Сделай Сам Свою Работу на 5

Физико-механические свойства древесины





К физическим свойствам древесины относятся свойства, определяющие внешний вид древесины, - текстура, цвет, блеск; влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением, - усушка и разбухание; плотность древесины.

Текстура древесины - это рисунок, образующийся на ее поверхности вследствие перерезания анатомических элементов строения. Чем сложнее строение древесины и разнообразнее сочетания элементов, тем богаче текстура. На характер текстуры влияют: направление разреза (радиальное, тангенциальное, тангенциально-торцовое); какая часть дерева попала в разрез (стволовая, комлевая, у развилин крупных ветвей, наплыв или кап). Древесина хвойных пород имеет чаще всего однообразную, хотя и четко выраженную текстуру в виде параллельных (на радиальном разрезе), образующих конус (на тангенциальном разрезе) чередующихся светлых и темных полос. У лиственных пород, имеющих более сложное строение, текстура весьма разнообразна и во многих случаях очень красива.

Богатой текстурой обладает древесина грецкого ореха, платана, клена «птичий глаз», карельской березы и многих иноземных пород (красного, фиалкового, розового, сатинового дерева, палисандра и др.). Выразительную текстуру имеет древесина дуба, ясеня, карагача и др. Слабовыраженная текстура у древесины березы, ольхи, груши. К бестекстурным породам относят липу, граб, осину.



Цвет - важная характеристика породы древесины и ее качества. Ту или иную окраску и степень ее интенсивности определяют содержащиеся в древесине красящие и дубильные вещества, смолы и продукты их окисления.

Для большинства пород характерны желтовато-бурые и красновато-коричневые тона с различными оттенками. Но встречаются породы с почти белым (береза, осина, граб, пихта) и черным (эбеновое дерево) цветом. Некоторые породы, например грецкий орех, отличаются широким диапазоном цветовых оттенков. Каждой породе присущ свой, неповторимый колорит, однако он не всегда постоянен. С возрастом дерева интенсивность окраски усиливается. Изменяется она и под действием внешних факторов - света, воды, воздуха.

От прямых солнечных лучей цвет древесины утрачивает яркость, темнеет и сереет. Изменяется он и при поражении древесины плесенью и грибами, становится необычным, не свойственным данной породе. Для сохранения естественного цвета поверхность древесины покрывают прозрачными отделочными материалами.



Блеск древесины проявляется главным образом на радиальном разрезе, когда свет отражается от гладких и блестящих внутренних стенок сосудов и сердцевинных лучей. Характер блеска у разных пород различен: полуматовым (сатиновым) блеском обладает древесина граба, тополя, груши; шелковистым - платана, кедра, клена, сосны; муаровым - березы, серого клена, лавровишни и т. д.

Блеск и цвет древесины зависят не только от природных свойств, но и от условий освещения поверхности, что называют светоотражением древесины. Оно проявляется в том, что при поворачивании поверхности древесины по отношению к источнику света, при котором меняется угол падения светового луча по отношению к направлению волокон, наблюдаются своеобразные светопереливы: матовые места становятся блестящими, темные - светлыми, и наоборот, а цвет древесины меняет оттенок, приобретая то золотистый, то серебристый отлив. Это ценное декоративное качество древесины используют в мозаичных работах и художественном паркете.

Влажность оказывает большое влияние на свойства древесины как поделочного материала. Изделие, изготовленное из сырого материала, легко поражается плесенью и загнивает, при сушке изменяет размеры и форму, коробится и растрескивается.

Древесина как растительный материал всегда содержит определенное количество влаги, которое соответствует влажности окружающей среды, поэтому говорят, что древесина обладает равновесной влажностью. Попадая в условия повышенной влажности, например в воду, древесина впитывает в себя влагу, а попадая в сухое помещение - отдает влагу до тех пор, пока между внутренним и внешним значениями влажности не установится равновесие.



Для количественной оценки влажности древесины введено понятие «абсолютная влажность древесины».

Для практического определения значения влажности испытуемый образец древесины взвешивают на рычажных весах с погрешностью до 0,001 г, затем образец высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы (т. е. до полного испарения воды), проверяя ее путем повторных взвешиваний. Результат определяют по формуле.

Этот метод дает достаточно точные результаты, но требует длительного времени - 8-10 ч. В производственных условиях при массовом определении влажности пользуются более быстрым электрическим методом, основанном на измерении электропроводности древесины, которая, в свою очередь, зависит от содержания в древесине воды. Для этой цели применяют специальные приборы - электровлагомеры.

По степени влажности различают следующие состояния древесины:

· мокрая, долгое время находившаяся в воде (W > 100%);

· свежесрубленная (50-100%);

· воздушно-сухая, долгое время пролежавшая на воздухе (15-20%), в зависимости от климатических условий и времени года;

· комнатно-сухая (6-10%)

· абсолютно сухая (около 0%).

При изготовлении изделий для внутреннего убранства помещений влажность древесины должна быть (8 ± 2) %, для экстерьера - 15-20%.

Установить точное значение влажности весовым или электрическим методом не всегда представляется возможным (только на предприятии, где есть лаборатория). Однако опытные мастера по обработке дерева достаточно точно определяют степень влажности древесины по стружке. Если скомкать в руке стружку средней толщины, снятую с прямослойного участка, и она при этом раскрошится, значит, древесина пересушена; если стружка остается цельной, но легко ломается - древесина достаточно сухая; если же стружка не ломается, а мнется, как мочало, - древесина сырая.

С изменением влажности древесины связаны такие ее свойства, как усушка и разбухание. Усушкой называют уменьшение линейных размеров и объема древесины при сушке. Общее количество влаги в сырой древесине складывается из свободной влаги, находящейся- в полостях сосудов и клеток, и связанной влаги, находящейся в толще клеточных оболочек. Для всех пород количество связанной влаги одинаково и составляет примерно 30%. Состояние древесины, при котором в клеточных оболочках содержится максимальное количество связанной влаги, а свободной влаги нет, называют пределом гигроскопичности.

В процессе сушки испарение свободной влаги, т. е. снижение влажности от свежесрубленного или мокрого состояния до предела гигроскопичности, происходит сравнительно быстро и легко и не вызывает усушки. Удаление связанной влаги требует значительных затрат энергии и времени, приводит к уменьшению размеров клеток, а следовательно, и общих размеров древесины, т. е. к усушке.

Уменьшение размеров древесины при высыхании не одинаково по различным направлениям, что приводит к деформации поперечного сечения сортиментов, выпиленных из сырого бревна (3). Максимальная усушка - поперек волокон в тангенциальном направлении (по окружности годичных колец) - 6-10% (6-10 см на 1м); в два раза меньше - поперек волокон в радиальном направлении - 3-5%; практически незаметна - вдоль волокон - 0,1% (1 мм на 1 м). Объемная усушка в среднем составляет 12-15%.

Величина усушки зависит также от породы дерева и места его произрастания. К малоусыхающим относятся ели, пихта, кедр, можжевельник, тис, ива, хурма кавказская, черешня лесная; к средне-усыхающим - сосна, дуб, ясень, вяз, груша, орех грецкий, липа, рябина, ольха черная, осина, тополь; к сильноусыхающим - лиственница, бук, граб, клен, береза, белая акация.

Усушку поперек волокон необходимо учитывать при распиловке бревен на доски; бревна распиливают обычно вр влажном состоянии и если не дать припуска на усушку, полученные пиломатериалы после высыхания не будут иметь требуемых размеров поперечного сечения.

Разбухание - явление, обратное усушке, и подчиняется тем же закономерностям: наибольшее разбухание наблюдается в тангенциальном направлении поперек волокон, а наименьшее - вдоль волокон. Разбухание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочарной таре под жидкие товары, в деревянных трубах, судах и т. д.). Для предотвращения разбухания древесины ее покрывают лаками и красками, но это не всегда эффективно. Лучшие результаты дает пропитка синтетическими смолами.

Плотность древесины характеризуется отношением массы образца к его объему при влажности древесины 12% Для определения плотности используют образцы в виде прямоугольной призмы. Массу образца устанавливают взвешиванием на рычажных весах, а объем - по трем линейным измерениям (длина, ширина толщина).

Величина плотности древесины различных пород изменяется в очень широких пределах. Наши породы можно разделить на три группы:

· породы малой плотности (540 кг/м и менее): хвойные - сосна, ель, пихта, кедр, можжевельник; лиственные - тополь, липа, ива, осина, ольха, каштан, бархат амурский;

· породы средней плотности (550-740 кг/м ): хвойные - лиственница, тис; лиственные - береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, карагач, клен, лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень;

· породы высокой плотности (выше 750 кг/м ): белая акация, граб, кизил, саксаул, самшит, фисташка, хмелеграб.

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних механических усилий. Применительно к художественным изделиям наиболее важными механическими свойствами являются прочность и твердость древесины.

Прочность - способность сопротивляться разрушению от механических усилий. Внешние механические силы могут действовать на тело по-разному. Основными видами действия сил являются: растяжение, сжатие, сдвиг, поперечный и продольный изгиб, кручение. В применении к древесине почти каждый из этих видов подразделяется на несколько разновидностей в зависимости от направления силы по отношению к направлению волокон древесины и годичных слоев. Так, растяжение и сжатие могут быть вдоль и поперек волокон, в последнем случае - в радиальном и тангенциальном направлениях; поперечный изгиб может быть радиальным (действующая сила направлена по сердцевинным лучам) и тангенциальным (сила направлена по касательной к годичным слоям) и т. д.

Прочность характеризуется пределом прочности, представляющим собой то предельное напряжение, которое испытывает материал перед разрушением под действием внешней нагрузки.

Прочность древесины имеет большое значение для конструкций, испытывающих внешние нагрузки, например мебели. Мебельные детали чаще всего испытывают сжимающие (опоры), изгибающие (полки) и скалывающие (шиповые соединения) нагрузки. При этом учитывают, что древесина хорошо сопротивляется действию сил, растягивающих деталь вдоль волокон, и изгибающих сил, направленных поперек волокон; значительно ниже сопротивление древесины сжатию поперек и скалыванию вдоль и поперек волокон.

Проявляется прочность и при обработке древесины. Так, способность древесины расщепляться даже при небольших нагрузках необходимо учитывать на всех этапах обработки, начиная с заготовки, которую надо хорошо проверить на отсутствие трещин, и кончая сборкой, когда одна деталь может расколоться при чрезмерно плотном ее соединении с другой.

Плотная, тяжелая древесина обычно обладает большей прочностью. Прочность резко уменьшается с увеличением влажности древесины; значительно снижается прочность при наличии в древесине

пороков (особенно сучков).

Твердость древесины имеет большое значение при обработке ее режущим инструментом (пилении, строгании, резьбе), а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию (полы).

Твердость определяют путем вдавливания в поверхность древесины стального шарика и получения отпечатка, площадь которого равна 1 см . Нагрузка, которая необходима для получения отпечатка, выраженная в килограммах, и характеризует твердость.

В зависимости от поверхности, на которой определяют твердость древесины, различают твердость торцовую, радиальную и тангенциальную. Торцовая твердость значительно превышает боковую у всех пород. Радиальная и тангенциальная твердость у большинства пород примерно одинаковы. В зависимости от твердости породы древесины принято делить на три группы:

· I - мягкие: сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, ива, осина, ольха, каштан;

· II - твердые: лиственница, береза, бук, вяз, ильм, карагач, груша, дуб, клен, лещина, орех грецкий, платан, рябина, яблоня, ясень;

· III - очень твердые: тис, акация белая, граб, железное дерево, кизил, самшит, фисташка, хмелеграб.

Твердость древесины в разных частях дерева неодинакова. Выше она в прикомлевой части ствола, в сучках и наростах. Ранняя и поздняя древесина годичных слоев некоторых пород (например, лиственницы) резко различаются по твердости. Это вызывает затруднения при обработке ручным инструментом, например резьбе.

Жесткость - способность сопротивляться изменению размеров и формы проявляется при гнутье древесины. Менее жесткая древесина легче поддается гнутью (изгибу), особенно с повышением влажности (до предела гигроскопичности) и температуры. Такими породами являются бук, дуб, береза, сосна, ель.

Практическим ценным свойством древесины при изготовлении столярных изделий является ее способность удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы, скобы и др.). Сопротивление выдергиванию шурупов и гвоздей зависит от их длины и диаметра, породы древесины, ее влажности и разреза (радиальный, тангенциальный, торцовый). Выше оно у сухой плотной и твердой древесины (ясень, дуб, бук) и при выдергивании шурупов и гвоздей, завинченных или забитых в тангенциальном направлении.

Пороки древесины

Пороками древесины называют изменения ее внешнего вида, отклонения от нормального строения, различные повреждения и другие недостатки, которые снижают ее качество и ограничивают возможность использования в изделиях.

Влияние пороков на пригодность древесины как поделочного материала зависит от вида порока, размеров поражения им древесины, а также характера изготовляемого изделия и условий его эксплуатации. В некоторых случаях пороки делают древесину совсем непригодной для использования. Вместе с тем некоторые отклонения от нормального строения, например волнистость, свилеватость, ненормальные окраски и др., повышают декоративные качества материала и его ценность при изготовлении художественных изделий.

Все пороки подразделяются на следующие группы (ГОСТ 2140- 81): сучки; трещины; пороки формы ствола; пороки строения древесины; химические окраски; грибные поражения; биологические повреждения; инородные включения, механические повреждения и пороки обработки; покоробленное

Сучки - основания ветвей, заключенные в древесине ствола. Степень их влияния на качество материала зависит от количества, размеров, формы и расположения сучков, состояния древесины сучка и ее связи с древесиной ствола.

По форме сучки в пиломатериалах делятся на круглые, овальные, продолговатые, по расположению в сортименте - пластевые, кромочные, ребровые, торцовые и сшивные. По степени срастания с окружающей древесиной сучки подразделяются на сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся и выпадающие. По состоянию древесины самого сучка различают здоровые, светлые и темные здоровые, загнившие и гнилые сучки.

Здоровый сросшийся сучок не имеет признаков гнили, несколько темнее окружающей древесины, его годичные слои прочно связаны со слоями древесины ствола, поэтому он при обработке не выпадает. Темный здоровый сучок отличается повышенной твердостью, затрудняет обработку и может вызвать повреждение инструмента. Загнившие и гнилые сучки отличаются по цвету и твердости от здоровых. Если древесина сучка полностью сгнила и превратилась в бурую, легко растирающуюся в порошок массу, по виду напоминающую нюхательный табак, такой сучок называют табачным.

Сучки являются основным сортоопределяющим пороком почти во всех сортиментах и деталях из древесины. Они нарушают однородность древесины, вызывают искривление волокон и годичных слоев, что ухудшает ее механические свойства. Обработка сучковатых мест требует дополнительных усилий, так как твердость ; сучков в 2-3 раза выше твердости окружающей их древесины.

Трещины являются весьма существенным пороком древесины. Они возникают по разным причинам: часть их образуется во время роста дерева в результате резких изменений температурно-влажностных условий (метиковые, отлупные, морозные), другие появляются в результате неравномерной усушки древесины, а также от ударов и иных механических нагрузок на доски и бруски.

Метиковые трещины направлены от сердцевины к коре; отлупные - по годичному слою; морозные - наружные продольные разрывы стволов. Трещины, возникающие под действием внутренних напряжений при сушке, могут быть торцовыми, боковыми и кромочными.

Трещины нарушают целостность древесины, снижают ее механические свойства и, кроме того, способствуют проникновению влаги и спор грибов вглубь материала. При выборе материала для художественных изделий следует стремиться не допускать этот порок. Если трещина возникла в процессе работы, ее необходимо заделать.

Пороки формы ствола образуются в результате изменений условий роста дерева, механических повреждений или заболеваний. Чаще всего встречаются: сбежистость - резкое уменьшение диаметра ствола от комля к вершине, что вызывает наклон волокон; закомелистость - резкое увеличение диаметра в нижней части ствола; кривизна - искривление ствола по длине; наросты на стволе. Они затрудняют распиловку бревен, снижают полезный выход пиломатериалов, вызывают наклон волокон в них.

Наибольшее значение для художественных изделий имеют наросты - местные утолщения ствола. Они делятся на две группы: с гладкой поверхностью и сравнительно правильным строением древесины и с неровной поверхностью и свилеватым строением древесины (капы). Наросты типа капов чаще образуются на стволах полевого клена, явора, черной ольхи, ясеня, ильма, бука, платана, но особенно часто - на стволах березы и грецкого ореха. Причины их образования пока окончательно не выяснены.

Наросты рассматриваются как условный порок: для применения в качестве конструкционного материала они мало пригодны; в то же время наросты со свилеватым строением древесины высоко ценятся и используются для производства отделочных материалов (строганого шпона) и мелких художественных и бытовых изделий.

К порокам строения древесины относятся: наклон волокон, свилеватость, завиток, крень, двойная сердцевина, внутренняя заболонь, ложное ядро и др.

Наклон волокон выражается в том, что волокна древесины идут по стволу винтообразно. Такая древесина обрабатывается труднее прямослойной, часто образуются задиры и сколы, поэтому ее не применяют для резных или токарных работ.

Кроме свилеватости с беспорядочным расположением волокон, встречающейся главным образом в капах, у некоторых лиственных пород, например граба, ясеня, березы, вяза, клена, бука, наблюдается волнистая свилеватость в комлевой части ствола. Она возникает в результате сильного давления от веса выше расположенных частей дерева и образует характерную струйчатую текстуру.

Механическая обработка такой древесины затруднена, но она очень ценна как декоративный материал.

Завиток - местное искривление годичных слоев, обычно у сучка, несколько снижает прочность древесины и затрудняет ее обработку. Относится к несущественным порокам.

Крень - порок, выражающийся в неравномерном увеличении ширины годичных слоев. Креневая древесина (у хвойных пород) отличается темным цветом, повышенной плотностью и твердостью. Вызывает сильное коробление и растрескивание пиломатериалов при сушке, поэтому снижает качество древесины и допускается с определенными ограничениями.

Двойная сердцевина, внутренняя заболонь и ложное ядро нарушают однородность древесины, что приводит к ее растрескиванию и короблению при сушке, затрудняет обработку. Древесину с такими пороками не рекомендуется применять для высококачественных изделий.

Химические окраски и грибные поражения появляются в древесине главным образом в результате развития в ней грибов и бактерий. Иногда цвет меняется под влиянием физико-химических процессов без участия грибов (так, окраска мореного дуба, извлекаемого из водоемов, возникает в результате химической реакции между дубильными веществами древесины и растворенными в воде солями железа и меди).

Грибы делятся на деревоокрашивающие и дереворазрушающие. В начале развития все грибы изменяют цвет древесины. Пораженные места становятся бурыми, коричневыми, красноватыми, серыми, синеватыми и др. После сушки древесины грибы погибают, а вызванная ими окраска остается.

Окраски разделяются на внутренние (ядровые), наружные (заболонные) и смешанные (заболонно-ядровые). Наиболее часто встречаются: грибные ядровые пятна в виде пятен и полос бурого, красноватого, коричневого, реже черного и серо-фиолетового цветов в центральной части ствола хвойных и ядровых лиственных пород; синева и цветные забоданные пятна оранжевого, желтого, розового и коричневого цветов, наблюдающиеся на древесине хвойных и многих лиственных пород; побурение - в виде внутренних пятен и полос или сплошного поражения заболони у таких пород, как бук, береза, ольха и реже у граба, дуба, липы, осины.

Ненормальные окраски ввиду их неравномерности ухудшают внешний вид древесины, поэтому в материалах, предназначенных для изготовления мебели, стенных панелей и др., не допускаются. В то же время художники декоративно-прикладного искусства часто используют необычно окрашенную древесину, например в мозаичных работах.

Гниль - конечная стадия поражения древесины дереворазрушающими грибами. Пораженная гнилью древесина становится рыхлой, теряет упругость и твердость. От ударов она не раскалывается, а разламывается на куски. У некоторых пород (например, у ясеня) гниль долгое время остается почти незаметной. У других пород при загнивании древесина теряет яркость окраски, блеск или приобретает другую окраску. Поверхность при обработке остается матовой и шероховатой. Стружка рассыпается в крошки и имеет характерный запах. Пораженная гнилью древесина непригодна к употреблению.

К биологическим повреждениям относятся червоточина, повреждение древесины паразитными растениями и птицами в виде отверстий и полостей различных размеров. Червоточина - повреждения древесины в виде поверхностных бороздок, внутренних ходов и отверстий, проделанных насекомыми, чаще всего их личинками. Повреждениям подвержена главным образом свежесрубленная древесина и слабые сухостойные деревья на корню. Кроме того, существует группа домовых насекомых-вредителей, поражающих сухую древесину мебели, деревянных частей зданий и др.

Различают червоточину поверхностную, неглубокую, глубокую и сквозную. Поверхностная червоточина, проникающая на глубину не более 3 мм, не влияет на механические свойства древесины; неглубокая (до 5 мм) и глубокая (более 5 мм) нарушают целостность древесины и при большом количестве снижают ее механические свойства, а проникающие через ходы насекомых споры грибов могут вызвать появление окрасок и гнили в непросушенных пиломатериалах. Сквозная червоточина, выходящая на две противоположные стороны, - чаще всего результат жизнедеятельности мебельного точильщика, поражающего сухую древесину строительных конструкций и изделий. Личинки жука оставляют в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 мм, в результате чего она превращается в труху. Такая древесина не только непригодна, но и опасна с точки зрения заражения окружающих древесных материалов и изделий.

Дефекты обработки древесины - особая группа пороков, возникающая при ее распиловке и лущении. К этим порокам относятся: риски - глубокие следы зубьев пил; волнистость - непрямолинейный пропил; ворсистость - наличие на поверхности частично отделенных волокон, придающих древесине шероховатость; обзол - неопиленная боковая поверхность бревен на кромках пиломатериалов; ожог - потемнение и обугливание поверхности при повышенном трении режущих инструментов о древесину; рябь шпона и др.

Указанные пороки не ухудшают физико-механических свойств древесины, но являются показателями качества пиломатериалов и шпона, снижают их сортность и соответственно цену.

Покоробленности - деформации, которые возникают в древесине при распиловке или после сушки, затрудняют, а иногда и полностью исключают применение материала в художественных изделиях.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.