Процесс образования и строение стенки древесных клеток

 

 

Рис. 4. Виды покоробленности: а – поперечная по пласти; б –  продольная по пласти; в – крыловатость

Поперечная покоробленность

     Поперечная покоробленность - искривление лесоматериала по ширине пласти. Поперечная покоробленность всегда происходит в сторону периферийной (заболонной) части пиломатериала.

    Продольная покоробленность по кромке

Продольная покоробленность по кромке - покоробленность по длине  в плоскости, перпендикулярной кромке. Продольная покоробленность по кромке образуется в результате усушки древесины: периферийная древесина усыхает  в большей степени, чем внутренняя. Продольная покоробленность по кромке может быть результатом неправильной распиловки.

 

   Продольная  покоробленность по пласти

Продольная покоробленность по пласти - покоробленность по длине  в плоскости, перпендикулярной пласти.

 

    Простая  продольная покоробленность по  кромке

Простая продольная покоробленность  по кромке - продольная покоробленность  по кромке с одним изгибом.

  Простая продольная покоробленность по пласти

Простая продольная покоробленность  по пласти - продольная покоробленность  по пласти с одним изгибом.

Сложная продольная покоробленность  по кромке

Сложная продольная покоробленность  по кромке - продольная покоробленность  по кромке с двумя или более  изгибами в различных направлениях.

 

Сложная продольная покоробленность  по пласти

Сложная продольная покоробленность  по пласти - продольная покоробленность  по пласти с двумя или более  изгибами в различных направлениях.

 

   Явление покоробленности чаще всего наблюдается у пиломатериалов, полученных при обработке березы.

 

Задача. Определить конечную ширину доски тангенциальной распиловки после её высыхания до 15%, если её начальная ширина при влажности 40% составляла 130 мм, коэффициент усушки К = 0,33.

 

Дано:

Найти:

       Решение.

1. Определяем величину усушки   из  формулы:

- падение влажности,

 

2. Из формулы для величины усушки

определяем конечную ширину доски

 

 

Ответ: .

 

 

 

52.  Влияние низких температур на качество древесины. Изменения в древесине при воздействии ионизирующих излучений.

 

    Стабильно низкие температуры повышают прочность при сжатии вдоль волокон, скалывании и статическом изгибе пиломатериалов из сосны, дуба, березы. При этом ударная вязкость древесины снижается.

Низкие  температуры оказывают обратное влияние на прочность древесины: прочность замороженной древесины  заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток. Этим объясняется рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание.

     Морозные трещины образуются в растущем дереве под влиянием низких температур. Это - длинные и глубокие радиально направленные трещины, проходящие из заболони в ядро и раскрытые на боковую поверхность ствола. Они возникают зимой при резком охлаждении стволов.

     Влияние температуры в пределах изменения от +100 до —80° С на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны в абсолютно сухом и насыщенном водой состоянии показано на рис. 52, где участки кривых, характеризующих влияние повышенной температуры. Как видно, влияние положительных температур одинаково для абсолютно сухой и насыщенной водой древесины (правые участки кривых параллельны); в то же время при отрицательных температурах прочность абсолютно сухой древесины увеличивается плавно, а прочность мокрой древесины резко возрастает с понижением температуры до -25 ÷ -30°, после чего увеличение прочности замедляется, что объясняется образованием ледяной решетки. Диаграммы на рис. 52 (внизу) иллюстрируют влияние низких температур на механические свойства сырой древесины сосны (влажность 70%).

Рис. 52. Влияние температуры на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны при разной ее влажности (вверху); влияние низких температур на механические свойства древесины сосны (внизу). 1-в абсолютно сухом состоянии; 2-в насыщенном водой состоянии 3 - прочность при статическом изгибе; 4 - удельная pабота при ударном изгибе 5 -прочность при сжатии поперек волокон; 6- то же при скалывании.

Влияние ионизирующих излучений

      Ионизирующие излучения снижают прочностные характеристики древесины. Объясняется это радиолизом (разложением) ее органических составляющих. Однако использование радиоизотопов в процессе неразрушающего контроля деталей из древесины и их лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых составляет примерно 1 Мрад) не ведет к снижению механических свойств материала, потому что доза облучения ниже той, которая вызывает заметные разрушения в веществе древесины.

   В связи с использованием радиоактивных изотопов в деревообрабатывающей промышленности возникает необходимость установления пределов радиационной устойчивости древесины. Под действием небольших доз γ-радиации происходит лишь изменение цвета древесины: она по всему объему приобретает буроватую окраску; при этом механические свойства ее не изменяются. При дозах облучения в 10 Mrad (rad— единица поглощенной дозы излучения, равная 0,01 дж на 1 кг, или 100 эрг на 1 г облученного вещества; 1 Mrad=10⁶ rad.) и более наблюдается снижение механических свойств древесины, величина которого зависит не только от интегральной дозы облучения, но и вида испытаний. В табл. 59 представлены результаты определения прочности древесины сосны после облучения разными дозами. Как видно из таблицы, облучение оказывает наименьшее влияние на сопротивление древесины сжатию. Значительно больше снижается прочность при скалывании и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу.

Таблица 52. Влияние γ-облучения на прочность древесины сосны.

Вид испытания	Пределы прочности, кг/см2, после облучения при интегральных дозах, Mrad
	0	50	100	200	300	500
Сжатие вдоль волокон	365	385	350	295	320	260
Скалывание радиальное вдоль волокон	75	57	39	34	32	22
Статистический изгиб	825	660	370	255	250	84

   Наиболее сильное влияние оказывает облучение на ударную вязкость древесины. Удельная работа при ударном изгибе древесины сосны после облучения дозой 50 Mrad снизилась более чем в 2 раза. Причина снижения показателей физико-механических свойств древесины — разложение слагающих ее веществ под действием радиации (радиолиз).

     Наиболее легко разлагаются гемицеллюлозы (в первую очередь пентозаны); несколько более стойка — целлюлоза. Однако полисахариды значительно уступают по радиационной устойчивости лигнину. Поскольку лигнин лучше, чем целлюлоза, сопротивляется сжимающим нагрузкам, облучение оказывает наименьшее влияние на прочность древесины именно при сжатии вдоль волокон. Лигнин не только в меньшей степени разлагается под действием γ-лучей, но и защищает от радиации углеводную часть древесины (полисахариды).

    Полученные данные о влиянии облучения на механические свойства древесины показывают полную возможность использования радиоактивных изотопов для контроля над технологическими процессами обработки древесины; доза облучения древесины при этом в миллионы раз меньше той, которая приводит к заметному снижению прочности. Эти данные также свидетельствуют о возможности использования лучевой стерилизации древесины (для грибов и насекомых доза примерно 1 Mrad смертельна) без опасности снижения механических свойств древесины.

 

 

86. Способы модификации древесины.

 

    Модифицирование древесины - целенаправленное изменение свойств древесины. В результате модифицирования механическая прочность древесины повышается не менее чем в 3 раза, водостойкость в 2-3 раза, химическая стойкость в 3-4 раза. Благодаря этому в переработку вовлечена не только деловая древесина, но и древесина низкого качества, особенно мягких лиственных пород (ольха, осина, береза, бук, клен). Модифицированию подвергают обычно заготовки (доски, брусья, пластины, ролики, втулки, кольца и др.), высушенные до влажности 8-25%. Модифицированную древесину применяют для изготовления паркета, деталей мебели, музыкальных инструментов, литейных моделей, ткацких станков и шпулек, элементов наголовников, используемых при забивке свай, как заменитель черных и цветных металлов в деталях машин, эксплуатируемых в узлах трения, и др.

    Физические методы модификации заключается в прессовании древесины поперек волокон и введении в нее инертных материалов, не проникающих в клеточные стенки. Химические методы вызывают изменения состава и свойств материала клеточных стенок за счет пропитки древесины мономерами, олигомерными и полимерными веществами. Например, прессование древесины после предварительного пропаривания, нагревания и обработки щелочами увеличивает ее плотность до 1200-1300 кг/м³, прочность, жесткость, твердость, ударную вязкость и, соответственно, изностойкость.

     В результате модификации получается недорогой материал с новыми технологическими свойствами, позволяющими использовать его в машиностроении для создания эффективно работающих деталей и узлов.

      Модифицирование древесины проводится не только для повышения значений ее механических и эксплуатационных свойств. Обработка щелочами в присутствии воды улучшает ее декоративность, так как ее цвет меняется от светло- до темно-коричневого (для отдельных пород до черного).

    Применение для этих целей уксусного ангидрида (ацетилирование) дает возможность одновременно повысить биостойкость, снизить влаго- и водопоглощение, повысить стабильность формы изделия в условиях меняющейся влажности. По внешнему виду ацетилированная древесина практически не отличается от натуральной и механические свойства тоже остаются прежними.

      Модифицированная древесина применяется не только в машиностроении, но и в судостроении, строительстве и в других областях человеческой деятельности.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР  
ДРЕВЕСИНА МОДИФИЦИРОВАННАЯ  
СПОСОБЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ  
Modificated wood. Modification methods  
ГОСТ 24329-80  
(в ред. Изменения N 1, введенного в действие Постановлением Госстандарта СССР от 18.03.1985 N 617, Изменения N 2, утв. Постановлением Госстандарта СССР от 23.06.1989 N 1952)

Настоящий стандарт распространяется на модифицированную древесину и устанавливает способы модифицирования и требования к технологическим процессам.

Промышленные  способы термической модификации  древесины

   Использование огня с целью  увеличения долговечности древесины  известно человечеству уже сотни  лет. Так, еще во времена  викингов элементы ограждений  обрабатывались на открытом огне. Научные основы термической защиты  древесины заложены в 1930-х годах в Германии и в 1940-х в США. Дальнейшие исследования в Германии в период 1950 - 70-х гг. стали основой для современных исследований в 90-х гг. в Финляндии, Франции, Германии и Нидерландах. Основные параметры промышленных процессов термической модификации древесины отличаются, но общей их характеристикой является то, что осуществляются они при ограниченном содержании кислорода в закрытых системах. Известные на сегодня способы производства термодревесины можно разделить на четыре группы:

1. Одноступенчатая обработка водяным паром. В этом случае используются агрегаты наподобие сушильных камер, в которые после загрузки материала подается пар. При этом содержание кислорода в воздухе этих установок уменьшается до 3,5%, что при температурах 150–200ºС замедляет оксидацию (горение) древесины. При обработке предварительно высушенной древесины общая продолжительность процесса составляет около трех дней. Также возможна обработка и сырого материала, но в этом случае продолжительность процесса будет больше с учетом времени собственно сушки.

2. Многоступенчатая обработка. Влажная древесина в течение 4–5 ч подвергается обработке насыщенным паром или водой (процесс варки) при температуре 150–200ºС. Сам процесс происходит в герметичной емкости под давлением до 1,6 МПа. После этого древесина высушивается в камере в течение 3–4 дней до конечной влажности (около 10%). Во время фазы твердения древесину еще раз нагревают до температуры 170–190ºС на 14–16 ч.

3. Обработка в горячем масле. Сухая древесина погружается в растительное масло и медленно нагревается до температуры 180–220ºС. Продолжительность этой обработки составляет 2–4 часа. При этом дополнительно происходит поглощение масла древесиной, которое зависит от размеров материала (поверхности) и может регулироваться. Длительность процесса составляет примерно сутки.

4. Обработка в среде инертных газов. Этот процесс известен как Retification, или, как называют в России, ретификация (не путать с ректификацией). В этом случае вместо водяного пара или масла древесину обрабатывают в среде азота с содержанием кислорода до 2% при повышенном давлении.