Древесина, комплекс тканей, выполняющих проводящие, машинальные и запасающие функции. В стволе древесины располагается между сердцевиной и корой. Древесину постигают на поперечном, радиальном и тангенциальном разрезах (рис. ). По структуре древесину различают периферическую светлую зону (заболонь) и центральную темную зону (ядро). Годичный прирост древесины - годичные кольца на поперечном разрезе имеют вид концентрических окружностей, на радиальном разрезе - прямых, а на тангенциальном разрезе - изогнутых полос. У многих пород в каждом слое древесины заметны светлая - ранняя, и темная - поздняя, зоны. На поперечном разрезе древесины кое-каких лиственных пород видны светлые радиальные полоски лучи (сердцевинные). На долевом радиальном разрезе лучи выделяются как блестящие поперечные полоски, а на тангенциальном - как веретеновидные образования. Лиственные породы делятся на кольцесосудистые (дуб, ясень и др. ) с большими сосудами, размещёнными только в ранней зоне каждого годичного слоя, и на невнимательно сосудистые с мерно распределенными по всему слою сосудами (береза, осина и др. ). У хвойных пород в поздней зоне годичных слоев на поперечном разрезе заметны светлые пятнышки - смоляные ходы. Под микроскопом (световым и электронным) видно, что древесина состоит из клеток, слоистые стенки которых включают микрофибриллы. Эти субмикроскопические целлюлозные лентоподобные образования ориентированы преимущественно вдоль длинной оси клеток. Между микрофибриллами находятся др. органические вещества и вода. В стенках клеток имеются поры. Д. хвойных пород состоит на 90 % и более из длинных клеток - трахеид. Размещённые в ранней зоне трахеиды имеют крупные полости и осуществляют, в основном, проводящую функцию, а толстостенные трахеиды поздней зоны - механическую. Запасающую функцию осуществляют паренхимные клетки, кои слагают лучи и соучаствуют в образовании смоляных ходов. Вертикальные смоляные ходы связаны с проходящими в лучах горизонтальными смоляными ходами. В древесине лиственных пород проводящую функцию осуществляют сосуды, состоящие из члеников, и сосудистые трахеиды; механическую - волокна либриформа, а также волокнистые трахеиды; запасающую - паренхимные клетки в виде горизонтальных нешироких (однорядных) и широких (многорядных) лучей и вертикальных тяжей паренхимы (реже - веретеновидной паренхимы). Химический состав древесины всех пород практически одинаков: углерод - 49-50 %, кислород - 43-44, водород - 6 и азот - 0,1-0,3 %. Эти элементы образуют органические вещества: целлюлозу (31-50 %), лигнин (20-30) и гемицеллюлозы (19-35), включающие пентозаны (5-29) и гексозаны (6-13 %). У хвойных пород несколько больше целлюлозы, у лиственных внушительно больше пентозан. В состав древесины входят также экстрактивные вещества (танины, смолы, камеди, эфирные масла и др. ). Минеральные вещества при сжигании древесины образуют золу (0,1-1,0 %). Физические свойства древесины.
Цвет древесины зависит от породы, изменяется при влиянии воздуха, света, химических представителей, грибных поражениях. Цвет, а также блеск и текстура (рисунок от перерезанных элементов структуры) характеризуют декоративные свойства древесины и используются при идентификации пород. Влажность древесины обусловливается как отношение (в %) массы воды к массе совершенно сухой древесины. Связанная вода содержится в клеточных стенках, свободная - в полостях клеток и межклеточных пространствах. Влажность ядра свежее рубленных хвойных деревьев составляет 35-37 %, а заболони -в2-3раза выше; у лиственных пород это различие поменьше. Свойства древесины резко модифицируются при понижении влажности за предел насыщения клеточных стенок (WпH), в середнем равноценный 30 %. При выдерживании на воздухе с устойчивыми температурой и относительной влажностью древесина приобретает соответствующую и одинаковую для всех пород равновесную сырость. Древесина атмосферной сушки (воздушно-сухая) имеет сырость 15-20 %. Влажность древесины камерной сушки (комнатно-сухой) равна 8-12%. Убавление содержания связанной воды вызывает усушку древесины. Полное устранение связанной воды приводит к сокращению линейных размеров древесины (в тангенциальном направлении - на 8-10 %, в радиальном - на 3-7, вдоль волокон - на 0,1-0,3 %) и объема - на 11-17 %. Древесина обладает способностью поглощать влагу из воздуха; при этом наибольшая сырость равна пределу гигроскопичности. Увеличение содержания связанной воды вызывает набухание. Из-за различия в усушке или набухании по разнообразным направлениям свершается коробление древесины. Стесненная усушка при неравномерном распределении связанной воды по объему сортимента приводит к явлению сушильных напряжений и растрескиванию материала. При вымачивании древесина поглощает не только свободную, но и связанную воду. Плотность древесинного вещества (материала клеточных стенок) не зависит от породы и равна 1530 кг/мЗ. Плотность древесины в высохшем состоянии из-за наличия в ней пустот зависит от породы и находится в пределах от 100 кг/мЗ (бальза) до 1300 кг/мЗ (бакаут). Плотность древесины при повышении влажности древесины увеличивается: понемногу, пока влажность древесины не превышает WпH т. е. 30 %, и резко, когда влажность становится выше WпH * Основные лесообразующие породы при влажности 12 % имеют плотность 400-700 кг/мЗ. Древесина пропускает жидкости и газы под давлением. Удельная теплоемкость совершенно сухой древесины одинакова и равна 1,55 кДж/(кг * °С). С повышением влажности, а также температуры теплоемкость Д. возрастает. С увеличением плотности, влажности и температуры теплопроводность древесины также возрастает; вдоль волокон она в 2 раза выше, чем поперек. Тепловое расширение древесины немного. Сухая древесина имеет очень высокое электрическое противление, но с повышением влажности оно снижается в миллионы раз. Для увеличения электрической нерушимости древесины её пропитывают минеральными маслами. Диэлектрическая проницаемость сухой древесины составляет 2-5, с повышением влажности и температуры она увеличивается, под действием нагрузок в сухой древесине проявляется пьезоэлектрический эффект. Скорость распространения звука в древесине вдоль волокон приблизительно 5000 м/с, а поперек волокон - в 3-4 раза ниже. Звукопоглощение древесиной относительно невелико, а звукопроницаемость большая. Древесина ели и пихты обладает высокой резонансной (звукоизлучательной) способностью и применяется для производства сладкозвучных инструментов. Инфракрасные лучи проникают в древесину неглубоко, они используются для сушки шпона и др. тонких сортаментов. Видные лучи проникают внушительно глубже и применяются для дефектоскопии. Находит применение световая, лазерная технология обработки древесины. Под действием ультрафиолетовых лучей возникает люминесценция древесины. Рентгеновские и ядерные излучения, проходящие через древесину, ослабляются в зависимости от толщины, плотности и влажности сортамента; они также используются для дефектоскопии древесины. Механические свойства Д. обнаруживаются под действием усилий. Среди этих свойств древесины различают нерушимость - способность противиться разрушению; деформативностъ способность противиться изменению размеров и формы; технологические и эксплуатационные свойства. Нерушимость обусловливают при опробованиях образцов древесины на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и, реже, на кручение. Признаки механических свойств древесины вдоль волокон внушительно выше, чем поперек. У основных лесообразующих пород пределы нерушимости древесины составляют: при сжатии вдоль волокон 40-73 МПа; растяжении вдоль волокон - 66-171 МПа; поперек волокон в радиальном направлении - 4,0-13,3 МПа, а в тангенциальном - 2,8-9,2 МПа; при изгибе 68-148 МПа. Эта данные получены при опробовании малых образцов древесины без недостатков с влажностью 12 %. Увеличение влажности до Wn. H. снижает пределы нерушимости при сжатии вдоль волокон в 2,0-2,5 раза. Увеличение размеров образцов и наличие недостатков древесины также убавляют её нерушимость. При непродолжительных и относительно небольших нагрузках древесина деформируется как эластичный материал. Модуль пружинистости древесины вдоль волокон составляет 12-18 ГПа, а поперек волокон - в 15-30 раз поменьше. Реологические свойства древесины, характеризующие её способность деформироваться во времени, резко повышаются с увеличением содержания связанной воды и температуры. При понижении влажности и температуры нагруженной древесины значительная часть эластичных деформаций перерождается в «замороженные» деформации. Они обнаруживаются в процессах сушки, прессования, гнутья древесины. Мороженые деформации обуславливают «память» древесины на температурно-влажностные влияния. При очень продолжительном влиянии нагрузки нерушимость древесины может понизиться в 2 раза. Многократное изменение нагрузки приводит к понижению нерушимости - утомлённости древесины. Циклическое изменение влажности нагруженной древесины вызывает гигроусталостъ и повышенную деформацию. При планировании деревянных конструкций используются расчетные противления, кои в несколько раз поменьше пределов нерушимости, учитывая воздействие продолжительности нагрузки, влажности, температуры, недостатков и др. факторов. Ударная вязкость древесины характеризует её способность поглощать энергию при ударной нагрузке, у лиственных пород она в 2 раза выше, чем у хвойных. Твердость древесины прямо зависит от её плотности. Торцевая твердость больше боковой. Для совершенствования свойств её изменяют прессованием, введением искусственных полимеров и др. веществ, для защиты от разложения и огня пропитывают антисептиками и антипиренами.
|
