Дерево, которое ездит и дерево. Свойства, характеристики древесины как конструкционного материала

вто­рич­ная мно­го­лет­них рас­те­ний; в рас­ту­щих де­ревь­ях и кус­тар­ни­ках со­став­ля­ет осн. мас­су ство­лов, вет­вей, кор­ней и вы­пол­ня­ет в них про­во­дя­щие, за­па­саю­щие и ме­ха­нич. функ­ции. Раз­ли­ча­ют Д. хвой­ных (со­сна, ель и др.) и ли­ст­вен­ных (дуб, бе­рё­за и др.) по­род.

Строение

Рис. 1. Главные разрезы ствола дерева: П – поперечный; Р – радиальный; Т – тангенциальный.

Д. изу­ча­ют на трёх раз­ре­зах ство­ла: по­пе­реч­ном и двух про­доль­ных – ра­ди­аль­ном и тан­ген­ци­аль­ном (рис. 1). В Д. раз­ли­ча­ют (пе­ри­фе­рич. свет­лую зо­ну) и яд­ро (центр. зо­ну), имею­щее бо­лее тём­ную ок­ра­ску у т. н. яд­ро­вой Д. или ма­ло от­ли­чаю­щее­ся по цве­ту от за­бо­ло­ни у безъ­яд­ро­вой Д. Сре­ди безъ­яд­ро­вых по­род (ель, пих­та, бук и др.) вы­де­ля­ют спе­лод­ре­вес­ные, у ко­то­рых центр. зо­на Д. в све­же­сруб­лен­ном со­стоя­нии ме­нее влаж­ная, чем пе­ри­фе­ри­че­ская, и за­бо­лон­ные (бе­рё­за, клён) – с рав­но­мер­ной влаж­но­стью по се­че­нию ство­ла. Го­дич­ные слои (еже­год­ные при­рос­ты Д.) на по­пе­реч­ном раз­ре­зе име­ют вид кон­цен­трич. ок­руж­но­стей, на ра­ди­аль­ном и тан­ген­ци­аль­ном – со­от­вет­ст­вен­но пря­мых и изо­гну­тых по­лос; у мн. по­род в ка­ж­дом слое за­мет­ны ме­нее плот­ная свет­лая (т. н. ран­няя) и бо­лее плот­ная тём­ная (позд­няя) Д. У коль­це­со­су­ди­стых ли­ст­вен­ных по­род (напр., дуб, ясень) круп­ные со­су­ды рас­по­ло­же­ны толь­ко в ран­ней Д., а у рас­се­ян­но-со­су­ди­стых (бе­рё­за, оси­на) круп­ные и мел­кие со­су­ды рав­но­мер­но рас­пре­де­ле­ны по го­дич­но­му слою. У не­ко­то­рых ли­ст­вен­ных по­род на по­пе­реч­ном раз­ре­зе вид­ны свет­лые ра­ди­аль­ные по­лос­ки (лу­чи), на ра­ди­аль­ном – бле­стя­щие тём­ные или свет­лые по­пе­реч­ные по­лос­ки, а на тан­ген­ци­аль­ном – ве­ре­те­но­вид­ные уз­кие по­лос­ки. У не­ко­то­рых хвой­ных по­род (со­сна, кедр и др.) в позд­ней зо­не го­дич­ных сло­ёв на по­пе­реч­ном раз­ре­зе за­мет­ны свет­лые пят­ныш­ки – смо­ля­ные хо­ды.

Рис. 3. Схема микроскопического строения древесины берёзы (по В. Е. Вихрову): 1 – волокнистые трахеиды; 2 – годичный слой; 3 – лучи; 4 – сосуды.

На­блю­дае­мая с по­мо­щью оп­тич. и элек­трон­ных мик­ро­ско­пов струк­ту­ра Д. сруб­лен­но­го де­ре­ва вклю­ча­ет рас­ти­тель­ные клет­ки с от­мер­шим про­то­пла­стом (т. н. ). Кле­точ­ные стен­ки () со­сто­ят в осн. из цел­лю­лоз­ных мик­ро­фиб­рилл (). В тон­кой пер­вич­ной и тол­стой трёх­слой­ной вто­рич­ной обо­лоч­ке кле­точ­ной стен­ки мик­ро­фиб­рил­лы име­ют разл. ори­ен­та­цию; в наи­бо­лее мощ­ном внутр. слое вто­рич­ной обо­лоч­ки мик­ро­фиб­рил­лы рас­по­ло­же­ны под не­боль­шим уг­лом на­кло­на (5–15°) к длин­ной оси клет­ки. Та­кая пре­иму­ще­ст­вен­ная ори­ен­та­ция мик­ро­фиб­рилл – од­на из осн. при­чин ани­зо­тро­пии Д. Со сто­ро­ны по­лос­ти клет­ки стен­ку по­кры­ва­ет тон­кий бо­ро­дав­ча­тый слой. В стен­ках кле­ток име­ют­ся про­стые или окайм­лён­ные по­ры. В про­ме­жут­ках ме­ж­ду мик­ро­фиб­рил­ла­ми на­хо­дит­ся , вы­зы­ваю­щий од­ре­вес­не­ние кле­точ­ных сте­нок, а так­же и во­да.

Д. хвой­ных по­род в осн. со­сто­ит из уд­ли­нён­ных про­зен­хим­ных кле­ток – тра­хе­ид (рис. 2). Рас­по­ло­жен­ные в ран­ней зо­не го­дич­но­го слоя круп­но­по­ло­ст­ные тра­хеи­ды вы­пол­ня­ют гл. обр. про­во­дя­щую функ­цию, позд­ние тол­сто­стен­ные тра­хеи­ды – ме­ха­ни­че­скую, а па­рен­хим­ные клет­ки, об­ра­зую­щие лу­чи и уча­ст­вую­щие в струк­ту­ре вер­ти­каль­ных смо­ля­ных хо­дов, – за­па­саю­щую. Го­ри­зон­таль­ные хо­ды в не­ко­то­рых лу­чах пере­се­ка­ют­ся с вер­ти­каль­ны­ми, со­став­ляя еди­ную смо­ло­нос­ную сис­те­му. В Д. ли­ст­вен­ных по­род (рис. 3) про­во­дя­щую функ­цию вы­пол­ня­ют со­су­ды, со­су­ди­стые и во­лок­ни­стые тра­хеи­ды; ме­ха­ни­че­скую – во­лок­на либ­ри­фор­ма и/или во­лок­ни­стые тра­хеи­ды; за­па­саю­щую – па­рен­хим­ные клет­ки в ви­де го­ри­зон­таль­ных од­но­ряд­ных и мно­го­ряд­ных лу­чей, а так­же вер­ти­каль­ной осе­вой па­рен­хи­мы.

Состав и свойства

Хи­мич. со­став Д. всех по­род прак­ти­че­ски оди­на­ков (49–50% уг­ле­ро­да, 43–44% ки­сло­ро­да, 6% во­до­ро­да и 0,1–0,3% азо­та). В Д. эти эле­мен­ты об­ра­зу­ют ор­га­нич. ве­ще­ст­ва: (31–50%), лиг­нин (20–30%) и ге­ми­цел­лю­ло­зы (19–35%), вклю­чаю­щие пен­то­за­ны (5–29%) и гек­со­за­ны (6–13%). Хвой­ные по­ро­ды со­дер­жат не­сколь­ко боль­ше цел­лю­ло­зы, ли­ст­вен­ные – зна­чи­тель­но боль­ше пен­то­за­нов. В со­став Д. вхо­дят так­же экс­трак­тив­ные ве­ще­ст­ва (тан­ни­ны, смо­лы, ка­ме­ди, эфир­ные мас­ла и др.). Ми­нер. ве­ще­ст­ва при сжи­га­нии Д. об­ра­зу­ют зо­лу (0,1–1%). Мас­со­вая те­п­ло­та сго­ра­ния Д. не за­ви­сит от по­ро­ды и со­став­ля­ет 19,6–21,4 МДж/кг; объ­ём­ная те­п­ло­та сго­ра­ния (МДж/м3) за­ви­сит от плот­но­сти дре­ве­си­ны.

. Внеш­ний вид Д. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся цве­том, бле­ском и тек­сту­рой, ко­то­рые слу­жат для иден­ти­фи­ка­ции дре­вес­ных по­род, а так­же оп­ре­де­ля­ют цен­ность Д. как де­ко­ра­тив­но­го ма­те­риа­ла. Мно­го­об­ра­зие цве­та Д. раз­ных по­род за­ви­сит от со­ста­ва и со­дер­жа­ния экс­трак­тив­ных ве­ществ. Цвет из­ме­ня­ет­ся при воз­дей­ст­вии на Д. воз­ду­ха, све­та, темп-ры, хи­мич. аген­тов, а так­же в ре­зуль­та­те про­па­ри­ва­ния, дли­тель­ной вы­держ­ки в во­де, при гриб­ных по­ра­же­ни­ях. Блеск Д. оп­ре­де­ля­ет­ся в осн. на­ли­чи­ем лу­чей на про­доль­ных раз­ре­зах. Тек­сту­ра Д. (ри­су­нок, об­ра­зую­щий­ся в ре­зуль­та­те пе­ре­ре­за­ния ана­то­мич. эле­мен­тов) за­ви­сит не толь­ко от по­ро­ды де­ре­ва, но и от на­прав­ле­ния раз­ре­за ство­ла. Осо­бен­но эф­фект­на тек­сту­ра у не­ко­то­рых ли­ст­вен­ных по­род из-за пе­ре­ре­зан­ных со­су­дов (напр., дуб, ясень), лу­чей (бук, клён) и по­ро­ков строе­ния (ка­рель­ская бе­рё­за).

Влаж­ность Д. () оп­ре­де­ля­ет­ся как от­но­ше­ние со­дер­жа­щей­ся в ней мас­сы во­ды к мас­се аб­со­лют­но су­хой Д. Свя­зан­ная во­да со­дер­жит­ся в кле­точ­ных стен­ках, сво­бод­ная – в по­лос­тях кле­ток и меж­кле­точ­ных про­стран­ст­вах. Влаж­ность яд­ра све­же­сруб­лен­ных хвой­ных де­ревь­ев со­став­ля­ет 35–37%, за­бо­ло­ни – в 2–3 раза боль­ше; у ли­ст­вен­ных по­род это раз­ли­чие не­зна­чи­тель­но. По вы­со­те ство­ла влаж­ность рас­пре­де­ле­на не­рав­но­мер­но; она так­же под­вер­же­на се­зон­ным и су­точ­ным ко­ле­ба­ни­ям. Свой­ст­ва Д. рез­ко ме­ня­ют­ся при влаж­но­сти ни­же пре­де­ла на­сы­ще­ния кле­точ­ных сте­нок п. н., рав­но­го в ср. 30% (оп­ре­де­ля­ет­ся при ув­лаж­не­нии в во­де). Д. об­ла­да­ет спо­соб­но­стью по­гло­щать вла­гу из воз­ду­ха (в ви­де свя­зан­ной во­ды), при этом макс. влаж­ность Д. дос­ти­га­ет пре­де­ла гиг­ро­ско­пич­но­сти, рав­но­го п. н. при ком­нат­ной темп-ре. При вы­ма­чи­ва­нии Д. по­гло­ща­ет во­ду как в сво­бод­ном, так и свя­зан­ном ви­де, при этом наи­боль­шая влаж­ность со­став­ля­ет 100–270%. По сте­пе­ни влаж­но­сти Д. раз­де­ля­ют: на мок­рую, дли­тель­ное вре­мя на­хо­див­шую­ся в во­де (влаж­ность бо­лее 100%); све­же­сруб­лен­ную, со­хра­нив­шую влаж­ность рас­ту­ще­го де­ре­ва (50–100%); Д. ат­мо­сфер­ной суш­ки, или воз­душ­но-­сухую, вы­дер­жан­ную на от­кры­том воз­ду­хе (15–20%); ка­мер­ной суш­ки, или ком­нат­но-сухую, вы­су­шен­ную в ка­ме­ре или вы­дер­жан­ную в ота­п­ли­вае­мом по­ме­ще­нии (8–12%); аб­со­лют­но сухую, вы­су­шен­ную при темп-ре ок. 103 °C (0%). При вы­дер­жи­ва­нии на воз­ду­хе при по­сто­ян­ных темп-ре и от­но­сит. влаж­но­сти Д. при­об­ре­та­ет со­от­вет­ст­вую­щую и оди­на­ко­вую для всех по­род рав­но­вес­ную влаж­ность; при кон­ди­цио­ни­ро­ва­нии (темп-ра воз­ду­ха 20 °C и влаж­ность 65%) влаж­ность Д. на­зы­ва­ет­ся нор­ма­ли­зо­ван­ной и со­став­ля­ет 12%. Умень­ше­ние со­дер­жа­ния свя­зан­ной во­ды при­во­дит к усуш­ке Д. При пол­ном уда­ле­нии свя­зан­ной во­ды со­кра­ща­ют­ся ли­ней­ные раз­ме­ры Д. (на 8–10% в тан­ген­ци­аль­ном на­прав­ле­нии, 3–7% в ра­ди­аль­ном, 0,1–0,3% вдоль во­ло­кон) и объ­ём (на 11–17%). Уве­ли­че­ние со­дер­жа­ния свя­зан­ной во­ды (при вы­дер­жи­ва­нии Д. во влаж­ном воз­ду­хе или во­де) вы­зы­ва­ет раз­бу­ха­ние Д. Из-за раз­ли­чий усуш­ки и раз­бу­ха­ния по раз­ным на­прав­ле­ни­ям про­ис­хо­дит ко­роб­ле­ние Д. Не­рав­но­мер­ное уда­ле­ние свя­зан­ной во­ды из Д. вслед­ст­вие стес­нён­ной усуш­ки и не­од­но­род­ных ос­та­точ­ных де­фор­ма­ций вы­зы­ва­ет на­пря­же­ния, при­во­дя­щие к рас­трес­ки­ва­нию ма­те­риа­ла в про­цес­се суш­ки или из­ме­не­нию за­дан­ной фор­мы де­та­лей при ме­ха­нич. об­ра­бот­ке вы­су­шен­ной Д. Рас­трес­ки­ва­ние Д. (напр., круп­ных брусь­ев и брё­вен) про­ис­хо­дит так­же из-за на­пря­же­ний, обу­слов­лен­ных раз­ли­чи­ем тан­ген­ци­аль­ной и ра­ди­аль­ной усу­шек.

Плот­ность ма­те­риа­ла кле­точ­ных сте­нок (дре­ве­син­но­го ве­ще­ст­ва) не за­ви­сит от по­ро­ды и со­став­ля­ет 1530 кг/м3ность Д. в су­хом со­стоя­нии из-за на­ли­чия в ней пус­тот за­ви­сит от по­ро­ды и из­ме­ня­ет­ся в пре­де­лах от 100 кг/м (баль­зо­вое де­ре­во) до 1300 кг/м3 (ба­ка­ут). Плот­ность Д. для наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных отеч. по­род при нор­ма­ли­зо­ван­ной влаж­но­сти со­став­ля­ет 400–700 кг/м3. С уве­ли­че­ни­ем влаж­но­сти (вы­ше п. н.) плот­ность Д. воз­рас­та­ет. Д. об­ла­да­ет спо­соб­но­стью про­пус­кать под дав­ле­ни­ем жид­ко­сти и га­зы (во­до- и га­зо­про­ни­цае­мость). Про­ни­цае­мость Д. ли­ст­вен­ных по­род вы­ше, чем хвой­ных, у за­бо­ло­ни боль­ше, чем у яд­ра, вдоль во­ло­кон боль­ше, чем по­пе­рёк во­ло­кон.

Удель­ная те­п­ло­ём­кость аб­со­лют­но су­хой Д. оди­на­ко­ва у всех по­род – 1,55 кДж/(кг·°С); воз­рас­та­ет с по­вы­ше­ни­ем влаж­но­сти и темп-ры. Те­п­ло­про­вод­ность Д. так­же воз­рас­та­ет с уве­ли­че­ни­ем плот­но­сти, влаж­но­сти и темп-ры; вдоль во­ло­кон она в два раза вы­ше, чем по­пе­рёк во­ло­кон. Те­п­ло­вое рас­ши­ре­ние Д. ма­ло. Су­хая Д. име­ет очень вы­со­кое элек­трич. со­про­тив­ле­ние (яв­ля­ет­ся ди­элек­три­ком), ко­то­рое рез­ко сни­жа­ет­ся (в млн. раз) с по­вы­ше­ни­ем влаж­но­сти до п. н., а при даль­ней­шем ув­лаж­не­нии – лишь в сот­ни или де­сят­ки раз. Д. об­ла­да­ет не­вы­со­кой элек­трич. проч­но­стью; для по­вы­ше­ния со­про­тив­ле­ния про­бою её про­пи­ты­ва­ют ми­нер. мас­ла­ми. Ди­элек­трич. про­ни­цае­мость су­хой Д. со­став­ля­ет 2–5 и уве­ли­чи­ва­ет­ся с по­вы­ше­ни­ем влаж­но­сти и темп-ры. Под дей­ст­ви­ем ме­ха­нич. на­гру­зок в су­хой Д. воз­ни­ка­ют элек­трич. за­ря­ды. Пье­зо­элек­трич. свой­ст­ва Д. обу­слов­ле­ны на­ли­чи­ем ори­ен­ти­ро­ван­но­го ком­по­нен­та – цел­лю­ло­зы; в су­хой Д. они наи­бо­лее за­мет­ны, с уве­ли­че­ни­ем влаж­но­сти умень­ша­ют­ся и при влаж­но­сти 6–8% прак­ти­че­ски ис­че­за­ют. В Д. ско­рость рас­про­стра­не­ния зву­ка вдоль во­ло­кон со­став­ля­ет 5000 м/с, по­пе­рёк во­ло­кон – в 3–4 раза мень­ше и умень­ша­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем влаж­но­сти и темп-ры Д. Удель­ное аку­стич. со­про­тив­ле­ние Д., рав­ное про­из­ве­де­нию её плот­но­сти на ско­рость зву­ка, ок. 3106 с/м. Дек­ре­мент за­ту­ха­ния зву­ка в Д. за­ви­сит от час­то­ты ко­ле­ба­ний, влаж­но­сти, темп-ры и со­став­ля­ет (2–4)10–2 Нп. Д. об­ла­да­ет от­но­си­тель­но низ­ким зву­ко­по­гло­ще­ни­ем и вы­со­кой ре­зо­нанс­ной спо­соб­но­стью, что обу­сло­ви­ло ши­ро­кое при­ме­не­ние Д. (осо­бен­но ели, пих­ты) для из­го­тов­ле­ния дек муз. ин­ст­ру­мен­тов.

Воз­дей­ст­вие на Д. элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний за­ви­сит от их час­то­ты: ИК-­из­лу­че­ние про­гре­ва­ет по­верх­но­ст­ные слои в Д. (при­ме­ня­ет­ся для суш­ки шпо­на и др. тон­ких сор­ти­мен­тов); ви­ди­мый свет об­ла­да­ет боль­шой про­ни­каю­щей спо­соб­но­стью (для де­фек­то­ско­пии Д.); све­то­вое ла­зер­ное из­лу­че­ние про­жи­га­ет Д. (в ка­че­ст­ве свое­об­раз­но­го «ре­жу­ще­го» ин­ст­ру­мен­та для фи­гур­но­го рас­кроя из­де­лий из Д., гра­вёр­ных ра­бот и др.); УФ-­из­лу­че­ние вы­зы­ва­ет лю­ми­нес­цен­цию Д. (для кон­тро­ля ка­че­ст­ва об­ра­бот­ки Д.). Рент­ге­нов­ские и ядер­ные из­лу­че­ния, про­хо­дя че­рез Д., ос­лаб­ля­ют­ся в за­ви­си­мо­сти от тол­щи­ны, плот­но­сти и влаж­но­сти сор­ти­мен­та; их так­же при­ме­ня­ют для де­фек­то­ско­пии Д.

Д. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся проч­но­стью и де­фор­ма­тив­но­стью (спо­соб­но­стью из­ме­нять раз­ме­ры и фор­му). Проч­ность об­раз­цов Д. оп­ре­де­ля­ют при ис­пы­та­ни­ях на сжа­тие, рас­тя­же­ние, из­гиб, сдвиг и (ре­же) на кру­че­ние. По­ка­за­те­ли ме­ха­нич. свойств Д. вдоль во­ло­кон зна­чи­тель­но вы­ше, чем по­пе­рёк во­ло­кон. У наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных отеч. по­род пре­де­лы проч­но­сти Д. (для об­раз­цов без по­ро­ков, с влаж­но­стью 12%) со­став­ля­ют: при сжа­тии вдоль во­ло­кон 40–73 МПа; при рас­тя­же­нии вдоль во­ло­кон 66–171 МПа, по­пе­рёк во­ло­кон в ра­ди­аль­ном на­прав­ле­нии 4–13,3 МПа, в тан­ген­ци­аль­ном – 2,8–9,2 МПа; при из­ги­бе 68–148 МПа. По­вы­ше­ние влаж­но­сти Д. до Wп. н. сни­жа­ет пре­де­лы проч­но­сти при сжа­тии вдоль во­ло­кон в 2–2,5 раза; уве­ли­че­ние раз­ме­ров об­раз­цов и на­ли­чие по­ро­ков Д. так­же умень­ша­ет её проч­ность. При крат­ко­вре­мен­ных и срав­ни­тель­но не­боль­ших на­груз­ках Д. де­фор­ми­ру­ет­ся как уп­ру­гий ма­те­ри­ал; мо­дуль уп­ру­го­сти Д. вдоль во­ло­кон со­став­ля­ет 12–18 ГПа, по­пе­рёк во­ло­кон в 15–30 раз мень­ше. Рео­ло­гич. свой­ст­ва Д. (ха­рак­те­ри­зую­щие её по­вы­шен­ную спо­соб­ность де­фор­ми­ро­вать­ся под на­груз­кой во вре­ме­ни) воз­рас­та­ют с уве­ли­че­ни­ем со­дер­жа­ния в ней свя­зан­ной во­ды и темп-ры. При сни­же­нии влаж­но­сти и темп-ры на­гру­жен­ной Д. зна­чит. часть уп­ру­гих де­фор­ма­ций пе­ре­ро­ж­да­ет­ся в «за­мо­ро­жен­ные» де­фор­ма­ции, ко­то­рые про­яв­ля­ют­ся в про­цес­сах суш­ки, прес­со­ва­ния, гну­тья Д. За­мо­ро­жен­ные де­фор­ма­ции обу­слов­ли­ва­ют «па­мять» Д. на тем­пе­ра­тур­но-влаж­но­ст­ные воз­дей­ст­вия. Проч­ность Д. при дли­тель­ном воз­дей­ст­вии на­груз­ки мо­жет сни­зить­ся в 2 раза. Мно­го­крат­ное из­ме­не­ние на­груз­ки при­во­дит к сни­же­нию проч­но­сти – ус­та­ло­сти Д.; цик­лич. из­ме­не­ние влаж­но­сти на­гру­жен­ной Д. вы­зы­ва­ет гиг­ро­уста­лость, т. е. сни­же­ние проч­но­сти и по­вы­шен­ную де­фор­ма­цию. При про­ек­ти­ро­ва­нии ис­поль­зу­ют рас­чёт­ные со­про­тив­ле­ния, ко­то­рые в неск. раз мень­ше пре­де­лов проч­но­сти, что по­зво­ля­ет учесть влия­ние длитель­но­сти на­груз­ки, влаж­но­сти, темп-ры, по­ро­ков и др. фак­то­ров. Удар­ная вяз­кость Д. ха­рак­те­ри­зу­ет её спо­соб­ность по­гло­щать ра­бо­ту при уда­ре без раз­ру­ше­ния; у ли­ст­вен­ных по­род этот по­ка­за­тель в 2 раза вы­ше, чем у хвой­ных. Твёр­дость Д. за­ви­сит от её плот­но­сти, при­чём тор­цо­вая твёр­дость боль­ше бо­ко­вой.

Пороки

Не­дос­тат­ки, из­ме­няю­щие внеш­ний вид Д., це­ло­ст­ность тка­ней, пра­виль­ность строе­ния и др., сни­жа­ют ка­че­ст­во Д. и ог­ра­ни­чи­ва­ют воз­мож­но­сти её прак­тич. ис­поль­зо­ва­ния. Воз­ни­ка­ют как в рас­ту­щем де­ре­ве, так и в сруб­лен­ной Д. во вре­мя её хра­не­ния и пе­ре­ра­бот­ки. К ним от­но­сят­ся: суч­ки; тре­щи­ны (ме­ти­ко­вые, мо­роз­ные, от­луп­ные), воз­ни­каю­щие в рас­ту­щем де­ре­ве и при суш­ке; по­ро­ки фор­мы ство­ла – сбе­жи­стость (ано­маль­ное умень­ше­ние диа­мет­ра по дли­не ство­ла), за­ко­ме­ли­стость (рез­кое уве­ли­че­ние диа­мет­ра в ниж­ней час­ти ство­ла), а так­же кри­виз­на, на­рос­ты; по­ро­ки строе­ния – на­клон во­ло­кон, сви­ле­ва­тость (из­ви­ли­стое и бес­по­ря­доч­ное рас­по­ло­же­ние во­ло­кон), за­ви­ток (ме­ст­ное ис­крив­ле­ние го­дич­ных сло­ёв), крень (ре­ак­тив­ная дре­ве­си­на у хвой­ных по­род), лож­ное яд­ро и внутр. за­бо­лонь у ли­ст­вен­ных по­род, па­сы­нок (круп­ный су­чок); ра­ны – су­хо­бо­кость (на­руж­ное омерт­в­ле­ние ство­ла) и про­рость (за­рас­таю­щая ра­на, со­дер­жа­щая ко­ру и омерт­ве­лую Д.), за­смо­лок и кар­ма­шек (от­ло­же­ния смо­лы), во­до­слой (пе­ре­ув­лаж­нён­ные уча­ст­ки яд­ра или спе­лой Д.) и др. К по­ро­кам Д. так­же от­но­сят­ся: из­ме­не­ния ес­теств. ок­ра­ски Д. (напр., про­ду­би­на и жел­тиз­на); гриб­ные по­ра­же­ния в ви­де си­не­вы, пле­се­ни, гни­ли; био­ло­гич. по­вре­ж­де­ния на­се­ко­мы­ми и пти­ца­ми (напр., чер­во­то­чи­ны от ли­чи­нок); ме­ха­нич. по­вре­ж­де­ния ство­лов и де­фек­ты об­ра­бот­ки ле­со­ма­те­риа­лов, ино­род­ные вклю­че­ния (кам­ни, ме­тал­лич. ос­кол­ки и др.), обуг­лен­ность, по­ко­роб­лен­ность. Не­ко­то­рые по­ро­ки Д. мо­гут рас­смат­ри­вать­ся как её дос­то­ин­ст­ва, напр. на­рос­ты с кра­си­вой тек­сту­рой.

Применение

Д. как кон­ст­рук­ци­он­ный ма­те­ри­ал по­лу­чи­ла ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние в строи­тель­ст­ве, су­до­строе­нии, на ж.-д. транс­пор­те и др.; при­ме­ня­ет­ся в ви­де ле­со­ма­те­риа­лов, пиломатериалов, . Д. ис­поль­зу­ет­ся в про­из-ве бу­ма­ги, кар­то­на, дре­вес­но-во­лок­ни­стых плит. Как хи­мич. сы­рьё Д. ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния разл. ор­га­нич. со­еди­не­ний, напр. цел­лю­ло­зы, эта­но­ла, кор­мо­вых дрож­жей, кси­ли­та, сор­би­та, дре­вес­но­го уг­ля, смо­лы, ме­та­но­ла, ук­сус­ной ки­сло­ты, аце­то­на и др. рас­тво­ри­те­лей, го­рю­чих и не­го­рю­чих га­зов (при пи­ро­ли­зе Д.). Д. со­хра­ня­ет своё зна­че­ние и как то­п­ли­во.

Древесиноведение

– на­уч. дис­ци­п­ли­на, изу­чаю­щая строе­ние и свой­ст­ва Д. и ко­ры ме­то­да­ми био­ло­гии, хи­мии, фи­зи­ки и др. на­ук. Для оп­ре­де­ле­ния ка­че­ст­ва Д. про­во­дят ис­пы­та­ния, в т. ч. не­раз­ру­шаю­щие, ос­но­ван­ные на ис­поль­зо­ва­нии ИК-, све­то­во­го, УФ-, рент­ге­нов­ско­го и ядер­ных из­лу­че­ний, зву­ко­вых и ульт­ра­зву­ко­вых ко­ле­ба­ний. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся но­вые ме­то­ды ис­сле­до­ва­ний Д., а так­же спо­со­бы улуч­ше­ния её свойств (мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние Д. прес­со­ва­ни­ем, вве­де­ни­ем син­те­тических по­ли­ме­ров и других ве­ществ; про­пи­ты­ва­ние ан­ти­сеп­ти­ка­ми и ан­ти­пи­ре­на­ми для за­щи­ты от гние­ния и ог­ня).

Все о древесных материалах

Древесные материалы, в виде тонких листьев и плитные, считаются популярным вариантом для применения в строительстве и отделке зданий, сооружений. Они довольно разнообразны по своим размерным параметрам, прочности, внешнему виду, но всегда имеют в своей основе натуральные компоненты. Разобраться в том, что это такое, какая листовая древесина является экологически чистой, поможет обзор различных вариантов такой продукции.

Что это такое?

Древесные материалы представляют собой разновидность продукции, получаемой в результате обработки натуральной основы. Они могут иметь конструкционное, поделочное, теплоизоляционное назначение. В качестве основы всегда выступает натуральная древесина, подвергающаяся механическому воздействию или влиянию физико-химических методов обработки. По своим свойствам материалы этой группы превосходят необработанные натуральные аналоги. Они более устойчивы к эксплуатационным нагрузкам.

У древесных материалов есть очевидные достоинства:

К недостаткам можно отнести относительную экологическую безопасность — при изготовлении некоторых прессованных изделий в плитах используются клеи на фенолоформальдегидной основе. Кроме того, по степени влагостойкости древесные материалы иногда также уступают массиву.

При отсутствии антипиреновой пропитки они горючи, подвержены развитию гнили и плесени, привлекают насекомых.

Основные требования

Древесные материалы должны соответствовать определенному ряду требований. При их изготовлении допустимо использование хвойных и лиственных пород растений, а также отходов их заготовки, обработки. Дополнительно могут использоваться включения не из древесины: смолистые, клеевые на натуральной основе, виниловые и из других полимеров, бумажные.

Для склеивания заготовок возможно применение следующих методов:

Все прочие требования имеют не общий, а индивидуальный характер, поскольку меняются в зависимости от типа и назначения материала.

Обзор видов

Классификация древесных материалов достаточно обширна и разнообразна. Часть из них получают путем переработки отходов, полученных при пилении, строгании, применении других способов механической обработки натурального массива. Поскольку исходным сырьем является древесина, условно все такие изделия являются экологически чистыми. Но это не всегда верно, поскольку такими свойствами могут не обладать соединительные компоненты, включаемые в листовые и плитные элементы при производстве.

Древесно-конструкционные материалы чаще всего применяют там, где требуется обшивка стен, пола, потолка. На основе многослойных листов шпона изготавливают фанеру. Из волокна, получаемого в ходе измельчения отходов, получают строительные плиты (ДВП). В виде тонких листов изготавливают и стружечные панели. Материалы, для изготовления которых применяют щепу, именуются ОСП — к ним также относится маркировка OSB, используемая за рубежом.

Натуральные

Эта категория самая обширная. В ней представлены лесоматериалы и пиломатериалы, прошедшие различные способы механической обработки. Среди наиболее популярных вариантов можно выделить:

Отличительной особенностью этой группы материалов можно назвать отсутствие посторонних включений. Они формируются при помощи исключительно механической обработки, без участия клеевых составов и пропиток.

По степени экологичности эта категория — самая безопасная.

Пропитанные

Модифицированные путем применения пропиток древесные материалы обладают повышенной влагостойкостью, становятся более устойчивыми к механическим нагрузкам. Чаще всего в качестве дополнительного компонента выступают едкие химические вещества — аммиак, олигомеры синтетического происхождения, антисептики, антипирены, красители. Процесс пропитки может сопровождаться дополнительным сжатием или нагревом материала.

Пропитанные или модифицированные продукты на основе древесины приобретают улучшенную прочность на изгиб — разница достигает 75%, уменьшенное водопоглощение. Они пригодны для использования в качестве основы для рудничных стоек, антифрикционных элементов различного назначения.

Прессованные

К этой категории относится ДП — древесина прессованная, формируемая путем сжатия с давлением до 30 МПа. Натуральное сырье при этом подвергается дополнительному нагреванию. По методу получения материала выделяют прессованную древесину:

Чем интенсивнее воздействие, тем сильнее получается сжатие. Например, при одностороннем прессовании бруски сдавливаются поперек волокон, с сохранением одного направления. При контурном уплотнении заготовка из дерева вдавливается в металлическую форму, имеющую меньший диаметр. Двустороннее действует на бруски продольно и поперечно. Прессованная древесина приобретает высокую устойчивость к деформации, отличается механической и ударной прочностью — она возрастает в 2-3 раза после обработки.

Материал также становится практически водонепроницаемым за счет уплотнения волокон.

Слоистые

К этой категории относятся древесные материалы, при формировании которых используется строганная фанера или шпон. В качестве соединительного элемента здесь обычно выступает клей на белковой основе или смола синтетического происхождения.

Классификация слоистых древесных материалов включает следующие варианты.

Допускается при изготовлении слоистых материалов дополнительное армирование с использованием ткани, сетки или листового металла.

Клееные

Сюда входят изделия из массива, соединенные в общий щит, брус или другое изделие. Сращивание может происходить по длине, ширине, толщине. Основной целью склеивания является упрочнение конструкции за счет определенного расположения элементов с разными характеристиками и физико-химическими свойствами. Соединение происходит под давлением с использованием клеевых составов и естественных компонентов древесины.

Слоистопрессованные

К этой категории относят древесные материалы, которые изготавливают из многих слоев шпона, соединенного смолами синтетического происхождения. Дополнительная обработка проходит под давлением 300 кг/см3 с нагревом материала до +150 градусов.

Основная классификация совпадает с той, что используют для слоистых материалов.

Древеснопластические

Сюда входят все комбинированные плиты, формирующиеся с применением пластификаторов. В качестве сырья используется щепа, стружка, опилки, дробленая древесина. Связующие элементы могут быть минеральными или органическими, а также в виде синтетических смол. Самые известные типы таких материалов — ЦСП, ДСП, ОСП, МДФ. Из волокон делают ДВП — их производство больше напоминает изготовление бумаги.

Особенности использования

Применение древесных материалов определяется их индивидуальными особенностями. Наиболее широко они востребованы в целом ряде сфер.

Особенности использования материалов на древесной основе определяются преимущественно степенью их влагостойкости и механической прочности. Большая часть таких изделий предназначена для внутренней отделки помещений либо требует организации дополнительного укрытия в виде паропроницаемых и гидроизолирующих пленок.

Под привычным словом «древесина» в обиходе принято понимать ту часть дерева, которая снаружи покрыта корой. Между тем, ученые-ботаники и материаловеды по-разному ответят на вопрос о том, из чего состоит древесина, а специалисты по переработке охарактеризуют ее по-своему.

Общее строение

Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы,  прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы,  прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу.

Вся древесина делится на две категории: ядровая и заболонная. К первой группе принадлежат хвойные и лиственные породы. В центре ствола этих деревьев находится четко выраженное ядро. У заболонных пород центральная и периферическая части ствола не отличаются друг от друга. К ним принадлежат исключительно лиственные деревья. Некоторые растения из этой группы могут иметь ложное ядро, имеющее более насыщенную окраску в центре.

На поперечном разрезе дерева всегда заметны годовые круги, которые нарастают от центра в течение всей жизни дерева. Возраст растения определяется по их количеству.

Перпендикулярно годичным кругам у деревьев некоторых пород заметны светлые лучи, которые называются сердцевинными. Во время жизненного цикла дерева по ним подается жидкость для питания. Эти лучи можно заметить при торцовом спиле вместе с сосудами – каналами, по которым тоже проводятся соки.

У древесины хвойных пород есть отличительная особенность – тонкие смоляные ходы, расположенные вертикально и горизонтально. Они занимают около 0,5 % от общего объема.

Ботаническая характеристика

С точки зрения ботаника древесина состоит из:

На микроскопическом уровне она представляет собой многочисленные клетки, имеющие оболочку из целлюлозы, скрепленные между собой с помощью соединений кальция и магния. Клетки с одинаковым строением образуют ткани, которые, в свою очередь, различаются по функциям: запасающие, проводящие и опорные.

Клетки запасающих тканей имеют малую длину, проводящие, напротив, сильно вытянуты, а внутри имеют полости. Для того чтобы дерево могло сопротивляться ветру и другим внешним воздействиям, существует прочная опорная ткань.

Химический состав

В состав древесины входят органические вещества и минеральные соединения. К органическим относятся: углерод, водород, кислород, и азот. Процентное соотношение первых двух веществ соответственно: ≈ 50 % и ≈ 6 %. Кислород с азотом в совокупности составляют ≈ 44 %.

Эти элементы образуют органические соединения сложного состава. Из них формируется клеточная оболочка, и в совокупности они составляют от 90 % до 95 % от общей массы сухой древесины. Остальные 5 – 10 % – это дубильные вещества и смолы. Их извлекают с помощью растворителей, поэтому они называются экстрактивными.

Химический состав у деревьев одной о той же породы практически не зависит от расположения – в ветках и стволе он почти одинаков. На него не влияют и условия произрастания.

Содержание минеральных веществ, которые при сгорании образуют золу, напротив, обусловлено множеством факторов. В стволе дерева зольных веществ намного меньше, чем в ветвях: например, для березы это соотношение составляет 0,16 % и 0,64% соответственно, причем чем ближе к верху ствола, тем их содержание выше. Еще один фактор, от которого зависит зольность – возраст. Чем старше дерево, тем с меньшим процентом золы оно сгорает.

Зола в основном состоит из солей кальция, натрия и магния. Некоторая часть золы ( от 10 до 25 %) – сода NaHCO₃ и поташ К2СО3 – может растворяться воде. До появления современных химических технологий это вещество, необходимое в производстве мыла и хрусталя, получали из золы.

Физические свойства

Те характеристики древесины, которые можно оценить без нарушения ее целостности, называются физическими свойствами.

Внешний вид

От породы дерева, его возраста, условий произрастания и многих других факторов зависит внешний вид древесины: ее цвет, блеск, запах, текстура.

Так, для качественной мебели подбирается сырье, имеющее не только прочность , но и декоративную ценность. В производстве тары особое внимание уделяется смолистым веществам, содержащимся в свежей, особенно хвойной, древесине. Запах от них может передаваться содержимому деревянной упаковки. При изготовлении музыкальных инструментов в обращают внимание на текстуру, цвет и блеск материала.

Влажностные свойства

Для характеристики влажности существует параметр, который определяется как отношение массы удаленной влаги к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Абсолютно сухая древесина не может существовать в естественных условиях. Ее получают высушиванием в специальных камерах.

Для оценки влажности существуют еще четыре характеристики:

Чтобы оценить влажность пользуются двумя методами: весовым и электрическим. Первый считается более точным, но требует временных затрат – от 12 часов до суток. Второй метод более оперативен, но менее объективен, так как показывает значение влажности только в определенном месте.

Плотность

Одной из важнейших характеристик является плотность, от которой напрямую зависит прочность и обрабатываемость материала. Плотность обратно пропорциональна количеству пустот в материале.

Эта характеристика зависит от влажности – чем она выше, чем древесина плотнее, поэтому для относительной количественной оценки всегда берут сырье с 12 % влажностью.

Тепло- электро- и звукопроводность

Наличие пустот в материале, которые отрицательно влияют на плотность, заметно повышают теплоизоляционные свойства древесины, поскольку воздух плохо проводит тепло. Поэтому пористые материалы, по сравнению с плотными, лучше подходят для сооружения стен в домах.

На теплопроводность оказывает влияние направление волокон. В продольном направлении ее значение примерно вдвое выше, чем в поперечном. Вдоль волокон не только лучше передается тепло, но и распространяется звук – это тоже обусловлено макроструктурой материала.

Звукопроводность особенно важна в строительстве. При возведении стен обязательно должно учитывается направление распространения звуковых волн. Еще одна особенность древесины – способность резонировать – важна при изготовлении музыкальных инструментов.

Древесина давно применяется в качестве диэлектрика. Однако не все породы обладают одинаковым электросопротивлением. Кроме того, на него оказывает влияние влажность и температура окружающего воздуха – в жарком помещении сопротивление току может понизится до 50 %. Направление расположения волокон и здесь оказывает влияние: поперек электрическое сопротивление в несколько раз выше, чем вдоль волокон.

Механические свойства

Для оценки способности материала сопротивляться воздействию внешних сил существует ряд параметров, называемых механическими свойствами.

Прочность

Пожалуй, самой важной характеристикой древесины является прочность – способность противостоять разрушению под нагрузкой. Различают прочность на сжатие, растяжение и изгиб.

Характерной особенностью древесных материалов является очень низкая прочность при растягивающих нагрузках, если они прикладываются поперек волокон. По сравнению с продольной прочностью она меньше в 20 раз. Так, средний предел прочности на растяжения в продольном направлении в среднем составляет 1300 кг / м3, а в поперечном – всего 65 кг / м3.

Примерно так же работают древесные материалы на сжатие и изгиб. Вдоль волокон предел прочности при сжатии составляет 500 кг / м3, а поперек – около 7 кг / м3. При изгибающих нагрузках в продольном направлении прочность в среднем составляет 1000 кг / м3, то есть в двое больше, чем при продольном сжатии.

Твердость

Под твердостью понимается способность древесины сопротивляться проникновению в нее тел, имеющих более высокую твердость. Эта характеристика оказывает существенное влияние не только на истираемость при эксплуатации, но и на способность материала подвергаться механической обработке: пилению, фрезерованию, сверлению и др.

По твердости все древесные породы делятся на три группы:

К первой группе относятся как лиственные, так и хвойные породы: сосна, липа, ольха, , ель, пихта, тополь и др. Во второй преобладают лиственные: бук, клен. яблоня, береза, ясень, лиственница и др. Среди очень твердых материалов хвойные породы вообще отсутствуют: самшит, граб, белая акация и др.

Ударная вязкость

Способность материала без разрушения поглощать энергию при ударе называется ударной вязкостью. Данный параметр характеризует хрупкость и сильно зависит от породы дерева. Так, лиственные в среднем имеют ударную вязкость вдвое выше, чем хвойные.

Применение древесины

Древесина сопутствует человечеству на протяжении всей его истории. Тысячи лет люди строили, украшали и отапливали свои дома в основном с помощью этого материала. До наступления эпохи научно-технической революции вся мебель была исключительно деревянной, да и в быту не обходились без деревянных игрушек, прялок, разделочных досок, скалок, толкушек, рубелей, веселок и др.

На несколько десятилетий этот замечательный материал был потеснен пластиком и металлом, но сегодня он вновь актуален – все больше людей предпочитают жить в деревянных домах или отделывать помещения вагонкой и блок-хаусом, приобретать мебель из массива дерева.

Первичная переработка

Кроме столь очевидных способов применения древесины существует множество вариантов ее переработки. Один из самых известных – производство композиционных материалов: древесно-стружечных, древесно-волокнистых и ориентировано-стружечных плит. Их получают методом прессования древесных опилок или волокон при температуре около + 170 °С. В качестве связующего используются синтетические полимеры.

Тысячелетнюю историю насчитывает фанера – похожий материал был обнаружен при раскопках в Древнем Египте в 15–16 веках до Р. Х. Сегодня ее производят методом склеивания под прессом нескольких разноориентированных слоев шпона – тонких листов древесины.

Лесохимия

В последние десятилетия на стыке лесной и химической промышленности сформировалась целая отрасль – лесохимия. Она занимается разработкой технологий переработки древесины и отходов лесозаготовки. Основной объем продукции лесохимии –84% – составляет целлюлозно-бумажная промышленность, которая выпускает картон, бумагу, кровельные и изоляционные материалы. Чтобы сэкономить древесину широко используется макулатура.

Для получения глюкозы, гидролизного спирта, ксилита, сорбита, белковых концентратов и т. п. из отходов лесозаготовки разработана технология гидролиза. В процессе пиролиза из древесины получают метиловый спирт, ряд кислот (масляную, уксусную, пропионовую), а также древесный уголь и смолу.

Методом водной экстракции из корней, поленьев и пней некоторых лиственных пород получают дубильные вещества. Для производства канифоли и скипидара используют перегонку сосновой смолы в присутствии водяного пара.

Текстильная промышленность

Древесные волокна нашли применение и при изготовлении тканей. Для этого их измельчают, проваривают в щелочи, а затем вытягивают в виде тонких нитей, из который впоследствии плетут полотно – так получают вискозу.

Эта мягкая, приятная на ощупь ткань отлично впитывает воду, долго не выгорает на свету, поэтому весьма популярна у потребителей.

Фармацевтика

Способность древесного угля поглощать вредные вещества известна со времен Гиппократа. Сегодня на его основе производится целый ряд сорбентов: белый уголь, активированный уголь и другие углеродные энтеросорбенты.

Не так давно российские фитофармакологи сумели выделить из сибирской лиственницы целебное вещество – дигидрокверцетин. Ранее кверцетин и рутин широко использовались в качестве лечебных средств, однако, новый природный препарат заметно превосходит их по эффективности. Он обладает выраженными антиоксидантными свойствами, поэтому укрепляет кровеносные сосуды, защищает их от разрушения и восстанавливает кровоток.

Заключение

Переработка древесины имеет самые широкие перспективы, и научные исследования в этом направлении не прекращаются. Главным преимуществом перед всеми другими видами сырья является ее возобновляемость. Сегодня перед человечеством стоит важнейшая задача бережного отношения к лесным ресурсам.

Что такое древесина и какой она бывает?

Дерево имеет множество функций – из него строят дома и делают мебель, им обогревают помещения, оно окружает нас повсюду. Но что такое древесина с точки зрения физики или механики? Как ее можно использовать, и какие пороки она имеет?

Древесиной называют природное сырье, которое используют для производства разного рода изделий и сооружений. Если говорить об этом материале с точки зрения физики, то древесина – это растительная ткань, состоящая из клеток, которые с высокой плотностью прилегают друг к другу. Из-за этого структура дерева плотная и упругая. Клетки дерева (как и любые другие живые клетки) имеют оболочку. В ней содержится целлюлоза, благодаря которой дерево так прочно. Клетки имеют форму трубки – длинной и узкой, поэтому им дали название волокон.

Древесина обладает свойством удержания тепла. Это происходит благодаря наличию пустот между клетками – именно они задерживают тепло и накапливают его. Непостоянные показатели прочности и веса связаны с тем, какой размер имеют волокна. Чем они более толстые, тем более прочной является древесина.

Рубить дерево проще в направлении, в котором расположены волокна. Обрабатывать легче древесину тех пород, в которых они располагаются параллельно. Кленовые деревья поддаются обработке сложнее, так как в структуре клена имеется тесное переплетение клеток-волокон. Но не только целлюлоза содержится в клетках древесины. В них есть еще очень сложное и загадочное вещество, называемом лигнином. Благодаря ему волокна соединяются между собой. Химическую формулу лигнина ученым вывести пока не удалось, настолько сложной она является.

Дерево имеет уникальные и отличающие его от других материалов оттенок и запах. И то и другое возникает благодаря присутствию в составе смол, масел, в хвойных породах – камеди и иных веществ. Эти же элементы помогают древесине бороться с гниением. Древесина делится на два типа пород – лиственные и хвойные. Обе группы очень большие. Выделяется отдельная группа – однодольные деревья, к ним относят пальму, бамбук.

Некоторые породы более ценные, чем другие. Ценность повышают такие свойства, как прочность, долговечность и наличие оригинальной фактуры – рисунка. Ценными породами можно назвать дубовую, вишневую, буковую древесину и некоторые иные.

Основные свойства

Все характеристики древесины делятся на три большие группы: физические, технологические и механические.

Те свойства, которые во время испытаний не приводят к изменениям химического состава древесины, носят название физических. К ним можно отнести такие характеристики:

Внешний вид формируют такие составляющие, как цвет, блеск, текстура и макроструктура. Цветом называют визуальное ощущение, остающееся после отражения деревом потока света, а точнее – от того, какой спектральный состав у этого отражения. Цвет крайне важен для дерева. На него ориентируются, выбирая породу, которой будет отделано помещение, из которой будет изготовлена мебель, музыкальный инструмент, произведение декоративно-прикладного жанра и т. п.

Окраска дерева зависима от многих факторов – порода, возраст, регион и климат местности, в которой произрастает. Цвет вполне может измениться под воздействием ветра, солнца, от грибковой инфекции, а также от влаги, особенно если дерево длительное время находится в воде. Но многие породы имеют уникальный тон, распознать который специалисту довольно легко. Блеском называется свойство дерева отразить поток света. У каких-то пород блеск сильнее, у каких-то слабее. Из пород, произрастающих в России, наиболее сильный блеск у дубовой, буковой древесины, а также у таких деревьев, как белая акация.

Текстура – не что иное, как рисунок дерева. Он становится виден после того, как анатомические элементы перерезаны (годичные кольца, лучи сердцевины, сосуды). По ширине годичных колец и содержанию поздней древесины производится оценивание того, насколько качественной она является. Ширина годичного кольца – это то количество слоев, которое содержится в одном сантиметре, отложенном в радиальном направлении на торце древесины.

Для того чтобы понять, сколько влаги содержится в древесине, ввели такую характеристику, как влажность. Она выражается в процентном отношении: масса воды в древесине к массе полностью высушенной древесины.

Ее измеряют посредством прямых или косвенных методов. Самым простым и надежным способом измерить влажность древесины является ее просушка. Это занимает время, но зато ответ получается точным. Что касается косвенных методов, они значительно быстрее. Например, измерения с помощью кондуктометрического электровлагомера показываются, сколько воды содержит дерево, и какова его электропроводность. Но точность у таких способов низкая – максимум 30%, и то лишь там, где была введена игла для измерения.

Вода в дереве можно быть свободной и связанной. Первую можно обнаружить в полости волокон и в пространстве между клетками. Вторую – в структуре клетки, ее держат физико-химические связи. Если свободная вода удаляется из древесины довольно легко, то связанную удалить значительно сложнее. Если пиломатериал в процессе сушки, выпиловки или хранения меняет свою форму, это называется коробление. Чем бы оно ни было вызвано, оно приводит к появлению пороков древесины, поэтому хранить и обрабатывать ее нужно в соответствии с технологией.

Дерево имеет такие свойства, как влагопоглощение и разбухание (как следствие). Это следует учитывать при работе с ним. Оно не всегда является отрицательным, например, в чанах или бочках свойство дерева разбухать и увеличиваться из-за этого в размере повышает плотность прилегания деревянных элементов друг к другу.

Дерево обладает плотностью, измеряющейся в килограммах на кубический метр (или в граммах на кубический сантиметр). У различных пород дерева одинаковая плотность древесинного вещества (она составляет 1,53 г/см3), но разная плотность полностью высушенной древесины. Существует несколько показателей плотности – влажная древесина имеет одну плотность, а сухая – другую. У дерева есть такая характеристика, как пористость, т. е. степень заполненности воздухом пустых полостей. Пористость разных пород колеблется в промежутке 40-80%.

Показатель проницаемости означает, какое количество жидкого или газообразного вещества древесина способна пропустить под воздействием на нее давления. Отдельно среди физических свойств древесины выделяют тепловые, к которым относят теплоемкость, способность проводить тепло и расширяться под его воздействием, а также способность проводить температуру. Дерево обладает свойством электропроводности, т. е. по нему проходит электроток. Чем древесина суше, тем хуже она проводит электричество, и наоборот.

Технологические

Эта категория свойств древесины включает в себя такие параметры, как твердость, устойчивость к износу, ударная вязкость, удержание различных видов крепежа, а также возможность обработки материала при помощи режущих инструментов. Ударной вязкостью называется свойство древесины поглотить прилагаемое к ней усилие во время удара без изменения структуры материала. Высокая вязкость означает, что для того, чтобы осуществить поломку образца, требуется большое усилие.

Твердостью называют способность древесины противостоять более твердому телу при вдавливании. Более твердым материалом для древесины и замеров твердости является сталь. Твердость определяют при помощи шкалы силоизмерителя. Об износостойкости дерева говорит его свойство сопротивления изнашиванию во время его трения о поверхность с абразивным покрытием. Существует специальная формула для расчета показателя истирания.

Способность древесины гнуться различна для разных древесных пород. Лучше всего гнется ясень, дуб, бук, хуже – хвойные породы. Древесина способна не только гнуться, но и раскалываться. Если забивать гвоздь слишком близко к кромке, то свойство будет отрицательным, а если колоть дрова – то положительным.

Древесина способна к сопротивлению под действием прилагаемых к ней усилий, т. е. у нее имеются механические свойства. К ним относят прочность, устойчивость к деформации, технологические и эксплуатационные свойства. Механические свойства древесины определяются в таких испытаниях, как растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Древесину относят к анизотропным материалам, что означает, что в различных направлениях ей присущи разные свойства.

Предел прочности – максимально допустимый уровень напряжения, который предшествует началу разрушения образца. Его нужно определять на образце, не имеющем пороков, небольшого размера и чистом. Для того чтобы определить прочность древесины при ее сжатии, потребуется образец, имеющий призматическую форму.

Деформативностью называют способность противостоять кратковременным нагрузкам, не меняя изначальной формы. Благодаря упругости древесина способна возвращать первоначальную форму после кратковременных нагрузок. Модуль упругости высчитывают по специальной формуле. Строение древесины таково, что под постоянными нагрузками она может деформироваться. Важно точно знать как показатель прочности, так и предел дополнительного сопротивления, а также и предел выносливости (для образцов, подвергающихся переменным нагрузкам).

Чтобы сравнивать одну породу с другой, необходимо знать удельные характеристики, присущие механическим свойствам различных пород дерева. Например, хвойные породы имеют более высокий показатель удельной прочности, чем лиственные. Выше у них и показатель жесткости, а вот все остальные удельные характеристики более низкие.

Пород древесины очень много, при выборе материала для строительства или обработки следует учитывать индивидуальные особенности и свойства у каждой. Древесина делится не только на всем известные группы лиственных и хвойных пород. Например, есть классификация древесины по цвету. В зависимости от вида, цвета древесины отличаются. У цвета дерева есть зависимость от нескольких факторов. Это порода, возраст, скорость, с которой дерево растет, а также от того, какое количество красящих веществ содержится в нем.

С последним фактором напрямую связана также яркость. У заболони дерева (внешней его части, в которой содержатся живые клетки) тон всегда светлее, чем у ядра. У ядровой части, в которой сконцентрированы дубильные вещества и смолы, оттенок значительно темнее. Соответственно, у ядровых пород древесина более темная, у заболонных – светлая.

К первым можно отнести лиственницу, сосну, ясень. Ко вторым, с узким ядром – березу, грушу, липу, ольху. Из перечисленных у березы оттенок древесины полностью белый, у остальных – очень светлый древесный. Это связано еще и с тем, что в заболони присутствует крахмал. Заболонные породы используют для изготовления паркетной доски.

Хвойные породы используются для создания пиломатериалов и иных строительных составных частей. У них легкая и удобная для обрабатывания структура. В России произрастает большое количество деревьев хвойных пород. Что касается лиственных пород, они используются для создания мебели и отделки помещений.

Отдельные породы деревьев имеют более высокую стоимость, называются ценными. Ценность состоит в том, что у этих пород значительно выше прочность, они дольше служат и имеют неповторимый рисунок. Из этих сортов создают красивую элитную мебель, паркетную доску, двери, иные предметы декора. Все они стоят значительно дороже, чем обычные изделия той же категории. Из отечественных ценных пород можно назвать вишню, дуб, грушу, палисандр, а также древесину белого или остролистного клена.

Древесину также различают по признакам ликвидности и неликвидности.

Балансовой древесиной называют круглый или колотый сортимент, из которого производят целлюлозу или древесную массу. Качество такой древесины определяется сортом (которых выделяется три), а также свежестью.

Описание пороков

Пороками древесины называют те дефекты, которые она имеет. Это касается и ствола целиком, и отдельно взятых его элементов. Порок обязательно должен ухудшать качество древесины, ограничивая возможность ее применения. Все виды пороков и дефектов перечислены в ГОСТе 2140-81. Пороком считается все, что имеет отклонения от нормального строения древесины.

Пороки бывают естественные, которые возникают вне зависимости от воли человека (воздействие климатических факторов, птиц, насекомых, грызунов, бактерий и т. д.), а бывают дефекты обработки, к которым относятся те пороки, которые возникают вследствие неправильной обработки, хранения или складирования материала.

Пороки могут быть как условными, так и безусловными. Безусловным считается такой порок, который значительно снижает качество пиломатериала, к таким относится гниль или грибок. Сучки – самый часто встречающийся дефект, но и пороки строения древесины тоже нередки. Сучковатый ствол может использоваться, к примеру, для оригинального декора, но пороком от этого быть не перестает. В состав допустимых входит не более двух сучков на один метр длины лесоматериала, при этом сучки должны быть здоровыми.

К дефектам обработки относят все, что повредило древесину во время механического воздействия на нее, а именно – пиление, заготовка, складирование, хранение, транспортировка и т. п. Именно в результате механического воздействия древесина страдает чаще всего, приобретая недостатки, которые у нее изначально отсутствовали.