Физические и механические свойства
Лекция 9. Технология производства древесины
План лекции:
1. Древесина и ее свойства.
2. Лесоматериалы и изделия из древесины
3. Натуральные древесные материалы
4. Композиционные древесные материалы
5. Повышение долговечности деревянных конструкций
Древесина и ее свойства.
Древесина - это важный материал, широко применяемый в строительной промышленности, так как он обладает высокой прочностью при небольшой плотности, малой теплопроводностью, легкостью механической обработки. Вместе с тем в древесине присутствуют и недостатки: неравнозначность ряда свойств в различных направлениях, легкая загниваемость и возгораемость, высокая гигроскопичность, наличие ряда пороков.
Так как древесина в последнее время значительно подорожала, то необходимо ее экономно и рационально расходовать. Из отходов древесины - опилок, стружек, щепы и горбыля изготавливают арболит, фибролит, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, изделия из древесных пластиков.
Дерево состоит из ствола, кроны и корней, причем ствол - главная и наиболее ценная часть дерева. От строения ствола зависит качество древесины как материала. Древесина ствола имеет неоднородное строение в различных направлениях. При изучении ствола в поперечном разрезе различают следующие части ствола: кору, камбий, древесину и сердцевину.
Рис.1. Торцовый разрез ствола дерева
(1 – кора, 2 – камбий, 3 – заболонь, 4 – ядро, 5 – сердцевина)
|
|
|
Кора имеет наружную часть - кожицу, среднюю часть - пробковый слой и внутреннюю часть - луб.
Древесина - основная масса ствола. На поперечном разрезе древесины можно различить годичные кольца прироста, которые светлее к поверхности ствола и темнее у центра. Каждый годичный слой состоит из двух зон: внутренней светлой - ранней, образовавшейся весной, и наружной темной - поздней, образовавшейся к концу лета, называемых соответственно ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина более пористая и слабая, чем летняя. Чем больше в слоях поздней древесины тем прочнее материал. На поперечных разрезах дуба, бука, клена и др. пород заметны узкие радиальные линии, так называемые сердцевинные лучи, направленные от коры к древесине. В древесине хвойных пород имеются смоляные ходы, расположенные в продольном и поперечном направлениях, в них сосредотачивается смола. Светлая часть древесины называется заболонью, а темная - ядром. Ядро, в отличие от заболони состоит из мертвых клеток, оно не принимает участия в физиологических процессах, а обеспечивает прочность дереву. Некоторые породы деревьев не имеют ядра (береза, осина, ольха, липа) – это заболонные породы. Остальные, например, - сосна, дуб, лиственница, кедр - ядровые породы.
|
|
|
Камбий расположен однорядным цилиндрическим слоем (в виде кольца на поперечном разрезе), образует с наружной стороны луб, внутри - древесину.
Сердцевина находится в центре ствола и проходит по всей его длине - это слабая ткань первичного образования, легко поддающаяся гниению.
Древесные породы
Хвойные породы наиболее часто применяются в строительстве. Чаще всего применяются: сосна, лиственница, ель, пихта и кедр.
Сосна - имеет розовое или буро-красное ядро и желтовато белую заболонь, обладает повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, хорошо поддается обработке.
Лиственница - древесине ее по внешнему виду напоминает древесину сосны, но обладает большей плотностью и прочностью. Весьма устойчива против загнивания в условиях переменной влажности, поэтому ее часто применяют в гидротехнических, подземных сооружениях и для изготовления шпал.
Ель - древесина ее мало смолиста, поэтому при использовании в сырых местах она быстро загнивает, поэтому применять ее следует в сухих условиях.
Пихта имеет древесину белого цвета, по внешнему виду напоминающую древесину ели, но отличается отсутствием смоляных ходов. Она еще менее стойка к загниванию, чем ель.
|
|
|
Кедр имеет прочную и хорошо обрабатываемую древесину, поэтому его чаще всего применяют в столярном и мебельном производстве.
Лиственные породы используются в значительно реже, чем хвойные. Из них наиболее часто: дуб, ясень, бук и береза.
Дуб имеет плотную, твердую и очень прочную древесину желтоватого цвета и красивой текстуры, она хорошо сохраняется на воздухе и под водой.
Ясень имеет тяжелую, вязкую, твердую и прочную древесину по строению напоминающую древесину дуба, но более светлую.
Бук - у него древесина плотная и прочная с красноватым оттенком. Применяется в основном для изготовления высококачественных столярных изделий и мебели.
Береза имеет твердую, прочную и вязкую белую с желтоватым или красноватым оттенком древесину, но она недолговечна в условиях переменной влажности и высушивания.
Физические и механические свойства
Древесина - анизотропный материал, обладающий весьма разнообразными физическими и механическими свойствами.
Цвет и текстура (рисунок) древесины являются характерными для той или иной породы. Цвет зависит от многих факторов, с увеличением возраста дерева интенсивность окраски древесины увеличивается. Потускнение древесины, появление серой, зеленой, синей окрасок является признаком заболеваний.
|
|
|
Истинная плотность древесины всех пород примерно одинакова - 1,55 г/см3.
Средняя плотность зависит от породы дерева, условий произрастания, влажности и др. факторов и колеблется в пределах 0,37 - 0,7 г/см3.
Влажность. По степени влажности различают древесину: мокрую (сплавную), свежесрубленную (влажностью 35% и более), воздушно-сухую (влажностью 15 - 20%), комнатно-сухую (влажностью 8 - 12%) и абсолютно сухую, высушенную в лаборатории до постоянной массы при температуре 100 - 1050С. Условно стандартной считают влажность 12%, поэтому, показатели полученные при определении прочности и плотности должны быть приведены к стандартной влажности. Повышенная влажность древесины приводит к короблению, усушке и растрескиванию деревянных конструкций и деталей и способствует поражению древесины различными грибками.
Гигроскопичность - в результате изменения влажности окружающей среды все время меняется влажность древесины. Максимальное количество влаги в древесине при отсутствии свободной влаги называют точкой насыщения волокон или пределом гигроскопичности. Ее величина для разных пород колеблется в пределах 25 - 35%.
Величина усушки и разбухания древесины неодинакова в разных направлениях. Линейная усушка вдоль волокон составляет 0,1 - 0,3%, в радиальном направлении - 3 – 6%, а в тангенциальном - 6 - 12%.
Теплопроводность сухой древесины незначительна - 0,171 - 0,28 Вт/(м·0С), но с повышением ее влажности, теплопроводность повышается.
Сопротивление древесины механическим воздействиям неодинаково в различных направлениях, кроме того, оно зависит от породы древесины, ее влажности, наличия пороков.
Средние значения механических свойств древесины при влажности 12%:
| Породы дерева | Средняя плотность, кг/м3 | Пределы прочности ( МПа ) вдоль волокон при: | ||
| растяжении | сжатии | изгибе | ||
| сосна | 500 | 110 | 48 | 85 |
| лиственница | 660 | 125 | 62 | 105 |
| ель | 450 | 120 | 44 | 80 |
| пихта | 370 | 70 | 40 | 70 |
| дуб | 700 | 130 | 58 | 106 |
| бук | 670 | 130 | 56 | 105 |
| береза | 630 | 125 | 55 | 110 |
Древесина хорошо воспринимает сжатие поперек волокон, при изгибе и растяжении она хорошо работает вдоль волокон.
С увеличением влажности древесины ее прочность снижается, особенно при статическом изгибе и сжатии.
Наличие пороков в древесине (сучки, косослой и др.) также значительно ухудшает ее механические свойства.
При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной воде.
Пороки древесины
Пороками древесины называют как отклонения в древесине, связанные с нарушением внешней формы ствола дерева, так и различные повреждения оказывающие влияние на ее технические свойства и др. Пороки древесины снижают ее сортность и ограничивают области применения. Выделяют следующие группы пороков: сучки, трещины, неправильности формы ствола и строения древесины, ненормальная окраска, гниль, повреждения насекомыми.
Сучки - это основания ветвей, заключенные в древесине ствола. Они нарушают однородность древесины, затрудняют обработку и ухудшают механические свойства древесины.
Сучки могут быть сросшиеся (полностью или частично) и несросшиеся (выпадающие твердые, рыхлые и табачные).
Рис.2. Виды сучков по степени срастания с окружающей древесиной
(а – сросшийся здоровый, б – сросшийся роговой, в - выпадающий)
Трещины могут быть как на растущем, так и на срубленном дереве в результате неравномерного сжатия древесины при высыхании, резкого колебания температур в зимнее время и др. причин. Трещины, кроме снижения сортности и механических свойств, способствуют образованию гнили. Трещины бывают следующих видов: метик, отлуп, морозобоина и трещины усушки.
Рис.3. Виды трещин
(а – крестовый метик, б – дугообразный отлуп, в – морозобоина, г – трещины усушки_
Метик - одна или несколько продольных трещин, проходящих через сердцевину и суживающихся от центра к периферии ствола. Метик бывает простой - одна или две трещины, расположенные по диаметру, и крестовый - трещины расположены под углом одна к другой, а также согласный (с трещиной в одной плоскости) и несогласный, когда трещина идет винтообразно.
Отлуп - это кольцевая трещина (полный отлуп) или дугообразная трещина (частичный отлуп).
Морозобоина - наружная продольная трещина, широкая с внешней стороны ствола и суживающаяся к центру его.
Трещины усушки часто имеют радиальную направленность и резко снижают сортность древесины.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 32; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!