Последние статьи:

Резка древесины ...
Требования безопасно ...
Использование древес ...

Все статьи


Новинки в энциклопедии:

Оснастка конвейеров ...
Сборка на конвейере ...
Операции сборки изделий ...

Вся энциклопедия

 
Пользователь: 
Пароль: 
Зарегистрироваться на сайте
О сайте
Статьи и информация
Энциклопедия
Справочное
Галерея достижений
Форум
Google

 
Садовод    Карта сайта    Контакты   

Физико-механические свойства древесины

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

Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском, текстурой и макроструктурой. Ц в е т 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 плотности древесины, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи направленно отражают световые лучи, и образуется блеск на радиальном разрезе. Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой акации, дуба. Шелковистый блеск свойствен древесине бархатного дерева. Древесина осины, липы, тополя, имеющая очень узкие сердцевиные лучи и сравнительно тонкие стенки клеток 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 разрезах 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 и др.) имеют очень красивую текстуру радиального и тангентального разреза. Особенно красивый рисунок на разрезах. древесины с неправильным и путаным (свилеватым) расположением волокон (капы, наросты), а также со следами спящих почек (глазки) и др. У древесины хвойных и мягких лиственных пород более простой и менее разнообразный рисунок, чем у древесины твердых лиственных пород. Декоративную ценность древесины определяет текстура, которую усиливают и выявляют прозрачными лаками.

3апах 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 2-5 слоев. У лиственных кольце-сосудистых пород (дуба, ясеня) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны и поэтому увеличиваются прочность, плотность и твердость. У древесины лиственных рассеянно-сосудистых пород (березы, бука) нет четкой зависимости свойств от ширины годичных слоев.

На образцах из древесины хвойных и кольце-сосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины в процентах. Чем выше содержание поздней древесины, тем больше ее плотность, а следовательно, и выше ее механические свойства.

Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением. 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 полости 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 находившаяся в воде, влажность выше 100%; свежесрубленная — влажность 50—100%; воздушносухая — долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15—20% (в зависимости от климатических условий и времени года); комнатносухая — влажность 8—12% и абсолютно сухая — влажность около 0%. Для определения влажности древесины пользуются весовым и электрическим методами.

При весовом методе влажность древесины N(%) определяют по формуле: N=100(т1—т2)/т2, где n1 — масса образца древесины до высушивания; т2 — 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. Преимущество — быстрота и возможность проверки влажности каждого сортимента. Недостатки — определение влажности только в месте соприкосновения древесины с датчиком; невысокая точность. В диапазоне измерения до 30%ной влажности точность 1—1,5%, свыше 30%ной — от ±10%.

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 (30%) 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%.

По величине коэффициента объемной усушки древесные породы делятся на три группы:

малоусыхающие (коэффициент объемной усушки не более 0,4%)—ели сибирская и обыкновенная, можжевельник, пихта сибирская, платан восточный, тис ягодный, ивы белая и ломкая, кедры сибирский и корейский, тополь белый, фисташка (ядро), хурма, черешня;
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;
сильноусыхающие (коэффициент объемной усушки 0,47% и более) — акация белая, береэы 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; в начале процесса сушки на поверхности сортимента, а в конце — внутри (так называемые свищи). Внутренние напряжения 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 поперечного коробления в разнице в усушке по радиальному и тангентальному направлению. Сердцевинная доска уменьшает свои размеры к кромкам; доска, у которой внешняя часть 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 принять 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 могут предупредить появление коробления.

При увлажнении древесины происходит разбухание, т. е. увеличение линейных размеров и объема, явление обратное усушке. Как правило, разбухание — отрицательное свойство. Иногда же оно играет положительную роль: обеспечивает плотность соединений в бочках, лодках, деревянных трубах и судах.

Плотность влажной древесины (кг/м3) — это отношение массы древесины при влажности (кг) к ее объему (м3):

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 кгс/м3, а при влажности 25% — 710 кг/м3.

В пределах годичного слоя плотность древесины различна: плотность поздней древесины в 2 — 3 раза больше, чем ранней. Поэтому чем лучше развита поздняя древесина, тем выше ее плотность. В табл. 5 приведены средние значения плотности для различных пород.

Древесину высокой плотности (самшита, граба, бука, клена, груши и многих других) особенно ценят на производстве за прочность и хорошую обрабатываемость.

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

Теплопроводность древесины — это способность проводить тепло. Коэффициент теплопроводности X древесины поперек волокон невысокий, 0,16— 0,25 .Вт. З

вукопроводность — это свойство материала проводить звук; она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон (6000 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 раз, а в поперечном в 3—4 раза больше звукопроводности воздуха. Звукопроводность древесины и ее способность резонировать (усиливать звук без искажения тона) широко используют в производстве музыкальных инструментов. Наилучший материал для музыкальных инструментов — древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Электропроводность древесины зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности. Электропроводность сухой древесины незначительна. Это позволяет применять ее в качестве изоляционного материала. Розетки под штепсели и выключатели делают из древесины.

К механическим свойствам древесины относятся: прочность — способность сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующаяся пределом прочности; твердость — способность сопротивляться проникновению другого, более твердого тела; жесткость — способность сопротивляться изменению размеров и формы; ударная вязкость — способность при ударе поглощать работу без разрушения.

Основные виды действия механических сил — растяжение, сжатие, статический изгиб, сдвиг. Предел прочности при растяжении вдоль волокон у отдельных пород достигает 176 МПа (акация белая). Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород 130 МПа. Прочность древесины при растяжении поперек волокон мала — в среднем 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон. Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. Древесина может уплотняться иногда до 1/3—1/1 начальной высоты образца без видимого разрушения. Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в радиальном и тангентальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуба, бука, граба) прочность при радиальном сжатии выше в 1,5 раза, чем при тангентальном; у хвойных, наоборот, прочность выше при тангентальном сжатии.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет '/6 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (бука, дуба, граба) скалывание по тангентальной плоскости на 10—30% выше, чем по радиальной.

Твердость — это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангентальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40%—у хвойных. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие (торцовая твердость 40 МПа и менее): сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан; 2) твердые (торцовая твердость от 40,1 до 80 МПа): лиственница сибирская, береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень; 3) очень твердые (торцовая твердость более 80 МПа) — акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташка, хмелеграб, тис.

Твердость важна при обработке древесины режущими инструментами: строгании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию (полы, лестницы, перила и др.).

Способность древесины поглощать работу без разрушения характеризует ее ударную вязкость.

Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как ряд сортиментов древесины заготовляют путем раскалывания (клепка, обод, спицы, дрань и др.). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангентальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание по тангентальной плоскости меньше, чем по радиальной.

Способность древесины удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину волокна частично перерезаются или раздвигаются и таким образом оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов примерно в 2 раза больше, чем выдергиванию гвоздей.

Способность древесины к загибу позволяет гнуть ее. Лучше гнутся лиственные кольце-сосудистые породы (дуб, ясень и др.) и рассеянно-сосудистые (береза). У хвойных пород невысокая способность к загибу. У влажной древесины способность к загибу выше, чем у сухой.
  include('include/spravogl.inc'); ?>

 

"Непрофессиональный садовод" © 2006 - 2017