Диэлектрические свойства древесины мореного дуба тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Даниленко, Александр Юрьевич

• Даниленко, Александр Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Даниленко, Александр Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние изученности темы

1.1. Химические свойства древесины мореного дуба

1.2. Физико-механические свойства древесины мореного дуба

1.3. Добыча и хранение мореного дуба

1.4. Способы сушки мореного дуба

1.5. Внутренние напряжения в древесине при сушке

1.6. Диэлектрические свойства древесины

1.7. Выводы

1.8. Цель и задачи исследований

Глава 2. Состав древесины и модели ее диэлектрических параметров

2.1. Взаимодействие электромагнитного поля с древесиной и основные показатели диэлектрических свойств древесины

2.2. Диэлектрические параметры древесины

2.3. Физическая модель древесины как многокомпонентного диэлектрика

2.4. Линейная зависимость функции диэлектрических свойств

2.5. Диэлектрические параметры древесинного вещества и его компонентов

2.6. Выводы

Глава 3. Исследование свойств древесины мореного дуба

3.1. Влияние морения на структуру древесины дуба

3.1.1. Сравнительный анализ кристаллической фазы в древесине дуба мореного и натурального. Методы анализа

3.1.2. Сравнительный рентгеноструктурный анализ кристаллической фазы в древесине дуба мореного и натурального

3.1.3. Определение состава примесей в древесине мореного дуба

3.2. Сравнительный химический анализ древесины мореного и натурального дуба

3.3. Диэлектрические свойства древесины мореного дуба

3.3.1. Методы измерения диэлектрических параметров древесины

3.3.2. Волноводный метод короткого замыкания

3.3.3. Метод двух положений

3.3.4. Определение диэлектрических параметров методом отражения

3.4. Выводы

Глава 4. Математическая модель диэлектрических параметров древесины

мореного дуба

4.1. Теоретические предпосылки построения модели диэлектрических параметров древесины мореного дуба

4.2. Построение физической модели диэлектрической проницаемости древесины мореного дуба

4.3. Построение математической модели диэлектрических параметров древесины мореного дуба

4.4. Выводы

Глава 5. Сушка древесины мореного дуба в промышленной СВЧ-сушильной камере

5.1. Апробация режимов СВЧ-сушки пиломатериалов из древесины мореного дуба. Результаты эксперимента

5.2. Оценка качества СВЧ-сушки пиломатериалов из древесины мореного дуба

5.3. Расчет экономического эффекта от внедрения предложенного

режима сушки

5.4. Влияние облучения СВЧ-энергией на прочность древесины

5.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диэлектрические свойства древесины мореного дуба»

Введение

При размывании берегов рек, при сплаве, намеренном затоплении и по другим причинам стволы деревьев оказываются на дне водоемов. Контакт древесины с речной водой и донным грунтом, исчисляющийся десятками и сотнями лет, изменяет древесину. Последствия влияния водной среды выражаются в изменении строения клеточных стенок древесины и ее внешнего вида. В практике такой процесс называют морением.

Среди множества пород, оказавшихся на дне водоемов, особое место занимает дуб. Его древесина окрашена от светло коричневого до черного цвета. Измененная окраска мореного дуба является важнейшим декоративным фактором. Считается, что степень ее интенсивности служит косвенным показателем продолжительности пребывания древесины в воде [38].

Последнее время производители продукции из древесины проявляют к мореному дубу определенный интерес. Благодаря красивой окраске и текстуре, а также при сохранении высоких технических свойств, древесина мореного дуба является оригинальным декоративным материалом. Эта древесина может найти широкое применение в промышленности для изготовления дорогой мебели, декора, паркета, музыкальных инструментов, сувенирных изделий, а

также для отделки салонов, кают пароходов и так далее.

(

Запасы мореного дуба определялись на территории Мордовии, Ярославской области, в реках Мокше, Суре, Сакмаре, Черемшане, Мологе, Сож и в реках Московско-Волжско-Окского бассейна [38].

Из отчета лаборатории "Сенеж" [38] получены сведения, что на реке Мокше и ее притоках по состоянию на 1911-1912 годы запасы мореного дуба составляли до 2500 стволов, объемом до 2 м3 на километр реки. В целом по ре-ке определен запас 3350 тыс. м"\ По другим сведениям запасы на этой реке скромнее. Они оцениваются в 600 м3 на километр реки, что в целом составляет около 18 тыс. м3.

По данным С.И. Ванина [8], по состоянию на 1940 год, количество дубовых стволов, находимых в реках Ленинградской области доходило до 2000.

Имеются также сведения о достаточно больших запасах мореного дуба в реках Воронежской области. Только на территории Рамонского района в настоящее время добытчики оценивают запас в 1500 м3.

Сведения о значительных запасах древесины мореного дуба обуславливают необходимость исследования ее свойств для более рационального использования этой древесины в промышленности.

Свойства древесины дуба мореного изучены недостаточно, их знание необходимо для разработки рациональных режимов обработки. Сушка же этой древесины является наиболее сложным технологическим этапом. Для осуществления высококачественной сушки в СВЧ-поле необходимо знание диэлектрических свойств древесины, однако, этих данных нет.

Поэтому необходимо определить диэлектрические свойства древесины дуба мореного и установить степень отличия их свойств от натуральной древесины дуба с учетом условий морения. На основе этого представляется возможным разработать математические модели изменений диэлектрических параметров (е' и tgS) древесины мореного дуба пригодных для различных условий морения. Поэтому исследование свойств древесины мореного дуба является весьма актуальной задачей, и позволит более рационально использовать эту древесину в деревообрабатывающей промышленности.

Целью данной работы является исследование диэлектрических свойств древесины мореного дуба с учетом влияния факторов морения.

Основные результаты диссертационной работы, выносимые на защиту и имеющие научную новизну, заключаются в следующем:

проведенная оценка кристаллической фазы древесины отличается тем, что позволила установить большую кристалличность мореного дуба по сравнению с натуральным; а также установить наличие кристаллической фазы у-

Ре203, определить размеры кристаллов и их ориентацию относительно макромолекулы целлюлозы.

результаты сравнительного химического анализа древесины мореного и натурального дуба отличаются тем, что на их основе дана количественная оценка содержания оксида железа в древесине натурального дуба и мореного дуба с различной степенью окраски и установлено, что содержание оксида железа (Ре203) в минеральной части древесины мореного дуба не является закономерным показателем интенсивности ее окраски; установлены факторы, влияющие на цвет и степень окраски.

, проведенная оценка диэлектрических параметров мореной древесины отличается тем, что позволила установить различия диэлектрических свойств мореной и натуральной древесины дуба;

построенные математические модели диэлектрических параметров древесины мореного дуба отличаются от существующих моделей для натуральной древесины тем, что учитывают влияние изменений в древесине, произошедших в процессе морения.

предложенный режим сушки древесины мореного дуба в СВЧ-поле отличается малой продолжительностью процесса сушки и высоким качеством высушенных пиломатериалов.

Практическая значимость работы заключается в следующем: математические модели диэлектрических свойств древесины мореного дуба позволяют достаточно просто определять диэлектрические параметры этой древесины в зависимости от ее плотности и влажности, что может быть использовано для разработки и корректировки режимов СВЧ-сушки.

предложенный режим СВЧ-сушки позволяет высушивать пиломатериалы из древесины мореного дуба в короткие сроки с высокими показателями качества.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Даниленко, Александр Юрьевич, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Беликов A.M., Гутман А.Л., Даниленко А.Ю., Завалишин Е.И. Сравнительные характеристики кристаллической фазы в древесине мореного и натурального дуба. / Сборник трудов И международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины - 96». - М.: МГУЛ, 1997.

2. Боевская И.А., Портник Ж.И., Меремьянин Ю.И. Влияние влажности и плотности древесны на ее диэлектрические свойства.// Лесной журнал, 1986. №1.

3. Бомбин A.M., Даниленко А.Ю., Мокроусов А.Н., Недорезова Е.В. Исследование режимов СВЧ-сушки мореного дуба. / Сборник научных трудов «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса». - Воронеж: ВГЛТА, 1997.

4. Боровиков A.M., Уголев Б.Н. Справочник по древесине. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 294 с.

5. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. - М.: АН СССР, 1957.

6. Вайнштейн Л.А. Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах. - М.: Наука, 1980. - 360 с.

7. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. - М.: Советское радио, 1957. - 584 с.

8. Ванин С.И. О физико-механических свойствах древесины мореного дуба. - Л.: ЛЛТА, 1940. - Вып.56.- с. 63-79.

9. Вариводина И.Н., Даниленко А.Ю., Курьянова Т.К. Исследование напряженного состояния древесины дуба мореного, высушенного в СВЧ-поле. / Сборник научных трудов «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса». - Воронеж: ВГЛТА, 1997.

алкин В.П. Влияние мощности СВЧ-энергии на прочность древе-

сины.// Тезисы докладов II международного симпозиума «Строение, свойства и ^ качество древесины - 96». 21-26 окт., 1996 г. - М. 1996. - с 47.

резовых короткомерных заготовок. / Автореферат канд. дис. - С.П.: ЛТА, 1995.

12. Гутман А.Л, Владимиров Г.О., Даниленко А.Ю, Завалишин Е.И. Определение состава примесей в минеральной части древесины мореного дуба. / Сборник научных трудов «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса». - Воронеж: ВГЛТА, 1998.

13. Гутман А.Л., Даниленко А.Ю., Курьянова Т.К. Сравнительный химический анализ древесины мореного и натурального дуба. / Сборник трудов II международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины - 96». - М.: МГУЛ, 1997.

14. Гутман А.Л., Даниленко А.Ю., Саушкин В.В. Диэлектрические свойства мореного дуба. / Сборник трудов II международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины - 96». М.: МГУЛ, 1997.

15. Гутман А.Л., Саушкин В.В. Выравнивание влажности при СВЧ-сушке.// Лесной журнал, 1993. №1.

16. Даниленко А.Ю., Курьянова Т.К, Попов В.В. Химические реакции, протекающие в древесине дуба в процессе морения. / Сборник научных трудов «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса». Воронеж: ВГЛТА, 1998.

17. Даниленко А.Ю., Оценка влияния СВЧ-сушки на физико-механиче- / ские свойства древесины мореного дуба. / Сборник научных трудов «Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса». Воронеж: ВГЛТА,

•еев Ф.Х. Разработка технологического процесса СВЧ сушки бе-

1998.

18. Дьяконов К.Ф., Горяев A.A. Сушка древесины токами высокой частоты. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 169 с.

19. Керрер П. Курс органической химии. - Л.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1960. - 1217с.

20. Кречетов И.В. Сушка древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 439 с.

21. Кузнецов Н.Т. Физико-механические свойства древесины мореного дуба.// Лесное хозяйство и лесная промышленность, 1927. № 10-11.

22. Курьянова Т.К., Воронин В.В., Платонов А.Д. Коэффициенты вла-гопроводности мореного дуба. .// Тезисы докладов II международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины - 96». 21-26 окт. 1996 г. - М. 1996.-с. 74.

23. Курьянова Т.К. Исследование усадки древесины дуба в зависимости от режима сушки. / Автореферат канд. дис. - М.: МЛТИ, 1981.

24. Курьянова Т.К., Короленко Н.В. Показатели прочности мореного дуба.// Тезисы докладов координационного совещания и международной научно-технической конференции по современным проблемам древесиноведения. -Брянск: БТИ, 1995. - с. 47.

25. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том VIII. Электродинамика сплошных сред. - М.: Наука, 1982. - 624 с.

26. Лесной фонд Союза ССР по учету на 1 января 1988 года. Книга 9: Центрально-Черноземный район. М.: Леспроект, 1988. - 523 с.

27. Малеев В.И. Добыча и обработка мореного дуба.// Механическая обработка дерева, 1935. № 10.

28. Мингазов М.Г. Решение задачи оптимизации при построении осциллирующих режимов сушки.// Лесной журнал, 1973. № 6. - с. 105 - 107.

29. Мингазов М.Г., Харитонов В.М. Некоторые вопросы разработки скоростных режимов сушки пиломатериалов.// Науч. тр. ЛЛТА. 1973. Вып. 1. Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. - с. 5 - 8.

30. Миркин H.A. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. - М.: Наука, 1961. - 563 с.

31. Нетушил A.B., Жуковский Б.Я., Кудин В.Н., Парини Е.П. Высокочастотный нагрев диэлектриков и проводников. - М.: Госэнергоиздат, 1959. с. 38 - 154.

32. Никитин Н.И. Химия древесины. - М., JL: Издательство академии наук СССР, 1951.-580 с.

33. Окресса Э. СВЧ-энергетика. Том 2. Применение энергии сверхвысо- / /-' ких частот в промышленности. - М.: Мир, 1971. - 272 с.

34. Перелыгин Л.М. Древесиноведение. - М.: Советская наука, 1957.

364с.

35. Першанов H.A. Конвективно-высокочастотная сушка древесины. - 7/ М.: Гослесбумиздат, 1963. - 84 с.

36. Петруша А.К. Технологические свойства древесины мореного дуба и его промышленное использование: Сборник научных трудов. - Минск: БТИ, 1948.-с. 11-37.

37. Пищик И.И., Фефилов В.В., Бурковская Ю.И. О химическом составе и физикомеханических свойствах свежей и выдержаной древесины.// Лесной журнал, 1971. № 6. - с. 89 - 93.

38. Разработка упрощенной технологии хранения кругляка и атмосферной сушки пиломатериалов мореного дуба.// Отчет по НИР. - М.: НПП «Се-неж», 1985.

39. Расев А.И., Курышов Р.Н. Высококачественная сушка дубовых пиломатериалов без использования технологического водяного пара.// Тезисы докладов II международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины - 96». 21 - 26 окт. 1996 г. - М. 1996. - с 74.

40. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - М.: Наука, 1978. - 480 с.

41.Серговский П.С. Режимы и проведение камерной сушки пиломатериалов. - М.: Лесн. пром-сть, 1976. - 137 с.

42. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. - М.: Энергоиз-дат, 1982. - 320 с.

43. Тейлор А. Рентгеновская металлография. - М.: Металлургия, 1965. -

560 с.

44. Торговнигов Г.И. Диэлектрические свойства древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 128 с.

45. Торговнигов Г.И. СВЧ-нагрев в технологии древесных материалов. -М.: ВНИПИЭМ-леспром, 1988. Вып. 10. 42 с.

46. Уголев Б.Н. Деформативность древесины и напряжения при сушке. -М.: Лесн. пром-сть, 1971. - 176 с.

47. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. -М.: Лесная промышленность, 1986. - 368 с.

48. Уголев Б.Н. Остаточные напряжения в древесине и способы их устранения.// Деревообрабатывающая и лесохимическая промышленность, 1953. №1.

49. Уголев Б.Н., Станко Я.Н., Поповкина Л.В. Определение физико-механических свойств топляковой древесины.// Деревообрабатывающая промышленность, 1994. №4.

50. Уголев Б.Н., Станко Я.Н., Поповкина Л.В. Основные подходы к определению физико-механических свойств топляковой древесины.// Тезисы докладов координационного совещания и международной научно-технической конференции по современным проблемам древесиноведения. - Брянск: БТИ, 1995. с. 21,22.

51. Физико-механические и технологические свойства древесины. Отчет о научно-исследовательской работе по госбюджету кафедры древесиноведения за 1991 год. - Воронеж: ВЛТИ, 1991. с. 6-12.

52. Физико-механические и технологические свойства древесины. Отчет о научно-исследовательской работе по госбюджету кафедры древесиноведения за 1993 год. - Воронеж: ВЛТИ, 1993. с. 6-12.

53. Хиппель А.Р. Диэлектрики и их применение. - М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959. - 336 с.

54. Хухрянская Т.П. Влияние прессования на структуру древесины осины и сосны. - М.:. Издательство академии наук СССР, 1953. - 444 с.

55. Чу сов В.В. Температурно-влажностное состояние и внутренние напряжения в древесине при сушке в поле ТВЧ.// Науч. -техн. прогресс в дере-вообр. отрасли ЦЧЭР: Тезисы докладов научно-технической конференции. -Воронеж, 19-21 сент. 1990.

56. Шубин Г.С., Косарин A.A., Чемоданов A.B. Об осциллирующих режимах сушки пиломатериалов.// Науч. тр. МЛТИ. 1992. Вып. 240. Технология и оборудование деревообрабатывающих производств. - с. 31-35.

57. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Курс физики. Том III. Волновые процессы. Оптика. Атомная и ядерная физика. - М.: Высшая школа, 1971. - 536 с.

58. ASTM Diffraction Data File, ASTH, Philadelphia, 1969 и Inorganic Index to the Powder Diffraction File, ASTM, Philadelphia, 1969.

59. B. Schulze, G. Theden. und Vaupel О. Holz als Roh und Werkstoff В. I.

S. 37.

60. Büchner A. 1939. Das Mischkörpersproblem in der kondensatortechnik. Wiss Ver Siemens 84.

61. James W.L. Dielectric properties of wood and hard board: variation with temperature, frequency, moisture content and grain orientation. USDA For. Serv. Res. Pap. FPL-245, Madison, 1975, 32 p.

62. Kollmann F.F.P., Cote W.A. Principles of wood science and technology. V.l. Solid wood. Berlin, Heidelberg, 1968. p 257 - 251.

63. Lichtenecker K. 1926. Die Dielektrizitätskonstante natürlicher und künstlicher Mischkörper. Physik Z 27: 115-116.

64. Lowag. Microchemie Bd. 23.1937. S. 138.

65. Nelson S. O., Bartley P.G., Jr., Kurt C. Lawrence. RF and microwave dielectric properties of stored-grain insects and their implications for potential insect control. Research Agricultural Engineer, University of Georgia and Research Agricultural Engineer. U.S. Department of Agriculture Agricultural Research Service. Richard B. Russell Agricultural Research Center. Athens. Georgia. USA. Minneapolis. Convention Center Minneapolis. Minnesota. August 10 - 14, 1997. 16 p.

66. Nelson S. O. Correlating dielectric properties of solids and Particulate samples through mixture relationships. Research Agricultural Engineer. U.S. Department of Agriculture Agricultural Research Service. Richard B. Russell Agricultural Research Center. Athens. Georgia. USA. March April 1992. p 625 - 629.

67. Nelson S.O. Models for the dielectric constants of ceral grains and soybeans. J. Microwave power. 1987. p 35 - 39.

68. Nelson S. O. Observations on the density dependence of dielectric properties of particulate materials. J. Microwave power. 18(2). 1983. p 143 - 152.

69. Norimoto M. Dielectric properties of wood. Wood Res 59/60: 106 - 152.

70. Torgovnikov G.L Dielectric properties of wood and wood-based materials. Berlin. Springer-Verlag. 1993. 196 p.

71. Trabelsi S., Kraszewski A.W.,. Nelson S. O. Simultaneous determination of density and water content of particulate materials by microwave sensors. Electronics letters. 1997. № 10. p 874 - 876.