Физические и механические свойства дуба

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 19.09.2024

характеризуются её внешним видом (цвет, блеск, текстура), плотностью, влажностью, гигроскопичностью, теплоёмкостью и др. Древесину как материал используют в натуральном виде (лесоматериалы, пиломатериалы), а также после специальной физико-химической обработки.

Механические свойства древесины

характеризуют ее способность сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). К ним относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.

Прочность
Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности - напряжением, при котором разрушается образец.
Различают основные виды действия сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Твердость
Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел.

Основные прочностные показатели древесины сравнительно по породам ( при влажности 12 процентов) , приведены в следующей таблице

Сокращения : рад. - радиальный, танг. - тангенциальный, торц. - торцовый

По твердости торцевой поверхности древесина разделяется на три группы - мягкие - 40 Н/кв. мм, твердые 41- 80, и очень твердые - более 80 Н/кв. мм.

Источник : " Справочное пособие по деревообработке" , В.В. Кислый, П.П.Щеглов и др. издание "Бриз", 1995 г.г.

Как видно из таблицы, прочностные свойства древесины зависят от ее плотности.
На величину прочности и твердости оказывает большое влияние и влажность древесины. При увеличении влажности, прочность и твердость материала существенно снижаются. Например, у большинства пород при увеличении влажности с 12 до 30 процентов, предел прочности на изгиб уменьшается в 1,6 - 1,7 раза, а торцевая твердость - в 1,5 - 2 раза и более. Прочностные показатели древесины, вследствие ее выраженной анизотропии, существенно зависят от направления приложения нагрузки. Например, твердость торцовой поверхность выше тангенциальной и радиальной на 30 - 40 %.

По удельной прочности при растяжении вдоль волокон , т.е. прочности приведенной к единице массы , древесина не уступает конструкционной стали и дюралюминию, см. таблицу

Сравнительная удельная прочность некоторых конструкционных материалов

Важным конструктивным показателем древесины является коэфициент разбухания (определяемый в процентах на процент влажности), котрый для указанных в таблице пород находится в следующих пределах:

в радиальном направлении от 0,11 до 0,29,
в тангенциальном направлении - от 0,26 до 0,38
в объеме от 0,39 до 0,65.

Свойства природной древесины могут быть существенно изменены путем специальных ее обработок, называемых модификацией .

Перечень стандартов на основные методы испытаний древесины

ГОСТ 21554.1-81	12	Пиломатериалы и заготовки. Методы определения модуля упругости при статическом изгибе Sawn timber and blanks. Methods for determination of modulus of elasticity in static bending
ГОСТ 21554.2-81	9	Пиломатериалы и заготовки. Метод определения предела прочности при статическом изгибе Sawn timber and blanks. Method for determination of ultimate strength in static bending
ГОСТ 21554.3-82	8	Пиломатериалы и заготовки. Метод контроля прочности при изгибе, растяжении и сжатии Sawn timber and blanks. Method for control of strength by mobulus of elasticity in static bending
ГОСТ 21554.4-78	4	Пиломатериалы и заготовки. Метод определения предела прочности при продольном сжатии Sawn timber and semi-manufactures. Method for determining the ultimate strength in comression parallel to grain
ГОСТ 21554.5-78	14	Пиломатериалы и заготовки. Метод определения предела прочности при продольном растяжении Sawn timber and semi-manufactures. Method for determining the ultimate strength in tension parallel to grain
ГОСТ 21554.6-78	9	Пиломатериалы и заготовки. Метод определения предела прочности при скалывании вдоль волокон Sawn timber and semi-manufactures. Method for determining the ultimate strength in shearing parallel to grain

Наука изучающая свойства древесины называется древесиноведение. По этой дисциплине написано большое количество книг и трудов.

Зарубежные материалы on-line ,

Составил Абушенко Александр Викторович
сентябрь 2003

Качественные характеристики древесины, которые проявляются при испытаниях, не связанных с изменением химического состава, называются физическими свойствами. К ним относятся:

1) внешний вид, включающий:

4) тепловые свойства;

5) звукопроводность и др.

Цвет древесины определяется спектром отраженного ею светового потока и является важной характеристикой внешнего вида материала, поскольку его учитывают, выбирая древесину как для строительных нужд (внутренней отделки, окон и дверей и пр.), так и для изготовления музыкальных инструментов, мебели и т. п. Цвет древесины зависит не только от породы дерева, но и от природно-климатических условий местности, где оно произрастает, а также от возраста дерева. Цвет относится к таким качествам, которые могут изменяться, например, под действием воздуха, света, при поражении грибковыми заболеваниями, продолжительном контакте с водой.

Но, несмотря на все особенности, часто многие деревья обладают характерным цветом, позволяющим отличать их от других пород.

Блеском называется способность древесины направленно отражать световой поток. В наибольшей степени блеск свойствен таким российским породам деревьев, как дуб, бук, белая акация. Из импортного материала особым блеском отличается древесина атласного и красного деревьев.

Текстура – это рисунок, возникающий на срезе древесины и образованный годичными кольцами, сосудами и другими элементами структуры дерева.

Влажность представляет собой физическое качество древесины, которое определяется количеством находящейся в ней влаги. Процентное соотношение массы воды к массе сухой древесины называется относительной влажностью.

Вода в древесине представлена в трех видах:

1) в свободном состоянии;

2) в гигроскопическом состоянии;

3) в химически связанном состоянии.

Попутно о терминах

Радиальный наклон волокон представляет собой наклон, расположенный по радиусу.

Гигроскопическая влага содержится в стенках клеток.

Химический состав вещества включает химически связанную воду.

На практике древесина различается степенью влажности и бывает:

1) абсолютно сухой при влажности 0% (достижимо только в условиях лаборатории при температуре 103 ± 2°С);

2) комнатно-сухой – 8–15% (при длительной выдержке в отапливаемом помещении);

3) воздушно-сухой – 16–20% (при выдержке на открытом воздухе);

4) полусухой – 21–23%;

5) сырой – более 23%;

6) свежесрубленной – 40–75% (влажность вегетирующего дерева);

7) мокрой – более 75% (при выдержке в течение длительного времени в воде).

Для определения физико-механических параметров древесины ее кондиционируют, то есть доводят до нормализованной влажности – 12%.

Если древесина продолжительное время находится в условиях постоянной относительной влажности, то она приобретает определенную влажность, которая называется равновесной.

При изменении условий хранения материала в ту или иную сторону (то есть при повышении или понижении влажности) наблюдается набухание или усушка материала.

Усушку вызывает удаление из древесины связанной воды, что обусловливает уменьшение ее линейных размеров и объема, в отличие от удаления свободной воды, которое не приводит к усушке. Величина усушки древесины прямо пропорциональна степени уменьшения ее влажности.

Объем древесины при высыхании по разным направлениям уменьшается неодинаково. Средняя величина усушки примерно равна:

1) вдоль волокон – 0,1–0,3%;

2) поперек волокон по окружности годовых колец (в тангенциальном направлении) – 6–10%;

3) поперек волокон от коры к сердцевине (в радиальном направлении) – 3–7%.

Полная объемная усушка варьируется в пределах 11–17%. Усушка, понижающая влажность древесины на 1%, называется коэффициентом усушки и неодинакова у разных пород древесины. Наиболее высокий коэффициент усушки характерен для дуба, бука, граба, клена и составляет до 11%. Умеренное усыхание присуще сосне, осине, тополю – до 3–5%. Менее всего подвержены усыханию ель и лиственница – до 2%. Величина усушки определяется как породой дерева, там и природно-климатическими условиями, в которых оно растет. Усушка должна учитываться при распиловке бревен, сушке пиломатериалов и т. п.

Попутно о терминах

Крыловатость – это дефект пиломатериала, расположенный по всей длине и означающий спиральную изогнутость.

Под влиянием внешних нагрузок и за счет различных изменений объема древесины при сушке в ней возникают внутренние напряжения. При этом для поверхностных слоев, в которых влажность ниже, чем в центре, характерны растягивающие напряжения, а для более глубоких, внутренних слоев – сжимающие. Растягивающие напряжения, достигая предела прочности материала в тангенциальном положении, приводит к трещинообразованию. К тому же, вследствие того что усушка протекает неодинаково в разных направлениях, возникает коробление, которое представляет собой изменение формы пиломатериалов и леса при сушке или неадекватном хранении, а также во время механической обработки, например при несимметричном строгании. Покоробленность бывает продольной и поперечной; продольная, в свою очередь, – по кромке, пласти и в виде крыловатости (рис. 2).

Рис. 2. Виды покоробленности: а – по пласти (простая); б – продольная по пласти (сложная); в – продольная по кромке; г – поперечная; д – крыловатость

Способность древесины впитывать влагу из воздуха называется влагопоглощением. Это ее свойство не зависит от породы и является отрицательным качеством, поскольку сильное увлажнение, возникающее в условиях повышенной влажности, ухудшает физико-механические свойства древесины, ее биостойкость и пр.

При повышенном содержании в древесине связанной воды наблюдается разбухание, то есть увеличение линейных размеров и объема древесины. Данное качество древесины является противоположным усушке и протекает по тем же закономерностям: максимальное разбухание древесины происходит поперек волокон, минимальное – вдоль волокон.

При погружении в воду за счет водопоглощения возрастает влажность древесины. Наибольшая влажность включает максимальное количество как связанной, так и свободной воды. Количество последней напрямую зависит от плотности древесины: чем больше полостей в древесине, тем больше ее влажность, и наоборот.

Попутно о терминах

Сортиментом называется комплекс свойств, признаков, качеств, по которым какие-либо изделия могут принадлежать к тому или иному сорту.

Плотность древесины зависит от совокупности веществ, образующих оболочку клеток. Поскольку клетки разных пород древесины похожи по своему строению, то ее плотность варьируется в пределах 1490–1560 кг/м 3 (можно сказать, что этот параметр для всех пород примерно равен 1,53 г/см 3 ).

Плотность бывает условной и средней. Условная плотность представляет собой отношение минимальной массы к максимальному объему образца. Средняя влажность определяется влажностью и пористостью древесины, а ее значение указывается применительно к 12%-ной влажности.

По последнему параметру древесина делится на группы, которые включают древесину малой плотности (540 и менее), средней плотности (550–740) и высокой плотности (750 и выше). Условная и средняя плотность самых распространенных древесных пород представлена в табл. 2.

Таблица 2 Показатели средней и условной плотности древесины

В зависимости от средней плотности древесные породы разделяются на:

1) легкие (пихта, кедр, тополь, липа, сосна);

2) средние (береза, вяз, бук, ясень);

3) тяжелые (клен, дуб, граб).

К тепловым свойствам древесины относятся теплоемкость, теплопроводность и тепловое расширение.

Попутно о терминах

Сбежистость – это равномерное и постепенное уменьшение диаметра по всей длине бревна. Если оно равняется более 1 см на каждый метр длины ствола, то такое изменение считается пороком древесины.

Теплоемкость – это способность древесины накапливать тепло. Показателем теплоемкости является удельная теплоемкость.

Это количество теплоты, требующееся для нагревания 1 кг древесины на 1°С. Теплоемкость едина для любой древесины независимо от породы и возрастает при увеличении влажности.

Теплопроводность является свойством древесины, которое показывает интенсивность переноса тепла в материале.

При изменении таких параметров, как температура, влажность и плотность, коэффициент теплопроводности возрастает, причем вдоль волокон она бывает в 2 раза выше, чем поперек.

Тепловым расширением называется способность древесины увеличивать линейные размеры и объем при повышении температуры. Коэффициент теплового расширения у древесины по сравнению с таким же показателем у металла, стекла или бетона в 3–10 раз меньше.

Звукопроводность – это способность материала проводить звук. Скорость распространения звука в древесине зависит от его направленности и убывает следующим образом:

1) вдоль волокон – 1500 м/с;

2) радиально – 2000 м/с;

3) тангенциально – 1500 м/с.

По сравнению со звукопроводностью воздуха звукопроводность древесины вдоль волокон в 3–4 раза, а поперек – в 16 раз выше.

Прочность, твердость, ударная вязкость – это механические качества древесины.

Попутно о терминах

Закомелистостью называется резкое увеличение диаметра ствола в его нижней части, при этом диаметр торца у комля, как минимум, в 1,2 раза больше диаметра торца, измеренного в метре от первоначальной точки.

Прочность – это свойство древесины сопротивляться механическим нагрузкам (растяжению, сжатию, изгибанию, сдвиганию), оно характеризуется пределом прочности, средняя величина которого равна 130 МПа. При растяжении поперек волокон прочность древесины равна 1 /₂₀ предела прочности при растяжении вдоль волокон.

При сжатии ряд древесных пород может уплотняться на треть начальной высоты образца, при этом не разрушаясь.

Твердость представляет собой способность древесины сопротивляться внедрению в нее постороннего тела, имеющего определенную форму и объем. Практически путем было установлено, что твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности. Причем данный показатель неодинаков у лиственных и хвойных пород. У первых он выше на 30%, а у вторых – на 40%.

В табл. 3 приведена классификация древесных пород на группы в зависимости от степени их твердости.

Таблица 3 Классификация древесных пород по степени твердости

Ударная вязкость

есть свойство древесины поглощать механическое воздействие, при этом не разрушаясь. Наибольшая ударная вязкость – у граба, березы и осины, наименьшая – у пихты сибирской и сосны кедровой.

Попутно о терминах

Крень – это изменение строения древесины хвойных пород, имеет вид резкого утолщения поздней древесины годичных слоев. Бываем местная, при этом захватывает несколько годичных слоев, и сплошная, занимающая половину и более площади поперечного сечения.

Кроме перечисленных механических свойств древесины, можно назвать ее способность удерживать металлический крепеж (при вбивании гвоздя волокна древесины раздвигаются или перерезаются, оказывая при этом на гвоздь определенное давление, которое называется трением, благодаря чему гвоздь и удерживается) и изгибаться (наилучшей способностью гнуться отличаются лиственные породы, причем кольцесосудистые древесные породы (например, дуб) гнутся более легко, чем рассеянно-сосудистые (например, береза и др.); для хвойных пород это нехарактерно).

Свойства древесины подразделяются на физические и механические. Важное значение имеют также наличие в древесине тех или иных пороков и ее стойкость к загниванию.

Физические свойства древесины.К основным физическим свойствам древесины относят влажность, усушку, набухание, истинную и среднюю плотность, пористость, теплопроводность и др.

Древесина, имея волокнистое строение и высокую пористость (55 – 65 %), обладает большой внутренней поверхностью, которая легко адсорбирует влагу из воздуха. При изменении температурно-влажностных условий эксплуатации древесина легко впитывает и отдает влагу, что сказывается на ее влажности. Влажность, соответствующая предельному содержанию связанной молекулярными силами влаги при ее отсутствии в свободном состоянии, называется пределом гигроскопичности древесины или точкой насыщения волокон. Предел гигроскопичности древесины в среднем равен 30 %. Влажность влияет на все физические и механические свойства древесины (увеличение влажности приводит, например, к повышению электропроводности, увеличению размеров, снижению прочности). В зависимости от влажности древесину подразделяют: на мокрую, длительное время находившуюся в воде, влажностью свыше 100 %; свежесрубленную, влажностью 50 – 100 %, воздушно-сухую, долгое время хранившуюся на воздухе, влажностью 15 – 20 %; комнатно-сухую, влажностью 8 – 12 % и абсолютно сухую, влажностью около 0 %. Влажность древесины, длительно находящейся при постоянном температурно-влажностном режиме, называют равновесной. Для получения сравнимых данных о физико-механических показателях древесины, зависящих от влажности, используется понятие стандартная влажность древесины, значение которой установлено равным 12 %.

Усушка и набухание древесины происходят при изменении ее влажности. Различают линейную и объемную усушку. Линейную усушку поперек волокон определяют в двух направлениях – тангенциальном и радиальном. Усушка в радиальном направлении составляет 3-6 %, в тангенциальном – в 1,5-2 раза больше, чем в радиальном. Усушку вдоль волокон ввиду ее незначительной величины не определяют. Объемная усушка составляет в среднем 12-15 %. Усушка и набухание происходят в пределах гигроскопичности (0-30 %), при этом изменяются (ухудшаются) и физико-механи-ческие свойства древесины. Увеличение влажности сверх 30 % на свойствах древесины почти не отражается; не увеличивается и ее объем за счет набухания.

Истинная плотность древесного вещества всех пород примерно одинакова и составляет 1,54 г/см 3 . Средняя плотность изменяется от 380 кг/м 3 (сибирская пихта) до 1110 кг/м 3 (ядро фисташки). Для пересчета плотности древесины с влажностью до 30 % на плотность при стандартной влажности используют формулу

где – средняя плотность древесины при стандартной влажности, г/см 3 ; – средняя плотность древесины при данной влажности, г/см 3 ; k₀ – коэффициент объемной усушки, %; W – влажность образца, %.

Если коэффициент объемной усушки k₀ не определялся, то при пересчете плотности на стандартную влажность для древесины березы, бука и лиственницы значение его берут равным 0,6, а для прочих пород – 0,5.

Теплопроводность древесины вследствие ее высокой пористости в целом невелика, при этом вдоль волокон теплопроводность значительно больше, чем поперек. Например, теплопроводность сосны вдоль волокон равна 0,35 Вт/(м . °С), а поперек волокон – 0,17 Вт/(м . °С).

Механические свойства древесины. Механические свойства древесины характеризуются пределами прочности при сжатии (вдоль и поперек волокон), растяжении, статическом изгибе и скалывании, модулями упругости. При испытании на прочность образцы, как правило, должны иметь нормализованную влажность (равновесную влажность в среде с температурой (20±2) °С и относительной влажностью воздуха (65±2) %). Для этого перед испытанием образцы кондиционируют при указанных параметрах среды до приобретения древесиной нормализованной влажности. В то же время действующим стандартом допускается проводить испытания на образцах, не подвергавшихся кондиционированию, с влажностью, отличающейся от нормализованной.

Предел прочности при сжатии вдоль волокон кондиционированных образцов пересчитывают на стандартную влажность 12 % с погрешностью до 0,5 МПа по формулам:

– для образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности (30 %)

где – предел прочности при сжатии образца при стандартной влажности, МПа;– предел прочности при сжатии образца с влажностью W в момент испытания, МПа; a – поправочный коэффициент, равный 0,04; W – влажность образца в момент испытания, %;

– для образцов с влажностью, равной или больше предела гигроскопичности,

где – коэффициент пересчета при влажности 30 %, равный 0,550 – для дуба, липы, ольхи; 0,450 – бука, сосны; 0,445 – ели, осины, пихты, тополя; 0,400 – березы и лиственницы.

Предел прочности древесины на сжатие поперек волокон в 4-6 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Предел прочности древесины при статическом изгибе при данной влажности(в МПа) определяют на образцах в форме прямоугольной призмы с поперечным сечением 20´20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм по формуле

где – максимальная разрушающая нагрузка, приложенная по центру образца, Н; l – расстояние между опорами, мм; b и h – ширина и высота образца, мм.

Пересчет предела прочности древесины при статическом изгибе на стандартную влажность производится так же, как для предела прочности при сжатии.

Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон невелик и составляет примерно 12-25 % от предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Модули упругости при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе примерно одинаковы; у воздушно-сухих сосны и ели находятся в пределах 10000-15000 МПа. Их значение возрастает с увеличением плотности, а увлажнение величину модулей упругости снижает.

Пороки древесины. Пороки древесины подразделяют на группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения и прочие пороки.

Сучки- части ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон и затрудняют механическую обработку.

Трещины (метиковые, морозные, отлупные) – разрывы древесины вдоль волокон. Нарушают целостность материала, снижают механическую прочность и долговечность.

Пороки формы ствола. Различают: сбежистость– уменьшение диаметра круглых лесоматериалов от толстого к тонкому концу, превышающее нормальный сбег (равный 1 см на 1 м длины бревна); увеличивает расход древесины при распиловке, снижает прочность материалов; закомелистость – резкое увеличение комлевой (нижней) части ствола; кривизну, котораязатрудняет механическую обработку древесины, снижает ее прочность при растяжении и изгибе.

Пороки строения древесины.Различают: наклон волокон (косослой) – непараллельность волокон древесины оси древесного материала, снижающую ее прочность при растяжении и изгибе; крень -ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; свилеватость- волокнистое или беспорядочное расположение волокон древесины, чаще в комлевой части ствола; завиток-резкое местноеискривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей; сердцевину - узкую центральную часть ствола, состоящую из рыхлой древесной ткани, которая, попадая в изделия, усиливает их растрескивание.

К химическим окраскам относятся желтизна, оранжевая окраска, чернильные пятна, дубильные потеки. Все они проникают на глубину 1-5 мм и мало влияют на физико-механические свойства древесины, ухудшая в основном только внешний вид пиломатериалов.

Грибные поражения (гнили), образующиеся в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов, существенно снижают механические свойства и сортность древесины. Гнили отмершей древесины являются одними из самых опасных пороков. Они образуются под действием домовых грибов. Древесина становится не только непригодной к применению, но и опасной для окружающих материалов.

Такие пороки, как грибные окраски, развивающиеся в отмершей древесине, мало изменяют ее прочность, но ухудшают внешний вид.

К прочим порокам древесины относятся повреждения насекомыми (червоточины), инородные включения и дефекты, деформации (покоробленность – искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении).

Для химической защиты древесины от гниения и поражения насекомыми применяют специальные вещества – антисептики. Они делятся на водорастворимые и нерастворимые в воде (маслянистые). К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый натрий NaF (применяется в растворах 2-3 % концентрации); кремнефтористый натрий Na₂SiF₆ (применяется совместно с фтористым натрием, а также в составе антисептических паст); препараты ХХЦ (смесь хлорида цинка и натриевого или калиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлорида цинка, хромпика и медного купороса); органорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах); высокотоксичные антисептики в виде жидкостей и паст, содержащие арсенаты металлов. Маслянистые антисептики – антраценовое, сланцевое, креозотовое масла – обладают сильным антисептическим действием, не вызывают коррозию металла, но окрашивают древесину в темный цвет, имеют резкий фенольный запах. Применяются для обработки шпал, деталей мостов, свай, наземных деревянных конструкций.

Пропитку антисептиками производят поверхностной обработкой, в горяче-холодных ваннах и под давлением в автоклавах.

Для защиты древесины от возгорания предусматривают: соответствующие конструктивные меры (устройство разделок из несгораемых материалов, защитных покрытий – штукатурных и др.); окрашивание поверхности древесины огнезащитными красочными составами (композициями из связующего вещества – обычно жидкого стекла, наполнителя – кварцевого песка, мела, магнезита и щелочестойкого пигмента (охры, мумии и т.п.); пропитку огнезащитными веществами – антипиренами (бура, сульфат аммония, фосфорно-кислый натрий и аммоний), которые при пожаре либо образуют оплавленную пленку на поверхности древесины, затрудняющую доступ кислорода, либо выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода в газовой среде возле конструкции.

Как вы уже знаете, древесина обладает различными свойствами. Среди них различают физические и механические.

К физическим свойствам относят плотность, влажность, цвет, запах.

К механическим — свойства древесины, которые проявляются под воздействием на нее внешних сил. Это твердость, прочность, упругость.

Вы уже обратили внимание, что древесина различных пород бывает легкой и тяжелой, т. е. менее плотной и более плотной.

Плотностью р называют массу древесины m (г), содержащуюся в един ице объема V (см 3 ):

Например, если брусок из древесины сосны имеет массу 50 г и объем 100 см 3 , то его плотность составит 50 : 100 = 0,5 (г/см 3 ).

Низкую плотность имеет древесина липы, тополя, кедра, вяза, ели, сосны (плотность колеблется в пределах ρ = 0,4. 0,6 г/см 3 ).

Высокую плотность имеет древесина дуба, ясеня, березы, клена, яблони, груши, лиственницы (ρ = 0,7. 0,95 г/см 3 ).

Влажностью древесины называют количество влаги, содержащейся в древесине. При высушивании древесины часть влаги испаряется. Массу воды, содержащейся в древесине, можно определить, если взвесить образцы до и после высушивания и найти разность m₁ — m₂, где m₁ — масса образца древесины до высушивания, m₂ — масса образца древесины после высушивания.

Если теперь эту разность, т. е. массу испаренной влаги, разделить на массу высушенного образца и умножить на 100%, то получим влажность древесины W:

Например, если масса образца древесины до высушивания была равна 60 г, а после высушивания — 40 г, то влажность древесины до высушивания составляла:

[(60 - 40) : 40] • 100 % = 50 %.

Твердостью древесины называют ее способность сопротивляться внедрению в нее других тел, например вдавливанию в ее поверхность стального шарика. По величине отпечатка (лунки) на поверхности древесины судят о ее твердости. Чем меньше лунка, тем тверже древесина. К твердым породам относят грушу, ясень, бук, дуб, клен; к мягким — сосну, ольху тополь, липу. В твердую древесину трудно вбить гвоздь, ее сложнее строгать рубанком, пилить, выдалбливать, сверлить, резать ножом. Но твердая древесина лучше удерживает в себе гвозди и шурупы. Изделия из нее меньше изнашиваются. Например, дубовый паркетный пол изнашивается значительно медленнее, чем пол из сосновых досок.

Прочностью древесины называют ее способность выдерживать определенные нагрузки, не разрушаясь. Чем большие нагрузки она выдерживает, тем она прочнее. Высокой прочностью обладает древесина дуба, клена, березы, а низкой — осины, липы, ольхи. При нагрузке на изделия из древесины волокна древесины растягиваются, сжимаются или изгибаются (например, ножки стульев сжимаются, лыжи изгибаются). Поэтому различают прочность на растяжение, на сжатие и на изгиб. Если действующие нагрузки превысят те, которые древесина может выдержать (допустимые), то изделие разрушится. Допустимая прочность для каждой породы древесины различна и приводится в таблицах (в Н/м 2 ).

Упругостью древесины называют ее способность восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия непродолжительной нагрузки. Из упругой древесины делают лыжи, линейки, спортивные луки. Из пород, произрастающих на территории России, наибольшей упругостью обладают береза и граб.

Цвет древесины весьма различен, поэтому по цвету можно определить породу древесины. В изделиях из древесины стараются сохранить естественный цвет, не окрашивая ее или покрывая поверхности прозрачными лаками.

Запах также является признаком породы древесины. Смолистый запах имеет свежесрубленная древесина хвойных пород, специфичный едкий запах — древесина осины.

Сушка древесины бывает естественной (атмосферной) и искусственной (камерной).

Для естественной сушки пиломатериалы укладывают с межрядовыми прокладками в штабель (рис. 1) на открытом, продуваемом месте или под навесом.

Рис. 1. Сушка пиломатериалов в штабелях

Искусственную сушку древесины осуществляют в сушильных камерах, где древесина обдувается горячим воздухом. Поэтому процесс сушки проходит намного быстрее.

В результате высушивания происходит усушка древесины — уменьшение размеров. Усушка различна вдоль и поперек волокон. Поэтому пиломатериалы после высушивания изменяют свою форму т. е. коробятся. Кроме того, пиломатериалы, выпиленные из различных зон поперечного сечения ствола (рис. 2), коробятся по-разному.

Рис. 2. Формы высушенных образцов, вырезанных из различных зон поперечного сечения ствола

Чтобы не происходило большого коробления пиломатериалов, их высушивают в штабелях с прокладками в зажатом состоянии.

На рисунке 3 приведены различные виды коробления досок.

Рис. 3. Виды коробления досок: а, б, в — продольное; г — поперечное; д — винтовое: а₁ — а₆ — величина коробления, мм

Практическая работа № 1

Определение плотности древесины

Пронумеруйте выданные учителем образцы древесины и вычислите их объемы в кубических сантиметрах (см 3 ), умножив длину на ширину и толщину в сантиметрах (см). Данные запишите в таблицу.
Взвесьте образцы и запишите массу каждого образца в граммах (г). Данные запишите в таблицу.
По формуле вычислите плотность каждого образца в г/см 3 и запишите в таблицу.

Практическая работа № 2

Определение влажности образцов древесины

Взвесьте три-четыре сухих образца древесины разных пород. Пронумеруйте их. Результаты запишите в таблицу.
Опустите образцы в воду и выдержите 5—10 мин.
Выньте и вытрите образцы сухой тканью. Опять взвесьте. Результаты запишите в таблицу.
Вычислите влажность древесины по формуле.
Сделайте и запишите выводы о поглощении влаги древесиной каждой породы.

Новые слова и понятия

Свойства древесины: физические (плотность, влажность) и механические (твердость, прочность, упругость); сушка естественная и искусственная; штабель, коробление.

Читайте также: