Свойства древесины при воздействии электромагнитных излучений

        

Введение.

 

          Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась в том ли ином виде, и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал.

    Древесину применяют для изготовления мебели, столярно-строительных изделий. Из неё делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты, спички, карандаши, бумагу, предметы обихода, игрушки, сувениры. Натуральную или модифицированную древесину применяют в машиностроении и горнорудной промышленности; она является исходным сырьём для  целлюлозно-бумажной промышленности, производства древесных плит.

Широкому использованию древесины способствуют её высокие физико-механические качества. Хорошая обрабатываемость. А также эффективные способы изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, при небольшой массе хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Древесина соединяется крепёжными изделиями, прочно склеивается, сохраняет красивый внешний вид, на неё хорошо наносятся защитно-декоративные покрытия. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов, гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию. Кроме того, древесина имеет пороки биологического происхождения, которые снижают её качество. Чтобы использовать древесину, надо знать её свойства, строение и пороки.

 

 

Свойства древесины при воздействии

электромагнитных излучений

 

Поверхностные зоны древесины могут эффективно прогреваться с помощью невидимых инфракрасных лучей.

 

Инфракрасное излучение.

При нагревании тел происходит преобразование тепловой энергии в лучистую энергию электромагнитных колебаний. При этом нагретые тела испускают невидимые инфракрасные лучи с длинами волн от 400 мкм до 0,76 мкм. Источником инфракрасных лучей могут быть обычные электрические лампы накаливания, специальные зеркальные лампы инфракрасного излучения, в которых рефлектором служит посеребренная изнутри верхняя часть стеклянной колбы лампы; газовые горелки, электронагревательные спирали и др. В обычных лампах накаливания большая часть излучения приходится на долю невидимых инфракрасных лучей: например, в пустотных лампах на видимое световое излучение расходуется только 7% энергии, на невидимое инфракрасное излучение — 86 % и потери энергии составляют — 7%.

Инфракрасные лучи обладают слабой проникающей способностью. Проницаемость древесины инфракрасными лучами с длиной волны от 5 до 6,5 мкм очень мала. Примерно 80% лучистой энергии отражается и сорбируется поверхностным слоем древесины толщиной 0,1 мм. Для образцов толщиной 0,3—0,5 мм из древесины дуба, березы, бука, ореха и ольхи в указанном диапазоне длин волн не было обнаружено сколько-нибудь заметных различий проницаемости. При большой толщине образцов (до 3 мм) проницаемость древесины оказалась практически одинаковой. Поглощение инфракрасных лучей сопровождается нагреванием материала. Это позволит использовать инфракрасные лучи для сушки тонких сортиментов древесины, а также для ее стерилизации. Кроме того, инфракрасное излучение используется для сушки лакокрасочных покрытий на древесине; скорость сушки при этом резко увеличивается.

Значительно глубже - до 10-15 см - проникают в древесину лучи видимого света. По характеру отражения световых лучей можно оценивать наличие видимых пороков древесины.

 

Световое излучение.

Световое лазерное излучение прожигает древесину и в последнее время успешно используется для выжигания деталей сложной конфигурации. 
Ультрафиолетовые лучи проникают гораздо хуже в древесину, но вызывают свечение - люминесценцию, которое может быть использовано для определения качества древесины.

Видимое световое излучение охватывает часть спектра с длинами волн от 0,76 до 0,38 мкм и включает последовательно красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые лучи. Световые лучи обладают большей проникающей способностью, чем инфракрасные, и могут быть использованы для обнаружения скрытых дефектов внутри древесины или изделий из нее. Например, перемещая лист клееной фанеры толщиной до 3 мм по столу над прорезью, освещенной сильным источником света (мощной лампой с рефлектором), можно обнаружить швы, сучки и трещины во внутреннем слое, а также дефекты склеивания (темные пятна указывают на места, где клей не связал листов шпона).

Если использовать чувствительную приемную аппаратуру, можно зафиксировать лучи света, прошедшие через образцы древесины осины, сосны, ели толщиной до 35 мм, а березы — до 15 мм. Как отмечалось ранее, при падении пучка световых лучей на поверхность древесины часть энергии отражается. Изменяя интенсивность отраженного светового потока, можно судить о древесной породе, качестве поверхности и наличии пороков, изменяющих окраску древесины. Важное преимущество световой дефектоскопии — полная безопасность для обслуживающего персонала.

 

Ультрафиолетовое излучение.

Ультрафиолетовые лучи в спектре электромагнитных колебаний следуют за видимыми фиолетовыми лучами и имеют длины волн от 0,38 мкм до 10 нм (1 нанометр = 10-9 м = 10 А). Источником ультрафиолетовых лучей могут быть температурные и газоразрядные излучатели, открытые дуговые лампы и, наконец, естественный излучатель — солнце.

Особенность ультрафиолетового излучения заключается в способности вызывать свечение — люминесценцию некоторых веществ. Из-за наличия тепловых потерь при люминесценции в большинстве случаев испускается излучение с большей в среднем длиной волны, чем длина волны возбуждающих лучей. Каждое люминесцентное вещество дает излучение определенного спектрального состава. Свечение, которое исчезает сразу же после прекращения облучения объекта, называется флуоресценцией. Некоторые вещества обладают способностью светиться и после прекращения облучения. Такой вид свечения называется фосфоресценцией. Способность древесины большинства пород флуоресцировать в ультрафиолетовом свете была замечена давно. Из 150 древесных пород флуоресценция была обнаружена у подавляющего большинства пород (90%). Чаще всего облученная древесина светится фиолетовым светом (40% пород); синим или голубым светом — светится 25% пород; темно-фиолетовый цвет имеет свечение 15% пород и реже всего наблюдается желтое и зелено-желтое свечение (10%).

 

Таблица 32. Характеристика цвета и интенсивности флуоресценции древесины.

Порода	Цветовой тон (длина волны), нм	Чистота, %	Светлота, %	Коэффициент яркости, %
Ель	496	3	7,5	3,5
Сосна, ядро	530	6	5,2	3,8
Пихта	595	32	10,5	13.6
Лиственница, ядро	602	6	10,0	7,25
Дуб, ядро	496	5	6,2	8,0
Береза	508	8	9,2	9,4
Осина	557	10	8,5	11,7

 

Цвет и интенсивность свечения зависят не только от породы, но и от состояния древесины (степени загнивания древесины, ее влажности и температуры, качества обработки поверхности и т. д.). Все это открывает возможности для использования люминесценции в качестве средства обнаруживания пороков древесины, контроля качества обработки и т. д. Люминофоры (светящиеся вещества) можно использовать для обнаруживания скрытых от глаза мелких поверхностных трещин. Порошкообразный люминофор сначала наносят на всю исследуемую поверхность, а затем удаляют мягкой щеткой. Оставшийся в трещинах люминофор при освещении ультрафиолетовыми лучами начинает светиться, обнаруживая место и размеры трещин.

 

Рентгеновское излучение.

Рентгеновские лучи используются для определения особенностей тонкого строения древесины, выявления скрытых пороков и в других случаях.

Этот вид излучения появляется при торможении быстродвижущихся электронов. Рентгеновское излучение охватывает часть спектра электромагнитных волн длиной примерно от 5 нм до 0,6 пм. Рентгеновские лучи способны вызывать свечение некоторых веществ, оказывать действие на фотоэмульсию, вызывать ионизацию газов и оказывать биохимическое действие на живые организмы. Рентгеновские лучи, проходя через исследуемый объект, по-разному поглощаются отдельными его участками. Чем выше плотность участка, тем меньше интенсивность прошедших через него лучей.

Расположив по ходу лучей за исследуемым объектом флуоресцирующий экран, можно наблюдать на нем внутренние дефекты объекта (пустоты, включения и т. д.). Такой метод исследования называется рентгеноскопией. Если вместо экрана использовать фотопленку (рентгенографию), можно не только получить изображения, характеризующие внутренние неоднородности (по плотности) объекта, но произвести количественные исследования. Рентгеновскими лучами могут быть просвечены крупные круглые сортименты (диаметром до 40—50 см); это позволяет просвечивать стволы растущих деревьев при помощи передвижных установок. При помощи рентгеновских лучей в древесине можно обнаружить ряд скрытых пороков — заросшие сучья, ходы насекомых, внутренние трещины, гнили, пустоты, а также металлические включения. Повышение влажности снижает проницаемость древесины рентгеновскими лучами. Это свойство может быть использовано для определения величины и характера распределения влажности по сечению сортимента в процессе сушки. Рентгеновские лучи применяются также для изучения тонкого строения клеточной оболочки.

 

Ядерные излучения.

Из ядерных излучений можно отметить бета-излучения, которые используются при денсиметрии растущего дерева. Гораздо шире могут применятся гамма-излучения, которые глубже проникают в древесину и используются при определении её плотности, обнаружении гнилей в рудничной стойке, конструкциях и т.д.

Ядерные, или, как их часто называют, ионизирующие излучения, возникают при распаде радиоактивных веществ, делении атомов тяжелых ядер, ядерных реакциях. Различают следующие виды ядерных излучений: потоки заряженных частиц, электромагнитное излучение и потоки незаряженных частиц (нейтронов). Первые два вида излучений имеют своим источником радиоактивные вещества и называются радиоактивными. Источники нейтронных излучений — ядерные реакторы, различные ускорители элементарных частиц и препараты, содержащие смеси радиоактивных веществ с веществами, испускающими нейтроны.

Сердцевинные лучи оказывают существенное влияние на поглощение энергии излучения. Количество проникающей энергии больше, если направление плоского пучка гамма-квантов совпадает, с плоскостью сердцевинных лучей. С увеличением влажности поглощение энергии увеличивается по параболическому закону. Это дает возможность использовать γ-лучи для бесконтактного контроля влажности древесины. Увеличение плотности приводит к линейному возрастанию количества поглощенной энергии. Прямые, связывающие эти два фактора (поглощение и плотность древесины), для разных пород имеют различный наклон. Чем выше равномерность распределения плотности древесины (равноплотность) и выше абсолютная плотность древесины, тем больше тангенс угла наклона. Таким образом, у бука тангенс угла наклона прямой выше, чем у дуба (0,7345 и 0,3328), у березы больше, чем у сосны и ели (0,3368 и 0,2384). Следовательно, этим показателем (тангенсом угла наклона) можно количественно характеризовать равноплотность древесины. Ослабление γ-лучей увеличивается в зависимости от размеров материала, подчиняясь линейному закону. Гамма-лучи (γ) могут быть использованы для дефектоскопии древесины, определения ее плотности, влажности и размеров материала.

 

                                              Заключение.

 

    Древесина - один из наиболее широко распространённых материалов, имеющих многовековой опыт применения в строительстве, производстве мебели, шпал, авто-, вагоностроении и других отраслях народного хозяйства.

Основные преимущества древесины как материала: самовосстанавливаемость ресурсов; экологическая безопасность применения; высокая прочность; атмосферостойкость; химическая стойкость; небольшая плотность; невысокая теплопроводность и небольшой коэффициент линейного расширения; лёгкая обрабатываемость; гвоздимость; возможность использования древесных отходов производства.