmiastowo reaguje na wahania w wilgotności powietrza.
Zastosowanie odpowiednich systemów nawilżających w branży drzewnej ma bardzo duże znaczenie. Pozwalają one na wzrost wydajności i poprawę jakości produkcji, przy znacznym zmniejszeniu liczby odpadów, które pochodzą z surowca nie nadającego się do dalszego przetwarzania. Systemy te są także istotne w zakładach przemysłu meblarskiego oraz lakierniczego. Wilgotność powietrza wpływa na lepsze przywieranie lakieru oraz kleju. Dzięki temu schnięcie odbywa się równomiernie, co wpływa na bardziej estetyczny wygląd powierzchni drewna.
Przy niskiej wilgotności powietrza produkty o właściwościach higroskopijnych będą się kurczyć, wysychać lub psuć, co spowoduje spadek ich jakości, utratę właściwości mechanicznych, mniejszą trwałość i wagę, co za tym idzie wartość sprzedażową. Wilgotność względna powietrza to kluczowy czynnik w praktycznie każdej branży procesie produkcyjnym, od produkcji żywności, przez obróbkę drewna, po przemysł chemiczny.
O materiale zrównoważonym z otaczającą go atmosferą mówi się, że osiągnął stan wilgotności równowagowej (EMC). Materiał higroskopijny traci wilgoć, jeżeli otaczające je powietrze będzie bardziej suche. W stanie równowagi materiał higroskopijny nie traci ani nie pochłania wilgoci - pozostaje stabilny, nie zmienia wagi ani kształtu. Jeżeli drewno jest przechowywane w warunkach stałej wilgotności względnej (w.w.), osiągnie stan wilgotności równowagowej (EMC).
Paczenie, pękanie i niekontrolowane zmiany wymiarów mogą sprawić, że produkt wykonany z drewna stanie się bezwartościowy. Zawartość wilgoci w kawałku drewna to suma ilości wody (lub wilgoci) zawartej w tym kawałku drewna. Wilgoć w drewnie to wolna woda (woda znajdująca się w szczelinach drewna) lub związana woda (woda międzykomórkowa). Odpowiednia ilość wilgoci zwiększa wytrzymałość i stabilność drewna.
Wilgotność drewna ma ogromny wpływ na jego obróbkę, trwałość oraz finalny wygląd. Odpowiedni poziom wilgotności sprawia, że materiał jest łatwiejszy w pracy, mniej podatny na odkształcenia i zachowuje swoje właściwości przez długie lata.
Optymalna Wilgotność Drewna w Obróbce i Produkcji Mebli
Odpowiednia wilgotność drewna ma ogromny wpływ na jakość, stabilność i trwałość gotowych wyrobów. Niezależnie od tego, czy pracujesz z sosną, dębem czy innym gatunkiem, jej poziom musi być dostosowany do przeznaczenia materiału. Zbyt wysoka lub zbyt niska wilgotność prowadzi do deformacji, osłabienia konstrukcji, a nawet uszkodzeń.
Kontrola wilgotności użytkowej jest niezbędna, a jednym z najdokładniejszych sposobów jej pomiaru jest metoda suszarkowo-wagowa. Regularne monitorowanie wilgotności pozwala uniknąć problemów z trwałością materiału i zapewnia niezawodność każdej konstrukcji drewnianej. Właściwie przygotowane drewno to solidna podstawa trwałych i estetycznych realizacji.
Aby meble zachowały swoją trwałość i stabilność, wilgotność drewna używanego do ich produkcji powinna wynosić 8-10%. To optymalny zakres, który minimalizuje ryzyko deformacji, pęcznienia czy kurczenia się materiału. Użycie drewna o wilgotności przekraczającej 12% może prowadzić do odkształceń, osłabienia konstrukcji i pogorszenia estetyki gotowych wyrobów.
Metody Pomiaru Wilgotności Drewna
Precyzyjne określenie wilgotności drewna to kluczowy krok w procesie jego obróbki i użytkowania. Do najczęściej stosowanych metod należą:
- Metoda suszarkowo-wagowa - uznawana za najdokładniejszą, polega na pobraniu próbki drewna, jej zważeniu przed i po wysuszeniu w piecu. Proces ten trwa do momentu uzyskania stabilnej masy, co pozwala na precyzyjne określenie poziomu wilgotności.
- Metoda elektrometryczna - wykorzystuje wilgotnościomierz, który mierzy przewodność elektryczną drewna. Jest szybka, wygodna i nieinwazyjna, jednak jej dokładność może być nieco niższa w porównaniu do metody suszarkowo-wagowej.
Niezależnie od techniki, regularne monitorowanie wilgotności drewna pozwala uniknąć deformacji, pęcznienia czy kurczenia się materiału. Dla mebli optymalny poziom wilgotności wynosi 6-10%, co zapewnia trwałość i estetykę gotowych produktów.
Higroskopijność Drewna a Wilgotność
Drewno to materiał, który dynamicznie reaguje na otoczenie - jego higroskopijność sprawia, że chłonie i oddaje wilgoć w zależności od warunków atmosferycznych. Ten naturalny proces ma kluczowe znaczenie dla zachowania właściwego poziomu wilgotności, ale może również prowadzić do zmian w strukturze materiału.
Gdy drewno absorbuje wilgoć, włókna pęcznieją, co powoduje zwiększenie objętości i może prowadzić do deformacji. Nadmierna wilgotność negatywnie wpływa na wytrzymałość i stabilność. Aby skutecznie zarządzać higroskopijnością drewna i zapobiegać jego zniekształceniom, kluczowe jest stosowanie odpowiednich metod zabezpieczenia oraz kontrolowanie warunków przechowywania i użytkowania. Odpowiednie podejście do tego procesu zwiększa trwałość drewna i pozwala na jego efektywne wykorzystanie.
| Zastosowanie | Optymalna wilgotność |
|---|---|
| Meble i elementy stolarskie | 8-12% |
| Drewno budowlane i konstrukcyjne | 12-18% |
tags: #wilgotność #higroskopijna #drewna #definicja
