Основная масса древесины состоит из органических веществ, содержащих углерод (С), водород (Н), кислород (О) и азот (N).
В химический состав древесины, входят также минеральные вещества, которые при сгорании образуют золу. В зависимости от породы дерева количество золы в древесине колеблется от 0,2 до 1,7%.
Входящие, в химический состав древесины углерод, водород, кислород - образуют сложные органические вещества, часть которых, входит в клеточные стенки, часть - в сами клетки.
Клеточные стенки древесины, состоят преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, полости клеток - из дубильных и красящих веществ, смолы, камеди, эфирных масел и алкалоидов.
Целлюлоза, гемицел-люлоза и лигнин составляют около 96% веса сухой древесины.
Целлюлоза является основным химическим веществом клеточных оболочек древесины и относится к полисахаридам.
Строение ее волокнистое. В воде, спирте, эфире, ацетоне и других обычных органических растворителях не растворяется.
Путем воздействия на целлюлозу различными кислотами и последующей химической обработки из нее получают бумагу, искусственный шелк, древесный кормовой сахар, винный спирт, лаки и др.
Гемицеллюлозы, по своему химическому составу близки к целлюлозе и также относятся к полисахаридам. Они обладают меньшей химической стойкостью, легко гидролизуются под воздействием кислот и переходят в раствор.
Гемицеллюлозы, разделяются на группу пентозанов и гексозанов.
Пентозаны при гидролизе образуют сахара-пентозы, которые не способны бродить и давать спирт, гексозаны образуют сахарагексозы, способные бродить и дающие спирт. Пентозаны преобладают в древесине лиственных пород, гексозаны - в древесине хвойных.
Лигнин, по сравнению с целлюлозой отличается меньшей стойкостью, легче подвергается воздействию горячих щелочей, окислителей и пр. Под действием сернистой кислоты или раствора едкого натра лигнин переходит в раствор. На этом свойстве основано получение из древесины целлюлозы, которая освобождается при этом от лигнина, образуя техническую целлюлозу.
При сухой перегонке дерева из лигнина получается метиловый спирт. Он тоже входит в химический состав древесины.
Дубильные вещества, обладают вяжущим вкусом, способностью растворяться в воде и спирте, в сочетании с солями железа придавать темно-синие и зеленоватые окраски растворам. Дубильные вещества, применяют в кожевенном производстве для дубления шкур.
Красящие вещества, встречаются обычно в полостях клеток. Химический состав древесины разнообразен, поэтому красящие вещества бывают красного, желтого, синего и коричневого цвета.
Краски, получающиеся из древесины некоторых пород, применяются для крашения материи, спиртовые растворы некоторых красок - для подкрашивания ликеров и кондитерских изделий.
Особую группу веществ близких к смолам, представляют у некоторых растений лакто - резины - млечные соки, из которых получают каучук и гуттаперчу - материалы для изготовления резиновых изделий.
Камеди - прозрачная густая жидкость, выделяющаяся из растений, быстро застывающая и твердеющая на воздухе. Камеди используют для изготовления некоторых сортов клея, в спичечном производстве, текстильной промышленности, медицине, кондитерском производстве и др.
Из эфирных масел, содержащихся в химическом составе древесины, можно изготовить камфорное масло. Из него приготовляют камфару, используемую при изготовлении целлголоида и для медицинских целей.
Из алкалоидов, встречающихся в древесных породах, следует отметить хинин, который добывают главным образом из коры некоторых видов деревьев. Употребляется хинин в медицине как противомалярийное средство.
Качество древесины, применяемой в виде сырья в отдельных химических производствах, определяется количественным содержанием необходимых химических веществ.
Так, древесина ели, сосны, осины, тополя и др. является главнейшим сырьем для получения целлюлозы - основного полуфабриката для изготовления бумаги, вискозного шелка, нитроцеллюлозы и пр.
Древесина сосны, служит ценным сырьем в смоло - скипидарных производствах, древесина дуба и каштана - важным сырьем для получения дубильных веществ.
Некоторые породы высоко ценятся изза содержания красящих веществ: красное дерево или красный сандал (содержит красные красящие вещества), сумах, желтое дерево, маклюра (желтые красящие вещества), синий сандал (синее красящее вещество).
Древесина представляет собой сложный композиционный материал, созданный природой. При рассмотрении структуры древесины принято различать макроструктуру, различимую невооруженным глазом, и микроструктуру, различимую с помощью оптической и электронной микроскопии.
Макроструктура древесины - строение древесины, видимое невооруженным глазом. Рассматриваются три основных разреза ствола: поперечный - торцовый и два продольных - радиальный, проходящий через ось ствола, и тангентальный, проходящий по касательной к годовым кольцам (рис. 3.1).
На поперечном разрезе древесины ствола видны концентрические годовые кольца, располагающиеся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо имеет два слоя: ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных тонкостенных клеток.
Рис. 3.1. Строение ствола дерева:
Поздняя древесина более темного цвета, состоит из мелких клеток с толстыми стенками; поэтому она менее пориста и обладает большей прочностью, чем весенняя.
В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревеневают и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается, и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола у разных пород называют ядром или спелой древесиной.
Микроструктура древесины. Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки механической ткани, имеющие веретенообразную форму и вытянутые вдоль ствола.
Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т. е. только из клеточных оболочек (рис. 3.2). Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спирали в каждом слое под разным углом к оси клетки (подобно отдельным прядям в канате). Это обеспечивает высокую прочность древесине.
Химический состав древесины. Микрофибриллы состоят из длинных, напоминающих цепи макромолекул целлюлозы (от лат. cellula - клетка). Эти цепи построены из большого числа (нескольких сотен) ячеек глюкозы (поэтому целлюлозу можно назвать полисахаридом):
Макромолекулы целлюлозы благодаря наличию сильно полярных групп -он жестко связаны друг с другом, чем объясняется отсутствие у древесины области высокоэластического состояния, возникающего при нагревании у большинства линейных полимеров (например, у полиэтилена). Эти же гидроксильные группы объясняют гигроскопичность древесины и сопутствующие ей набухание и усушку (см. п. 3.4). Механизм гигроскопичности заключается в образовании электростатической связи между полярными - он группами целлюлозы и диполями воды: от их вида, места расположения, размеров, а также от назначения древесной продукции. Один и тот же порок в некоторых видах продукции делает древесину непригодной, а в других понижает ее сортность или не имеет существенного значения. Поэтому в стандартах на конкретные виды лесопродукции имеются указания о допустимых пороках.
Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения и покоробленности. Ниже рассмотрены основные виды пороков.
Пороки формы ствола легко определяются на растущем дереве, поэтому стволы таких деревьев могут быть отбракованы на лесосеке. К этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола (рис. 3.3).
Сбежистость - значительное уменьшение диаметра по длине ствола. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола. Этот порок уменьшает выход обрезных пиломатериалов. Кроме того, в материале оказывается много перерезанных волокон, что снижает его прочность.
Закомелистость - резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) части ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовой продукции.
Кривизна ствола - искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд непригодной для строительных целей.
Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нормального расположения волокон в стволе дерева: наклон волокон, свилеватость, крень, двойная сердцевина и др. (рис. 3.4).
Рис. 3.3. Пороки формы ствола:
Наклон волокон (косослой) - непараллельность волокон древесины продольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах наклона волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку.
Рис. 3.4. Пороки строения древесины:
а - наклон волокон; б - свилеватость; в - крень; г - двойная сердцевина
Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонностью к короблению при изменении влажности.
Свилеватость - крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков.
Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах.
Крень - изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нарушает однородность древесины.
Сучки - самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основание ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5…2 раза (а в тонких Досках и брусках и более).
По степени срастания сучков с древесиной ствола различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно опасны сучки разветвленные (лапчатые) (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Различные виды сучков: а - сросшийся здоровый; 6 - выпадающий; в - сшивной; г - разветвленный (лапчатый)
Здоровые сучки имеют древесину твердую и плотную без признаков гнили. Часто сучки загнивают вплоть до превращения в рыхлую порошкообразную массу - это так называемые табачные сучки.
Для изготовления несущих деревянных конструкций использует-ся древесина, имеющая только здоровые сросшиеся сучки. Количество и размещение сучков определяют сортность материала.
Трещины могут появляться как на растущем дереве, так и при высыхании срубленного дерева и пиломатериалов. Они нарушают целостность лесоматериалов, уменьшают выход высокосортной продукции, снижают прочность и даже делают их непригодными для строительных целей. Кроме того, трещины способствуют гниению древесины.
Различают следующие типы трещин: метик, морозобоина и отлуп, образующиеся на растущем дереве, и трещины усушки, образующиеся на срубленной древесине (рис, 3.6).
Метик - внутренние трещины, идущие вдоль ствола от центра к периферии; трещин может быть несколько как расположенных в одной плоскости, так и крестообразно.
Рис. 3.6. Виды трещин: а, б - метиковая простая и сложная; в, г - морозобоина открытая и закрытая; д, е - отлуп кольцевой и частичный
Морозобоина - наружная открытая продольная трещина, сужающаяся к центру. Такие трещины возникают при замерзании влаги в стволе во время сильных морозов.
Отлуп - полное или частичное отделение центральной части ствола от периферийной в результате усушки первой. Такие трещины располагаются по годовым кольцам.
Трещины усушки встречаются очень часто в древесине всех пород; они возникают в результате напряжений, вызванных неравномерной усадкой при быстрой сушке древесины на воздухе. Эти трещины направлены от периферии к центру вдоль волокон древесины.
Грибные поражения и химические окраски вызываются простейшими живыми организмами - грибами, развивающимися из спор и использующими древесину в качестве питательной среды, или микроорганизмами. Для развития грибов необходим кислород воздуха, определенная влажность и положительная температура. Различают грибы, поражающие деревья, растущие в лесу, и свежесрубленную Древесину, и грибы, развивающиеся на деревянных конструкциях.
На растущих деревьях могут развиваться деревоокрашивающие грибы. Они питаются содержимым клеток, не затрагивая их стенки. Поэтому прочность такой древесины изменяется незначительно, но на Древесине появляются цветные пятна и полосы.
Изменение окраски древесины без изменения ее механических свойств может происходить из-за биохимического окисления дубильных веществ, провоцируемого микроорганизмами.
Значительно более опасны дереворазру тающие грибы. Они питаются материалом стенок клеток - целлюлозой, разлагая ее с помощью ферментов до глюкозы.
Это возможно только при достаточной влажности древесины. Глюкоза в теле гриба используется в процессе его жизнедеятельности и, в конце концов, превращается в углекислый газ и воду:
Гниение по сути - это то же самое, что и горение, но с очень малой скоростью.
Известно большое число дереворазрушающих грибов. Среди них наиболее часто встречаются так называемые домовые грибы. При поражении такими грибами древесина делается трухлявой и легкой, а на ее поверхности появляется налет плесени в виде мягких подушечек. Домовый гриб может разрушить древесину очень быстро (в течение нескольких месяцев).
Процесс гниения прекращается при снижении влажности древесины до 18…20 % (сухая древесина не гниет), снижении температуры ниже 0 °С или исключении поступления кислорода.
Повреждения насекомыми (червоточины) представляют собой ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми (жуками-короедами, точильщиками), которые живут в ней и ею же питаются. Жуки-точильщики могут развиваться в сухой древесине и даже в мебели.
Рис. 3.7. Продольная покороб-ленность
Поверхностные червоточины не влияют на механические свойства древесины, так как при распиловке уходят в горбыль. Глубокие червоточины нарушают целостность древесины и снижают ее прочность.
Покоробленности - нарушение формы пиломатериалов при изменении ее влажности при сушке и хранении или под действием внутренних напряжений при продольной распиловке крупных элементов на более мелкие. Покоробленность бывает поперечная, продольная (простая и сложная) и винтообразная (крыловатость) (рис. 3.7).
Ни один из имеющихся сегодня на рынке строительных материалов не обладает такими уникальными качествами, как природная древесина. Ее очень удобно и легко обрабатывать, так, что можно сделать что угодно, хоть ложку, хоть фюзеляж самолета. Древесина обладает прекрасной прочностью, она легкая и имеет приятный запах. Работа с деревом приносит истинное удовольствие, если разбираться в том, какими бывают виды древесины и характеристика пиломатериалов.
Разновидности срезов древесины
Если присмотреться к любому древесному бруску, то можно увидеть на нем текстурный рисунок, образованный годичными кольцами. Его внешний вид зависит от того, в каком направлении ствол дерева был распилен. Принято его распиливать по трем направлениям: вдоль и поперек волокон, а также под углом в 45 градусов. Если срез производят под углом, то его называют тангентальным. Он образует текстуру, похожую на конусообразные линии.
Если срез производится вдоль волокон, то он называется радиальный. На нем хорошо видны параллельные линии, образуемые волокнами. Поперечный срез во всей красе нам предъявляет годичные кольца ствола дерева. Рисунок имеет важное значение для внешней красоты изделий из дерева, поэтому прежде, чем делать деревянную заготовку необходимо четко себя представлять, в каком направлении мы хотим иметь узоры.
Внутреннее строение древесины
Для того, чтобы понять строение ствола дерева необходимо сделать полный поперечный разрез. Верхний слой называется корой. Он не представляет интереса, поэтому его удаляют. Следующий тонкий слой - это так называемая зона роста. Ее трудно увидеть, но если дерево молодое, то после снятия коры можно увидеть зеленые волокна, влажные на ощупь. Их еще называют камбий. После него и начинается сама древесина с ярко выраженными годичными кольцами. Профессионалы ее называют заболонью. В центре ствола находится более темное либо сливающееся с заболонью ядро. Это зависит от породы древесины, которая может быть заболонной или ядровой.
Ядровые древесные породы представлены всеми хвойными (кедр, сосна, ель, лиственница, тис) и некоторыми лиственными распространенными породами, такими как дуб, тополь, ясень. Подавляющее большинство лиственных деревьев являются заболонными: береза, ольха, граб, клен.
Плотность древесных клеток влияет на прочность и другие физические качества древесины, а вот на создание художественных композиций и возможность применения того или иного сырья в работе влияет рисунок годичных колец и сердцевидных сосудов. Это макроструктурные элементы, и к ним можно отнести еще сучки, наросты, неразвившиеся побеги, отклоняющие годичные кольца и образующие разнообразные свилеватости.
Древесина с ярковыраженной макроструктурой наиболее интересна для обработки, потому для поделок используются без исключения все хвойные
Физические характеристики древесины
Как и любой строительный материал древесина обладает рядом физических свойств:
- Плотность измеряется в г/см 3 и зависит от породы древесины и ее влажности. Чем выше этот показатель, тем прочнее и тяжелее материал, он более долговечен и менее подвержен гниению. Самой плотной считается древесина дуба, ясеня, клена и лиственницы, а наименьше плотностью обладают осина, ель и пихта.
- Влажность древесины говорит о степени ее качества и долговечности. Комнатно-сухая имеет 8 – 12% влаги, воздушно-сухая от 12 до 18%, а атмосферно-сухая 18 – 23%. Если же влажность еще больше, то такую древесину называют сырой.
- Звукопроводность и теплопроводность важные качества. Качественная сухая древесина прекрасно удерживает тепло и звук в поперечном направлении. Вдоль волокон теплопроводность снижена, а вот звук вдоль ствола распространяется прекрасно. Это даже является показателем качества и сухости.
- Стойкость к коррозии, которая выше у хвойной древесины, благодаря наличию в ней смолы.
- Текстура, цвет, запах и блеск позволяют определить породу древесины и определяют ее декоративную ценность.
Все перечисленные физические свойства очень важны для использования той или иной породы деревьев.
Механические характеристики древесины
Механические свойства различных пород древесины более важны. Ведь именно они влияют на прочность и долговечность строений или изделий из дерева. Механическая прочность – это способность оказывать сопротивление к различным статическим и динамическим воздействиям из вне. Прочность того или иного материала зависит от направления действия нагрузки. В связи с этим принято различать прочность на скалывание или сдвиг, изгиб и сжатие. Любая древесина имеет большую прочность вдоль волокон нежели поперек них.
Стоит отметить, что влажная древесина становится менее прочной. Это же наблюдается у легкой и рыхлой породы.
Пластичность – эта то свойство, которое позволяет создавать гнутые детали из дерева. Более пластичные породы сохраняют форму, полученную при определенном длительном воздействии. Влажность и температура очень сильно повышают этот показатель, поэтому для изготовления изогнутых деталей древесину подвергают воздействию горячей воды или пара. Высокой пластичностью может похвастаться бук, вяз, дуб, ясень. Этого нельзя сказать о хвойных породах, так как структура их волокон слишком прямолинейная.
Твердость древесины – это способность сопротивляться различному внедрению в нее инородных тел. Бывают твердые породы деревьев, такие как: бук, клен, лиственница, дуб, ясень, вяз (самыми твердыми являются самшит и акация) и мягкие, такие как: липа, ольха, ель, сосна. Уровень износостойкости древесины напрямую зависит от ее твердости.
Характеристика различных пород древесины
Для различных целей применяют ту или иную породу древесины. Все они делятся на хвойные и лиственные. Первые имеют резкий смоляной запах и выраженную макроструктуру. Самыми распространенными хвойными породами являются: кедр, сосна, пихта, ель и лиственница.
- Сосна является самым распространенным строительным материалом. Ее окраска изменяется от бледно-желтой до красновато-желтой. Древесина достаточно легкая и прочная. Главное, что она очень удобна для обработки. В ней содержится очень много смолы, поэтому она плохо гниет и не особо боится осадков. Из-за своей мягкости она легко принимает различные красящие вещества и лаки. Коробления при сушке почти у сосны не происходит. Недостатком является невозможность качественной отделки и окраски. Однако ее с успехом используют для производства мебели и фанеры.
- Ель можно поставить на второе место после сосны по уровню использования. Смолы в ней не так много, поэтому она более подвержена гниению и воздействию осадков. Древесина у ели прочная и легкая, но при этом обладает большим количество сучков, что значительно снижает ее потребительские качества. К преимуществам можно отнести белый цвет древесины и малую смолистость. Она хорошо удерживает различные крепежные детали. В строительстве из нее делают не самые важные детали.
- Кедр, или правильно сибирская сосна нисколько не уступает ели по своим строительным качествам, а по стойкости к гниению намного ее превосходит. Несмотря на мягкость древесины кедра, она обладает неплохой плотностью и прочностью, при этом прекрасно поддается обработке.
- Пихта ничем особенным не отличается от ели: она легко поддается любой обработке и не воспринимает едких химических препаратов. В ней достаточно мало смолы, из-за чего древесина слишком быстро загнивает без использования специальной обработки.
- Лиственница ценится своей твердостью и прочностью. Ее плотность такова, что ствол этого дерева тонет в воде. Зато древесина лиственницы практически не гниет.
Лиственные породы принято делить на мягкие и твердые. Их древесина не обладает запахом. Он есть только на свежем спиле. К твердолиственным породам нужно отнести дуб, ясень и березу, а к мягколиственным осину и ольху.
- Дуб имеет очень высокую прочность и стойкостью к появлению гниения. Его древесина обладает красивым цветом и текстурой. Она не трескается и не коробится, поэтому из дуба делают мебель и предметы роскоши и искусства. Дубильные вещества обладают мощными антисептическими свойствами. Самая прочная и красивая дубовая древесина получается, когда ее держат 1,5 года в проточной холодной воде. Ее цвет становится черным. Из такой мореной древесины изготавливают предметы дорогостоящей мебели. Это идеальный материал для производства мебели, но он очень неудобен в обработке из-за своей плотности и прочности
- Древесина березы имеет среднюю плотность и твердость. Она прочная и достаточно вязкая, имеет не очень ярко выраженную текстуру, но однородна. Недостатками этого материала являются подверженность сильному растрескиванию и короблению, слишком сильная усушка, небольшая устойчивость к загниванию, довольно частое поражение таким недугом, как червоточина. Однако она неплохо поддается обработке ручным инструментом, склеивается в фанере, легко полируется и подвергается окрашиванию, дает возможность производить очень мелкую рельефную резьбу.
- Осина обладает довольно мягкой древесиной, в которой настолько мало сучков, что она хорошо поддается любой обработке. Однако ее пористая структура не позволяет делать мелкие детали.
- Липа очень ценится при изготовлении различных резных деталей для производства мебели. Она не коробится и совсем не трескается при усушке. Липовая древесина обладает достаточно прочной структурой, которая совсем мало поддается гниению.
- Клен обладает прочной, плотной и слабоусыхающей древесиной. Она почти не коробится, но быстро загнивает и сильно подвержена червоточине. Эта древесина неплохо обрабатывается, склеивается, отделывается и окрашивается. Ее применяют в резных работах и изготовлении деталей из массива.
- Красное дерево, произрастающее в вечнозеленых тропических лесах, имеет древесину красного цвета. Это никакой-то один вид, а множество со схожими свойствами. Древесина красного дерева очень мягкая и прекрасно поддается обработке, легко полируется, а также впитывает лак. Некоторые части мебели делают из такой древесины. Ее высокая стоимость не позволяет делать из нее полностью все изделие.
Пиломатериалы и их разновидности
Преимущественно на лесобазе и в магазине продают сухую древесину. Сырая продается редко. Если вы решили построить что-либо или изготовить предмет мебели, то вы столкнетесь с названиями видов пиломатериала, смысл которых стоит понимать:
- Кряж является по сути цельными стволами деревьев без коры или их кусками достаточно большой длины. Важно, что их диаметр превышает 25 см.
- Подвязник – тот же кряж, но диаметром меньше 25 см.
- Жердь – цельный ствол без коры диаметром менее 9 см.
- Пластина – это половина кряжа, который распилен вдоль волокон.
- Четвертина — половина пластины, распиленной вдоль волокон.
- Лежень, или по-другому брус с обзолом – это обтесанное с двух сторон бревно, которое можно положить на одну из двух плоскостей.
- Брусом называю бревно, которое обтесано с четырех сторон с сечением не менее 100х100 мм. Если оно меньше, то изделие называют бруском.
- Доска бывает очень разной в зависимости от метода ее обработки и размеров: необрезная, обрезная, горбыль, строганная с четырех сторон, шпунтованная, фальцованная.
Все пиломатериалы, которые принято использовать в строительстве, обладают своими специфическими названиями. Различаются они по толщине изделия, а также отношения ширины к этой толщине. Для досок это отношение никогда не должно быть более 2. Максимально допустимая толщина досок равняется 100 мм. Длина любого материала из лиственных пород не превышает 5 м, а из хвойных 6,5 м.
Прочитав данную статью, вы ознакомились с основными понятиями и характеристиками древесины. Поэтому с такими знаниями можно спокойно приобретать пиломатериал, оперируя терминами, не хуже продавцов. Сегодня практически ни одно крупное строительство или ремонт не обходятся без использования древесины в той или иной степени, поэтому такие знания будут весьма полезны.
На поперечном разрезе ствола различных пород древесины обычно видны: сердцевина, древесина, камбий и кора.
Древесина хвойных пород состоит из внутренней, более темной части - ядра и наружной, более светлой - заболони. Ядро представляет собой более плотную часть древесины, не проводящую воду и имеющую значительно меньшую влажность, чем заболонь. Как ядро, так и заболонь состоят из концентрических колец - годичных слоев по числу которых можно определить возраст дерева. Сердцевина расположена в центре ствола, занимает небольшую его часть и отличается темной окраской и меньшей плотностью, чем древесина. Камбий является образовательной тканью. Кора состоит из внутренней живой части - луба, проводящего раствор органических веществ из листьев, и наружной части - корки.
Древесина состоит из клеток и поэтому обладает большой пористостью, которая сказывается на физических свойствах древесины. Пористостью древесины объясняется ее низкая теплопроводность и малый удельный вес. Удельный вес древесины разных пород в среднем составляет около 1,55. Поры в различных породах древесины занимают 56-72% от ее объема. Они заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла. Поэтому теплопроводность сухой древесины меньше, чем влажной. Древесина имеет весьма сложный химический состав. В ее состав входят: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы. Древесина содержит в небольших количествах также смолу, жиры, терпены, дубильные и другие вещества (посторонние вещества древесины).
Целлюлоза (клетчатка) является главной (50% по весу) и наиболее важной в техническом отношении составной частью древесины.
Клетчатка - высокомолекулярный полисахарид со свойствами коллоида; эмпирическая формула (C 6 H 10 O 5). Целлюлоза не растворяется в воде, спирте, эфире, бензине и других обычных растворителях. Растворителем для нее является аммиачный раствор гидрата окиси меди. В древесине содержится 23-27% лигнина, свойства которого еще недостаточно изучены.
Элементарный состав лигнина следующий: углерода 61-65%, водорода 4,9-6,4% и кислорода 28,6-34,1%. Колебания в элементарном составе лигнина объясняются разной степенью его чистоты и измененности. Лигнин изолируется различными методами, поэтому неодинаковы его эмпирические формулы, предложенные различными исследователями, например: С 22 Н 20 О 7 , С 10 Н 10 О 3 , С 40 Н 42 О 16 , С 120 Н 138 О 35 . Точно не установлен и молекулярный вес лигнина. Предполагают, что он достигает нескольких тысяч. О химической природе лигнина существуют две теории. До последнего времени большинством исследователей лигнин рассматривался как вещество ароматической природы. Дальнейшие исследования показывают, что в образовании лигнина принимают участие неизвестные неустойчивые углероды. Так появилась теория углеводного происхождения лигнина.
В. Н. Козлов предполагает, что лигнин, кроме ароматических веществ, содержит какие-то углеводы. Гемицеллюлоза - это углеводная часть древесины, которая в отличие от целлюлозы легко гидролизуется разбавленными кислотами. Гемицеллюлозы так же как и целлюлоза относятся к высокомолекулярным соединениям. В смоляных ходах древесины хвойных пород содержится живица, которая вытекает наружу при поражениях древесины. Живица образуется в живых тонкостенных клетках, выстилающих смоляной ход. В химическом отношении живица представляет собой раствор смоляных кислот в терпенах. При перегонке часть живицы улетучивается. Летучая часть называется скипидаром, а твердый остаток - канифолью.
Дубильные вещества (танниды, нетанниды) в различных породах содержатся в коре, древесине, корнях. В древесине сосны и ели дубильных веществ очень мало, в коре же их содержится значительно больше. В клеточном соке растений танниды находятся в растворенном виде или выделяются из него в виде капелек. После отмирания клеток они остаются в их полостях в виде аморфных масс или пропитывают клеточные стенки.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Рассмотрим подробнее, из чего состоит древесина. Древесина состоит из твердой части клеток, представляющих собой клетчатку такого состава: 49,5% углерода; 6,3% водорода; 44,2 % кислорода и азота (в том числе азота около 1%). В древесине имеются минеральные вещества, образующие после сжигания золу. Зола составляет 1-1,5% от .
Составные части дерева и его строение
Физические свойства древесины. Свойства древесины зависят от ее влажности. Различают в древесине влагу свободную, или капиллярную, заполняющую полости клеток и межклеточное пространство; гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную. В свежесрубленной древесине имеется свободная, гигроскопическая и химически связанная вода, в сухой древесине - гигроскопическая и химически связанная.
По степени влажности различают древесину мокрую, полностью насыщенную водой; свежесрубленную, содержащую воды 35% и более; воздушно-сухую влажностью 15-20%; комнатно-сухую влажностью 8-10%; абсолютно сухую, полученную в лаборатории высушиванием до постоянного веса при температуре 100-105° С. Условная 15%-При равномерном высыхании вначале испаряется свободная влага, затем гигроскопическая. Состояние древесины в момент отсутствия в ней свободной влаги называется точкой насыщения волокна. Она характеризуется влагосодержанием 25-35% к весу сухой древесины.
Сухая древесина способна поглощать из воздуха влагу и отдавать ее более сухому окружающему воздуху. Колебания влажности древесины вызывают в ней изменение объемного веса, размеров и прочности.
Звукоизоляция помещения очень важна, если Вы живете в шумном районе или занимаетесь музыкой. Как правильно сделать звукоизоляцию читайте на сайте "Построй свой дом сам".
Процессы увлажнения или обезвоживания древесины на воздухе продолжаются до достижения состояния равновесной влажности, изменяющейся в зависимости от температуры и влажности воздуха. Продвижение неодинаково в разных направлениях. В продольном направлении влага продвигается быстрее, чем в поперечном. В радиальном направлении скорость продвижения влаги большая, чем в тангенциальном.
вещества, образующего , равна 1,55 г/см3. Объемная масса древесных пород 450- 900 кг/м3. Некоторые древесные породы (бакаут) имеют объемную массу более 1300 кг/м3.
При высушивании древесины до точки насыщения волокон не изменяются ее линейные размеры. При дальнейшем высыхании размеры древесины уменьшаются: вдоль волокон - на 0,1-0,4, в радиальном направлении - на 3-6, а тангенциальном - на 6- 12%. В конструкциях, защищенных от увлажнения, древесину следует применять с влажностью не более 18%.
Изменение формы древесины, вызванное неравномерной усушкой, называется короблением. При неправильном высушивании в древесине возникают напряжения, вызывающие наружные и внутренние трещины.
Ценным в древесине является ее текстура. Красивой текстурой обладает дуб, бук, орех, клен и другие породы. Каждая порода дерева имеет характерную окраску. иногда вызывается поражением ее дереворазрушающимл грибами. Древесные породы, содержащие танин, изменяют окраску под действием солей железа, находящихся в воде.
Теплопроводность древесины зависит от направления волокон, влажности и породы. Так, при влажности дуба 15% коэффициент теплопроводности вдоль волокон равен 0,45, поперек волокон 0,22 вт/м o град; для сосны он равен соответственно 0,44 и 0,18 вт/м*град. Теплоемкость древесины равна в среднем для дуба 2,8*103, для сосны и ели 2,7*103 дж/кг*град.
Древесина хорошо проводит звук вдоль волокон, хуже - в радиальном направлении и плохо - в тангенциальном. Например, сосна проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030, в радиальном направлении 1450, в тангенциальном 850 м/сек.
Температурный коэффициент расширения древесины невелик и зависит от породы: для древесины вдоль волокон он равен 0,000002-0,00001, поперек волокон 0,00003-0,00006.
Кислоты и щелочи разрушают древесину при длительнОхМ воздействии. Слабощелочные растворы разрушают древесину незначительно. Кислоты начинают разрушать древесину при рН<2, т. е. она сопротивляется значительно лучше, чем бетон, который разрушается при рН = 5. Хвойные породы более стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные.
Механические свойства древесины зависят от направления волокон по отношению к действию усилий, от ее влажности, строения, возраста и условий роста дерева, а также от наличия пороков. Предел прочности при сжатии хвойных пород поперек волокон в 10-12 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Для лиственных пород это отношение будет (1:5) -5т (1:8). Сопротивление древесины скалыванию зависит от направления действующих сил.
Важным техническим свойством древесины является способность удерживать винты, гвозди.
По степени твердости древесные породы можно разделить на очень твердые (граб, акация белая, самшит, саксаул), твердые ( , бук, клен, дуб, ясень), мягкие (сосна, ель, кедр, тополь^ липа, ольха, каштан, платан и др.).