Свойства древесины

Свойства древесины, обнаруживаемые при испытаниях, не приводящих к изменению химического состава, называются физическими.

1. Внешний вид
2. Влажность и свойства, связанные с её изменением
3. Тепловые свойства
4. Электрические свойства
5. Звуковые свойства
6. Свойства, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

1. Внешний вид

Внешний вид древесины характеризуется следующими свойствами: цветом, текстурой, блеском, макроструктурой.

Что такое цвет древесины? Это зрительное ощущение, которое зависит от спектрального состава отражённого ею светового потока. Цвет - важнейшая характеристика внешнего вида древесины. При выборе породы дерева для внутренней отделки помещений, изготовлении мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок и т.д. обязательно учитывают цвет.

Окраска древесины зависит в первую очередь от породы, а также от возраста дерева, климата местности произрастания. Древесина меняет цвет при выдержке под влиянием воздуха и света, при поражении грибами, а так же при длительном нахождении под водой (мореный дуб). Но все-таки, цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании.

Текстура - это рисунок, который образуется на поверхности древесины вследствие распила годичных слоёв, сердцевинных лучей, сосудов.

Качество по внешнему виду характеризуется шириной годичных слоёв и содержанием поздней древесины.

Ширина годичных слоёв - число слоёв, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного на торцевой поверхности бревна по радиальному направлению.

Содержание поздней древесины равно отношению суммарной ширины зоны поздней древесины к общей протяжённости (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоёв (выражается в процентах).

Блеск - это способность древесины направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском из отечественных пород отличается белая акация, дуб, бук, бархатное дерево; из иностранных - атласное дерево и махагон (красное дерево).


2. Влажность

Понятие влажность используется для количественной характеристики содержания воды в древесине. Влажность – это выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в образце к массе сухой древесины: W = (M - M0) / M0 * 100, где M - начальная масса образца, г, а M0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Влажность может быть измерена прямыми или косвенными методами. Прямые методы основываются на выделении воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но довольно продолжительные. Этого недостатка лишены косвенные методы, которые основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине (например, электропроводность). Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры. Но косвенные способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания при влажности древесины в диапазоне от 7 до 30 % и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

Вода в древесине может находиться в двух формах: в связанной или в свободной. Связанная вода находиться в клеточных стенках и удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания сильно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах, удерживается только механическими связями. Свободная вода удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

Когда проводят испытания по определению физико-механических свойств древесины её приводят к нормализованной влажности – 12 %.

По степени влажности древесина может быть:

мокрая, W > 100%, длительное время находившаяся в воде;
свежесрубленная, W = 50-100%, сохранившая влажность растущего дерева;
воздушно-сухая, W = 15-20%, выдержанная на открытом воздухе;
комнатно-сухая, W = 8-12%, долгое время находившаяся в теплом помещении; абсолютно-сухая, W = 0, сушка проводилась при температуре t=103±2°C.

Усушка – это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды. 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 в тангенциальном направлении в 1,5 - 2 раза больше, чем в радиальном.

Полная усушка (или максимальная усушка Bmax) - это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды.

Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

Bmax = (Аmax - Аmin) / Аmax * 100,

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

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

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

В результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке возникают внутренние напряжения в древесине, не связанные с внешними нагрузками.

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

Влажностные напряжения вызываются неоднородной усушкой материала. В поверхностной части 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, то появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Коробление это изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке или неправильном хранении. Коробление может происходить из-за различия усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Поперечная покоробленность бывает: желобчатая, трапециевидная, ромбовидная, овальная. Продольная покоробленность 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 – это способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики и снижает биостойкость. Для защиты древесины от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают лакокрасочными и плёночными материалами.

Разбухание –это увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это - свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон.

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

Водопоглощение – это способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Количество свободной воды зависит от объёма полостей, поэтому, чем больше плотность древесины, тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости важно в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве леса.

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

а) Плотность древесинного вещества Рд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: Рд.в. = Мд.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 учитываются пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные 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 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 меньше Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности.

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 фисташки (1100). Диапазон изменения плотности древесины иностранных 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 делятся на 3 группы:

малая плотность Р12 < 540,
средняя плотность 550 < P12 < 740,
высокая плотность P12 > 740.

Проницаемость – это способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением.

Водопроницаемость вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных.


3.Тепловые 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 на 1 градус цельсия. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова. С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.

Теплопроводность – свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности, с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон теплопроводность 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.Электрические свойства

Электропроводность – это 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.


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), 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.


6. Свойства, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

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

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

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.

 

GSM сигнализация

GSM сигнализация для дачи

Перейти на сайт signalka-1.ru