Свойства коры и отходов окорки

Физические свойства коры

Анатомическое строение коры. Кора имеет более сложное строение чем древесина. Она предназначена для выполнения особых функций: проводить питательные вещества, выработанные листьями, и защищать дерево от неблагоприятных внешних воздействий.

Кора неоднородна по своему составу. Она состоит из двух слоев: внутреннего - луба и наружного - корки. Эти слои отличаются по своему строению, химическому составу и функциям, поэтому свойства коры колеблются в больших пределах, не подчиняясь законам для изотропных материалов.

Основными элементами луба, выполняющими проводящую функцию, являются ситовидные клетки (у хвойных пород) и ситовидные трубки (у лиственных пород). Они образуют в лубе тонкий проводящий слой толщиной 0,1-0,3 мм.

В отличие от древесины, где водопроводящую функцию выполняют мертвые элементы (трахеиды и сосуды), ситовидные элементы - это живые клетки с неодревесневшими оболочками. Ситовидные клетки коры хвойных пород имеют те же размеры, что и трахеиды древесины. Участки стенок этих клеток пронизаны многочисленными отверстиями (ситечками), через которые соединяются полости соседних клеток. Диаметр ситечек не превышает 15 мк.

Ситовидные трубки у лиственных пород устроены сложнее и на общих стенках имеют ситовидные пластинки с перфорациями, через которые свободно проходят жидкие вещества.

Отмершие ситовидные элементы образуют непроводящий слой луба. Этот слой включает до 17% живых паренхимных клеток (значительно выше, чем в древесине). Паренхимные клетки содержат резервные питательные вещества, танниды и воду. Они имеют многочисленные поры, соединяющие их друг с другом.

Внешняя кора (корка) защищает луб и древесину от резких колебаний температуры, испарения влаги и механических повреждении. Корка состоит в основном из пробки - защитного слоя, разованного пробковыми клетками. Пробковые клетки имеют Ризматическую форму и плотно прилегают друг к другу радиальными рядами. Оболочки пробковых клеток не имеют пор и пропитаны особым химически стойким веществом - суберином, делающим их непроницаемыми для газов и воды. В полостях клеток содержится только воздух.

Снаружи кора покрыта отмершей тканью с глубокими трещинами и бороздами, разрывами и чешуйками. У некоторых пород (у березы) гладкая поверхность пробковой ткани сохраняется в продолжении всей жизни.

В корке есть немногочисленные живые клетки пробкового камбия, не образующие сплошного слоя.

Для пропуска воздуха в толщу древесины служат рыхлые участки в коре - чечевички (у березы) или неплотности в пробковом слое (у сосны).

Количество коры на древесине. Количество коры, находящейся на древесине, зависит от возраста дерева, условий его произрастания, диаметра ствола, а при поступлении на предприятия - от способа транспортировки.

Выход коры (абс. сухой) с 1 пл. м³ древесины Составляет для хвойных пород европейской части СССР 25-40 кг.

В табл. 1 приведены средние величины объемного содержания коры на древесине и вес 1 пл. м³ коры.

С увеличением диаметра ствола относительный объем коры уменьшается.

В табл. 2 приведено количество коры на сплавной и свежесрубленной древесине по А. В. Житкову [1].

При транспортировке древесины неизбежен отпад коры.

В среднем для практических расчетов ЦНИИМОД принято количество коры в размере 10% от объема окоренной древесины (при условии транспортировки древесины сплавом).

Толщина коры. Толщина коры зависит главным образом от породы и диаметра ствола дерева, а также от возраста и условий произрастания.

Толщина слоя луба ели по отношению к общей толщине коры в среднем составляет 40-50%, а сосны - 30-40%.

Толщина коры сосновых и еловых пиловочных бревен изучалась П. П. Сосуновым [2]. В результате его наблюдений приведены в табл. 3.

Данные табл. 3 показывают, что толщина коры увеличивается с увеличением диаметра ствола дерева.

М. Н. Симонов [3] отмечает, что толщина коры зависит также от места расположения коры на стволе. Кора ели значительно тоньше по сравнению с корой других пород; на разных местах по высоте ствола разница в ее толщине не превышает 15%.

Толщина коры сосны в срединной и вершинной части ствола с увеличением диаметра ствола увеличивается незначительно и резко возрастает у комля.

В табл. 4 приведены данные толщины коры на растущих деревьях.

Толщина коры в зависимости от диаметра ствола определяется 110 эмпирическим формулам:

для сосны h_комля=0,0105d²+0,15d+2,0; (1)

h_{верш. средн}=0,003d²+0,025d+2,7; (2)

(Примечание, к - комель, в - вершина)

для ели h - 0,002d² + 0,025d + 2,7;

для березы h = 0,005d² + 0,03d + 3,2.

Влажность коры. Влажность коры на свежесрубленном дереве зависит в основном от места расположения коры по высоте ствола, а также от времени рубки.

Исследования влажности коры в свежесрубленном состоянии были проведены Н. Л. Леонтьевым [4]. Результаты исследований приведены в табл. 5.

(Примечание. n - число наблюдений; М - среднее арифметическое; σ - среднее квадратическое отклонение; m - средняя ошибка среднего арифметического; V - коэффициент изменчивости; Р - показатель точности)

Н. Л. Леонтьев отмечает следующие вариационные коэффициенты: сосновая кора - 34%, еловая - 19% и березовая - 16%. большой коэффициент изменчивости сосновой коры по сравнению с еловой и березовой обусловлен наличием у сосны (особенно в комлевых бревнах) сильно развитого слоя корки, состоящей в основном из пробковой ткани.

У сосновых бревен влажность коры зависит от места выреза сортимента из хлыста. Влажность коры комлевых бревен в среднем на 75% ниже влажности коры вершинных бревен (из-за влияния корки) и на 64% меньше влажности коры срединных бревен. В зависимости от диаметра бревна разница может доходить до 80-90%. Влажность коры еловых бревен почти не зависит от места выреза сортимента из хлыста. Влажность луба в 2-3 раза выше, чем корки.

А. В. Житков [1] исследовал динамику высыхания коры на древесине. Исследования показали, что скорость высыхания коры зависит от времени рубки, способа транспортировки, условий роста дерева и др.

Особенно большое влияние на высыхание коры оказывает длительное пребывание древесины в воде при сплаве. Наблюдения за образцами, сушившимися в открытых штабелях, показали следующее:

высыхание на открытом воздухе коры свежесрубленной древесины и примыкающей к ней заболони хвойных пород происходит очень медленно, и чем толще кора, тем дольше этот процесс;

высыхание коры, длительное время пробывшей в воде, происходит быстрее, причем толщина коры мало влияет на скорость подсушки. Время рубки в данном случае большой роли не играет. В коре сосны находится больше смолистых веществ, замедляющих процесс высыхания, чем в коре ели. Однако вследствие более рыхлой структуры сосновой коры процесс высыхания коры несплавной сосны и ели примерно одинаков. В результате выщелачивания смолистых веществ при сплаве древесины кора сосны сохнет даже быстрее, чем кора ели.

Кора сплавной древесины по свойствам отличается от коры растущего дерева. По данным А. В. Житкова [1], относительная влажность коры сплавной древесины достигает 80-84%. Влажность луба при этом доходит до 85-90%, а корки 30-35%. Так как влажность корки всегда в 2-4 раза ниже, чем влажность луба, то сушка коры происходит главным образом за счет потери влаги лубом.

Резкое различие во влажности корки и луба наглядно подтверждается исследованиями уральских пород, проведенными в СвердНИИПДреве [5] (табл. 6).

ЦНИИМОД были проведены исследования по определению влажности коры древесины, поступающей сплавом на лесопильно- Деревообрабатывающие предприятия Архангельска. Контрольные бревна отбирались в бассейне предприятий: сосновые на ЭПЗ ЦНИИМОД "Красный Октябрь", еловые на ЛДК им. В. И. Ленина. Наблюдения проводились в середине лета. Влажность коры определялась по ГОСТ 164837-71 "Древесина. Метод определения влажности при физико-механических испытаниях". Для испытаний было взято по 15 бревен каждой древесной породы, длиной 5,5 м, трех групп по диаметрам: 16-24; 26-34 и 36-44 см. Образцы размером 20X30 на толщину коры вырезались на расстоянии 0,5; 2,0; 3,5; 5,0 м от комля. Первое взвешивание образцов проводилось сразу после заготовки. Результаты исследований приведены в табл. 7.

Как видно из данных табл. 8, влажность коры сплавной древесины существенно зависит от диаметра бревна: с увеличением диаметра бревна влажность коры снижается.

В среднем влажность коры у сосны несколько выше, чем у ели.

Водопоглощение и разбухание коры. Водопоглощение зависит в основном от плотности коры, с увеличением которой оно уменьшается.

В табл. 8 приведены данные о водопоглощении коры различных пород свежесрубленной древесины [6].

Величина разбухания коры изученных пород в основном соответствует величине разбухания древесины тех же пород.

В СвердНИИПДрев [5] изучалось водопоглощение компонентов коры (луба и корки) некоторых пород. Образцы размером 3X3X0,3 см высушивали в бюксах до абсолютно сухого состояния. Высушенные образцы помещали в эксикаторы с водой. Влажность образцов определяли весовым методом через 5, 10, 30, 60 мин, 2, 4, 8 ч, 1, 2, 7, 12 суток и далее через каждые 10 суток. Скорость водопоглощения приведена на рис. 1. Приведенные графики показывают, что наибольшее увеличение влажности происходит в течение первых двух суток. Полное водопоглощение составляет: у луба еловой коры около 250%, у корки 150%; у луба сосновой коры 325%, у корки 250%; у луба березовой коры 110%, у корки 35%.

Рис. 1. Скорость водопоглощения коркой и лубом: а - ель; б - сосна; в - береза

Плотность и коэффициенты объемной усушки коры. Данные о величине плотности коры, приведенные в литературных источниках, весьма противоречивы. Одной из первых работ по определению плотности коры свежесрубленной древесины является работа Н. Г. Прикот [6], выполненная в 1938 г. в Ленинградской лесо-технической академии.

Плотность коры определялась стереометрическим методом на образцах, имеющих форму призмы различных размеров в зависимости от толщины коры.

Результаты исследований Н. Г. Прикот приведены в табл. 9.

По данным Н. Л. Леонтьева [4], плотность коры при влажности 15%, в среднем равна у сосны 688, ели 737, березы 746 кг/м³ (объем коры определялся ртутным объемомером).

Результаты исследований Н. Л. Леонтьева представлены в табл. 10.

У комлевых сосновых бревен плотность коры из-за развитой корки значительно меньшая, чем у срединных и вершинных бревен. У еловых и березовых сортиментов плотность коры практически одинакова и не зависит от места выреза сортимента. Плотность коры при влажности 15% значительно выше, чем плотность соответствующей древесины: у сосны на 35%, у ели на 64%, у березы на 17%. Поэтому процент коры в объеме сортиментов по весу будет больше, чем по объему.

Коэффициенты объемной усушки коры больше, чем древесины, у сосны на 0,2%; ели и березы на 0,3%.

Зависимость плотности коры от влажности аналогична той же зависимости, что и для древесины, и выражается формулами, приведенными в табл. 11.

Таблица 11. Зависимость плотности веса коры от влажности

А. В. Житков [1] приводит зависимость насыпного объемного веса рубленой коры от влажности. Данные были получены автором на Светогорском и Камском ЦБК (рис. 2).

Рис. 2. Вес рубленой коры в зависимости от влажности

СвердНИИПДрев [5] была определена плотность компонентов коры (луба и корки) уральских пород. Плотность коры (размером 30X70мм) определяли объемомером после доведения образцов до абсолютно сухого состояния.

Плотность луба и корки еловой коры, полученной со сплавной Древесины, составила соответственно 0,93 и 0,64 г/см³, плотность компонентов сосновой коры, полученной со свежесрубленной древесины, - соответственно 0,81 и 0,30 г/см³.

В ЦНИИМОД проведены исследования плотности и коэффициента объемной усушки сосновой и еловой коры древесины, поступающей на лесопильно-деревообрабатывающие предприятия сплавом. Методика отбора образцов приведена на стр. 9-10. Объем коры был определен при помощи ртутного объемомера.

В табл. 12 приводятся результаты определения плотности и коэффициента объемной усушки коры. Из данных таблицы видно, что плотность коры сосны при влажности 15% в среднем равна 0,548 г/см³, ели - 0,765 г/см³.

Плотность коры сосны с увеличением диаметра бревна уменьшается. Плотность коры ели практически одинакова и не зависит от диаметра бревна. Коэффициент объемной усушки коры сосны составляет 0,46%, ели - 0,58%.

Тепловые свойства коры. Тепловые свойства коры изучены мало. В СвердНИИПДрев определяли тепловые коэффициенты коры (температуропроводность а, теплопроводность λ, теплоемкость с) сосны, ели и березы [15] и установили, что в основном тепловые свойства коры зависят от ее влажности, плотности и структуры.

Результаты определения приведены в табл. 13.

Значительные исследования по определению тепловых свойств коры провел Р. Мартин [48]. По его данным, теплопроводность коры зависит от ее плотности, влажности и температуры.

На рис. 3 приведена зависимость между теплопроводностью и плотностью абсолютно сухой коры при температуре 298° К. Абсолютно сухая кора при 298° К имеет теплопроводность на 20% меньше, чем древесина. Теплопроводность абсолютно сухой коры близка к теплопроводности древесины.

Рис. 3. Зависимость между теплопроводностью и плотностью абсолютно сухой коры