Состав древесины

Из каких же химических элементов состоит древесина? Основная часть – целлюлоза (до 50% объема), природный полимер, самая важная часть древесинного вещества. Образно говоря, целлюлоза – это каркас древесины.

«Каркас» (целлюлоза) заполнен лигнином. У хвойной древесины его примерно 25-35% объема древесины, у лиственной меньше – 15-25%. Лигнин – очень сложное химическое вещество, с трудом отделяемое от целлюлозы. В производстве бумаги это нежелательный продукт. После отделения от целлюлозы часть его сжигают. Используют лигнин при бурении нефтяных скважин, в цементной и резиновой промышленности.

В состав древесины входят еще и гемицеллюлозы, в древесине лиственных пород их 20-30%. Это учитывают при химико-механической переработке лиственной древесины. Гемицеллюлозы в определенных условиях превращают в сахар, который в одних случаях играет положительную роль (например, в производстве фанеры помогает склеиванию), в других – отрицательную (например, препятствует связыванию частиц древесины цементом).

Экстрактивные вещества определяют цвет, запах, вкус, стойкость древесины к загниванию, огнестойкость и проницаемость влаги (гигроскопичность). Они служат сырьем для многих очень нужных веществ – красок, эфирных масел, жиров и пр. В зависимости от породы, условий произрастания и заготовки в древесине содержится 5-30% экстрактивных веществ. Золообразующих веществ в древесине немного – 0,1 - 3%.

Одно из важных физических свойств древесины – влажность. Определяется она отношением массы содержащейся в древесине влаги к массе абсолютно сухой древесины и выражается в процентах.

Влажность различных частей ствола различна (заболони больше, чем, например, ядра), так же, как различна она у деревьев в пределах одной породы. В древесине влага находится в виде воды или пара в полостях клеток и в связанном виде – в их стенках. Это свойство важно потому, что при испарении влаги из полостей клеток или из их стенок состояние древесины принципиально различно. Состояние, при котором в полостях клеток влага отсутствует, а она имеется только в стенках клеток, называется пределом насыщения; этот предел соответствует примерно 30% влажности древесины. При дальнейшем уменьшении влажности физические и механические свойства древесины начинают изменяться. Когда влажность древесины становится ниже 30%, не увеличивается и не уменьшается под воздействием влажности окружающей среды, ее называют равновесной. При этом она примерно соответствует влажности той среды, в которой древесина эксплуатируется. Чтобы защитить древесину от краткосрочных изменений влажности среды, в которой она эксплуатируется, ее поверхность нужно защищать (олифить, красить, лакировать, покрывать пленкой).

Если влажность древесины свыше 30%, ее размеры с изменением влажности не меняются, если меньше 30%, размеры меняются, она усыхает (т.е. происходит усушка) при уменьшении влажности окружающей среды и разбухает при ее увеличении.

Усушка и разбухание древесины, пожалуй, самые отрицательные ее свойства, так как при этом происходит коробление, растрескивание и даже раскалывание. Усушка к тому же неравномерна, потому что древесина анизотропна.

На величину усушки влияют многие свойства древесины и в первую очередь – ее плотность: чем выше плотность, тем больше усушка. Что же такое плотность древесины? Она характеризуется отношением массы древесины к ее объему и измеряется в граммах (килограммах) на кубический сантиметр (метр). Плотность может характеризовать древесинное вещество, абсолютно сухую древесину, влажную древесину. Плотность древесины меняется как в пределах одной породы, так и по породам. Поскольку влага входит в массу древесины, а влажность меняется, то плотность измеряют при одной и той же влажности (обычно 12%), а в стандартах указывают среднюю плотность для какой-то породы.

В больших объемах древесина эксплуатируется на открытом воздухе, где на нее действуют солнце, ветер, дождь, снег. Древесина в таких условиях, как принято говорить, обветривается и теряет свой естественный цвет, становится серой, поскольку в поверхностном слое частично разрушается целлюлоза и в нем появляется много микроорганизмов. При очень продолжительном обветривании древесина начинает терять массу, что легко заметить на старых столбах, срубах деревянных домов, заборах. При этом уменьшаются размеры древесины, но происходит это очень медленно: 5-10мм за 100 лет.

Древесина на открытом воздухе часто увлажняется, высыхает, снова увлажняется, что приводит к появлению трещин. Трещин больше всего у более твердой и тяжелой древесины. Да и глубина трещин больше. Неприятности доставляет и коробление досок на открытом воздухе. Оно бывает настолько большим, что доски забора вырывают гвозди, которыми они крепятся. Чем шире доски или чем древесина плотней, тем коробление больше. На открытом воздухе древесина быстрее загнивает. Сумма всех этих свойств древесины называется атмосферостойкостью, которую люди стараются повысить.

Большую озабоченность вызывает биостойкость древесины. С древнейших времен люди стремились чем-то пропитать древесину, чтобы она не гнила. Но природа и здесь позаботилась о древесине. Замечено, что практически не гниет сухая древесина. Почти не гниет древесина, находящаяся в воде. Старые опоры мостов обычно сгнивают в надводной части, а подводная часть сохраняется долгие годы. В Швейцарии сохранились деревянные опоры, простоявшие в воде около 200лет! Из этих наблюдений сделаны важные выводы о возможности предохранения бревен от загнивания путем их затапливания. Этот дешевый способ используют в Карелии, где много озер. Но самым важным приемом является сушка древесины. Именно она обеспечивает сохранность древесины, предохраняет деревянные изделия от коробления.

Древесина обладает рядом различных отклонений от нормы (природной или условной), иногда существенно изменяющих ее свойства и ограничивающих области ее применения. Эти отклонения называются пороками древесины. К настоящему времени описано примерно двести пороков.

Самый распространенный порок, в определяющей мере влияющий на качество древесины, - сучки. Они являются оставшимися в древесине ствола основаниями ветвей – живых или отмерших еще при жизни дерева.

Большая группа пороков древесины – трещины, являющиеся следствием имеющихся в древесине внутренних напряжений, присущих практически каждому растущему дереву, а также возникающих в древесине при хранении, механической обработке, сушке.

Значительно снижает качество древесины такой порок, как червоточины. Они характеризуются повреждениями древесины в виде бороздок на ее поверхности, каналов (ходов) в ее толще, проделанных насекомыми или их личинками, в древесине морских сооружений – обитателями водной среды. Все эти живые существа, повреждающие древесину, называют древоточцами, которые могут действовать в свежесрубленной древесине, при ее хранении, при эксплуатации деревянных изделий.

Следующей группой пороков являются деформации древесины, ее покоробленность. Происхождение непосредственно связано с сушкой.

К порокам древесины относятся также дефекты формы ствола (сбежистость, кривизна, закомелистость и пр.), строение древесины (отклонение направления ее волокон от продольной оси ствола дерева), раны (повреждения) древесины, ее сухобокость, прорость, засмолок.

Знание пороков древесины и их характеристик необходимо по ряду причин – для оценки ее качества (назначения сорта), для принятия решения о целесообразной области применения древесины, имеющей тот или иной порок, для принятия мер по предупреждению развития порока.

В строительстве очень ценятся тепловые свойства древесины. Широкое использование ее как стенового материала в домах основано на ее хороших теплоизоляционных свойствах, в первую очередь на низкой теплопроводности, которая значительно ниже, чем у металлов (в 300 раз), у бетона (в 10 раз), у стекла (в 5-7 раз). Причем вдоль волокон теплопроводность древесины в 2-3 раза больше, чем поперек. Из этого нетрудно сделать практические выводы о правилах строительства деревянных домов: при эстетической привлекательности домов со стенами из коротких отрезков бревен, оси которых перпендикулярны стене, теплыми они не будут.
Важные свойства любого материала – звуковые. Особую значимость они имеют для древесины, так как она часто используется как основной материал в строительстве и для музыкальных инструментов. Скорость распространения звука вдоль волокон древесины 5100м/с, поперек – в 3 – 5 раз меньше. Звук (и вибрация тоже) гасится в древесине значительно быстрей, чем в металле, что объясняется более высоким (примерно в 10 раз) внутренним трением. Использование древесины в излучателях звука музыкальных инструментов (т.е. дек фортепиано, скрипок, виолончелей, альтов и пр.) обусловлено тем, что она усиливает звук и образует его тембр, которые формируются струной, т.е. дека вибрирует, резонирует. Поэтому древесина, используемая в музыкальной промышленности, называется резонансной. Наилучшими свойствами обладает древесина мелкослойной ели, а также пихты и кедра. Отбор резонансной древесины очень строгий – ширина годичных колец должно быть в пределах 1- 4мм, поздней древесины в заготовке должно быть не более 30% (для дек роялей даже 20%), древесина должна быть прямослойной, без сучков и наклона волокон.

Автор статьи: Татьяна Цапина
Источник: ArtShkaf.Ru - Изготовление шкафа-купе и сборка корпусной мебели под заказ.

Вопросы, Комментарии, Пожелания

Оглавление

24 марта 2007, 19:31

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. Соответственно и 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 ствола 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 древесины: 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.

Вопросы, Комментарии, Пожелания

Оглавление

23 марта 2007, 19:27