Hygroskopický Materiál

2.2.2.3 sorpce Vody a propustnosti

Dřevo je hygroskopický materiál; to může adsorbovat a/nebo desorb vody z okolního prostředí, směřující k dosažení rovnovážného stavu, kdy atmosférické relativní vlhkost (RH) je stabilní. Proto, obsah vlhkosti (MC) dřeva je relativní obsah vody v dřevní tkáně, která vyplývá z přirozeného stavu (v živý strom), nebo je výsledek působení atmosféry nebo využití faktorů, které mají vliv na materiál pro delší období. Vztah mezi rovnovážným obsahem vlhkosti a RH při konstantní teplotě je znám jako sorpční izoterma. Sorpční izoterma je charakteristická pro materiál, ale je ovlivněna teplotou a předchozí sorpční historií zkoumaného vzorku. Za nestabilních podmínek prostředí RH se vlhkost dřeva neustále mění a rovnováha je zřídka dosažena (Popescu a Hill, 2013; Engelund a kol., 2013).

V živý strom, vlhkosti, hodnoty se liší mezi druhy stromů, ve stromu, například mezi bělové a jádrové dřevo; mezi obdobími; a případně také s časem dne. U měkkého dřeva je obsah vlhkosti v jádrovém dřevě obvykle výrazně nižší než u bělového dřeva (Pallardyho a Kozlowského, 2008; Engelund a kol., 2013). To není vždy případ pro tvrdá dřeva, pro kterého je vztah mezi obsahem vlhkosti v jádrového a bělového dřeva závisí na druhu a může také záviset na ročním období (Pallardy and Kozlowski, 2008; Engelund et al., 2013).

bylo zmíněno, že voda ve dřevě může být přítomna ve třech různých stavech (volná voda, zmrazená voda a nemrznoucí voda; Nakamura et al. , 1981; Berthold et al., 1996). Volná voda je považována za kapilární vodu uvnitř buněčných lumenů, zatímco vázaná voda interaguje s více či méně hydrofilními polymery dřeva. Předpokládá se, že voda vázaná na zmrazení je mírně vázána na buněčnou stěnu, zatímco nemrznoucí je silně vázaná voda.

Vzhledem k tomu, že hydroxylové skupiny dřeva polymery jsou hlavní sorpčních míst, při nízké vlhkosti, to je navrhl, že molekuly vody se mohou vázat na dvou sousedních hydroxylových skupin současně (Joly et al., 1996) tvořící monovrstvu nebo silně vázanou vodu na polární skupiny uvnitř buněčné stěny. K tomu dochází při obsahu vlhkosti až do ~ 4%. Dále, polymolecular adsorpce probíhá v rozmezí obsahu vlhkosti v rozmezí od ~ 4% na 12%, tvoří vícevrstvé nebo slabě vázané vody k podkladu, nebo ve větších vodních klastrů. Fenomén kapilární sorpce zahrnuje obsah vlhkosti dřeva od 12% do ~ 30% (bod nasycení buněčné stěny). Bod nasycení vlhkostí je dosaženo dřevem, když je udržováno dostatečně dlouho v prostředí s maximálním procentem RH a je to množství nezávislé na druhu dřeva.

obsah vlhkosti se obvykle vyjadřuje jako procento hmotnosti dřeva. Proto je při stejném obsahu vlhkosti hmotnost vody obsažené ve dřevě odlišná hodnota pro jednotlivé druhy dřeva. Dřevo s vyšší hustotou obsahuje více vody než dřevo s nižší hustotou při stejném obsahu vlhkosti.

adsorpce a desorpce vody je doprovázena změnami lineárních rozměrů dřeva(bobtnání a smrštění). Vzhledem k anizotropní anatomii dřeva se jeho deformace související s obsahem vlhkosti liší v podélném, radiálním a tangenciálním směru. Největší změna velikosti probíhá ve směru letokruhů (tangenciálně), méně příčně na kroužky a trochu ve směru dříku. Kromě toho různé druhy dřeva bobtnají odlišně (Rowell, 2005; Hohne a Tauer, 2016).

nasákavost dřeva je schopnost dřeva ponořeného do vody (nebo jiných kapalin) absorbovat. Absorpce je definována třemi parametry, rychlostí absorpce, maximální kapacitou vody a stupněm (koeficientem) nasycení. Jejich číselné hodnoty jsou závislé na druhu dřeva (jeho hustota a pórovitost), kufr zóny (běl nebo jádrové dřevo), počáteční vlhkosti dřeva tkáně, typu kapaliny, velikost vzorku a anatomickou směru dřeva.

propustnost dřeva je náchylnost materiálu k navlhčení a jeho schopnost umožnit průchodu kapaliny. Tato vlastnost je důležitá mimo jiné pro impregnační procesy (při konzervaci dřeva) a konstrukci. Mezi hlavní faktory určující náchylnost k pronikání patří anatomie dřeva, zóna průřezu kmene (bělové dřevo, Srdce), anatomický směr a tlak kapaliny.

pronikání vody, kdy je dřevo vystaveno vlhkosti, a rychlost uvolňování dřeva, kdy je umožněno, aby suché, mají významný vliv na určování výkonnosti a očekávanou životnost. Protože propustnost vody je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících výkonnost dřevěné součásti, jako je ovládání možnost houbové úpadek, druhu dřeva, které jsou méně propustné pro vodu se očekává, že k lepším výkonům, než propustné druhy v použití třídy, kde je dřevo vystaveno občasné smáčení. Čas vlhkost je také klíčovým faktorem pro růst plísní, a to je ovlivněno parametry prostředí, včetně konstrukce, stavební fyzika a expozice a údržbu, které mají významný vliv na výkon a v celé Evropě značně liší (Kutnik et al., 2014).

tepelné vlastnosti dřeva charakterizují chování dřeva při tepelném zatížení, kdy teplota stoupá nebo klesá. Teplota je důležitým parametrem, který ovlivňuje různé technologické procesy a specifické vlastnosti dřeva. Mezi mnoha tepelné vlastnosti konstrukčních materiálů, jsou následující nejdůležitější v dřevařské odvětví, specifické teplo, tepelná vodivost a tepelná roztažnost (Czajkowski et al., 2016).

Specifické teplo (měrná tepelná kapacita), materiálu je definována jako množství tepla na jednotku hmotnosti materiálu potřebné pro zvýšení teploty o 1°C a charakterizuje materiál z hlediska jeho schopnost akumulovat teplo. Má se za to, že specifické teplo dřeva je vysoké; proto se stejným množstvím tepla, jeho teplota stoupá pomaleji než teploty kovu nebo skla. Specifické teplo dřeva ovlivňuje jeho izolační vlastnosti a tepelnou kapacitu (Czajkowski et al., 2016; sklo a Zelinka, 2010).

měrná tepelná vodivost daného materiálu je jeho schopnost vést teplo z míst o vyšší teplotě do míst o nižší teplotě kolem toku zářivé energie do sousedních molekul. Tato vlastnost materiálu je popsána číselnou hodnotou koeficientu tepelné vodivosti a čím vyšší je jeho hodnota, tím více tepla je vedeno materiálem. Tepelná vodivost dřeva stoupá se zvyšujícím se obsahem vlhkosti a hustotou. Závisí také na teplotě dřeva a směru toku tepelného proudu ve vztahu ke směru zrna. Měřeno podél zrna je koeficient tepelné vodivosti dřeva dvakrát vyšší, než je měřeno ve směru příčném k zrnu, tj., 2016; Sklenička a Zelinka, 2010).

tepelná difuzivita je měřítkem toho, jak rychle může materiál absorbovat teplo ze svého okolí. Je definován jako poměr tepelné vodivosti k produktu hustoty a tepelné kapacity. Vzhledem k nízké tepelné vodivosti a středně hustota a tepelná kapacita dřevo, tepelná vodivost dřeva je mnohem nižší než u jiných konstrukčních materiálů, jako je kov, cihly a kámen (Sklo a Zelinka, 2010).

tepelná roztažnost dřeva je vlastnost, která se objevuje v důsledku zvýšení teploty (vytápění). Vyznačuje se koeficientem lineární a objemové roztažnosti. První z nich je vztah prodloužení dané délky jednotky materiálu na zvýšení teploty materiálu na jeho počáteční délku, zatímco druhá je vypočtena analogicky. Současně je lineární expanze vypočtená v podélném směru mnohem nižší než radiální nebo tangenciální. Nízký koeficient podélné roztažnosti je výhodou dřeva používaného ve stavebních konstrukcích (sklo a Zelinka, 2010).

Akustické vlastnosti dřeva jsou skupinou funkce spojené s průběhem jevů doprovázejících cestování ultrazvukových vln a jejich vliv na další fyzikální parametry dřeva. Anatomie dřeva umožňuje zvuku cestovat ve směrech rovnoběžných a příčných k zrnu. Proto se stanovení každé vlastnosti dřeva provádí ve třech anatomických rovinách (směrech) (Bucur, 2006). Rychlost ultrazvukových vln ve dřevě je také ovlivněna různými faktory. Změny v růstovém kruhu, přírodní vady, vlhkost a teplota způsobí útlum akustických ultrazvukových parametrů. Například rychlost klesá, když je obsah vlhkosti vyšší v radiálním směru než v tangenciálním směru. Akustické vlastnosti jsou také ovlivněny hustotou materiálu (Chen et al ., 2012; Yang a kol., 2015).