|
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
ОСНОВЫ ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЯ 4
1. Строение дерева и древесины 4
§ 1. Строение дерева 4
§ 2. Макроскопическое строение древесины 6
§ 3. Микроскопическое строение древесины 10
2. Физические свойства древесины 14
§ 4. Свойства, определяющие внешний вид древесины
§ 5. Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением 16
§ 6. Плотность древесины
§ 7. Теплопроводность, звукопроводность, электропроводность древесины 21
3. Механические свойства древесины
§ 8. Общие понятия о механических свойствах и испытаниях древесины 21
§ 9. Прочность древесины
§ 10. Твердость, деформативность и ударная вязкость древесины 23
§ 11. Технологические свойства древесины 24
4. Пороки древесины 25
§ 12. Сучки 26
§ 13. Трещины 29
§ 14. Пороки формы ствола 32
§ 15. Пороки строения древесины 33
§ 16. Химические окраски 39
§ 17. Грибные поражения 39
§ 18. Повреждения древесины насекомыми 43
§ 19. Инородные включения и дефекты 44
§ 20. Деформации древесины 46
5. Характеристика древесины основных пород и их промышленное значение 46
§ 21. Основные макроскопические признаки древесины для определения пород 46
§ 22. Хвойные породы 47
§ 23. Лиственные породы 49
§ 24. Иноземные породы деревьев 55
КЛЕИ И ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 57
6. Клеи 57
§ 25. Виды, состав и основные свойства клеев 57
§ 26. Клеи животного происхождения 59
§ 27. Казеиновые клеи 62
§ 28. Синтетические клеи 63
7. Лакокрасочные и другие отделочные материалы
§ 29. Красящие вещества, наполнители, растворители, разбавители, пластификаторы 68
§ 30. Пленкообразующие вещества 71
§ 31. Грунтовки, порозаполнители, шпатлевки и замазки 73
§ 32. Лаки и политуры 76
§ 33. Краски и эмали 81
8 Пленочные и листовые отделочные материалы 8Э
§ 34. Пленочные и листовые материалы на основе бумаг 85
§ 35. Пленки из синтетических смол 86
§ 36. Декоративные бумажно-слоистые пластики 87
9. Вспомогательные материалы 88
§ 37. Шлифовальные материалы
§ 38. Полировочные, обессмоливающие и отбеливающие составы 90
ЛЕСНОЕ ТОВАРОВЕДЕНИЕ 93
10. Классификация и стандартизация лесных товаров 93
11. Круглые лесоматериалы 94
§ 39. Характеристика круглых лесоматериалов 94
§ 40. Обмер, учет и маркировка круглых лесоматериалов 96
§ 41. Хранение круглого лесоматериала 99
12. Пиломатериалы и заготовки 99
§ 42. Характеристика пиломатериалов 99
§ 43. Пиломатериалы хвойных и лиственных пород 102
§ 44. Заготовки § 45. Обмер, учет и маркировка пиломатериалов и заготовок 105
13. Способы продления срока службы древесины 107
§ 46. Хранение и атмосферная сушка древесины
§ 47. Предохранение древесины от гниения и разрушения насекомыми 109
§ 48. Огнезащита древесины 112
14. Шпон, фанера и древесные плиты 113
§ 49. Строганый и лущеный шпон ИЗ
§ 50. Фанера обычная 115
§ 51. Фанера специального назначения 116
§ 52. Фанерные плиты 118
§ 53. Гнутоклееные заготовки 118
§ 54. Столярные плиты
§ 55. Древесноволокнистые плиты 120
§ 56. Древесностружечные плиты 123
15. Материалы и изделия для строительства 125
§ 57 Оконные и балконные блоки 125
§ 58 Дверные блоки 129
§ 59. Материалы и изделия для полов 132
§ 60. Детали деревянные фрезерованные и погонажные для строительства 139
§ 61. Кровельные и другие материалы 143
16. Металлические изделия и мебельная фурнитура 147
§ 62. Краткие сведения о металлах и сплавах 147
§ 63. Металлические крепежные изделия 150
§ 64. Приборы и изделия для окон и дверей 152
§ 65. Мебельная фурнитура 157
§ 66. Стекло и зеркала 164
17. Изоляционные, скрепляющие и смазочные материалы 166
§ 67. Изоляционные материалы и мастики 166
§ 68. Электроизоляционные материалы 168
§ 69. Смазочные материалы 169
Литература 170
В книге изложены сведения о строении, физических и механических свойствах, пороках древесины и их влиянии на ее качество, дается классификация и отличительные признаки древесины хвойных и лиственных пород. Приводится классификация и характеристика круглых лесоматерналов, пиломатериалов и заготовок, строганого и лущеного шпона, фанеры, древесных плит, а также деревянных деталей и изделий для строительства
Введение
Трудно назвать какую-либо отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась бы в том или ином виде (натуральном или переработанном), и перечислить все разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал.
Широкому использованию древесины способствуют ее высокие физикомеханические качества, хорошая обрабатываемость, а также эффективные способы изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Положительные свойства древесины — способность прочно склеиваться, сохранять красивый внешний вид и хорошо воспринимать отделку. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она подвержена горению и загниванию, разрушается от воздействия насекомых и грибов, гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию. Кроме того, древесина имеет пороки биологического происхождения, которые снижают ее качество.
При изготовлении изделий из древесины важную роль играют клеи, лакокрасочные материалы, отделочные пленки, пластмассы, фурнитура и другие материалы.
Широкое применение в изготовлении столярных изделий находят лущеный и строганый шпоны — исходные материалы для производства различных полуфабрикатов. Из лущеного шпона изготовляют клееную слоистую древесину — фанеру, фанерные плиты, клееные детали мебели, детали корпусов телевизоров и радиоприемников, тару. Строганый шпон — основной облицовочный материал для деталей, изготовленных из древесины малоценных пород, фанеры и древесностружечных плит.
От вида и свойств применяемых материалов зависят приемы и режимы обработки, качество вырабатываемых изделий, их внешний вид, прочность, долговечность, стоимость.
В отличие от нефти, угля и газа древесина относится к восстанавливаемым природным ресурсам. Однако это не исключает необходимость бережного и рационального ее использования. Достижения науки, особенно химии, и передового опыта являются основой использования древесины — этого дара живой природы. Рациональное использование леса составляет важную часть общей проблемы охраны природы, государственное значение которой было подчеркнуто в Постановлении Верховного Совета СССР от 20 сентября 1972 г. «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов». Статья 67 Конституции (Основного закона) Союза Советских Социалистических Республик гласит: «Граждане СССР обязаны беречь природу, охранять ее богатства». Охрану лесных богатств легко объяснить: леса благоприятно влияют на климат страны, создают хорошие условия труда и отдыха людей, для развития сельского хозяйства. Массовая вырубка лесов приводит к образованию пустынь, эрозии почвы, обмелению рек, возникновению суховеев и резкому понижению урожайности. Лес — это наше национальное богатство, оно должно расходоваться бережно, с наибольшей отдачей В десятой пятилетке за счет углубления переработки сырья, расширения технологического использования отходов и низкокачественной древесины экономия деловой древесины должна составить более 40 млн. м3. Внести свой посильный вклад в выполнение этой важной народнохозяйственной задачи — дело чести каждого столяра и плотника, каждого лесозаготовителя и деревообработчика.
ОСНОВЫ ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЯ
1. Строение дерева и древесины
§ 1. Строение дерева
Части растущего дерева. Растущее дерево состоит из кроны, ствола и корней (рис. 1). При жизни дерева каждая из этих частей выполняет свои определенные функции и имеет различное промышленное применение.
Крона состоит из ветвей и листьев (или хвои). Из углекислоты, поглощаемой из воздуха, и воды, получаемой из почвы, в листьях образуются сложные органические вещества, необходимые для жизни дерева. Промышленное использование кроны невелико. Из листьев (хвои) получают витаминную муку — ценный продукт для животноводства и птицеводства, лекарственные препараты, из ветвей — технологическую шепу для производства тарного картона и древесноволокнистых плит.
Ствол растущего дерева проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами — вниз к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины (от 50 до 90% объема всего дерева) и имеет главное промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть — комлем.
На рис. 1, б показан процесс развития хвойного дерева из семени и схема построения ствола дерева в возрасте 13 лет. Процесс роста можно представить как нарастание конусообразных слоев древесины. Каждый последний конус имеет большую высоту и диаметр основания. На рисунке видно 10 концентрических окружностей (границы годичных приростов) на нижнем поперечном разрезе, а на верхнем таком же срезе их Только пять. Следовательно, требуется соответственно 3 года и 8 лет для того, чтобы дерево достигло той высоты, на которой сделаны нижний и верхний поперечные срезы.
Корни проводят воду с растворенными в ней минеральными веществами вверх по стволу; хранят запасы питательных веществ и удерживают дерево в вертикальном положении. Корни используются как второсортное топливо. Пни и крупные корни сосны через некоторое время после валки деревьев служат сырьем для получения канифоли и скипидара.
Главные разрезы ствола. Разрез, проходящий перпендикулярно оси ствола, образует торцовую плоскость, разрез, проходящий через сердцевину ствола, — радиальную, а на некотором расстоянии от нее — тангентальную плоскость (рис. 2). Древесина на указанных разрезах имеет различный вид и неодинаковые свойства.
На поперечном разрезе ствола (рис. 3) можно видеть сердцевину, кору и древесину с ее годичными слоями.
Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из слоя — корки и внутреннего слоя — луба 5, который проводит воду с органическими веществами, выработанными в листьях, вниз по стволу. Кора предохраняет дерево от механических повреждений, резких перемен температуры, насекомых и других вредных влияний окружающей среды.
Вид и цвет коры зависят от возраста и породы дерева. У молодых деревьев кора гладкая, а с возрастом в коре появляются трещины. Кора может быть гладкой (пихта), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник), бородавчатой (бересклет). Цвет коры имеет множество оттенков, например, белая у березы, темно-серая у дуба, темно-бурая у ели.
Рис. 3. Поперечный разрез ствола:
7 — сердцевина 2 — сердцевинные лучи 3 — ядро. 4 — пробковый сюй, 5 — лубяной слой 6 — заболонь. 7 — камбий. 8 — годичные слои
В зависимости от породы, возраста дерева и условий произрастания у наших лесных пород кора составляет от 6 до 25% объема ствола. Кора многих древесных пород имеет большое практическое применение. Она используется для дубления кож, изготовления поплавков, пробок, теплоизоляционных и строительных плит. Из луба коры делают мочало, рогожи, веревки и др. Из коры добывают химические вещества, применяемые в медицине. Кора березы служит сырьем для получения дегтя. Между корой и древесиной располагается очень тонкий, сочный, не видимый невооруженным глазом слой — камбий, состоящий из живых клеток.
Древесина в растущем дереве-занимает большую часть ствола и имеет основное промышленное значение.
Термины и определения основных понятий, относящихся к строению и физико-механическим свойствам древесины, устанавливает ГОСТ 23431—79.
§ 2. Макроскопическое строение древесины
Заболонь, ядро, спелая древесина
Древесина наших лесных пород окрашена обычно в светлый цвет. При этом у отдельных пород вся масса древисины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб), у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна). Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая — заболонью.
В том случае, когда центральная часть ствола отличается меньшим содержанием воды, т. е. является более сухой, ее называют спелой древесиной, а породы — спелодревесными. Породы, имеющие ядро, называют ядровыми. Остальные породы, у которых нет различия между центральной и периферической частью ствола ни по цвету, ни по содержанию воды, называют заболонны-ми (безъядровыми).
Из древесных пород, произрастающих на территории Советского Союза, ядро имеют: хвойные — сосна, лиственница, кедр; лиственные — дуб, ясень, ильм, тополь. Спелодревесными породами являются из хвойных ель и пихта, из лиственных бук и осина. К заболонным породам относятся лиственные: береза, клен, граб, самшит.
Однако у некоторых безъядровых пород (береза, бук, осина) наблюдается потемнение центральной части ствола. В этом случае темная центральная зона называется ложным ядром.
Молодые деревья всех пород не имеют ядра и состоят из заболони. Лишь с течением времени образуется ядро за счет перехода заболонной древесины в ядровую.
Ядро образуется за счет отмирания живых клеток древесины, закупорки водопроводящих путей, отложения дубильных, красящих веществ, смолы, углекислого кальция. В результате этого изменяются цвет древесины, ее масса и показатели механических свойств. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других — на 30—35-й год (сосна). Поэтому заболонь у гиса узкая, у сосны широкая.
Переход от заболони к ядру может быть резким (лиственница, тис) или плавным (орех грецкий, кедр). В растущем дереве заболонь служит для проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет механическую функцию. Древесина заболони легко пропускает воду, менее стойка против загнивания, поэтому при изготовлении тары под жидкие товары использовать заболонь следует ограниченно.
Годичные слои, ранняя и поздняя древесина
На поперечном разрезе видны концентрические слои, расположенные вокруг сердцевины. Эти образования представляют собой ежегодный прирост древесины. Называются они годичными слоями. На радиальном разрезе годичные слои имеют вид продольных полос, на тангентальном — извилистых линий (рис. 4). Годичные слои нарастают ежегодно от центра к периферии н самым молодым слоем является наружный. По числу годичных слоев на торцовом разрезе на комле можно определить возраст дерева.
Ширина годичных слоев зависит от породы, условий роста, положения в стволе. У одних пород (быстрорастущих) годичные слои широкие (тополь, ива), у других — узкие (самшит, тис). В нижней части ствола расположены наиболее узкие годичные слои, вверх по стволу ширина слоев увеличивается, так как рост дерева происходит и в толщину и в высоту, что приближает форму ствола к цилиндру.
У одной и той же породы ширина годичных слоев может быть различной. При неблагоприятных условиях роста (засуха, морозы, недостаток питательных веществ, заболоченные почвы) образуются узкие годичные слои.
Иногда на двух противоположных сторонах ствола годичные слои имеют неодинаковую ширину. Например, у деревьев, растущих на опушке леса, на стороне, обращенной к свету, годичные слои имеют большую ширину. Вследствие этого сердцевина у таких деревьев смещена в сторону и ствол имеет эксцентричное строение.
Некоторым породам свойственна неправильная форма годичных слоев. Так, на поперечном разрезе у граба, тиса, можжевельника наблюдается волнистость годичных слоев.
Каждый годичный слой состоит из двух частей — ранней и поздней древесины: ранняя древесина (внутренняя) обращена к сердцевине, светлая и мягкая; поздняя древесина (наружная) обращена к коре, темная и твердая. Различие между ранней и поздней древесиной ясно выражено у хвойных и некоторых лист-
Рис. S. Вид сердцевинных лучей на поперечном (а), тангентальном (б), радиальном (в) разрезах древесины
венных пород. Ранняя древесина образуется в начале лета и служит для проведения воды вверх по стволу; поздняя древесина откладывается к концу лета и выполняет в основном механическую функцию. От количества поздней древесины зависят ее плотность и механические свойства.
Сердцевинные лучи, сердцевинные повторения
На поперечном разрезе некоторых пород хорошо видны невооруженным глазом светлые, часто блестящие, направленные от сердцевины к коре линии — сердцевинные лучи (рис. 5). Сердцевинные лучи имеются у всех пород, но видны лишь у некоторых.
По ширине сердцевинные лучи могут быть очень узкие, не видимые невооруженным глазом (у самшита, березы, осины, груши и всех хвойных пород); узкие, трудно различимые (у клена, вяза, ильма, липы); широкие, хорошо видимые невооруженным глазом на поперечном разрезе. Широкие лучи бывают настоящие широкие (у дуба, бука) и ложноширокие — пучки сближенных узких лучей (у граба, ольхи, орешника).
На радиальном разрезе сердцевинные лучи заметны в виде светлых блестящих полосок или лент, расположенных поперек волокон. Сердцевинные лучи могут иметь окраску светлее или темнее окружающей древесины.
На тангентальном разрезе они видны в виде темных штрихов с заостренными концами или в виде чечевицеобразных полосок, размещенных вдоль волокон.' Ширина лучей колеблется от 0,015 до 0,6 мм.
Сердцевинные лучи в срубленной древесине создают красивый рисунок (на радиальном разрезе), что имеет значение при выборе древесины в качестве декоративного материала.
В растущем дереве сердцевинные лучи служат дл^ проведения воды в горизонтальном направлении и для хранения запасных питательны* веществ.
Количество сердцевинных лучей зависит от породы: у лиственных-пород сердцевинных лучей примерно в 2—3 раза больНЬе, чем у хвойных.
На торцовом разрезе древесины некоторых пород можно видеть рассеянные темные пятнышки бурого, коричневого цвета, расположенные ближе к границе
годичного слоя. Эти образования называются сердцевинными повторениями. Сердцевинные повторения образуются вследствие повреждения камбия насекомыми или морозом и напоминают по цвету сердцевину.
Сосуды
На поперечном (торцовом) разрезе лиственных пород видны отверстия, представляющие сечения сосудов — трубок, каналов разной величины, предназначенных для проведения воды. По величине сосуды делят на крупные, хорошо видимые невооруженным глазом, и мелкие, не видимые невооруженным глазом.
Крупные сосуды чаще всего расположены в ранней древесине годичных слоев и на поперечном разрезе образуют сплошное кольцо из сосудов. Такие лиственные породы называются кольцесосудистыми. У кольцесосудистых пород в поздней древесине мелкие сосуды собраны в группы, ясно заметные благодаря светлой окраске. Если мелкие и крупные сосуды равномерно распределены по всей ширине годичного слоя, то такие породы называются рассеяннососудистыми лиственными породами.
У кольцесосудистых лиственных пород годичные слои хорошо заметны из-за резкого различия между ранней и поздней древесиной. У лиственных рассеяннососудистых пород такого различия между ранней и поздней древесиной не наблюдается и поэтому годичные слои заметны плохо.
У лиственных кольцесосудистых пород мелкие сосуды в поздней древесине образуют следующие виды группировок: радиальная — в виде светлых радиальных полос, напоминающих языки пламени (рис. 6, а — дуб, каштан); тангентальная — мелкие сосуды образуют светлые сплошные или прерывистые волнистые линии, вытянутые вдоль годичных слоев (рис. 6, б — ильм, вяз, карагач); рассеянная — мелкие сосуды в поздней древесине расположены в виде светлых точек или черточек (рис. 6, в — ясень).
На рис. 6, г показано расположение сосудов у лиственной рассеяннососудистой породы (грецкий орех). Сосуды распределены равномерно по всей ширине годичного слоя.
На радиальном и тангентальном разрезах сосуды имеют вид продольных бороздок. Объем сосудов в зависимости от породы колеблется в пределах от 7 до 43%.
Смоляные ходы
Характерная особенность строения древесины хвойных пород — смоляные ходы. Различают смоляные ходы вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные проходят по сердцевинным лучам. Вертикальные смоляные ходы — тонкие узкие каналы, заполненные смолой. На поперечном разрезе
Рис. 6. Типы группировок сосудов:
а, 6, в — кольцесосудистые породы с радиальной, тангенталъной и рассеянной группировкой, г —рас-сенннососудистая порода
вертикальные смоляные ходы видны в виде светлых точек, расположенных в поздней древесине годичного слоя; на продольных разрезах смоляные ходы заметны в виде темных штрихов, направленных вдоль оси ствола. Количество и размер смоляных ходов зависят от породы древесины. У древесины сосны смоляные ходы крупные и многочисленные, у древесины лиственницы — мелкие и немногочисленные.
Смоляные ходы занимают небольшой объем древесины ствола (0,2—0,7%) и поэтому не оказывают существенного влияния на свойства древесины. Они имеют значение при подсочке, когда из растущих деревьев получают смолу (живицу).
§ 3. Микроскопическое строение древесины
Исследование древесины под микроскопом показывает, что она состоит из мельчайших частичек — клеток, преимущественно (до 98%) мертвых. Растительная клетка имеет тончайшую прозрачную оболочку, внутри которой находится протопласт, состоящий из цитоплазмы и ядра.
Клеточная оболочка у молодых растительных клеток представляет собой прозрачную, эластичную и весьма тонкую (до 0,001 мм) пленку. Она состоит из органического вещества — клетчатки, или целлюлозы.
По мере развития, в зависимости от функций, которые призвана выполнять та или иная клетка, размеры, состав и строение ее оболочки существенно изменяются. Наиболее частым видом изменения клеточных оболочек является их одревеснение и опробкование.
Одревеснение клеточной оболочки происходит при жизни клеток в результате образования в них особого органического вещества — лигнина. Одревесневшие клетки или совсем прекращают рост, или увеличивают размеры в значительно меньшей степени, чем клетки с целлюлозными оболочками.
Целлюлоза в клеточной оболочке представлена в виде волоконец, которые называются микрофибриллами. Промежутки между микрофибриллами заполнены в основном лигнином, гемицеллюлозами и связанной влагой.
В процессе роста клеточные оболочки утолщаются, при этом остаются неутолщенные места, называемые порами. Поры служат для проведения воды с растворенными питательными веществами из одной клетки в другую.
Виды клеток древесины. Клетки, составляющие древесину, разнообразны по форме и величине. Различают два основных вида клеток: клетки, имеющие длину волокон 0,5—3 мм, диаметр 0,01—0,05 мм, с заостренными концами — прозенхимные и клетки меньших размеров, имеющие вид многогранной призмы с примерно одинаковыми размерами сторон (0,01—0,1 мм), — паренхимные.
Паренхимные клетки служат для отложения запасных питательных веществ. Органические питательные вещества в виде крахмала, жиров и других веществ накапливаются и хранятся в этих клетках до весны, а весной они направляются в крону дерева для образования листьев. Ряды паренхимных клеток расположены у дерева по радиусу и входят в состав сердцевинных лучей. Количество их в общем объеме древесины незначительно: у хвойных пород 1—2%, у лиственных — 2—15%
Основная масса древесины всех пород состоит из клеток прозенхимных, которые в зависимости от выполняемых ими жизненных функций разделяются на проводящие и опорные или механические. Проводящие клетки у растущего дерева служат для проведения из почвы в крону воды с растворами минеральных веществ; опорные создают механическую прочность древесины.
Ткани древесины. Клетки одинакового строения, выполняющие одни и те же функции, образуют ткани древесины.
В соответствии с назначением и видом клеток, из которых состоят ткани, различают: запасающие, проводящие, механические (опорные) и покровные ткани.
Запасающие ткани (рис. 7, а,б) состоят из коротких запасающих клеток и служат для накопления и хранения питательных веществ. Запасающие ткани находятся в стволе и корнях.
Проводящие ткани состоят из вытянутых тонкостенных клеток (рис. 7, в) (сосудов, трубок), через которые влага, впитанная корнями, проходит к листьям.
Длина сосудов в среднем около 100 мм; у некоторых пород, например у дуба, сосуды достигают 2—3 м длины. Диаметр сосудов колеблется от сотых долей миллиметра (у мелкососудистых пород) до 0,5 мм (у крупнососудистых).
Механические ткани (опорные) находятся в стволе (рис. 7, г). Эти ткани придают устойчивость растущему дереву. Чем больше этой ткани, тем древесина плотнее, тверже, прочнее. Механические ткани называют либриформом.
Покровные ткани находятся в коре и выполняют защитную роль.
Строение древесины хвойных пород. Древесина хвойных пород отличается сравнительной простотой и правильностью строения. Основную ее массу (90—95%) составляют расположенные радиальными рядами вытянутые клетки с кососрезанными концами, называемые трахеидами. В стенках трахеид имеются поры, через которые они сообщаются с соседними клетками. В пределах годичного слоя различают ранние и поздние трахеиды. Ранние трахеиды (рис. 7, д) образуются весной и в начале лета, имеют тонкие оболочки с порами, широкие полости и служат для проведения воды с растворенными минеральными веществами. У ранних трахеид размер в радиальном направлении больше, чем в тангентальном. Концы ранних трахеид имеют закругленную форму.
Поздние трахеиды образуются в конце лета, имеют узкие полости и толстые клеточные оболочки, поэтому выполняют механическую функцию, придавая древесине прочность. Размер по радиальному направлению меньше, чем по тангентальному.
Количество пор на стенках ранних трахеид примерно в 3 раза больше, чем на стенках поздних трахеид. Трахеиды являются мертвыми клетками. В стволе растущего дерева только вновь образующийся годичный слой содержит живые трахеиды.
Смоляные ходы — особенность строения древесины хвойных пород.
Они представляют собой клетки, вырабатывающие и хранящие смолу. У одних пород имеются только разобщенные между собой смоляные клетки (пихта, тис, можжевельник), у других пород смоляные клетки связаны в систему и образуют смоляные ходы (сосна, ель, лиственница, кедр). Различают горизонтальные и вертикальные смоляные ходы, которые в совокупности составляют единую систему сообщающихся каналов.
Горизонтальные смоляные ходы проходят по сердцевинным лучам и хорошо видны на тангентальном разрезе ствола.
Микроскопическое строение древесины хвойных пород приведено на f рис. 8, а.
Древесная паренхима у хвойных пород распространена мало и представляет собой вытянутые по длине ствола единичные паренхимные клетки или клетки, соединенные в длинные ряды, идущие вдоль оси ствола. Древесной паренхимы нет у тиса и сосны.
Строение древесины лиственных пород. По сравнению с хвойными породами лиственные имеют более сложное строение (рис. 8, б). Основной
объем древесины лиственных пород составляют сосуды и сосудистые трахеиды, волокна либриформа, паренхимные клетки.
Сосуды — это система клеток, служащих в растущем дереве для проведения воды с растворенными в ней минеральными веществами из корней к листьям. Вода из сосудов проходит к соседним живым клеткам через поры, имеющиеся в боковых стенках сосудов.
Волокна либриформа (см. риф 8, б) являются наиболее распространенными клетками древесины лиственных пород и составляют их главную массу (до 76%). Остальной объем древесины составляют клетки древесной паренхимы. Эти клетки могут быть собраны в вертикальные ряды, называемые тяжами древесной паренхимы. Волокна либриформа представляют собой длинные клетки с заостренными концами, с толстыми оболочками и узкими полостями. Стенки волокон либриформа всегда одревесневшие, имеют узкие каналы — щелевидные поры. Длина волокон либриформа находится в пределах 0,3—2 мм, а толщина — 0,02—0,005 мм.
Волокна либриформа — наиболее прочные элементы древесины лиственных пород, выполняют механические функции.
Размеры и количественное соотношение различных клеток, составляющих древесину, даже у одной и той же породы могут изменяться в зависимости от возраста, условий роста дерева.
Паренхимные клетки, выполняющие запасные функции, в древесине лиственных пород прежде всего образуют сердцевинные лучи.
Сердцевинные лучи у лиственных пород развиты сильнее, чем у хвойных. По ширине сердцевинные лучи могут быть узкие однорядные, состоящие из одного 4 ряда вытянутых по радиусу клеток, и широкие многорядные, состоящие по ширине из нескольких рядов клеток. По высоте сердцевинные лучи состоят из нескольких десятков рядов клеток (до 100 и более у дуба, бука). На тангентальном разрезе однорядные лучи представлены в виде вертикальной цепочки клеток; многорядные лучи имеют форму чечевицы.
Лиственные породы сбрасывают на зиму листья и нуждаются в большом количестве запасных питательных веществ, необходимых для образования новых листьев весной следующего года, поэтому в древесине лиственных пород содержится больше клеток древесной паренхимы.
Влияние строения древесины на ее физико-механические свойства. Тонкое строение клеточной оболочки оказывает существенное влияние на свойства древесины. Уменьшение количества связанной влаги ведет к уменьшению расстояний между микрофибриллами, что увеличивает сиды сцепления между ними и содержание твердой древесной массы в единице объема. Все это приводит к улучшению механических свойств древесины. Наоборот, при увеличении количества связанной влаги микрофибриллы раздвигаются, что снижает механические свойства древесины.
Микрофибриллы расположены преимущественно вдоль длинной оси клетки. Это обусловливает большую механическую прочность древесины именно вдоль волокон.
Размеры отдельных анатомических элементов также оказывают влияние на физико-механические свойства древесины. Поскольку поздние трахеиды имеют большую толщину стенок, увеличение содержания поздней зоны в годичных слоях приводит к повышению плотности, твердости и механической прочности. Точно так же у лиственных пород увеличение содержания волокон либриформа, особенно с толстыми стенками, приводит к увеличению механических свойств.
Особенности микроскопического строения древесины лиственных и хвойных пород обусловливают различие их свойств. Волокна у древесины хвойных пород прямолинейны. Поэтому у хвойных пород более высокие показатели прочности при одинаковой плотности. Древесина лиственных пород имеет некоторую
извилистость волокон, вследствие чего у нее более высокие показатели ударной вязкости и более высокая прочность при скапывании вдоль волокон. Древесина лиственных кольцесосудистых пород лучше гнется, так как в ранней древесине расположены сосуды, которые дают возможность древесине уплотняться без разрушения.
2. Физические свойства древесины
Физическими свойствами древесины называются такие, которые определяют без нарушения целостности испытываемого образца и изменения ее химического состава, т. е. выявляют путем осмотра, взвешивания, измерения, высушивания.
К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид и запах, плотность, влажность и связанные с ней изменения — усушка, разбухание, растрескивание и коробление. К физическим свойствам древесины относится также ее электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры.
§ 4. Свойства, определяющие внешний вид древесины
Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.
Цвет. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.
Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от белого (осина, ель, липа) до черного (черное дерево). Древесина пород, произрастающих в жарких и южных районах, имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной пород умеренного пояса. В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Так, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня — бурый, грецкого ореха — коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.
Древесина ольхи, имеющая в свежесрубленном состоянии светло-розовый цвет, вскоре после рубки темнеет и приобретает желтовато-красную окраску. Древесина дуба, пролежавшая долгое время в воде, приобретает темно-коричневый и даже черный цвет (мореный дуб). Меняется окраска древесины и в результате поражения ее различными видами грибов. На окраску древесины оказывает влияние также возраст дерева. У молодых деревьев древесина обычно светлее, чем у более старых. Устойчивым цветом обладает древесина дуба, груши и белой акации, самшита, каштана.
Цвет древесины имеет важное значение в производстве мебели, музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид. Цвет древесины некоторых пород улучшают, подвергая различной обработке, — пропариванию (бук), протравливанию (дуб, каштан) или окрашиванию различными химическими веществами. Цвет древесины и его оттенки характеризуют обычно определениями — красный, белый, розовый, светло-розовый и лишь при особой необходимости по атласу или шкале цветов.
Блеск — это способность направленно отражать световой поток. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.
Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой акации, дуба. Древесина осины, липы, тополя, обладающая очень узкими сердцевинными лучами и сравнительно тонкими стенками клеток механических тканей, имеет матовую поверхность.
Блеск придает древесине красивый вид и может быть усилен полированием, лакированием, вощением или оклеиванием прозрачными пленками из искусственных смол.
Текстура — рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. 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 (волнистое или путанное), Хвойные породы на тангентальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, бук, клен, карагач, ильм, платан) имеют очень красивую текстуру на радиальном и тангентальном разрезах (рис. 9 на вклейке). Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон (свилеватость волнистая и путаная).
Древесина хвойных и мягких лиственных пород имеет более простой и менее разнообразный рисунок, чем древесина твердых лиственных пород.
При использовании прозрачных лаков можно усилить и выявить текстуру.
Часто применяют особые способы обработки древесины — лущение фанерных кряжей под углом к направлению волокон, радиальное строгание, прессование или замену искусственной текстурой — поверхность разрисовывают с помощью аэрографа под текстуру ценных пород или оклеивают текстурной бумагой.
Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественной мебели, различных поделок, при украшении музыкальных инструментов и др.
Запах древесины зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы — сосна, ель. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр — ванили. Приятно пахнет можжевельник, поэтому его ветви применяют при запаривании бочек. Большое значение имеет запах древесины при изготовлении тары. В свежесрубленном состоянии древесина имеет более сильный запах, чем после высыхания. Ядро пахнет сильнее заболони. По запаху древесины можно определить отдельные породы.
Макроструктура. Для характеристики древесины иногда достаточно определить следующие показатели макроструктуры.
Ширина годичных слоев определяется числом слоев, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на торцовом срезе.
Ширина годичных слоев оказывает влияние на свойства древесины. Для древесины хвойных пород отмечается улучшение свойств, если в 1 см насчитывается не менее 3 и не более 25 слоев. У лиственных кольцесосудистых пород (дуб, ясень) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны и поэтому увеличиваются прочность, плотность и твердость. Для древесины лиственных рассеяннососудистых пброд (береза, бук) нет такой четкой зависимости свойств от ширины годичных слоев.
На образцах из древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины (в %). Чем
выше содержание поздней древесины, тем больше ее плотность, а следовательно, и выше ее механические свойства.
Степень равнослойности определяется разницей в числе годичных слоев на двух соседних участках длиной по 1 см. Этот показатель используется для характеристики резонансной способности древесины ели и пихты.
При обработке древесины режущими инструментами происходит перерезание полых анатомических элементов (сосудов) и на поверхности древесины образуются неровности. У таких пород, как дуб, ясень, грецкий орех, величина структурных неровностей значительная. Так как древесина указанных пород используется для отделки изделий, то перед полированием необходимо уменьшить величину этих неровностей. Для этого производится специальная операция, которая называется порозаполнением.
§ 5. Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением
Влажность. Влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в %. Определяют влажность по ГОСТ 16588—79.
Абсолютно сухую древесину в небольших образцах можно получить путем высушивания ее в специальных шкафах.
Влага в древесине пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной или гигроскопической. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной, или капиллярной.
При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. При увлажнении древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения. Дальнейшее увлажнение древесины с заполнением полостей клеток и межклеточных пространств происходит только при непосредственном контакте древесины с водой (вымачивание, пропаривание, сплав).
Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Предельное количество свободной влаги зависит от того, как велик объем пустот в древесине, который может быть заполнен водой.
Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (20°С) составляет 30% и практически не зависит от породы.
Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая — длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100% свежесрубленная — влажность 50—10С%; воздушно-сухая — долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15—20% (в зависимости от климатических условий и времени года); комнатно-сухая— влажность 8—12% и абсолютно сухая— влажность 0%. Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Влажность заболони сосны в три раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное.
По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.
У молодых деревьев влажность выше и ее колебания в течение года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь—февраль), минимальное — в летние месяцы (июль—август). Содержание влаги в стволах изменяется в течение суток: утром и вечером влажность деревьев выше, чем днем.
Для определения влажности древесины пользуются методом высушивания и электрическим методом.
КОНЕЦ ФРАГМЕНТА КНИГИ |
