Химический состав древесины
Древесина – это вещество клеточных стенок (оболочек клеток дерева), состоит в основном из органических веществ (около 99 %), и лишь небольшую часть (около 1 %) составляют минеральные вещества, которые при сжигании древесины образуют золу. Основные органические компоненты древесины являются высокомолекулярными соединениями (полимерами), которые в древесине между собой прочно связаны. Органические вещества древесины подразделяют на три основные части: углеводную, ароматическую и экстрактивные вещества. Главными компонентами древесины являются: целлюлоза (45–55 %), близкие к ней гемицеллюлоза (24–30 %) и лигнин (20–29 %).
Целлюлоза , или клетчатка имеет волокнистое строение, в чистом виде бесцветна, не имеет запаха и вкуса, очень стойка, не изменяется на воздухе и не растворяется в воде, спирте, ацетоне, эфире и других обычных органических растворителях. Целлюлоза идет на изготовление бумаги, искусственного шелка, взрывчатых веществ, ниток, целлулоида, нитроцеллюлозных лаков и других веществ. Гемицеллюлозы по своему химическому составу являются веществами, близкими к целлюлозе. Под действием кислот они легко гидролизуются и переходят в раствор. Лигнин представляет собой сложное органическое растительное вещество. От целлюлозы лигнин отличается большим содержанием углерода и меньшей стойкостью: она легко подвергается действию горячих щелочей и окислителей. В древесине хвойных пород в смоляных ходах или в смоляных клетках коры содержатся смолы . Из древесины сосны получают жидкую смолу – живицу, представляющую густую, липкую прозрачную жидкость с ароматическим запахом. В древесине многих пород (дуб, каштан) содержатся дубильные вещества – танниды, используемые в кожевенной промышленности для дубления сырых шкур и превращения их в кожу. Млечные соки некоторых растений дают особые вещества – гуттаперчу. Породы, дающие гуттаперчу, называют каучуконосами (бересклет бородавчатый), т.к. она является сырьем для получения каучука.
2. Свойства древесины
Свойства древесины подразделяются на физические, механические, химические и биологические.
Физическими называются такие свойства древесины, которые можно определить без нарушения целостности испытуемого образца, без изменения его химического состава. К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид и запах, объемная масса, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, теплопроводность, звукопроводность, пористость, усушка, разбухание и коробление, газопроницаемость и др.
Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском и текстурой. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества. Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет и различный цвет: от белого (осина, ель, липа) до черного (черное дерево). Блеск древесины зависит от количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Плотная древесина обладает обычно большим блеском (бук, клен, ильм, платан, акация). Текстурой называется рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годовых слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины в направлении разреза. Запах древесины определяют находящиеся в ней смолы, эфирные масла, дубильные и другие вещества. В свежесрубленном состоянии древесина имеет более сильный запах, чем после высыхания. Ядро пахнет сильнее заболони.
Объемная масса характеризует древесину при стандартной 15 % влажности. От ее величины зависят строительно-технические свойства. Отношение веса вещества к весу воды, взятому в одинаковом объеме, называется удельным весом данного вещества. Удельный весь древесинного вещества составляет в среднем 1,49–1,57 г/см 3 . Так как древесина имеет поры, то в практике важен вес единицы объема древесины в ее естественном состоянии, т.е. объемный вес древесины. Объемная масса древесины в воздушно-сухом состоянии колеблется в значительных пределах – от 380 кг/м 3 для очень легких пород деревьев (пихта сибирская) до 1050 кг/м 3 для наиболее тяжелых (саксаул, фисташка). В зависимости от величины объемной массы в воздушно сухом состоянии древесину можно разделить на следующие группы: породы легкие, объемный вес до 0,55 (сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, осина, каштан, ива, черемуха); породы среднетяжелые, объемный вес 0,56–0,75 (лиственница, тис, берест, вяз, береза, ильм, бук, дуб, клен, рябина, черешня, яблоня, ясень, можжевельник); породы очень тяжелые, объемный вес выше 0,76 (акация белая, береза железная, граб, груша, самшит, саксаул, фисташник, хмелеграб, кизил).
В практике приняты следующие понятия, характеризующие степень влажности срубленной древесины: мокрая (находящаяся долгое время в воде) – доходит до 150–200 %; свежесрубленная древесина: для хвойных пород 80–100 %, для мягких лиственных пород 60–93 %, для твердых лиственных пород – 36–78 %; транспортная – влажность не выше 22 %; воздушно-сухая – 15–20 %, комнатно-сухая – 8–13 %,. Влажность древесины длительное время находящейся на воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой, называется равновесной, а влажность, соответствующая предельному содержанию гигроскопической влаги – точкой насыщения волокон. Древесина обладает высокой гигроскопичностью, ее влажность изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха.
Гигроскопичность (влагопоглощение ) – способность древесины поглощать пары воды из окружающего воздуха и отдавать содержащуюся в ней влагу. Гигроскопичность является отрицательным свойством древесины, так как обусловливает изменение плотности, объемной массы, теплопроводности и прочности древесины, изменяемость размеров деревянных конструкций в процессе их эксплуатации в зданиях и сооружениях, восприимчивость к бактериальному поражению. Водопроницаемость древесины определяется количеством воды, профильтровавшейся через поверхность образца за определенное время (г/см3) и зависит от породы древесины, ее исходной влажности, характера среза и других факторов. В процессе испарения гигроскопической влаги происходит уменьшение линейных и объемных размеров древесины.
Теплопроводность древесины невелика и зависит от объемной массы, характера пор и влажности, при увеличении плотности и влажности теплопроводность увеличивается. Теплопроводность древесины неодинакова: в направлении вдоль волокон коэффициент теплопроводности примерно в 1,5–3 раза больше, чем поперек.
Звукопроводностью называется свойство материала пропускать сквозь свою толщу звук. Древесина является хорошим проводником звука, который распространяется в ней в 2–17 раз быстрее, чем в воздухе. Большая звукопроводность древесины является ее отрицательным свойством, вызывая необходимость применения звукоизолирующих материалов. Звук распространяется быстрее вдоль волокон и медленнее поперек волокон (особенно в тангенциальном направлении). Сырая и загнившая древесина проводит звук значительно хуже сухой и здоровой. Резонансные свойства древесины зависят от однородности ее строения и объемного веса. Наилучшими резонирующими свойствами обладает древесина ели, кавказской пихты и кедра сибирского.
Электропроводность древесины подвержена значительным изменениям и зависит от ее породы, температуры, направления годовых слоев и влажности. С повышением температуры и влажности электропроводность древесины увеличивается.
Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 80%, лиственных – от 32 до 80%.
Усушка, разбухание и коробление . При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково. При разбухании и усушке происходит коробление и растрескивание лесных материалов. Коробление вызывает появление внутренних напряжений в древесине и растрескивание пиломатериалов и бревен.
Механическими называются свойства древесины оказывать сопротивление действующим на нее внешним механическим силам (нагрузкам). Механические свойства древесины в значительной степени зависят от объемной массы, с повышением которой увеличивается прочность. С повышением влажности прочность уменьшается. К механическим свойствам древесины относятся прочность, упругость, твердость, вязкость, хрупкость . Во многих деревянных конструкциях древесина работает на сжатие, смятие, скалывание, изгиб и реже на растяжение как вдоль, так и поперек волокон. У хвойных пород предел прочности при сжатии вдоль волокон в 10–12 раз больше, чем поперек, а у лиственных – в 5–8 раз. Прочность древесины при растяжении вдоль волокон очень высокая, она превышает ее прочность при сжатии вдоль волокон и составляет 1200-1300 кг/см 2 . Прочность древесины при статическом изгибе в среднем в 2 раза выше прочности ее на сжатие вдоль волокон. Прочность древесины на скалывание вдоль волокон в 8-10 раз меньше, чем при растяжении, и в 5 - 6 раз меньше, чем при сжатии.
Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточных деформаций. Количественно твердость измеряется усилием в кг, которое нужно приложить для того, чтобы вдавить в материал другое, более твердое тело. Твердость измеряется в кг на 1 см 2 поверхности (кг/см 2 ). Различают твердость древесины - торцовую, тангенциальную и радиальную. Торцовая твердость древесины превосходит боковую. С изменением влажности на 1 % торцовая твердость древесины изменяется на 3 %, боковая - на 2 %. Основные породы располагаются в следующей последовательности по степени их твердости в порядке уменьшения: кизил, фисташка, хмелеграб, граб, ясень, груша, берест, дуб, эвкалипт, бук, рябина, можжевельник, клен остролистный, вяз, береза, лиственница, кипарис, ольха, каштан, сосна, ива белая, осина, ель, кедр, пихта сибирская.
Раскалываемостью называется способность древесины расщепляться вдоль волокон под действием расклинивающих ее сил. Легко раскалывается мёрзлая древесина. Раскалываемость древесины должна учитываться при скреплении деталей гвоздями и болтами, особенно у торца и кромок.
При изготовлении изделий из древесины большое значение имеют технологические свойства. К ним относятся обрабатываемость резанием, сопротивление истиранию, способность к загибу, склеиванию и окрашиванию, а также способность удерживать металлические крепления.
Химические свойства древесины характеризуют ее стойкость к действию кислот, щелочей и других реагентов. Древесина обладает высокой стойкостью к действию раствора щелочей, солей и большинства органических кислот. Однако растворы минеральных кислот, особенно азотной, а также морская вода разрушают древесину. Древесина хвойных пород обладает большей коррозионной стойкостью к действию агрессивных сред, чем древесина лиственных пород. Снижение химической стойкости древесины сопровождается изменением ее цвета – от побурения до обугливания.
Древесина является горючим материалом: температура ее обугливания 120–150 о С; температура воспламенения 250–300 о С. Для защиты от возгорания древесину пропитывают огнезащитными составами (антипиренами), окрашивают жидкими огнезащитными материалами и др.
Биологические свойства древесины определяются стойкостью против грибов, плесени и насекомых, которая зависит от содержания смолистых, дубильных и других веществ. По биостойкости древесину подразделяют на три группы: наиболее стойкая (тисс, дуб), среднестойкая (сосна, кедр) и малостойкая (осина, бук). Гнилостойкость древесины повышают путем обработки ее антисептиками, к которым относятся органические и минеральные вещества с высокой токсичностью к грибам и насекомым.
Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остаётся её неорганическая часть - зола. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы.
Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы.
Целлюлоза - природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C6H10O5)n, где n - степень полимеризации, равная 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы - тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцеллюлозы, а также вода.
Лигнин - полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснения молодой клеточной стенки. Лигнин химически нестоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и её кислых солей.
Гемицеллюлозы - группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C5H8O4)n и гексозаны (C6H10O5)n. Формула гексозанов на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации у всех гемицеллюлоз гораздо меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более коротких цепочках молекул и меньшей стойкости этих веществ по сравнению с целлюлозой.
Кроме основных органических веществ, в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннидов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире.
В качестве сырья древесину потребляют три отрасли химической промышленности: целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая. Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает целлюлозу для изготовления бумаги, картона и целого ряда целлюлозных материалов (производных целлюлозы), а также древесноволокнистых плит.
Основываясь на высокой химической стойкости целлюлозы, путём воздействия различных агентов на древесину переводят в раствор сопровождающие её менее стойкие вещества. Различают три группы способов промышленного получения целлюлозы: кислотные, щёлочные и нейтральные. Выбор того или иного способа зависит в основном от породного состава перерабатываемого древесного сырья.
К группе кислотных способов относятся сульфитный и бисульфитный. При сульфитном способе в качестве сырья используется древесина малосмолистых хвойных (ели, пихты) и ряда лиственных пород. Бисульфитный способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород.
К группе щёлочных способов относятся сульфатный и нейтральный. Наибольшее распространение получил сульфатный метод. Варка щепы ведется в растворе едкого натра и сернистого натрия. Сульфатный способ позволяет получать более прочные волокна. К достоинствам этого способа относится меньшая продолжительность варки, а также возможность осуществлять процесс по замкнутой схеме (путем регенерации щелока), что уменьшает опасность загрязнения водоемов. Этим способом получают более половины производимой в мире целлюлозы, так как он позволяет использовать древесину любых пород .
Нейтральный - способ получения целлюлозы из древесины лиственных пород, при котором варочный раствор содержит вещества (моносульфиты), имеющие реакцию, близкую к нейтральной.
Широкое применение находят производные целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с растворами едкого натра, азотной и серной кислот или уксусным ангидридом можно получить искусственные ткани (штапель, вискозный и ацетатный шёлк), кордонное волокно для изготовления автомобильных и авиационных шин, целлофан, целлулоид, кино- и фотоплёнки, нитролаки, нитроклеи и другие продукты.
При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, которые превращаются в простые сахара (глюкозу, ксилозу и др.) Эти сахара можно подвергать химической переработке, получая ксилит, сорбит и другие продукты. Однако гидролизная промышленность в основном ориентируется на последующую биохимическую переработку сахаров.
Реакция гидролиза происходит при довольно высокой температуре (150-190°С). При охлаждении гидролизата (водного раствора простых сахаров) образуются пары, из конденсата которых получают фурфурол. Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон (нейлона), смол, изготовления медицинских препаратов (фурацилина и др.), красителей и других продуктов.
При дальнейшей переработке гидролизата получают кормовые дрожжи, этиловый спирт (этанол), углекислый газ. Этанол получают только из хвойной древесины, используют как растворитель и, всё больше, как топливо.
При нагревании древесины без доступа воздуха происходит пиролиз. В результате пиролиза образуется уголь, жижка и газы.
Древесный уголь, отличающийся высокой сорбционной способностью, применяют для очистки промышленных растворов, сточных вод, в производстве сахара, при выплавке цветных металлов, при изготовлении медицинских препаратов, полупроводников, электродов и для многих других целей.
Жижка - раствор продуктов разложения, используется в производстве антисептиков, фенолов, уксусной кислоты, метилового спирта, ацетона. Газы, образующиеся при пиролизе древесины, используют в качестве топлива.
Сырьём для лесохимической промышленности помимо низкокачественной древесины являются экстрактивные вещества. Добыча смолы (живицы) из хвойных пород деревьев и кустарников достигается путём подсочки. Для этого на поверхности стволов сосны или кедра осенью наносят специальную рану (карру), из которой живица вытекает в конический приёмник. Переработка живицы осуществляется на лесохимических предприятиях, где происходит отгонка с водяным паром летучей части - скипидара и уваривание канифоли.
Скипидар широко применяется как растворитель в лакокрасочной промышленности для производства синтетической камфары. Камфара используется в производстве целлюлозы, лаков и киноплёнки. Канифоль применяют в производстве каучука, бумаги, нитролаков, электроизоляционных материалов и др.
- Назад
Виноград
В садах и на приусадебных участках можно подобрать для посадки винограда место потеплее, например, с солнечной стороны дома, садового павильона, веранды. Рекомендуется высаживать виноград вдоль границы участка. Сформированные в одну линию виноградные лозы не займут много места и в то же время будут хорошо освещаться со всех сторон. Возле построек виноград надо размещать так, чтобы на него не попадала вода, стекающая с крыш. На ровных местах надо делать гряды с хорошим стоком за счет водоотводных борозд. Некоторые садоводы по опыту своих коллег из западных районов страны копают глубокие посадочные ямы и заполняют их органическими удобрениями и удобренной землей. Ямы, выкопанные в водонепроницаемой глине, - это своего рода замкнутый сосуд, который в период муссонных дождей заполняется водой. В плодородной земле корневая система винограда первое время хорошо развивается, но как только начинается переувлажнение, она задыхается. Глубокие ямы могут играть положительную роль на почвах, где обеспечен хороший естественный дренаж, водопроницаемая подпочва или возможен мелиоративный искусственный дренаж. Посадка винограда
Быстро восстановить отживший куст винограда можно методом отводков («катавлак»). С этой целью здоровые лозы соседнего куста укладывают в канавки, прокопанные до места, где раньше произрастал погибший куст, и присыпают землей. На поверхность выводят верхушку, из которой потом вырастает новый куст. Одревесневшие лозы на отводки укладывают весной, а зеленые - в июле. От маточного куста их не отделяют в течение двух-трех лет. Замерзший или очень старый куст можно восстановить посредством короткой обрезки до здоровых надземных частей или обрезки на «черную головку» подземного штамба. В последнем случае подземный штамб освобождают от земли и целиком спиливают. Недалеко от поверхности из спящих почек вырастают новые побеги, за счет которых формируют новый куст. Запущенные и сильно поврежденные морозом кусты винограда восстанавливают за счет более сильных жировых побегов, образующихся в нижней части старой древесины, и удаления ослабленных рукавов. Но прежде чем удалить рукав, формируют ему замену. Уход за виноградом
Садоводу, приступающему к выращиванию винограда, надо хорошо изучить строение виноградной лозы и биологию этого интереснейшего растения. Виноград относится к лиановым (лазящим) растениям, для него нужна опора. Но он может стелиться по земле и укореняться, как это наблюдается у амурского винограда в дикорастущем состоянии. Корни и надземная часть стебля растут быстро, сильно ветвятся и достигают больших размеров. В естественных условиях без вмешательства человека вырастает разветвленный куст винограда со множеством лоз различных порядков, который поздно вступает в плодоношение и нерегулярно дает урожай. В культуре виноград формируют, придают кустам удобную для ухода форму, обеспечивающую высокий урожай качественных гроздей. Посадка лимонника
Лимонник китайский, или схизандра, имеет несколько названий - лимонное дерево, красный виноград, гомиша (японское), кочинта, кодзянта (нанайское), кольчита (ульчское), усимтя (удэгейское), учампу (орочское). По строению, системному родству, центру происхождения и распространению лимонник китайский не имеет ничего общего с настоящим цитрусовым растением лимоном, но все его органы (корни, побеги, листья, цветки, ягоды) источают аромат лимона, отсюда и название лимонника. Цепляющаяся или обвивающая опору лиана лимонника наряду с амурским виноградом, тремя видами актинидий является оригинальным растением дальневосточной тайги. Его плоды, как и настоящего лимона, излишне кислые для потребления в свежем виде, но они обладают лечебными свойствами, приятным ароматом, и это привлекло к нему большое внимание. Вкус ягод лимонника китайского несколько улучшается после заморозков. Местные охотники, потребляющие такие плоды, утверждают, что они снимают усталость, сообщают организму бодрость и улучшают зрение. В сводной китайской фармакопее, составленной еще в 1596 году, говорится: "плод китайского лимонника имеет пять вкусов, отнесен к первой категории лекарственных веществ. Мякоть у лимонника кислая и сладкая, семена горько-вяжущие, а в целом вкус плода солоноватый. Таким образом, в нем все пять вкусов налицо". Вырастить лимонник
ЧТО ТАКОЕ ДРЕВЕСИНА?
Древесина – один из древнейших и важнейших видов естественных материалов, используемых человечеством. Источник этого материала – лес.
Что же за материал – древесина?
Состоит она из целлюлозы, лигнина, золообразующих минеральных и органических экстрактивных веществ. Соотношение этих четырех веществ, а также различия в строении древесины приводят к тому, что древесина легкая и тяжелая, гибкая и жесткая, твердая и мягкая. Существующие в природе различные породы отличаются соотношением этих компонентов и клеточной структурой.
Многовековой опыт человечества и специальные исследования выработали и различное отношение к отдельным породам. Например, древесину дуба издревле использовали в судо - и мостостроении, бондарном производстве, производстве мебели, древесину осины – в производстве спичек, сосны – для столярных изделий (окна, двери), ели – в музыкальных инструментах, бука – в стульях и т.д.
Древесина имеет разнообразные размеры, фактуру, цвет, оттенки, что позволяет удовлетворять почти любые требования, предъявляемые к ней при изготовлении изделий. В отличие, например, от камня, являющегося еще более древним материалом, древесина позволяет создавать самые выразительные формы изделий.
Древесина имеет высокую удельную плотность (отношение предела прочности к массе), а сухая древесина имеет хорошие изоляционные свойства в отношении тепла, звука, электричества. Она может поглощать и рассеивать звуковые волны, что и делает ее незаменимой в производстве музыкальных инструментов. Древесина механически легко обрабатывается, ей могут быть приданы разнообразные формы. Отдельные детали из древесины легко соединяются между собой с помощью гвоздей, шурупов, нагелей, клея. Важное свойство древесины – хорошая пропитываемость , в том числе веществами, препятствующими гниению (антисептики), возгоранию (антипирены).
Деревья бывают лиственные и хвойные. Соответственнои древесина – хвойных или лиственных пород. Последние подразделяются на мягкие (липа, ольха, осина и др.) и твердые (дуб, граб, бук, ясень и т.д.). Береза занимает между ними промежуточное положение.
Дерево состоит из корней, кроны и ствола.
Ствол имеет форму, близкую к конусу, строение его – слоисто-волокнистое. Лучше всего оно видно на разрезах – поперечном, радиальном и тангенциальном. Поперечный разрез, как можно понять из самого названия, перпендикулярен оси ствола, тангенциальный проходит по касательной к годичному слою, а радиальный – по радиусу окружности торца ствола, через его центр.
На поперечном разрезе дерева хорошо видно его строение- снаружи кора, внутри древесина, в центре ствола – сердцевина.
Диаметр ств ола уменьшается от корня к вершине. Величина этого уменьшения, отнесенная к единице длины ствола, называется сбегом.
Древесину, как можно заметить на любой доске, пронизывают сучки, являющиеся продолжением ветвей в стволе. Между корой и древесиной имеется невидимый глазу слой камбия. Сама же кора имеет два слоя: наружный, называемый коркой, и внутренний – луб. Корка состоит из мертвых клеток и выполняет очень важные функции защиты дерева от резких колебаний температуры, не дает влаге, содержащейся в дереве, интенсивно испаряться, препятствует проникновению в дерево бактерий и грибов, предохраняет его от механических повреждений.
Внутренний слой -луб состоит из живых клеток. Цвет коры достаточно разнообразен (например, белый у березы, зелено-синий у осины, темно-серый у дуба и т.д.) и определяет цвет ствола дерева (знаменитая белая береза).
Между корой и древесиной имеется невидимый невооруженному глазу слой клеток – камбий. Рост древесины и коры происходит за счет деления и роста именно этих клеток. Естественно, что клетки древесины откладываются изнутри камбиального слоя, а коры – вне этого слоя. По мере увеличения диаметра ствола кора растягивается, на ней появляются трещины, часть из них зарастает, образуя выступы. Поскольку для каждой породы эти явления протекают по-разному, по структуре поверхности коры можно определять породу древесины.
Прирост древесины за один вегетационный период называется годичным слоем. Часть его, образовавшаяся весной, называется ранней древесиной, а в конце лета и начале осени – поздней. Годичные слои обычно отчетливо видны, а по их количеству легко определить возраст дерева: сколько колец, столько лет дереву.
Ранняя древесина годичного слоя значительно отличается от поздней, она мягче, легче, усыхает меньше в поперечном и больше в продольном направлении. Это предопределяет одно из фундаментальных свойств др евесины: из-за разного усыхания ранней и поздней древесины в ней возникают напряжения, приводящие к ее короблению, в отдельных случаях – разрушению (растрескиванию).
Рассматривая поперечный срез ствола, легко увидеть две зоны – наружную (заболонь) и внутреннюю (ядро). Обычно заболонь менее плотная, чем ядро, содержит намного больше влаги. Ядро у многих пород древесины темнее заболони, заметно плотнее. Оно более устойчиво к загниванию.
Важное свойство древесины – ее волокнистая структура. У лиственных пород волокна короче, длина их примерно равна 1мм. У хвойной древесины волокна длиннее – 3 – 8мм. Вот почему лучшие сорта целлюлозы, бумаги, древесноволокнистых плит делают из древесины хвойных пород.
В стволах деревьев находятся горизонтально расположенные, идущие от сердцевины к коре группы клеток, называемые сердцевинными лучами. Их назначение – проводить соки поперек ствола. Вдоль ствола соки у лиственных пород проводят сосуды, а у хвойных – волокна. Сердцевидные лучи очень хорошо видны у дуба, они украшают структуру его древесины.
Древесина, дерево — анизотропный волокнистый материал для строительства, полученный из деревьев.
Основная структурная единица древесины любых пород — клетчатка. Клетчатка в начальной стадии развития имеет довольно эластичную и легкопроницаемой для воды и водных растворов оболочку. С возрастом прочность оболочки резко повышается, а проницаемость снижается вследствие превращения ее в высокомолекулярные органические соединения: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Различают клетки механические (волокна либрофома), ведущий (сосуды и трахеиды), запасающие (паренхимной).
образование древесины
Древесина является одной из составных частей сосудисто-волокнистого пучка и противопоставляется обычно другой составной части пучка, происходящей из того же прокамбия или камбия — луба или флоэмы. При образовании сосудисто-волокнистых пучков с прокамбия наблюдаются 2 случая: либо все прокамбиального клетки превращаются в элементы древесины и луба — получаются так называемые замкнутые пучки (выше споровые, однодольные и некоторые двудольные растения), или же на границе между древесиной и лубом остается слой деятельной ткани — камбия и выходят пучки открытые (злаковые и голосеменные растения).
В первом случае количество древесины остается постоянной, и растение не способна увеличивать толщину, во втором, благодаря деятельности камбия, с каждым годом количество древесины прибывает, и ствол растения постепенно утолщается. В украинских древесных пород древесина лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб — ближе к периферии. В некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение древесины и луба.
В состав древесины входят уже отмершие клеточные элементы с одеревеневшими, в основном толстыми оболочками; луб же составлен, наоборот, из элементов живых, с живой протоплазмы, клеточного сока и тонкой неодеревилои оболочки. Хотя и в лубе случаются мертвые элементы, толстостенные и одревесневшие, а в древесине, наоборот, живые, но от этого, общее правило существенно не меняется. Обе части сосудисто-волокнистого пучка отличаются еще друг от друга и по физиологической функцией: по древесине поднимается вверх из почвы к листьям так называемый сырой сок, то есть вода с растворенными в ней веществами, по луба же спускается вниз образован пластический сок. Явления же одревеснение клеточных оболочек оговариваются пропитыванием целлюлозной оболочки особыми веществами, объединяются обычно под общим названием лигнин.
Присутствие лигнина и вместе с тем одревеснение оболочки легко распознается с помощью некоторых свойств. Благодаря деревьянинню растительные оболочки становятся крепче, твердыми и упругими; вместе с тем, несмотря на легкой проницаемости для воды они теряют в способности впитывать воду и разбухать.
Различают первичную древесину, образуется клетками прокамбия, и вторичную древесину, возникает в результате деятельности камбия. На поперечном разрезе ствола древесных и кустарниковых пород хорошо заметны годовые кольца, которые образуются в результате периодической деятельности камбия в течение года. Во многих деревьев, особенно в южных широтах, в древесины, кроме светлой внешней части — заболони, есть еще внутренняя, темная (ядро древесины), в клетках которой откладываются смолы, дубильные вещества, масла, камеди, ароматические и красящие вещества и т.
Усилиями генной инженерии и селекционеров в технологии ускоренного выращивания древесины для энергетических и сырьевых целей достигнуты значительные успехи: средняя производительность сосны в Бразилии по состоянию на 2006 год составляет 28,5 м 3 с 1 га в год, эвкалипта — 119 м3. Для сравнения: интенсивность роста древесины в российских лесах составляет от 1,5 м 3 с га в год для хвойных и до 2,5-3,0 м 3 для лиственных пород.
химический состав
В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных цепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующей межклеточной веществом является в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, танины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз. Количество чужеродных, экстрактивных веществ в значительной степени зависит от породы и неодинаков в заболони и ядре древесины. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.
Древесина содержит 5-25% экстрактивных веществ.
свойства древесины
Для древесины основными и наиболее важными являются такие свойства.
- Механико-технологические: прочность, твердость, деформируемость, удельная вязкость, эксплуатационные характеристики, технологические характеристики, износостойкость, способность удерживать крепеж, гибкость;
- Физические: внешний вид (текстура, блеск, цвет), влажность (усушка, коробление, водопоглощение, гигроскопичность, плотность), тепловые (теплопроводность, теплоемкость), звуковые (акустическое сопротивление, звукопроводность), электрические (диэлектрические свойства, электропроводность, электрическая прочность) ;
- Химические свойства.
Механико-технологические свойства
- Прочность древесины — способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Различают прочность на сжатие и растяжение (по направлениям приложения нагрузки относительно волокон — продольную и поперечную) и статический изгиб.
- Прочность на растяжение древесины вдоль волокон в 2 … 3 раза больше прочность на сжатие и в 20 … 30 раз выше прочность на растяжение поперек волокон. Для отдельных пород предел прочности на растяжение достигает 100 … 200 МПа. Удельная прочность древесины на растяжение вдоль волокон сравнима с аналогичными показателями стали и стеклопластиков. Однако эти свойства древесины реализовать в конструкциях сложно из-за наличия недостатков (сучки, трещины и т.п.), которые снижают ее прочностные свойства. Прочность на растяжение древесины хвойных пород мало зависит от влажности, для древесины лиственных пород это влияние является значительным.
- Прочность на сжатие древесины определяют на образцах — призмах сечением 20 × 20 мм и длиной 30 мм вдоль и поперек волокон. Прочность древесины на сжатие вдоль волокон в 4 … 6 раз больше ее прочности поперек волокон.
- Прочность на статический изгиб древесины превышает прочность на сжатие вдоль волокон, но меньше прочность на растяжение и составляет для разных пород 50 … 100 МПа. Высокие значения прочности на статический изгиб позволяют широко применять древесину в конструкциях, работающих на изгиб (балки, стропила, бруски, настилы и т.п.).
- Твердость древесины — способность древесины сопротивляться внедрению в нее твердого тела. Твердость древесины оценивается по нагрузке, что нужно для вдавливания в поверхность образца металлического шарика диаметром 0,444 дюйма (11,28 миллиметра) на глубину 5,64 мм (площадь отпечатка составляет 1 см²). Метод оценки твердости древесины называется метод Янка. По твердости по торцу древесину разделяют на три группы: мягкая с твердостью 35 … 50 МПа (сосна, ель, пихта, ольха) твердая — 50 … 100 МПа (дуб, граб, ясень, клен, каштан, береза) очень жесткая — свыше 100 МПа (самшит, кизил).
- Износостойкость древесины — способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению ее поверхностных зон при трении. Износ боковых поверхностей больше, чем торцевых; износ влажной древесины больше, чем сухой.
физические свойства
Отношение к влаге
- Влажность определяется точно так же, как и любого другого материала — это количество воды в единице объема или массы. Вычисляется влажность следующим образом: измеряется масса пробы влажного материала, затем измеренная проба высушивается в сушилке при температуре 100-105 ° С, затем происходит повторное взвешивание, но уже сухого материала. Разница между массой влажного и сухого материала как раз и определяет количество воды, содержащейся в образце. Для того чтобы рассчитать массовую влажность необходимо воспользоваться несложной математической формуле: масса образца до сушки минус масса образца после сушки, результат разницы разделить на массу образца после сушки и умножить на 100 процентов. Результат и есть влажность (массовая) древесины в процентах.
- Гигроскопичность древесины — свойство материала поглощать влагу из окружающей среды. Данное свойство зависит от влажности древесины. Сухая древесина имеет большую гигроскопичность, чем влага. Для уменьшения гигроскопичности материал покрывают масляными красками, эмалями или различными лаками. Гигроскопичность напрямую зависит от другого свойства древесины — пористости. Разбухание древесины проявляется при нахождении материалов при повышенной влажности воздуха в течение длительного времени.
- Пористость древесины — отношение объема пор к общему объему древесины. Для древесины различных видов пористость имеет разное значение, но в среднем разбег ее значение составляет 30-80%.
- Усушка — изменение размеров из-за потери влаги древесиной в результате сушки. Усушка происходит естественно. Прямым следствием усушки является образование трещин.
- Коробления происходит в результате неравномерного сушки древесины. Высыхание древесины происходит быстрее в слоях, более отдаленных от сердцевины, поэтому в случае, если сушки проводилось с нарушением технологии, происходит изменение формы древесины — она коробится. Коробления под действием усушки различно по разным направлениям. Вдоль волокон оно незначительное и составляет примерно 0,1%. Изменения размеров поперек волокон более значительные и могут представлять 5-8% от исходного. Кроме того, коробления часто сопровождается появлением трещин в древесины, заметно сказывается на качестве конечного продукта. Коробления и образования трещин можно избежать при соблюдении технологии сушки и при использовании определенных технологий при составлении изделий. Так, например, в бревнах на всю длину материала делаются продольные разгрузочные пропилы, которые снимают внутренние напряжения, образующиеся при усушке.
- Растрескивание — результат неравномерного высыхания внешних и внутренних слоев древесины. Процесс испарения влаги продолжается до тех пор, пока содержание влаги в древесине не достигнет определенного предела (равновесной), зависит напрямую от температуры и влажности окружающего воздуха.
тепловые характеристики
- Теплопроводность. В отличие от других строительных материалов древесина является плохим проводником тепла. Это позволяет использовать ее для теплоизоляции помещений. Теплопроводность сухой древесины березы и сосны вдоль волокон составляет соответственно 0,128 и 0,349 Вт / (м · К).
- Удельная теплоемкость приблизительно одинаковой для всех древесных пород — для сухой древесины 1,7 … 1,9 кДж / (кг · К) при 0 … 100 ° С.
Электрические свойства древесины
Электрические свойства древесины определяются тремя показателями:
- Электропроводностью (удельной проводимостью) — величиной обратной удельному сопротивлению, зависит от влажности, породы дерева, температуры и направления прохождения тока. Удельное сопротивление нужно учитывать при заготовке древесины для столбов связи и линий электропередач, при нанесении лакокрасочных покрытий в электрическом поле и при измерении влажности древесины. Электропроводность сухой древесины незначительна, поэтому ее можно применять как изоляционный материал. Электрическое сопротивление древесины вдоль волокон в несколько раз меньше, чем поперек волокон. Повышение температуры древесины приводит к уменьшению ее сопротивления почти в 2 раза.
- Электрической прочностью — показателем, который характеризуется отношением электрического напряжения, при которой наступает пробой материала, с толщиной материала. Электрическую прочность нужно учитывать при оценке электроизоляционных свойств древесины.
- Диэлектрическими (изоляционными) свойствами.
Такие свойства древесины имеют практическое значение при расчете процессов нагрева материала в поле токов высокой частоты во время сушки, при склеивания и гнутья древесины. Они оцениваются двумя показателями:
- диэлектрической проницаемостью — отношением емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости того же конденсатора с воздушным зазором.
- тангенсом угла диэлектрических потерь — углом между двумя векторами тока, один из которых опережает вектор напряжения на угол 90 °, если нет потерь, второй опережает вектор напряжения на угол меньший, чем 90 ° вследствие диэлектрических потерь в древесине.
другие свойства
- Звукопроницаемость — способность материала проводить звуковые волны. Если в случае теплопроводности древесина — лучший материал, то в случае с звукопроницаемостью древесина проигрывает другим строительным материалам. В связи с этим при строительстве стен и деревянных перекрытий необходимо использовать дополнительные материалы (засыпания), снижающих показатель звукопроницаемости.
- Цвет — своеобразный индикатор, показывающий качество, возраст и состояние древесины. Качественная и здоровая древесина имеет равномерный цвет без пятен и других вкраплений. Если в древесине присутствуют вкрапления и пятна, это свидетельство ее загнивания. Цвет древесины может изменяться под воздействием атмосферных условий.
- Запах зависит от содержания в древесине смол и дубильных веществ. Свежесрубленное дерево имеет сильный запах, а по мере высыхания дерева и испарения влаги и эфирных смол запах ослабевает.
- Текстура — рисунок, образующийся при распылении дерева. Плоскость распила пересекает годовые кольца и слои древесины, образовавшиеся в разное время, в результате образуется характерный узор годовых линий, по которым и отличают древесину от других материалов.
- Массовые показатели древесины. Различают плотность и объемную массу древесины. Плотность — масса единицы объема древесины без учета пустот и влаги. Данная масса не зависит от породы древесины и составляет 1,54 г / см³. Объемная масса — это масса единицы объема древесины в естественном состоянии есть с учетом влаги и полостей.
- Свилеватость — непараллельных расположение волокон дерева по продольной оси бревна, бруса или доски. Бывает естественной и искусственной, из-за неправильного распыления. Косой слой также сильно снижает прочность древесины на растяжение и, как следствие, на изгиб, то есть как балки, стропила, затяжки применять такие доски или брусья нежелательно. Кроме отбраковки (или правильного распыления) других способов борьбы не существует. В качестве примера надзавилькуватости можно привести древесину Карельской березы.
химические свойства
Основные органические вещества, из которых состоит древесина: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы.
Целлюлоза — природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C 6 H 10 O 5) n, где n — степень полимеризации, равной 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и т.п.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы в виде тонких волокон называются микрофибрилами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентировочные обычно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцелюлозы, а также вода.
Лигнин — полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснение молодой клеточной стенки. Лигнин химически неустойчив, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в лугах, водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей.
Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C 5 H 8 O 4) n и гексозаны (C 6 H 10 O 5) n. Формула гексозаны на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации во всех гемицеллюлозы значительно меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более короткие цепочки молекул и меньшую устойчивость этих веществ по сравнению с целлюлозой.
пороки древесины
Пороки древесины — это недостатки отдельных ее участков, которые снижают качество и ограничивают возможности использования. Пороки древесины могут быть связаны с отклонениями от нормальной ее строения, повреждениями и заболеваниями. Их разделяют на следующие группы: трещины, сучки, повреждения насекомыми, грибами, гниль, дефекты формы ствола, пороки строения древесины, раны, ненормальные отложения внутри древесины, химические окраски. Влияние недостатков на пригодность древесины для строительных нужд зависит от их местоположения, вида, размеров поражения, а также от назначения древесины. Сортность древесины устанавливают с учетом имеющихся недостатков. Их происхождение может быть разным. Одни из них образуются в период роста дерева, другие — в период хранения и эксплуатации.
В процессе эксплуатации деревянных конструкций наибольший вред наносит влага. Для продления службы древесины ее несколько раз пропитывают одной из смесей:
- 10 частей натуральной олифы, 1 парафина и 1 скипидара;
- 10 частей натуральной олифы и 1,5 части воска;
- натуральная олифа и керосин в пропорции 1: 1.
|
Древесных пород |
древесные породы |
переводной Кеофициент массы |
переводные Кеофициенты условного объема |
||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Деловая древесина |
|||||||
|
очень тяжелые |
Береза Шмидта, Самшит, фисташка, эвкалипт, секвойя |
||||||
|
Акация белая, Береза каменная, береза черная, груша, дуб, тис, граб, клен остролистный |
|||||||
|
Умеренно-тяжелые |
Береза обыкновенная, Береза желтая, бук, ильм, клен полевой, лиственница сибирская, яблоня, ясень |
||||||
|
Вяз, диморфант, Чинар, каштан съедобный, бархатные дерево, сосна обыкновенная, ольха |
|||||||
|
Кедр сибирский, липа, осина, тополь |
|||||||
|
очень легкие |
Лиственница сибирская, Сосна Веймутова |
Классификация древесины
Механические свойства во всех пород вдоль и поперек волокон отличаются.
по твердости
К твердых сортов древесины относятся красное дерево, тик, черное дерево, розовое дерево, дуб, вяз, эвкалипт и бук. Все, кроме эвкалипта, растут очень медленно, и поэтому мировые запасы практически исчерпаны. К мягких сортов древесины относится древесина хвойных деревьев (сосны, ели, лиственницы). Они растут быстро и легко поддаются обработке, но считаются древесиной низкого качества. К белой древесины относится древесина березы, ясеня, клена и тополя. Все эти деревья быстро растут, их древесину используют для шпона и считают дешевле.
по ценности
Ценность различных пород древесины определяется их прочностью, долговечностью и неповторимостью рисунка. Отдельные породы, которые используются для изготовления дорогой мебели, паркета, дверей, предметов интерьера, считаются элитными, учитывая исходно высокую стоимость и объем усилий и средств, затрачиваемых на их обработку. В Украине наиболее распространены такие породы: дуб, вишня, бук, груша, грецкий орех, клен.
По степени насыщения влагой
По степени влажности различают следующие виды древесины:
- мокрая, долгое время находилась в воде (более 100%);
- свежесрубленная (50 … 100%);
- воздушно-сухая, долго сохранялась на воздухе (15 … 20%);
- комнатно-сухая (8 … 12%);
- абсолютно сухая (0%).
За условную стандартную влажность принято влажность древесины, составляет 12%.
Видео по теме
Содержание статьи
ДРЕВЕСИНА, сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.
Источники.
Хотя древесная ткань имеется и у папоротников, почти всю древесину люди получают из деревьев двух главных отделов царства высших растений – голосеменных и покрытосеменных. Голосеменные растения – очень древняя форма, представленная исключительно древесными видами, к которым относятся хвойные деревья («мягкие породы»), а именно сосна, ель, кедр, поставляющие основную часть древесины, используемой человечеством. Отдел же покрытосеменных отличается большим разнообразием и делится на два класса – однодольные и двудольные. Лишь некоторые из однодольных (бамбук, пальмы, юкка) дают древесную ткань, которая имеет ограниченное, в основном местное значение. Что же касается двудольных, то к этому классу относятся важные лиственные («твердые») породы – дуб, эвкалипт, клен, древесина которых особенно ценна для мебели, отделки интерьеров и пр.
Структура.
Клетки древесины, как и клетки коры, возникают из многократно делящихся клеток прокамбия и камбия, которые составляют почти непрерывный слой образовательной ткани между корой и древесиной. Камбий возникает из клеток, отделившихся от конуса нарастания стебля или корня. Последний же берет начало в клеточно-образовательном центре зародыша в семени. В древесине имеются два класса клеток – паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки обычно тонкостенные с простыми (неокаймленными) порами. В заболони они выполняют функцию физиологически активной живой ткани (обеспечивают хранение питательных веществ). Прозенхимные же клетки – толстостенные с окаймленными порами. Они теряют свой протопласт, когда вырастают и достигают окончательной толщины стенок, после чего превращаются в среду, проводящую жидкость и обеспечивающую опору.
Для древесины характерны годичные кольца, обусловленные изменениями размеров клеток и толщины их стенок в связи с изменениями условий роста. В зонах умеренного климата контраст колец связан с отличием «летней» древесины одного года от «весенней» следующего. По числу колец на уровне земли можно определить возраст дерева.
Химический состав.
В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинноцепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующим межклеточным веществом являются в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, таннины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45–60% целлюлозы, 15–35% лигнина и 15–25% гемицеллюлоз. Количество инородных, экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.
Физические свойства.
Относительная плотность древесины лежит в пределах от 0,1 (бальза) до ~ 1,3 (железное дерево и некоторые другие тропические породы). Относительная плотность большей части деловой древесины составляет 0,2–0,75, плотность – 190–850 кг/м 3 . Относительная плотность древесинного вещества равна приблизительно 1,5. Следовательно, лишь около 1/6 объема легкой деловой древесины составляет твердое вещество, тогда как в более тяжелых сортах на него приходится около половины объема. Относительная плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 (среднее значение 0,53).
И древесина дерева на корню, и деловая древесина сильно поглощают воду, что обусловлено ее капиллярным строением. Свободная вода заполняет клеточные полости, а связанная удерживается за счет адсорбции в промежутках между волокнами. Когда вся свободная вода при сушке удалена, так что всю сосудистую систему заполняет связанная вода, древесина достигает точки насыщения волокон, что для большинства пород соответствует содержанию влаги около 28%. Дальнейшее удаление воды приводит к усадке, так как при десорбировании адсорбированной воды волокна сжимаются и просвет сосудов уменьшается.
В зависимости от наличия влаги древесина усаживается или разбухает. Усадка от точки насыщения волокон до состояния после сушки в печи максимальна (4–14%) в тангенциальном направлении (параллельно годичным кольцам), примерно вдвое меньше (2–8%) в радиальном направлении (поперек годичных колец) и практически отсутствует (0,1–0,2%) вдоль волокон. Тангенциальная, радиальная и объемная усадки приблизительно пропорциональны изменению влагосодержания древесины.
Механические свойства древесины тесно связаны с ее волоконно-клеточной структурой. Ее прочность максимальна вдоль и довольно низка поперек волокон. Предел прочности (отнесенный к единице массы) древесины при растяжении вдоль волокон в 40 раз, а при сжатии – в 3–4 раза больше, чем у стали. Предел прочности при сжатии вдоль волокон примерно в 6 раз, а при сдвиге – примерно в 4 раза больше, чем поперек волокон. Поскольку усилия сжатия и изгиба типичны для сооружений, древесина особенно подходит для использования в строительных конструкциях в качестве колонн и коротких балок. Почти все прочностные характеристики древесины изменяются пропорционально плотности и обратно пропорционально влагосодержанию ниже точки насыщения волокон. Наклон волокон, т.е. отклонение их направления от продольной оси, снижает прочность деревянного конструктивного элемента. Точно так же она снижается при наличии в досках и бревнах сучков, включенных частей ветвей, нарушающих или полностью прерывающих ход волокон. Однако в отсутствие растягивающих и изгибающих нагрузок небольшие сучки допустимы. Прочность древесины снижается также из-за повреждений гнилостными микроорганизмами и насекомыми.
Применение древесины.
Применение в строительстве.
Древесина применяется в строительстве в таких формах, как пиломатериалы прямоугольного сечения (брус, доски), шпон, фанера, железнодорожные шпалы, столбы, сваи, стойки, гонт и древесноволокнистые плиты. Больше всего потребляется пиломатериалов прямоугольного сечения. Их производят распиловкой бревен, затем отделывают до стандартной ширины и длины, сортируют по качеству, сушат и поставляют потребителям в необработанном с поверхности, обработанном или формованном виде. Фанеру изготавливают, склеивая нечетное число тонких слоев древесины (шпона) так, чтобы волокна соседних слоев были взаимно перпендикулярны. Фанерные панели отличаются от обычных пиломатериалов тем, что (наряду с отсутствием ограничений по ширине) их прочность более равномерна в разных направлениях, они лучше сопротивляются раскалыванию, а их размеры меньше изменяются в условиях переменной влажности.
Топливо и древесная масса.
Применение древесины как топлива в масштабах всего мира имеет все еще очень важное значение. В высокоразвитых промышленных странах топливное потребление древесины на протяжении последних десятилетий непрерывно уменьшалось в связи с переходом на уголь, газ, нефть и электричество. Такая тенденция, по-видимому, сохранится и в будущем по мере того, как с дальнейшим развитием техники будут все более доступны другие виды топлива и источники тепла. Применение же древесины в виде древесной массы в последнее время, наоборот, непрерывно увеличивалось и, по прогнозам, будет продолжать увеличиваться в обозримом будущем. Древесина превращается в древесную массу механическим истиранием с применением воды или путем обработки химикатами, разрушающими лигниновую связь и освобождающими волокна. Затем древесная масса переделывается в различные виды бумаги, коробочный картон, древесноволокнистые плиты. После специальной обработки она используется как целлюлозное сырье для изготовления синтетических тканей и пластиков.
Усовершенствования технологии.
Благодаря новым технологическим разработкам древесина стала шире использоваться в традиционных областях и нашла новые области применения. К таким достижениям относятся усовершенствования в технологии сушки, противогнилостная и противопожарная обработка, слоистые конструкции, сборные конструкции заводского изготовления, высокоэффективные столярные клеи. Достигнуты большие успехи в целлюлозно-бумажной промышленности, а также в производстве таких материалов на основе химической переработки древесины, как синтетическое волокно, целлофан, спирт, дрожжи, древесноволокнистые плиты, древесина с полимерной пропиткой, древесный слоистый пластик и различные формованные изделия. Прогресс в области переработки и применения древесины явился стимулом к дальнейшему развитию лесного хозяйства.
Loading...