Технологические, физические и механические свойства древесины

Натуральное дерево имеет привлекательные качества. Это низкая теплопроводность, поддержание оптимального уровня влажности, быстрый прогрев и поддержка комфортного климата в помещениях. Из древесины делают мебель, используют ее для отопительных целей. Происходит это благодаря уникальным характеристикам и свойствам древесины.

Основные свойства и характеристики древесины

Свойства древесины можно подразделить на четыре вида:

• физические. Они характеризуются плотностью, весом, проницаемостью и способностью сопротивления агрессивным воздействиям внешней эксплуатационной среды;
• химические характеризуются показателями стойкости при действии химических реагентов, способствующих разрушению материала;
• механические свойства оцениваются способностью сопротивления сжатию и растяжению. Стойкостью к ударам и другим видам силовых воздействий;
• технологические свойства указывают на способность древесины удерживать крепления.

Исходя из этих свойств, определяют сферу их применения. При рассмотрении древесины с учетом комплекса всех характеристик, явно видно, что у нее нет конкурентов.

Плотность и коэффициент плотности

Каждая порода дерева обладает различным коэффициентом плотности. Он зависит от влажности древесины. Плотность древесины представляет объемную массу. Для ориентировочных расчетов можно воспользоваться специальной таблицей.

Средние показатели плотности различных пород древесины

Строение древесины

Различают два понятия: «дерево» и «древесина». Живое, растущее дерево состоит из корня, ствола и ветвей с листьями или хвоей.

Древесина — ткань дерева, она получается при распиливании его частей. Ствол дает основную массу древесины. Он подразделяется на вершину и комель.

В центре находится сердцевина. Она рыхлая и мягкая. От сердцевины расходятся лучи. По этим лучам древесина может растрескиваться при высыхании.

Вокруг сердцевины находится – спелая древесина. Она имеет большую прочность.

Древесина, находящаяся ближе к коре, называется заболонью. Она менее прочная, имеет большую влажность, имеет сильную усушку и коробится.

Из чего состоит древесина наглядно показано на картинке

Химический состав

Сухая древесина состоит из углерода, кислорода и водорода, из которых образуются сложные органические вещества:

• Целлюлоза. Это очень стойкое вещество не растворяется в воде и в органических растворителях. Из нее делают множество различных материалов: бумагу, вату, целлофан, лаки, искусственные волокна, порох и другие материалы.
• Лигнин и гемицеллюлоза – полимеры ароматической природы. Из них получают этиловый спирт, сухой лед, кормовые дрожжи, ванилин.
• Остальной состав – это дубильные вещества и смолы.

Цвет

Цвет древесины важен при выборе материала для изготовления мебели, при производстве художественных поделок, для отделки интерьеров. Древесина имеет самые разнообразные цвета и оттенки. Даже в одной доске может сочетаться несколько цветов. Интенсивность окраски может увеличиваться с возрастом дерева. Изменение цвета свидетельствует о загнивании древесины, поражении грибами.

Цвет древесины легко установить с помощью атласа цветов. Также можно воспользоваться визуальными и фотоэлектрическими колориметрами.

Естественная влажность

Для древесины различных пород естественная влажность колеблется от 23 до 35 % . Показатели влажности сосны, выросшей в сухом месте и ели, которая росла в заболоченном месте, сильно отличаются.

Влажность измеряют с помощью:

• электровлагомера. Этот специальный прибор имеет металлические датчики с острыми концами. Их острия вонзают в исследуемый образец, после чего включают ток. На шкале прибора можно увидеть результат.
• Номограмм. Они дают более точные результаты.
• Взвешиванием. Для этого берут образец древесины, высушивают его и взвешивают.

Помимо сушки воду можно удалять с помощью прессования.

Вес куба древесины

Вес древесины является отличительным признаков пород. Для удобства расчетов пользуются онлайн кубатурником. Это специальная таблица со встроенным механизмом расчета. Чтобы узнать вес дерева, надо набрать его породу, влажность и указать требуемое количество древесины в кубометрах. Встроенный механизм рассчитает вес.

Удельный и объемный вес

Удельный вес древесины учитывается без содержания влаги и воздуха. Это очень нестабильная величина. Рассчитывают его специальной таблице. На практике чаще пользуются объемным весом древесины. Его измеряют килограммами веса на кубометр. Этот вес учитывается с содержащимся в древесине воздухом и водой. Показатели объемного веса постоянно меняются и обязательно учитываются при переработке отходов древесины.

Модуль упругости

Модули упругости – это важные расчетные величины. Они характеризуют жесткость материала, способность менять форму под действием механического сопротивления. Определить модуль упругости очень сложно, для этого нужны сверхточные приборы.

Расчетное сопротивление изгибу

Расчетное сопротивление древесины измеряется в кг/см?. Эти параметры необходимо знать при проектировании деревянных конструкций. Они имеют разные значения под воздействием различных нагрузок. В расчетных сопротивлениях учитывается снижение прочности древесины.

Прочность

Прочность указывает на способность древесины сопротивляться разрушениям под действием нагрузок. Испытания на прочность проводят стандартными методами на образцах древесины, не имеющих пороков. При проведении испытаний выявляют действий сил на растяжение, изгиб, сжатие и скалывание.

Твердость по Бринеллю

Твердость древесины у нас в стране указывают по шкале Бринелля. Твердость древесины характеризуется ее способностью сопротивляться внедрению твердого тела. Чем выше твердость, тем сложнее обработка.

Чтобы определить твердость берут образец древесины и стальной шар, который вдавливают в образец течение 30 секунд с силой 100 кг. После вдавливания замеряют углубление и рассчитывают показатель по шкале Бринелля.

Таблица твердости некоторых пород древесины по Бринеллю (кгс/мм?)

В таблице приведены усредненные значения. Твердость древесины зависит от множества условий, поэтому разброс значений бывает очень значительный.

Нормы по ГОСТу

Все древесные пиломатериалы должны соответствовать ГОСТам, в которых прописаны основные параметры и размеры. По согласованию с потребителем на внутреннем рынке допускаются небольшие отклонения.

Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности древесины независимо от породы невысокий. Чем плотнее древесина, тем выше теплопроводность.

Удельная теплота сгорания древесины

Удельная теплота сгорания измеряется в Дж/м?. Чтобы измерить эту величину пользуются методами калориметрии. Удельный расход топлива получается меньше, если удельная теплота его сгорания высокая

Для отопления лучше использовать древесину твердых пород с высокой удельной теплотой сгорания. Она медленно разгорается, зато потом горит спокойным мощным пламенем. Древесина мягких пород имеет низкую удельную теплоту сгорания.

Температура горения

Температурой воспламенения (возгорания) называется низшая температура нагрева древесины до самовоспламенения. Древесина относится к сгораемым материалам — она легко воспламеняется и быстро распространяет огонь. Температура самовоспламенения древесины от 210—300°.

Гигроскопичность

Древесина – гигроскопический материал. Она изменяет свою влажность при изменении состояния окружающей среды. После длительной выдержки во влажной среде древесина приобретает устойчивую влажность.

Зольность

Зола – нежелательная часть топлива, она затрудняет эксплуатацию топочных устройств. В золе содержится множество микроэлементов, поэтому она используется для удобрения почвы. Зольность определяют путем сжигания предварительно высушенной древесины в платиновом тигле. Ее прокаливают в муфельной печи. После этого золу остужают и тигель помещают в эксикатор с безводным глиноземом и взвешивают.

Зольность элементов коры варьируется от одного до восьми процентов, различных пород на сухую массу. Зольность элементов кроны зависит от породы древесины и места произрастания. Зольность листьев составляет – 3,5%. У веток и сучьев внутренняя зольность составляет от 0,3 до 0,7%.

Паспорт (сертификат) на древесину

Российское законодательство не обязывает проводить обязательную сертификацию пиломатериалов. Но производители, планирующие участвовать в тендерах или экспортировать свою продукцию, могут оформить добровольный сертификат. Он гарантирует качество и безопасность продукции. Заказчик сертификата на пиломатериалы может самостоятельно выбирать параметры лабораторных испытаний.

В завершении, можно посмотреть учебный фильм, который еще раз расскажет о свойствах древесины: