Effect of structural direction and initial moisture content on swelling rate of wood

Summary The swelling rate of Engelmann spruce (Picea engelmannii Parry) in water was determined on cross sectional, quartersawn, and flatsawn samples. The rate of swelling from six initial moisture content levels to saturation was measured in both the tangential and radial directions.Internal restraints were found to influence the swelling rate of the quartersawn and flatsawn samples in their radial and tangential directions, respectively. These restraints occurred when swelling commenced from a low initial moisture content and were attributed to the compressive forces imposed on the outer swelling surface by the dry unswollen interior of the wood.The restraining effect was also obvious in the change with time of the ratio of tangential-to-radial swelling at the lower initial moisture content levels. In the case of the quartersawn samples, swelling from oven-dry to saturation, the ratio was at first approximately 3.5: 1.0, but decreased with time to an equilibrium ratio 2.2: 1.0. The ratio for the flatsawn samples, swelling from zero to saturation, was at first approximately 0.58: 1.0, but increased with time to about 2.0: 1.0. No obvious effects of internal swelling restraints were observed during the swelling of the cross sectional samples.The tangential-to-radial swelling ratios for all three types of samples increased with increasing initial moisture content. This indicated that swelling at the higher levels of moisture content may have been largely in the tangential direction.

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Zusammenfassung Die Quellungsgeschwindigkeit von Engelmannsfichte (Picea engelmannii Parry) in Wasser wurde an Querschnitten sowie an radial und tangential geschnittenen Proben dieses Holzes bestimmt. Ausgehend von sechs verschiedenen Anfangs-Holzfeuchtigkeiten wurde die Quellungsgeschwindigkeit bis zur Sättigung in tangentialer und in radialer Richtung gemessen.Innere Behinderungskräfte beeinflußten, wie festgestellt werden konnte, die Quellungsgeschwindigkeit der radial bzw. tangential geschnittenen Proben in tangentialer oder radialer Richtung. Diese Quellungsbehinderung trat vor allem im Falle niedriger Anfangs-Holzfeuchtigkeiten in Erscheinung und wurde jenen Druckkräften zugeschrieben, die den äußeren quellenden Schichten durch die noch nicht gequollenen inneren Holzteile entgegenwirken. Die Wirkung der Behinderung war ebenso an der änderung der Zeitkomponente des Quellungsverhältnisses tangential/radial bei niedrigen Anfangs-Holzfeuchtigkeiten deutlich zu erkennen. Bei der Quellung der Radialproben vom Darrzustand bis zur Sättigung betrug dieses Verhältnis zunächst 3,5: 1,0 und sank dann mit der Zeit bis zu einem Ausgleichsverhältnis von 2,2: 1,0. Bei der entsprechenden Quellung der Tangentialproben von Darrtrockenheit bis zur Sättigung waren die Werte zuerst 0,58: 1,0, stiegen dann aber mit der Zeit auf etwa 2,0: 1,0 an. Bei den quer geschnittenen Proben war dagegen keine Auswirkung behindernder, innerer Kräfte auf die Quellung festzustellen.Bei allen drei Probenarten wurde das tangential/radial-Quellungsverhältnis mit ansteigender Anfangs-Holzfeuchtigkeit größer. Dies ist ein Hinweis dafür, daß bei höheren Anfangs-Holzfeuchtigkeiten die Quellung überwiegend in tangentialer Richtung erfolgt.

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Prepared for the meeting of International Union of Forestry Research Organizations, Section 41 Working Group on Wood Physics, Paris, France, June 1, 1966.

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Contribution from the Department of Wood Science and Technology, North Carolina Agricultural Experiment Station, Raleigh, N. C. Published with the approval of the Director of Research as Paper No. 2186 of the Journal Series. This research was done by the author at North Carolina State University (under the direction of Alfred Joaquin Stamm) as part of a National Science Foundation research grant.

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Maintained at Madison, Wis., in cooperation with the Univeristy of Wisconsin.