Свойства, определяющие характеристику древесины к излучению

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по дисциплине:

«Физика древесины»

Тема: «Свойства, определяющие характеристику древесины к излучению»

Оглавление

Используемые сокращения

Введение

1. Инфракрасное (ИК) излучение

2. Световое излучение

3. Ультрафиолетовое излучение

4. Рентгеновское излучение

5. Ионизирующие излучение

Список литературы

Используемые сокращения

МЛТИ - Московский Лесотехнический институт, с 1993 года Московский государственный университет леса;

ИХД - Институт Химии Древесины г. Рига;

ЛТА - Лесотехническая академия г. Санкт-Петербург;

ЦНИИМОД - Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины;

Мрад - 106 рад.

Введение

Древесина представляет собой ценнейшее сырье, которое находит самое широкое и многообразное использование. Трудно назвать такую отрасль народного хозяйства, в которой бы в той или иной мере не потреблялась древесина. Древесина используется преимущественно после переработки в виде пиломатериалов (доски, брусья и т. д.), фанеры, целлюлозы, бумаги, картона, древесноволокнистых и древесностружечных плит. Часть древесины применяется в виде круглых сортиментов.

Древесина широко и в больших количествах используется в строительстве для изготовления окон, дверей, полов, паркета и т. д., в горнорудной промышленности в качестве крепежного материала; из древесины изготовляют мебель и тару, шпалы и спортивный инвентарь, мосты и суда, спички и музыкальные инструменты; натуральная, цельнопрессованная и слоистопрессованная древесина используется в машиностроении; древесина служит исходным сырьем для получения таких ценнейших продуктов, как кормовые дрожжи, корд (для шинной промышленности), вискозное волокно (для текстильной промышленности), фурфурол (для производства пластмасс, синтетических волокон типа нейлона и других целей). Этот далеко не полный перечень использования древесины можно было бы намного увеличить.

На применение древесины оказывают большое влияние ее свойства, в данной работе рассмотрим влияние излучений на свойства древесины.

Различные виды излучений, представляющих собой электромагнитные колебания, образуют спектр, охватывающий огромный диапазон длин волн. Наибольшую длину имеют радиоволны (от десятков километров до миллиметров). Ниже будут рассмотрены свойства древесины, проявляющиеся при действии излучений, обладающих длиной волны от 400 мкм (микрометров) до 0,3 пм (пикометра) (1пикометр = 1 х 10-12 м).

1. Инфракрасное (ИК) 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 1000 мкм до 0,77 мкм. Принято различать три области ИК-спектра: дальнюю (с длинами волн от 1000 мкм до 50 мкм); среднюю (от 50 до 2,5 мкм) и ближнюю (от 2,5 до 0,77 мкм).

Способность древесины пропускать, поглощать и отражать инфракрасные лучи зависит от длины волны падающего излучения. В МЛТИ было установлено, что проницаемость древесины инфракрасными лучами с длиной волны л=5...6,5 мкм крайне 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

Позднее в ИХД было установлено, что наибольшая отражательная способность древесины наблюдается при волнах длиной л=1,0...1,1 мкм (коэффициент отражения достигает 0,8). В дальней области ИК-спектра коэффициент отражения значительно меньше и составляет 0,1...0,15.

Максимум проницаемости наблюдается при длине волны л=1... 1,1 мкм. В дальней области проницаемость постоянна. С увеличением плотности древесины проницаемость уменьшается. Через радиальные поверхности древесины проницаемость больше, чем через тангенциальные. Повышение влажности древесины приводит к увеличению ее проницаемости для ИК-излучений.

Значительная часть энергии инфракрасных лучей поглощается поверхностной зоной (глубиной до 3 ...4 мм) образцов древесины. При этом наибольшее поглощение наблюдается в дальней области ИК-спектра. При длине волн 8... 15 мкм коэффициент поглощения находится в пределах 0,7...0,9.

В ближней области, в частности при л=1,93 мкм, коэффициент отражения воды в десятки раз меньше, чем древесины, поэтому повышение влажности древесины приводит к уменьшению ее отражательной способности. Это дает возможность измерять влажность поверхностных зон массивной древесины методом ИК-спектроскопии.

Поглощение инфракрасных лучей вызывает нагревание материала. Это позволяет использовать инфракрасные лучи для сушки тонких сортиментов (шпона, щепы, стружки), нагревания древесины при склеивании, а также для ее стерилизации. Кроме того, инфракрасное излучение используется для сушки лакокрасочных покрытий на древесине; при этом резко увеличивается скорость сушки и улучшается качество покрытия.

2. Световое излучение

древесина инфракрасный ультрафиолетовый ионизирующий

Видимое световое излучение охватывает часть спектра электромагнитных колебаний 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 древесных материалов, 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). Чувствительная приемная аппаратура позволяет, по данным ЛТА, зафиксировать лучи света, прошедшие через образцы древесины осины, сосны, ели толщиной до 35 мм, а березы -- до 15 мм.

При падении пучка световых лучей на поверхность древесины часть потока отражается. Измеряя интенсивность отраженного светового потока, можно судить о древесной породе, качестве поверхности и наличии пороков, изменяющих окраску древесины.

Важным преимуществом световой дефектоскопии является ее полная безопасность для обслуживающего персонала.

В последнее время в связи с созданием лазеров -- источников света высокой направленности и большой плотности -- успешно развивается лазерная технология. При воздействии лазерного излучения происходит переход электромагнитной энергии в тепловую, что позволяет использовать лазеры в качестве своеобразного режущего инструмента. Лазерное ?резание? сопровождается обугливанием или потемнением поверхностных зон материала. Этот способ обработки используется для фигурного раскроя листовых древесных материалов, резьбы, граверных работ и т. п.

3. Ультрафиолетовое излучение

Эти лучи имеют длины волн от 0,38 мкм до 10 нм [1 нм (нанометр)=10~9 м =10 А (ангстрем)]. 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.

Из 150 исследованных древесных пород (по данным ЛТА) флуоресценция была обнаружена у подавляющего большинства пород (90 %). Чаще всего облученная древесина светится фиолетовым светом (40 % исследованных пород), синим или голубым светом (25 % пород). Темно-фиолетовым светом светится 15 % пород; реже всего наблюдается желтое или зелено-желтое свечение (10%).

Таблица 1 - Характеристика цвета и интенсивности флуоресценции древесины.

По данным Б.К. Лакатош [1], колориметрические характеристики флуоресценции древесины наиболее распространенных пород следующие: длина волны чистого спектрального цвета л=500...600 нм; чистота цвета Р=3...32%; коэффициент отражения р=5...10. 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 для 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.

4. Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение имеет длину волн 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. Располагая по ходу лучей за исследуемым объектом светящийся экран, можно наблюдать на нем внутренние дефекты объекта (пустоты, включения и т.п.).

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 плотности древесины и тонкого строения клеточной стенки.

5. Ионизирующие излучение

Ионизирующие (ядерные) 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). Источники первых двух видов излучений -- радиоактивные вещества. Эти излучения называются радиоактивными. Источниками нейтронных излучений служат ядерные реакторы, различные ускорители элементарных частиц, препараты, содержащие смеси радиоактивных веществ с веществами, испускающими нейтроны.

Пока лучше исследовано воздействие на древесину радиоактивных излучений. Альфа-лучи плохо проникают в древесину; большая проникающая способность у бета-лучей и еще лучшая -- у гамма-лучей.

По данным Уральского лесотехнического института (УЛТИ), ЦНИИМОДа и ряда других организаций, проницаемость древесины бета-лучами уменьшается с увеличением ее плотности, влажности и размеров.

Исследования проницаемости древесины сосны, ели, дуба, бука,березы гамма-лучами (источник - кобальт-60) , проведенные Б.К.Лакатош, показали, что наиболее легко гамма-лучи проникают в направлении вдоль волокон (особенно у дуба).

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. 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 г-лучей увеличивается в зависимости от размеров материала, подчиняясь линейному закону

Гамма-лучи могут быть использованы для дефектоскопии древесины, определения ее влажности и плотности, а также для контроля размеров деталей бесконтактным способом в непрерывном производственном потоке.

Гамма-облучение, по данным А. С.Фрейдина (ЦНИИМОД), оказывает наименьшее влияние на сопротивление древесины сжатию. Значительно больше снижается при этом прочность на скалывание и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу. При двух последних видах испытаний древесины сосны резкое снижение прочности (на 20... 24 %) наблюдается уже после дозы 50 Мрад. При дозе облучения в 100 Мрад прочность снижается вдвое. Прочность при статическом изгибе после дозы облучения 500 Мрад составляет немногим более 10 %. Прочность на сжатие вдоль волокон при такой дозе снижается примерно на 30 %, а доза облучения 100 Мрад практически не оказывает на нее влияния. Наиболее сильно влияет облучение на ударную вязкость древесины. У древесины сосны после облучения дозой 50 Мрад ударная вязкость снизилась более чем в 2 раза.

Наиболее легко разлагаются гемицеллюлозы (в первую очередь пентозаны), более радиационно стойким веществом является целлюлоза, радиационная устойчивость лигнина еще выше. Поскольку лигнин лучше, чем целлюлоза, сопротивляется сжимающим нагрузкам, облучение меньше снижает прочность древесины именно при сжатии вдоль волокон.

Использование радиоактивных изотопов для контроля технологических процессов обработки древесины вызывает ее облучение, однако доза облучения в миллионы раз меньше той, которая приводит к заметному снижению прочности. Применяемая лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых примерно 1 Мрад) практически не снижает механические свойства древесины.

Список литературы

1. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. -- 3-е изд. - М.: МГУЛ, 2001. - 340.

2. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение: Учебник для сред. проф. образования / Борис Наумович Уголев. -- 2-е изд., стер. -- М.: Издательский центр ?Академия?, 2006. -- 272 с.

3. http://www.drevesinas.ru

Размещено на Allbest.ru