Свойства древесины

комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время  находившуюся в отапливаемом помещении;

абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при  температуре t=103±2°C.

 

Усушка. Уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды называется усушкой. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.

 

Усушка древесины не одинакова  в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 - 2 раза больше, чем в радиальном.

 

Под полной усушкой, или максимальной усушкой Bmax понимают уменьшение линейных размеров и объёма древесины при  удалении всего количества связанной  воды.

 

Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

 

Bmax = (amax - amin) / amax * 100,

 

где amax и amin - размер (объём) образца  соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных  стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

 

Полная линейная усушка древесины наиболее распространённых отечественных пород в тангенциальном направлении составляет 8-10 %, в радиальном 3-7 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11-17 %.

 

Усушка древесины учитывается  при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

 

Внутренние напряжения возникают  в древесине без участия внешних  нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке - сушильные напряжения, пропитке и в процессе роста дерева.

 

Полные сушильные напряжения удобно как совокупность двух составляющих - влажностных и остаточных напряжений.

 

Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных  зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски - сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

 

Если растягивающие напряжения достигают предела прочности  древесины на растяжение поперёк  волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

 

Коробление. Изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также  выпиловке и неправильном хранении называется короблением. Чаще всего  коробление происходит из-за различая усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Продольная покоробленность бывает: бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

 

Коробление может возникать  при механической обработке сухих  пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

 

Влагопоглощение. Способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха  называется влагопоглощением. Влагопоглощение  практически не зависит от породы. Способность к поглощению влаги является отрицательным свойством древесины. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики, снижает биостойкость и т.д. Чтобы защитить древесину от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают различными лакокрасочными и плёночными материалами.

 

Разбухание. Увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в  ней содержания связанной воды называется разбуханием. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это - свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Полное разбухание, %, вычисляют по формуле: amax = (amax - amin) / amin * 100, где amax и amin - размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок, и в абсолютно сухом состоянии, мм (мм3). Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон.

 

Разбухание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно  приносит пользу, обеспечивая плотность  соединений (в бочках, чанах, судах  и т.д.).

 

Водопоглощение. Способность древесины  увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой называется водопоглощением. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Очевидно, что количество свободной воды зависит от объёма полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины. Тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

 

Способность древесины поглощать  воду, а также другие жидкости имеет  значение в процессах варки древесины  для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве лесоматериалов и в других случаях.

 

Плотность. Это свойство характеризуется  массой единицы объёма материала, и  имеет размерность в кг/м3 или  г/см3.

 

а) Плотность древесинного вещества pд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: pд.в. = mд.в. / vд.в., где mд.в. и vд.в. - соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества.

 

Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.

 

б) Плотность абсолютно сухой  древесины p0 равна: p0 = m0 / v0, где m0, v0 - соответственно масса и объём древесины при W=0%.

 

Плотность древесины меньше плотности  древесинного вещества, так как она  включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненнве воздухом).

 

Относительный объём полостей, заполненных  воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (v0 - vд.в.) / v0 * 100, где v0 и vд.в. - соответственно объём образца  и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

 

в) Плотность влажной древесины: pw = mw / vw, где mw и vw - соответственно масса  и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит  от её влажности. При влажности W < Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.

 

г) Парциальная влажность древесины p`w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице  объёма влажной древесины: p`w = m0 / vw, где m0 - масса абсолютно сухой древесины, г или кг; vw - объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.

 

д) Базисная плотность древесины  выражается отношением массы абсолютно  сухого образца m0 к его объёму при  влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax: pБ = m0 / vmax. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

 

Величина плотности древесины  изменяется в очень широких пределах. Среди пород России и ближнего зарубежья древесину с очень  малой плотностью имеет пихта  сибирская (345), ива белая (415), а наиболее плотную - самшит (1040), ядро фисташка (1100). Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).

 

По плотности древесины при 12% влажности породы делят на 3 группы: с малой (Р12 < 540), средней (550 < P12 < 740) и высокой (P12 > 740) плотностью древесины.

 

Проницаемость характеризует способность  древесины пропускать жидкости или  газы под давлением.

 

Водопроницаемость древесины вдоль  волокон значительно больше, чем  поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных. [3. с. 129-135]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3Тепловые свойства

 

К тепловым свойствам относятся  теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

 

Теплоёмкость. Показателем способности  древесины аккумулировать тепло  является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое  для того чтобы нагреть 1 кг массы  древесины на 1 (0) С. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова и для абсолютно сухой древесины составляет (ФОРМУЛА). С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.

 

Теплопроводность - свойство, характеризующее  интенсивность переноса тепла в  материале. Коэффициент теплопроводности ( ФОРМУЛА), с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон (СИМВОЛ) в 2 раза больше, чем поперёк.

 

Температуропроводность характеризует  способность древесины выравнивать  температуру по объёму.

 

Тепловое расширение - способность  древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Электрические свойства

 

Электропроводность - способность  древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

 

Сухая древесина относится к  диэлектрикам. С повышением влажности  древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки  миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше Wпн.

 

Электрическая прочность - способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.

 

Диэлектрические свойства характеризуют  поведение древесины в переменном электрическом поле. Показатели: диэлектрическая  проницаемость и тангенс угла потерь.

 

Диэлектрическая проницаемость равна  отношению ёмкости конденсатора с прокладкой из древесины к ёмкости  конденсатора с воздушным зазором  между электродами. Этот показатель для сухой древесины равен 2-3.

 

Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует долю подведённой мощности тока, которая поглощается древесиной и превращается в тепло.

 

Пьезоэлектрические свойства проявляются  в том, что под действием механических усилий на поверхности древесины  возникают электрические заряды. [2. c. 311]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 Звуковые свойства

 

Одно из этих свойств - звукопроводность, показателем которой являются скорость звука. Скорость звука С, м/с, в древесине  можно определить по формуле: C = (E / p)½, где Е - динамический модуль упругости, Н/м2; р - плотность древесины, кг/м3.

 

Другой важный показатель, характеризующий  способность древесины отражать и проводить звук, - акустическое сопротивление, Па*с/м: R = p * C. [3. c 312]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6 Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

 

Поверхностные зоны древесины могут  эффективно прогреваться с помощью  невидимых инфракрасных лучей. Значительно  глубже - до 10-15 см - проникают в древесину  лучи видимого света. По характеру отражения световых лучей можно оценивать наличие видимых пороков древесины. Световое лазерное излучение прожигает древесину и в последнее время успешно используется для выжигания деталей сложной конфигурации.

 

Ультрафиолетовые лучи проникают  гораздо хуже в древесину, но вызывают свечение - люминесценцию, которое может быть использовано для определения качества древесины.

 

Рентгеновские лучи используются для  определения особенностей тонкого  строения древесины, выявления скрытых  пороков и в других случаях.

 

Из ядерных излучений можно отметить бета-излучения, которые используются при денсиметрии растущего дерева. Гораздо шире могут применятся гамма-излучения, которые глубже проникают в древесину и используются при определении её плотности, обнаружении гнилей в рудничной стойке, конструкциях и т.д. [3. c. 312]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Механические  свойства древесины

 

Применение древесины в качестве конструкционного материала обусловлено  способностью сопротивляться действию усилий, т.е. механическими свойствами.

 

Различают следующие свойства древесины, проявляющиеся под воздействием механических нагрузок: прочность - способность  сопротивляться разрушению, деформативность - способность сопротивляться изменению  размеров и формы, технологические  и эксплуатационные свойства.

 

Показатели механических свойств  древесины определяют обычно при  следующих видах испытаний: растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку  древесина - анизотропный материал, т.е. материал с различными свойствами в  разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).