для дома  
   
 

Физические свойства древесины

 

Разное-->Древесина
Оставить комментарий и посмотреть, что другие сказали...
уже высказалось ( 0 )

Дата публикации: 11 Апреля 2007 года

К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид, запах, показатели макроструктуры, влажность и связанные с ней изменения (усушка, разбухание, растрескивание, коробление), плотность, электо-, звуко- и теплопроводность.

Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском, текстурой и макроструктурой. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток. Меняется окраска древесины и в результате поражения ее различными видами грибов. У молодых деревьев древесина обычно светлее, чем у старых. Устойчивым цветом обладают дуб, груша, белая акация, самшит, каштан.

Блеск — это способность направленно отражать световой поток. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей, которые направленно отражают свет, за счет чего и образуется блеск на радиальном разрезе. Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой акации, дуба. Шелковистый блеск свойственен древесине бархатного дерева. Древесина осины, липы, тополя сочень узкими сердцевинными лучами и сравнительно тонкими стенками механических тканей имеет матовую поверхность. Блеск придает древесине красивый вид и может быть усилен полированием, лакированием, вощением или оклейкой прозрачными пленками из искусственных смол.

Текстурой называется рисунок, получаемый на разрезе древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистым или путаным). Хвойные породы на тангентальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины имеют красивую текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, бук, клен, карагач, ильм, платан) имеют очень красивую текстуру радиального и тангентального разрезов. Особенно красивый рисунок на разрезах древесины с направленным и путаным (свилеватым) расположением волокон (капы, наросты), а также со следами спящих почек (глазки). У древесины хвойных и мягких лиственных пород более постой и менее разнообразный рисунок, чем у древесины твердых лиственных пород. Декоративную ценность древесины определяет текстура, которую усиливают и выявляют прозрачными лаками.

Запах древесине придают находящиеся в ней смолы, эфирные масла, дубильные и другие вещества. Характерный запах скипидара у хвойных пород — сосны, ели. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр — ванили. По запаху древесины можно определить ее породу.

Макроструктура характеризуется шириной годичных слоев, определяемой числом слоев на 1 см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на поперечном срезе. Древесина хвойных пород имеет более высокие физико-механические показатели, если в 1 см не менее 3 и не более 25 слоев. У лиственных кольцесосудистых пород (дуба, ясеня) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны и поэтому увеличиваются прочность, плотность и твердость. У древесины лиственных рассеяннососудистых пород(березы, бука) нет четкой зависимости свойств от ширины годичных слоев. По образцам древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины в процентах. Чем выше содержание поздней древесины, тем больше ее плотность и, следовательно, лучше механические свойства.

Влажностью (абсолютной) древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной или гигроскопической; влага, заполняющая плоскости клеток и межклеточные пространства, — свободной или капиллярной.

При высыхании древесины сначала испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. При увлажнении древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения. Дальнейшее увлажнение древесины с заполнением полостей клеток и межклеточных пространств происходит при вымачивании, пропаривании, сплаве, дожде.

Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (20 °С) составляет 30 % и практически не зависит от породы. При изменении гигроскопической влаги размеры и свойства древесины резко изменяются.

Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая — длительное время находящаяся в воде, влажность выше 100 %; свежесрубленная — влажность 50—100 %; воздушно-сухая — долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15—20 % (в зависимости от климатических условий и времени года); комнатно-сухая — влажность 8—12 %; абсолютно сухая — влажность около 0 %. Для определения влажности древесины пользуются весовым и электрическим методами.

При весовом методе влажность древесины W, %, определяют по формуле:

W=100 (m1-m2)/m2,

где m1— масса образца древесины до высушивания; m2 — масса того же образца в абсолютно сухом состоянии. Преимущество весового метода — довольно точное определение влажности древесины при любом количестве влаги. Недостаток — длительное высушивание образцов (от 12 до 24 ч).

При электрическом методе влажность древесины определяют электровлагомером. Преимущества — быстрота и возможность проверки влажности каждого сортимента. Недостатки — определение влажности только в месте соприкосновения древесины с датчиком и невысокая точность. В диапазоне измерения до 30 %-ной влажности точность 1-1,5 %•

Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается с того момента, когда из древесины испарится вся свободная влага и начнет удаляться связанная, т. е. при снижении влажности древесины от предела гигроскопичности до абсолютно сухого состояния. В среднем полная линейная усушка в тангентальном направлении составляет 6-10, в радиальном 3-5 и вдоль волокон 0,1-0,3 %.

Уменьшение объема древесины при испарении связанной влаги называется объемной усушкой. Полная объемная усушка составляет 12-15 %. Для практических целей удобней пользоваться коэффициентом усушки, представляющим собой величину усушки при снижении связанной влаги на 1 % (табл. 1).

Табл. 1. Коэффициенты усушки Ку и разбухания кр

Порода Коэффициенты усушки и разбухания в направлении
Объемном Радиальном Тангентальном
Ку Кр Ку Кр Ку Кр

Лиственница

0,52 0,61 0,19 0,20 0,35 0,39
Сосна 0,44 0,51 0,17 0,18 0,28 0,31
Кедр 0,37 0,42 0,12 0,12 0,26 0,28
Береза 0,54 0,64 0,26 0,28 0,31 0,34
Бук 0,47 0,55 0,17 0,18 0,32 0,35
Ясень 0,45 0,52 0,18 0,19 0,28 0,35
Дуб 0,43 0,50 0,18 0,19 0,27 0,29
Осина 0,41 0,47 0,14 0,15 0,28 0,30
По величине коэффициента объемной усушки древесные породы делятся на три группы: 1. Малоусыхающие (коэффициент объемной усушки не более 0,4 %) — ели сибирская и обыкновенная, можжевельник, пихта сибирская, платан восточный, тис ягодный, ивы белая и ломкая, кедр, корейский тополь белый, фисташка (ядро), хурма, черешня; 2. Среднеусыхающие. (коэффициент объемной усушки 0,4-0,47 %) — бук восточный, вяз, груша, дзельква, дуб, липа мелколистная, ольха черная, орех грецкий, осина, пихты белокорая, кавказская и маньчжурская, рябина, тополь черный, ясень; 3. Сильноусыхающие (коэффициент объемной усушки 0,47 % и более) — акация белая, березы бородавчатая и пушистая, бук восточный, граб, железное дерево, кизил, саксаул, лиственницы сибирская и даурская, клен остролистный, яблоня лесная. Напряжения, возникающие без участия внешних сил, называют внутренними. Первая причина образования напряжений при сушке древесины — неравномерность распределения влаги. Если растягивающие напряжения достигнут предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, могут возникнуть трещины. Причем в начале процесса сушки они возникают на поверхности сортимента, а в конце — внутри (свищи). Внутренние напряжения иногда сохраняются в высушенном материале и служат причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины. Изменение формы поперечного сечения доски при высыхании или увлажнении древесины называется короблением. Коробление может быть поперечным и продольным. Поперечное выражается в изменении формы сечения доски. Причина его возникновения в разнице усушки по радиальному и тангентальному направлениям. Сердцевинная доска уменьшает свои размеры к кромкам: доска, у которой внешняя часть расположена ближе к тангентальному направлению, усыхает больше, чем внутренняя, имеющая радиальное направление. Чем ближе доска расположена к сердцевине, тем больше ее коробление. По длине доски могут изгибаться, приобретая дугообразную форму или принимать форму винтовой поверхности (крыловатость). Первый вид продольного коробления встречается у досок, содержащих ядро и заболонь (усушка ядра и заболони по длине волокон несколько различается). Крыловатость наблюдается у пиломатериалов с тангентальным наклоном волокон. Правильная укладка, сушка и хранение пиломатериалов предупреждает появление коробления. При увлажнении древесины происходит ее разбухание, т. е. увеличение линейных размеров и объема (явление, обратное усушке). Как правило, разбухание — отрицательное свойство. Иногда оно играет положительную роль — обеспечивает плотность соединений в бочках, лодках, деревянных трубах и судах. Плотность влажной древесины ρw, кг/м3,— это отношение массы древесины при влажности W, кг, к ее объему V, м3. ρw,=mw/Vw Условная плотность древесины — это отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к объему образца при пределе гигроскопичности. С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность древесины бука при влажности 12 % — 670 кг/м3, а при влажности 25 % — 710 кг/м3. В пределах годичного слоя плотность древесины различна. Так, плотность поздней древесины в 2-3 раза больше, чем ранней, поэтому чем лучше развита поздняя древесина, тем выше ее плотность (табл. 2). Древесину высокой плотности (самшита, граба, бука, клена, груши и многих других) особенно ценят на производстве за прочность и хорошую обрабатываемость. Табл. 2. средние значения плотности, кг/м3
ПОРОДА Плотность в абсолютно сухом состоянии, W0 Плотность при 12 %-ной влажности, W12 Условная плотность, Wусл
Лиственница 630 660 520
Сосна обыкновенная 470 500 400
Ель 420 445 360
Кедр 410 435 350
Пихта сибирская 350 375 300
Граб 760 800 630
Дуб 650 690 550
Клен 650 690 550
Ясень обыкновенный 640 680 550
Бук 640 670 530
Береза 600 650 520
Орех грецкий 590 470
Ольха 490 520 420
Осина 470 495 400
Липа 470 495 400

Древесина лиственных кольцесосудистых пород имеет неодинаковую плотность, ранняя часть годичного слоя у нее пористая, поздняя более плотная. Такая древесина труднее поддается лакированию, но хорошо гнется. Древесина хвойных пород имеет малую плотность; рассеяннососудистых лиственных пород — значительную абсолютную и высокую относительную плотность, поэтому она хорошо лакируется и полируется. Древесина малой абсолютной и высокой относительной плотности хорошо обрабатывается.

Звукопроводность — это свойство материала прово­дить звук. Она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон (5000 м/с), медленнее в радиальном направлении (около 2000 м/с) и очень медленно в тангентальном (1500 м/с). Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16, а в поперечном в 3-4 раза больше звукопроводности воздуха. Это свойство древесины и ее способность резонировать (усиливать звук без искажения тона) используют в производстве музыкальных инструментов. Наилучший материал для них — древесина ели, пихты кавказской и кедра сибирского.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы, температуры, направления волокон и влажности древесины. Электропроводность сухой древесины незначительна, что позволяет применять ее в качестве изоляционного материала (розетки под штепсели и выключатели).

К списку Назад


Новости
Вопросы и ответы


Партнеры

Полезные ресурсы

 
Счетчики

о сайте