Фізичні властивості деревини (Властивості деревини. Лісові породи.

11.09.2015

Фізичні властивості деревини

Властивості деревини, які виявляються при випробуваннях, що не призводять до зміни хімічного складу, називаються фізичними.

Він характеризується такими властивостями: кольором, блиском, текстурою і макроструктурою.

Під кольором деревини розуміють певне зорове відчуття, яке залежить, в основному, від спектрального складу відбитого нею світлового потоку. Колір — одна з найважливіших характеристик зовнішнього вигляду деревини. Його враховують при виборі порід для внутрішньої обробки приміщень, виготовленні меблів, музичних інструментів, художніх виробів і т. д.

Забарвлення деревини залежить від породи, віку дерева, клімату району зростання. Деревина може змінювати колір при витримці під впливом повітря і світла, при ураженні грибами, а так само при тривалому перебуванні під водою. Тим не менш, колір багатьох порід настільки характерний, що може служити одним з ознак при їх розпізнаванні.

Блиск — це здатність деревини спрямовано відбивати світловий потік. Найбільшим блиском з вітчизняних порід відрізняється деревина дуба, бука, білої акації, оксамитового дерева; з іноземних — деревина атласного дерева і махагоні (червоного дерева).

Текстурою називається малюнок, що утворюється на поверхні деревини внаслідок перерізання анатомічних елементів (річних шарів, серцевинних променів, судин).

Для оцінки якості деревини за зовнішнім виглядом використовують такі характеристики, як ширина річних шарів і зміст пізньої деревини.

Ширина річних шарів — кількість шарів, що припадають на 1 см відрізка, відміряного по радіальному напрямку на торцевій поверхні зразка.

Зміст пізньої деревини визначається співвідношенням (у відсотках) між сумарною шириною зон пізньої деревини і загальною протяжністю (в радіальному напрямку) ділянки вимірювання, що включає ціле число шарів.

Для кількісної характеристики вмісту води в деревині використовують показник — вологість. Під вологістю деревини розуміють виражене у відсотках відношення маси води до маси сухої деревини: W = (m — m0 ) / m0 * 100, де m — початкова маса зразка деревини, р, а m0 — маса зразка абсолютно сухої деревини, р.

Вимірювання вологості здійснюється прямими або непрямими методами. Прямі методи засновані на виділенні тим чи іншим способом води з деревини, наприклад висушуванням. Ці методи прості, надійні і точні, але мають недолік — досить тривалу процедуру. Цього недоліку позбавлені непрямі методи, засновані на вимірюванні показників інших фізичних властивостей, які залежать від вмісту води в деревині. Найбільше поширення отримали кондуктометричні электровлагомеры, вимірюють електропровідність деревини. Однак і ці способи мають свої недоліки: дають надійні свідчення в діапазоні від 7 до 30% і лише в місці введення голчастих контактів.

Розрізняють дві форми води, що міститься в деревині: пов’язану та вільну. Зв’язана вода перебувати в клітинних стінках, а вільна міститься в порожнинах клітин і міжклітинних просторах. Зв’язана вода утримується в основному фізико-хімічними зв’язками, зміна її змісту істотно відбивається на більшості властивостей деревини. Вільна вода, яка утримується тільки механічним зв’язками, видаляється легше, ніж зв’язана вода, чинить менший вплив на властивості деревини.

При випробуваннях з метою визначення показників фізико-механічних властивостей деревини її доглядають, приводячи до нормалізованої вологості. Якщо немає особливих приміток, то показник дорівнює 12%.

На практиці за ступенем вологості розрізняють деревину:

  • мокру, W > 100%, тривалий час знаходилася у воді;
  • свіжозрубану, W = 50-100%, що зберегла вологість зростаючого дерева;
  • повітряно-суху, W = 15-20%, витриману на відкритому повітрі;
  • кімнатно-суху, W = 8-12%, довгий час знаходилася в опалювальному приміщенні;
  • абсолютно-суху, W = 0, висушений при температурі t=103±2°C.

Усушка. Зменшення лінійних розмірів і об’єму деревини при видаленні з неї зв’язаної води називається усиханням. Видалення вільної води не викликає усушки. Чим більше клітинних стінок в одиниці об’єму деревини, тим більше в ній зв’язаної води і вище усушка.

Усушка деревини не однакова в різних напрямках: у тангенціальному напрямку в 1,5 — 2 рази більше, ніж у радіальному.

Під повною усиханням, або максимальної усиханням Bmax розуміють зменшення лінійних розмірів і об’єму деревини при видаленні всієї кількості зв’язаної води.

Формула для обчислення повної усихання, %, має вигляд:

де amax і amin — розмір (обсяг) зразка відповідно при вологості, рівної чи вище межі насичення клітинних стінок і в абсолютно-сухому стані, мм (мм 3 ).

Повна лінійна усушка деревини найбільш поширених вітчизняних порід в тангенціальному напрямку становить 8-10 %, у радіальному 3-7 %, а вздовж волокон 0,1-0,3 %. Повна об’ємна усушка знаходиться в межах 11-17 %.

Усушка деревини враховується при розпилюванні колод на дошки (припуски на усадку), при сушінні пиломатеріалів і т. д.

Внутрішні напруги виникають в деревині без участі зовнішніх навантажень. Вони утворюються внаслідок неоднакових змін об’єму тіла при сушінні — сушильні напруги, просочення і в процесі росту дерева.

Повні сушильні напруги зручно як сукупність двох складових — вологісних і залишкових напружень.

Вологісні напруження викликані неоднорідною усиханням матеріалу. У поверхневих зонах дошки, де вологість нижче, ніж у центрі, з-за сорому вільної усихання виникають розтягують напруги, а всередині дошки — стискаючі. Залишкові напруги обумовлені появою в деревині неоднорідних залишкових деформацій. Залишкові напруги на відміну від вологісних не зникають при вирівнюванні вологості в дошці і спостерігаються як під час сушіння, так і після її повного завершення.

Якщо розтягуючі напруження досягають межі міцності деревини на розтяг поперек волокон, з’являються тріщини. Так з’являються поверхневі тріщини на початку сушіння та внутрішні в кінці сушіння.

Жолоблення. Зміна форми пиломатеріалів і заготовок при сушінні, а також випіловке і неправильному зберіганні називається викривленням. Найчастіше жолоблення відбувається за розрізняючи усушки по різним структурним напрямами. Розрізняють поперечну і подовжню пожолобленість. Поздовжня пожолобленість буває: буває по кромці, по пласті і крыловатость.

На малюнки зображені нижче види покоробленность: А — поперечна: а — жолобчаста, б — трапецієвидна, в — ромбовидна, м — овальна; Б — поздовжня: д — по кромці, е — по пласті, ж — крыловатость.

Фізичні властивості деревини (Властивості деревини. Лісові породи.

Жолоблення може виникати при механічній обробці сухих пиломатеріалів: при несиметричного струганні, ребровом діленні через порушення рівноваги залишкових напруг.

Вологопоглинання. Здатність деревини внаслідок її гігроскопічності поглинати вологу (пари води) з навколишнього повітря називається вологопоглинанням. Вологопоглинання практично не залежить від породи. Здатність до поглинання вологи є негативною властивістю деревини. Суха деревина, поміщена в дуже вологе середовище, сильно зволожується, що погіршує фізико-механічні характеристики, знижує біостійкість і т. д. Щоб захистити деревину від впливу вологого повітря, поверхня дерев’яних деталей і виробів покривають різними лакофарбовими і плівковими матеріалами.

Розбухання. Збільшення лінійних розмірів і об’єму деревини при підвищення в ній вмісту зв’язаної води називається розбуханням. Розбухання відбувається при витримуванні деревини у вологому повітрі або воді. Це — властивість, протилежне усушці, і підпорядковується, в основному, тим же закономірностям. Повне розбухання, %, обчислюють за формулою: amax = (amax — amin ) / amin * 100. де amax і amin — розмір (обсяг) зразка відповідно при вологості, рівної чи вище межі насичення клітинних стінок, і в абсолютно сухому стані, мм (3 мм ). Так само, як і усушка, найбільше розбухання деревини спостерігається в тангенціальному напрямку поперек волокон, а найменше — вздовж волокон.

Розбухання — негативна властивість деревини, але в деяких випадках воно приносить користь, забезпечуючи щільність з’єднань (в бочках і чанах, судах і т. д.).

Водопоглинання. Здатність деревини збільшувати свою вологість при безпосередньому контакті з капельножидкой водою називається водопоглинанням. Максимальна вологість, якої досягає занурена у воду деревина, складається з граничного кількості зв’язаної води і найбільшої кількості вільної води. Очевидно, що кількість вільної води залежить від об’єму порожнин в деревині, тому, чим більше щільність деревини. Тим менше її вологість, що характеризує максимальне водопоглинання.

Здатність деревини поглинати воду, а також інші рідини має значення в процесах варіння деревини для одержання целюлози, при просоченні її розчинами антисептиків і антипіринів, при сплаві лісоматеріалів та в інших випадках.

Щільність. Це властивість характеризується масою одиниці об’єму матеріалу, і має розмірність в кг/м 3 або г/см 3 .

а) Щільність древесинного речовини pд. в.. г/см, тобто щільність матеріалу клітинних стінок, дорівнює: pд. в. = mд. в. / vд. в.. де mд. в. vд. в. — відповідно маса, г, і об’єм, см 3. древесинного речовини.

Цей показник рівний для всіх порід 1,53 г/см 3. оскільки однаковий хімічний склад клітинних стінок деревини.

б) Щільність абсолютно сухої деревини p0 дорівнює: p0 = m0 / v0. де m0. v0 — відповідно маса і об’єм деревини при W=0%.

Щільність менше щільності деревини древесинного речовини, так як вона включає порожнечі (порожнини клітин та міжклітинні простору, заполненнве повітрям).

Відносний об’єм порожнин, заповнених повітрям, характеризує пористість деревини П: П = (v0 — vд. в. ) / v0 * 100. де v0 vд. в. — відповідно об’єм зразка і що міститься в ньому древесинного речовини при W=0%. Пористість деревини коливається в межах від 40 до 80%.

в) Густина вологої деревини. pw = mw / vw. де mw vw — відповідно маса і об’єм деревини при вологості W Щільність деревини залежить від її вологості. При вологості W < Wпн щільність змінюється незначно, а при збільшенні вологості вище Wпн спостерігається значне зростання щільності деревини.

г) Парціальна вологість деревини p`w характеризує зміст (масу) сухої деревини в одиниці об’єму вологої деревини: p`w = m0 / vw. де m0 — маса абсолютно сухої деревини, г або кг; vw — об’єм, см 3 / м 3. деревини при даній вологості W.

д) Базисна щільність деревини виражається відношенням маси абсолютно сухого зразка m0 до його об’єму при вологості, рівної чи вище межі насичення клітинних стінок Vmax. pБ = m0 / vmax. Цей основний показник щільності, який не залежить від вологості, широко використовується для оцінки якості сировини в деревообробці, целюлозно-паперовій промисловості і в інших випадках.

Величина щільності деревини змінюється в дуже широких межах. Серед порід Росії і ближнього зарубіжжя деревину з дуже малою щільністю має ялиця сибірська (345), верба біла (415), а найбільш щільну — самшит (1040), ядро фісташка (1100). Діапазон зміни щільності деревини іноземних порід ширше: від 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значення щільності тут і нижче дані в кілограмах на метр кубічний (кг/м 3 ).

По щільності деревини при 12% вологості породи ділять на 3 групи: з малою (Р12 < 540). середній (550 < P12 < 740) і високої (P12 > 740) щільністю деревини.

Проникність характеризує здатність деревини пропускати рідини або гази під тиском.

Водопроникність деревини вздовж волокон значно більше, ніж поперек волокон, при цьому у деревини листяних порід вона в кілька разів більше, ніж у хвойних.

До теплових властивостей відносяться теплоємність, теплопровідність, температуропровідність і теплове розширення.

Теплоємність. Показником здатності деревини акумулювати тепло є питома теплоємність С, представляє собою кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 кг маси деревини на 1 (0) С. Питома теплоємність для всіх порід однакова і для абсолютно сухої деревини становить (ФОРМУЛА). Зі збільшенням вологості теплоємність збільшується.

Теплопровідність — властивість, що характеризує інтенсивність переносу тепла в матеріалі. Коефіцієнт теплопровідності ( ФОРМУЛА), зі збільшенням температури, вологості і щільності збільшується. Уздовж волокон (СИМВОЛ) у 2 рази більше, ніж поперек.

Температуропроводності характеризує здатність деревини вирівнювати температуру за обсягом.

Теплове розширення — здатність деревини збільшувати лінійні розміри та об’єм при нагріванні. Коефіцієнт теплового розширення деревини в 3-10 разів менше, ніж у металу, бетону, скла.

Електропровідність — здатність деревини проводити електричний струм, яка знаходиться у зворотній залежності від електричного опору .

Суха деревина відноситься до діелектриків. З підвищенням вологості деревини опір зменшується. Особливо різке зниження ( в десятки мільйонів разів) опору спостерігається при збільшенні вмісту зв’язаної води. Подальше збільшення вологості викликає падіння опору лише в десятки або сотні разів. Цим пояснюється зниження точності визначення вологості электровлагомерами в області, вище Wпн .

Електрична міцність — здатність деревини протистояти пробою, тобто зниження опору при великих напругах.

Діелектричні властивості характеризують поведінку деревини в змінному електричному полі. Показники: діелектрична проникність та тангенс кута втрат.

Діелектрична проникність дорівнює відношенню ємності конденсатора з прокладкою з деревини до ємності конденсатора з повітряним зазором між електродами. Цей показник для сухої деревини дорівнює 2-3.

Тангенс кута діелектричних втрат характеризує частку підведеної потужності струму, яка поглинається деревиною і перетворюється в тепло.

П’єзоелектричні властивості проявляються в тому, що під дією механічних зусиль на поверхні деревини виникають електричні заряди.

Одне з цих властивостей — звукопровідність, показником якої є швидкість звуку. Швидкість звуку, м/с, в деревині можна визначити за формулою: C = (E / p) ½. де Е — динамічний модуль пружності, Н/м 2 ; р — щільність деревини, кг/м 3 .

Інший важливий показник, що характеризує здатність деревини відображати і проводити звук, — акустичне опір. Па*с/м: R = p * C .

Поверхневі зони деревини можуть ефективно прогріватися за допомогою невидимих інфрачервоних променів. Значно глибше — до 10-15 см — проникають в деревину промені видимого світла. За характером відбиття світлових променів можна оцінювати наявність видимих вад деревини. Світлове лазерне випромінювання пропалює деревину і останнім часом успішно використовується для випалювання деталей складної конфігурації.

Ультрафіолетові промені проникають набагато гірше в деревину, але викликають світіння — люмінесценцію, яке може бути використане для визначення якості деревини.

Рентгенівські промені використовуються для визначення особливостей тонкої будови деревини, виявлення прихованих вад та в інших випадках.

З ядерних випромінювань можна відзначити бета-випромінювання, які використовуються при денсиметрии зростаючого дерева. Набагато ширше можуть застосовуватися гамма-випромінювання, які глибше проникають в деревину і використовуються при визначенні її щільності, виявленні гнилей в рудниковій стійці, конструкціях і т. д.

Короткий опис статті: вологість деревини

Джерело: Фізичні властивості деревини (Властивості деревини / Лісові породи / Лісова галузь / WOOD.RU)

Також ви можете прочитати