Химический состав древесины и её микроскопическое строение.

В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинно-цепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующим межклеточным веществом являются в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, танины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45 – 60 % целлюлозы, 15 – 35 % лигнина и 15 – 25 % гемицеллюлоз. Количество инородных, экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.

Форма и величина клеток, слагающих древесину, различна и зависит от их функций (рис. 10.4.). Все виды растительных клеток по форме можно разделить на две основные группы: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки имеют округлую или многогранную форму с примерно одинаковыми размерами по трем направлениям (0,01 – 0,1мм), оболочки клеток обычно тонкие. Прозенхимные клетки имеют сильно вытянутую, напоминающую волокно форму (диаметр таких клеток 0,01 – 0,05мм, длина 0,5 – 3, иногда до 8мм) и часто утолщенные оболочки. Древесина растущего дерева в основном состоит из мертвых клеток, и лишь часть клеток (паренхимные) сохраняет живой протопласт.

 

Рис. 10.4. Типы клеток, слагающих древесину: а — древесинная паренхима; б — трахеиды; в — членики сосудов (трахей); г — волокна либриформа; д — клетки гетерогенного сердцевинного луча хвойного дерева; е — клетки гетерогенного сердцевидного луча лиственного дерева.

 

Совокупность клеток одинакового строения, выполняющих одни и те же функции, образует ткани. В растущем дереве представлены следующие типы тканей: 1) покровные, расположенные на самой поверхности растения; 2) механические, придающие прочность телу растения; 3) проводящие, служащие для проведения воды с растворенными в ней питательными веществами; 4) запасающие, являющиеся хранилищами запасных питательных веществ (сахаров, крахмала и др.); 5) образовательные, функцией которых является образование новых клеток путем многократного деления; 6) ассимиляционные, усваивающие углекислоту в процессе фотосинтеза.

У древесины хвойных пород древесина состоит из ограниченного набора анатомических элементов, организованных в довольно упорядоченную структуру. Проводящую и механическую функции выполняют прозенхимные клетки с отмершим протопластом - трахеиды, которые в растущем дереве расположены главным образом вертикально. Они занимают свыше 90 % объема древесины. Запасающую функцию выполняют живые паренхимные клетки. У всех хвойных пород трахеиды (от гр. tracheia - дыхательное горло и eldos - вид) имеют форму сильно вытянутых волокон с одревесневшими стенками и кососрезанными концами. На поперечном разрезе у большинства пород они по форме близки к прямоугольникам (иногда квадратам), а у лиственницы к пяти- или шестиугольникам. Трахеиды собраны в радиальные ряды. В каждом ряду крупнополостные трахеиды с относительно тонкими стенками сменяются трахеидами, отличающимися малыми полостями и толстыми стенками. Паренхимные клетки в древесине хвойных пород главным образом входят в состав сердцевинных лучей (лучевая древесинная паренхима), а также сопровождают смоляные ходы и находятся в виде осевой древесинной паренхимы. В отличие от трахеид паренхимные клетки в дереве - живые.

Древесина лиственных пород в отличие от хвойных состоит из большего набора основных анатомических элементов и их переходных форм, расположенных менее упорядоченно. Проводящую функцию у лиственных пород выполняют сосуды и трахеиды (сосудистые, а также волокнистые); механическую - волокна либриформа и (или) волокнистые трахеиды, запасающую - паренхимные клетки.

Физические свойства.

К ним относятся: внешний вид, запах, показатели макроструктуры, влажность и связанные с ней изменения (усушка, разбухание, растрескивание, коробление), плотность, электро-, звуко- и теплопроводность.

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

Цвет древесины – определённое зрительное ощущение, которое зависит, в основном, от спектрального состава отражённого ею светового потока. Цвет - одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе пород для внутренней отделки помещений, изготовлении мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок и т.д.

Наибольшим блеском из отечественных пород отличается древесина дуба, бука, белой акации, бархатного дерева; из иноземных - древесина атласного дерева и махагони (красного дерева).

Блеск древесины - это способность отражать световой поток с поверхности в определенном направлении. У различных пород блеск неодинаковый; в значительной степени это свойство проявляется у бука, клена, чинары, белой акации. Матовый (сатиновый) блеск имеют тополь, липа, осина, тик; шелковистый - ива, вяз, ясень, черемуха; золотистый - черешня; серебристый - сибирский кедр; муаровый - береза, серый клен, лавровишня.

Текстура древесины - это естественный рисунок древесных волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистым или путаным). Декоративную ценность древесины определяет текстура, которую усиливают и выявляют прозрачными лаками.

Запах древесины зависит от количества эфирных масел, смол и дубильных веществ. Древесина только что срубленного дерева или сразу после ее механической обработки обладает сильным запахом, у хвойных пород более сильный запах, чем у древесины лиственных пород.

Макроструктура характеризуется шириной годичных слоев, определяемой числом слоев на 1см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на поперечном срезе. Древесина хвойных пород имеет более высокие физико-механические показатели, если в 1см не менее 3 и не более 25 слоев. У лиственных кольцесосудистых пород (дуба, ясеня) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны, и поэтому увеличиваются прочность, плотность и твердость. У древесины лиственных рассеянно-сосудистых пород (березы, бука) нет четкой зависимости свойств от ширины годичных слоев. По образцам древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины в процентах. Чем выше, содержание поздней древесины, тем больше ее плотность и, следовательно, лучше механические свойства.

Влажность (абсолютная) – отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Влага в древесине пропитывает клеточные оболочки (связанная или гигроскопическая) и заполняет полости клеток и межклеточные пространства (свободная или капиллярная). При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. Полную насыщенность древесины водой называют границей гигроскопичности. Такая стадия влажности в зависимости от породы дерева составляет 25 - 35%.

Древесину, полученную после сушки при температуре 105^оС с полным выделением всей гигроскопической влаги, называют абсолютно сухой древесиной.

Усушка – уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги. Усушка по разным направлениям неодинакова. В среднем полная линейная усушка в тангентальном направлении составляет 6 – 10%, в радиальном 3 – 5 % и вдоль волокон 0,1 – 0,3 %.

Внутренние напряжения – напряжения, которые возникают без участия внешних. Причина образования напряжений при сушке древесины - неравномерность распределения влаги.

Коробление древесины – изменение формы поперечного сечения доски при высыхании или увлажнении. Коробление может быть поперечным и продольным. Поперечное выражается в изменении формы сечения доски. Происходит это из-за разницы усушки по радиальному и тангентальному направлениям. Для предупреждения появления коробления необходима правильная укладка, сушка и хранение древесины.

Разбухание – увеличение линейных размеров и объема древесины при повышении содержания связанной влаги. Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела гигроскопичности; увеличение свободной влаги не вызывает разбухания. Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон.

Водопоглощение - способность древесины благодаря пористому строению поглощать капельножидкую влагу. Водопоглощение происходит при непосредственном контакте древесины с водой. При этом в древесине увеличивается содержание как связанной, так и свободной влаги.

Таблица 10.2.

Плотность древесины (г/см3).

Бальса	0.15	Падук	0.75
Пихта сибирская	0.39	Тисс	0.75
Секвойя вечнозеленая	0.41	Ясень	0.75
Ель	0.45	Дуссия	0.80
Ива	0.46	Кемпас	0.80
Ольха	0.49	Слива	0.80
Осина	0.51	Сирень	0.80
Сосна	0.52	Боярышник	0.80
Липа	0.53	Акация белая	0.83
Красное дерево	0.54	Пекан (кария)	0.83
Конский каштан	0.56	Ярра	0.83
Каштан съедобный	0.59	Мербау	0.84
Кипарис	0.60	Ятоба (мареил)	0,84
Черемуха	0.61	Кулахи	0.85
Сапелли	0.62	Мутения	0.85
Лещина	0.63	Палисандр	0.85
Орех грецкий	0.64	Венге	0.90
Береза	0.65	Лапачо	0.90
Вишня	0.66	Олива	0.90
Вяз гладкий	0.66	Сандаловое дерево	0.90
Лиственница	0.66	Панга-панга	0.95
Клен полевой	0.67	Самшит	0.96
Тиковое дерево	0.67	Лим	0.97
Бук	0.68	Палисандр	1.00
Груша	0.69	Сукупира	1.00
Дуб	0.69	Кумару	1.10
Афрормозия	0.70	Хурма эбеновая	1.08
Свитения (махагони)	0.70	Черное дерево	1.16
Платан	0.70	Квебрахо	1.21
Жостер (крушина)	0.71	Гваякум или бакаут	1.28
Граб	0.75

 

Плотность древесины зависит от влажности и для сравнения значения плотности всегда приводят к единой влажности, составляющей 12 %.

Между плотностью и прочностью древесины существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной.

Величина плотности колеблется в очень широких пределах. По плотности при влажности 12 % древесину можно разделить на три группы:

- породы с малой плотностью (510 кг/м³ и менее): сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха, каштан, орех;

- породы средней плотности (550 - 740 кг/м³): лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, карагач, клен, платан, рябина, яблоня, ясень;

- породы с высокой плотностью (750 кг/м³ и выше): акация белая, береза железная, граб, самшит, саксаул, фисташка, кизил.

Теплопроводность - это способность толщи древесины проводить тепло от одной поверхности к противоположной. Для древесины характерен низкий коэффициент теплопроводности 0,17-0,31 Вт/(м^оС), зависящий от породы, плотности, влажности и направления разреза. Сухая древесина плохой проводник тепла.

Звукопроводность - это способность древесины проводить звук. Звукопроводность древесины вдоль волокон больше звукопроводности воздуха в 16 раз, а поперек волокон - в 3-4 раза.

Качество древесины определяется звукопроводностью. После удара по комлевой части растущего или срубленного ствола хорошее распространение звука свидетельствует о качестве древесины. Прерывистый звук, переходящий в глухой, свидетельствует о загнивании древесины.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы, температуры, направления волокон и влажности древесины. Электропроводность сухой древесины незначительна, что позволяет применять ее в качестве изоляционного материала (розетки под штепселя и выключатели и т.д.).

Механические свойства.

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 365; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!