Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

ЛЕКЦИЯ № 4. Свойства древесины

Читайте также:
  1. I Кислотно-основные свойства.
  2. I Кислотные и основные свойства
  3. I. Основные свойства живого. Биология клетки (цитология).
  4. I. ПОЧЕМУ МЫ ДОЛЖНЫ ИЗУЧАТЬ СТОРОНЫ И СВОЙСТВА ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА?
  5. I. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИОКАРДА
  6. А ты волшебник? Проверь себя! 42 свойства волшебника!
  7. Актуальность и проблематика детектирования NO, продуцируемого в организме. Спектральные свойства NO, требуемые аналитические параметры и выбор аналитического диапазона.
  8. Алгоритм и его свойства
  9. Алгоритм и требования к алгоритму (свойства алгоритма )
  10. Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы записи алгоритма

/. Цвет, блеск и текстура древесины

Цвет древесины зависит от климатических условий произ­растания дерева. В умеренном климате древесина почти всех пород окрашена бледно, а в тропическом имеет яркую окра­ску. Влияние климатического фактора сказывается и в преде­лах одного пояса, например породы, произрастающие в более теплых зонах — дуб, орех, тис и другие, имеют интенсивную окраску, а произрастающие севернее — ель, сосна, осина, бе­реза и другие, окрашены бледно. Интенсивность окраски за­висит также от возраста деревьев — с увеличением возраста интенсивность усиливается. Изменение цвета древесины про­исходит под влиянием воздуха и света, а также от воздей­ствия грибных поражений; при выдержке древесины в воде или в специальных растворах; при пропаривании и высоко­температурной сушке.

Цвет древесины является важной характеристикой и учи­тывается при выборе пород для изготовления мебели, отдел­ки интерьеров, при производстве художественных поделок, музыкальных инструментов и т. д.

Блеск — это способность древесины направленно отра­жать световой поток. Наибольший блеск имеют гладкие зер­кальные поверхности, так как они дают направленное от­ражение. Как правило, блеск древесины оценивается по белизне: чем больше белизна древесины, тем выше показа­тель блеска. Блики и отсветы дают еще и сердцевинные лучи на радиальных разрезах.

Текстура — это естественный рисунок на тангенциальных и радиальных разрезах древесины, образованный годичны­ми слоями и анатомическими элементами. Чем сложнее строе­ние древесины, тем богаче ее текстура. У древесины хвойных пород строение простое и текстура однообразная, она опре­деляется в основном шириной годичных колец и разницей


окраски ранней и поздней древесины. Древесина лиственных пород имеет сложное строение и более богатую текстуру. Ха­рактер текстуры во многом зависит от направления разре­за. Многие породы, такие как орех, ясень, вяз, дуб и другие, имеют красивую и интересную текстуру на тангенциальном разрезе. Древесина на радиальном разрезе также имеет кра­сивую, оригинальную текстуру.

Древесина капов, образующихся на стволах деревьев лист­венных пород, имеет высокие декоративные свойства. Весь­ма оригинальна текстура древесины клена типа «птичий глаз», которую создают не развившиеся в побег «спящие» почки. Своеобразная и красивая текстура создается и искусственным путем при неравномерном прессовании древесины и после­дующем ее строгании, или при лущении волнистым ножом, или под углом к направлению волокон. При прозрачной от­делке древесины ее текстура проявляется сильнее. Текстура является важнейшим показателем, который определяет деко­ративную ценность древесины.

Виды текстуры древесины:

1) без выраженного рисунка — липа, груша;

2) мелкокрапчатый рисунок — дуб, бук, чинара;

3) муаровый рисунок — серый клен, волнистая береза, красное дерево;

4) рисунок «птичий глаз» — ясень, клен, береза карель­ская, тополь украинский;

5) раковинный рисунок — орех кавказский, ясень, кара­гач — комлевая часть;

6) сучковатый рисунок — ель, сосна.

2. Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением

В свежесрубленной древесине, как правило, содержится большое количество воды и в дальнейшем в зависимости от условий хранения оно может увеличиваться или уменьшаться, или оставаться на прежнем уровне. Но в большинстве случаев необходимо принять меры по удалению воды, т. е. произвести сушку древесины. Показателем содержания воды в древесине является влажность, которая подразделяется на абсолютную и относительную. На практике пользуются в основном абсо-


лютным значением влажности, которую определяют по фор­муле:

где т — масса образца влажной древесины, г;

т0 — масса того же абсолютно сухого образца, г.

Показатель относительной влажности применяется редко, в основном как показатель влажности дров. Ее определяют по формуле:

^отн. = (т-т0/т)х 100%.

Существуют два способа определения влажности — пря­мой и косвенный. Прямой метод основан на выделении воды из древесины. Для этого очищенный образец древесины под­вергают сушке в сушильном шкафу при температуре 103 °С до полной отдачи влаги. В процессе сушки образец взвеши­вают — первый раз через 6—10 ч после начала сушки, а затем через каждые 2 ч. Сушку прекращают после того, как вес об­разца уже не уменьшается. Прямой метод позволяет с боль­шой точностью определить влажность древесины.

Второй метод — косвенный, основанный на измерении электропроводности древесины с помощью электровлагоме­ра. При таком измерении шкала прибора показывает величину влажности. Этот способ дает возможность быстро определить влажность. Но его недостаток заключается в погрешности из­мерения, которая составляет 2—3%, а при влажности древе­сины более 30% — еще выше.

Вода в древесине находится в связанном и свободном состоянии. Связанная вода находится в клеточных стенках и удерживается прочно. Удаление такой воды затруднено и оказывает существенное влияние на изменение большин­ства свойств древесины. Максимальное количество связан­ной воды соответствует пределу насыщения клеточных сте­нок, который в расчетах принимается: й/пн = 30%.

Свободная вода находится в полостях клеток и межклеточ­ных пространствах, поэтому удаляется из древесины легче.

Свежесрубленная древесина имеет влажность в пределах 50—100%, а при длительном нахождении в воде — более 100%.


После сушки на открытом воздухе влажность снижается до 15—20%. Влажность величиной 20—22% называется транс­портной, а влажность, которую древесина имеет в период эк­сплуатации, — эксплуатационной.

Сушка древесины бывает двух видов — атмосферной, при температуре окружающей среды, и искусственной, или ка­мерной, когда температура может быть до 100 °С и выше. При камерной сушке происходит усушка древесины, т. е. уменьшение линейных размеров в радиальном направлении на 3—7%, а в тангенциальном — на 8—10%, вдоль волокон — 0,1—0,3%. Полная объемная усушка составляет 11—17%.

При сушке древесины с уменьшением влажности меняют­ся ее механические свойства — уменьшается упругость, но увеличивается прочность при сжатии, а также уменьшается электропроводность.

3. Плотность древесины. Тепловые свойства древесины

Плотность древесины — это масса единицы объема мате­риала, выражающаяся в г/см3 или кг/м3. Существует не­сколько показателей плотности древесины, которые зависят от влажности. Плотность древесного вещества — это масса единицы объема материала, образующего клеточные стенки. Она для всех пород примерно одинакова и равна 1,53 г/см3, т. е. в 1,5 раза выше плотности воды.

Плотность абсолютно сухой древесины — это масса еди­ницы объема древесины при отсутствии в ней воды. Она определяется по формуле:

Ро = то I Уф

где р0 — плотность абсолютно сухой древесины, г/см3 или

кг/м3;

т0 — масса образца древесины при влажности 0%, г или кг;

У0 — объем образца древесины при влажности 0%, см3

или м3.

Плотность древесины меньше плотности древесного ве­щества, так как она имеет пустоты, заполненные воздухом, т. е. пористость, которая выражается в процентах и характери-


зует отношение пустот в абсолютно сухой древесине. Чем боль­ше плотность древесины, тем меньше ее пористость.

Плотность древесины существенно зависит от влажности. С увеличением влажности плотность древесины возрастает. По плотности все породы делятся на три группы (при влаж­ности древесины 12%):

1) породы с малой плотностью — 540 кг/м3 и менее — это ель, сосна, липа и др.;

2) породы средней плотности — от 550 до 740 кг/м3 — это дуб, береза, вяз и др.;

3) породы высокой плотности — 750 кг/м3 и более — это кизил, граб, фисташка и др.

Тепловые свойства древесины — это теплоемкость, тепло­проводность, температуропроводность и тепловое расшире­ние. Теплоемкость — способность древесины аккумулиро­вать тепло. За показатель теплоемкости принята удельная теплоемкость С — количество теплоты, необходимое для на­гревания 1 кг массы древесины на 1 "С. Она измеряется в кДж/кг х I "С.

Сухая древесина представляет собой древесное вещество и воздух, причем массовая доля воздуха в ней незначительна. Поэтому теплоемкость сухой древесины практически равна теплоемкости древесного вещества. Удельная теплоемкость древесины практически не зависит от породы и при темпера­туре 0 °С для абсолютно сухой древесины равна 1,55 кДж. С повышением температуры удельная теплоемкость несколь­ко возрастает и при температуре 100 ° С увеличивается при­мерно на 25%. При увлажнении древесины ее теплоемкость увеличивается.

Процесс переноса тепла в древесине характеризуется дву­мя показателями — коэффициентом теплопроводности и ко­эффициентом температуропроводности. Коэффициент тепло­проводности X численно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через стенку из древесины пло­щадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на про­тивоположных сторонах стенки в 1 "С. Он измеряется в Вт / / (м х °С). Коэффициент температуропроводности характе­ризует скорость изменения температуры древесины при ее нагревании или охлаждении. Он определяет тепловую инер­ционность древесины, т. е. ее способность выравнивать тем-


пературу. Коэффициент температуропроводности рассчиты­вают по формуле:

а = Vе х Р>

где р — плотность материала, кг/м3;

X — коэффициент теплопроводности, Вт / (м х °С); с — удельная теплоемкость древесины, кДж / (кг х °С).

4. Электрические и акустические свойства древесины

Как показали многочисленные исследования электриче­ских свойств древесины, ее электропроводность, т. е. способ­ность проводить электрический ток, находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Существуют поверхностное и объемное сопротивления, которые в сумме да­ют полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами. Объемное сопротивление характе­ризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное — по поверхности. Показателями электри­ческого сопротивления служат удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления.

Исследования показали, что сухая древесина плохо про­водит ток, но с повышением влажности ее сопротивление уменьшается. Это видно из данных, полученных при иссле­дованиях (табл. 1).

Таблица 1

 

 

Порода Удельное объемное сопротивление, Ом х см при влажности древесины,%
     
Сосна 2,3 х 1015 5х10п ЗхЮ8
Ель 7,6 х 1016 1 х 1012 ЗхЮ8
Дуб 1,5 хЮ16 2х10п 7х108
Береза 5,1 х 1016 9х10п 1х108
Ольха 1,0 х 1017 9х10п 6х108

Снижение поверхностного сопротивления происходит при увеличении влажности. Например, при увеличении влажно­сти бука от 4,5 до 17% поверхностное электрическое сопро­тивление уменьшается с 1,2 х 1013 до 1 х 107 Ом.

Кроме того, в результате исследований установлено, что снижение электрического сопротивления древесины проис­ходит при ее нагревании, особенно при ее низкой влажности. Так, увеличение температуры от 20 до 94 °С снижает сопро­тивление абсолютно сухой древесины в 106 раз.

Акустические свойства. При исследованиях акустических свойств древесины установлено, что скорость распростране­ния звука в древесине тем больше, чем меньше ее плотность и выше модуль упругости. Средние значения скорости звука вдоль волокон для комнатно-сухой древесины равны: дуб — 4720 м/с, ясень — 4730 м/с, сосна — 5360 м/с, лиственница — 4930 м/с. Далее исследования показали, что скорость звука поперек волокон в 3—4 раза меньше, чем вдоль волокон. Ско­рость распространения звука зависит от свойств материалов и в первую очередь от плотности, например в стали звук распро­страняется со скоростью 5050 м/с, в воздухе — 330 м/с, а в кау­чуке — 30 м/с. На данных, полученных при исследованиях аку­стических свойств древесины, построен ультразвуковой метод определения ее прочности и внутренних скрытых дефектов. По существующим строительным нормам звукоизоляция стен и перегородок должна быть не ниже 40, а междуэтажных — 48 дБ. Согласно данным исследований звукопоглощающая способность древесины низка, например звукоизоляция со­сновой древесины при толщине 3 см составляет 12 дБ, а дубо­вой при толщине 4,5 см — 27 дБ. Как установлено исследова­ниями, наилучшие акустические свойства в части наибольшего излучения звука имеет древесина ели, пихты и кедра, которая используется для изготовления многих музыкальных инстру­ментов: щипковых, смычковых, клавишных и др. Как показала практика, наилучшими акустическими свойствами обладает древесина длительной выдержки — в течение 50 лет и более.

5. Прочность древесины

К механическим свойствам относятся прочность и дефор-мативность древесины, а также некоторые технологические


свойства. Прочность древесины — это способность ее сопро­тивляться разрушениям под воздействием внешних нагрузок. Предел прочности древесины определяется путем испытания образцов на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг.

При испытании древесины на сжатие нагрузку произво­дят вдоль волокон, затем поперек и в одном месте. Предел прочности определяют в МПа по формуле:

^сж = Ршах / О X Ъ,

где Ртях максимальная разрушающая нагрузка, Н;

а и Ъ — размеры образца древесины, мм.

По данным испытаний установлено, что при растяжении древесины поперек волокон прочность составляет примерно 1/20 прочности при растяжении вдоль волокон. Поэтому при конструировании изделий и устройстве различных строи­тельных конструкций не допускают случаев, чтобы растяги­вающие нагрузки были направлены поперек волокон.

На практике в большинстве случаев изделия из древесины работают с нагрузками на изгиб. Поэтому образцы древеси­ны обязательно испытывают на изгиб, при этом определяют предел прочности в МПа по формуле:

где / — расстояние между опорами, мм;

Ъ — ширина образца в радиальном направлении, мм;

к — высота образца в тангенциальном направлении, мм.

При изгибании образца с выпуклой стороны возникают напряжения растяжения, а с вогнутой — сжатия. При нагруз­ках выше предельной величины разрушение древесины про­исходит в виде разрыва растянутых волокон на выпуклой стороне излома образца.

Большое значение имеет показатель прочности при сдвиге. Этот показатель определяют при испытаниях трех видов сдви­га: на скалывание вдоль и поперек волокон; на перерезание древесины поперек волокон. При этом предел прочности дре­весины на скалывание — бск, МПа определяют по формуле:

^ск = Ршах / Ъ Х А


где Ртях — максимальная нагрузка, Н;

Ь, I — толщина и длина образца в плоскости скалывания, мм.

Испытания на перерезание древесины поперек волокон проводят на образцах с применением подвижного ножа. При этом предел прочности в МПа определяют по формуле:

Т = Ртах / 2 Х О X Ъ,

где Ртях — максимальная нагрузка, Н;

а и Ъ — размеры сечения образца, мм (поперечные).

Как показывают результаты испытаний, прочность древе­сины при перерезании поперек волокон в 4 раза больше, чем при скалывании вдоль волокон.

Как показали испытания, модули упругости при сжатии и растяжении древесины примерно одинаковы и составляют: для сосны — 12,3 ГПа, для дуба — 14,6 Ша и для березы — 16,4 ГПа при влажности 12%. Модуль упругости поперек во­локон примерно в 20—25 раз меньше, чем вдоль, а в радиаль­ном направлении выше, чем в тангенциальном, примерно на 20-50%.

При испытаниях древесины также определяют модуль уп­ругости:

^=ЗхРх//(64Ах/г3х/),

где Р — нагрузка, равная разности между верхними и ниж­ними пределами измерения, Н;

/ — расстояние между опорами (на которых располагается образец древесины), мм; А и к — ширина и высота образца, мм; /— прогиб, равный разности среднеарифметических зна­чений прогиба при верхнем и нижнем пределах нагруже-ния, мм.

6. Технологические свойства древесины

Технологические свойства: ударная вязкость, твердость, износоустойчивость, способность удерживать шурупы, гвоз­ди и другие крепления, а также обрабатываемость режущими инструментами.


Ударная вязкость древесины — это ее способность погло­щать усилия (работу) при ударе без разрушения. Чем больше величина работы, необходимой для излома образца, тем вы­ше его вязкость. Ударную вязкость определяют по формуле:

А = <2/Ь х к, Дж/см2,

где 0 — работа, затрачиваемая на излом образца, Дж;

ЪжН — ширина и высота образца.

Твердость древесины — это ее способность сопротивляться вдавливанию тела из более твердого материала — стального пуансона с полусферическим наконечником радиусом г = = 5,64 мм на глубину 5,64 мм. При этом в конце нагружения по шкале силоизмерителя машины отсчитывают нагрузку Р. После испытания в древесине остается отпечаток площадью 100 мм2. Статическую твердость образца определяют в Н/мм по формуле:

Н= Р/пхг2,

где п х г2 площадь отпечатка в древесине при вдавливании

в нее полусферы радиусом г, мм.

Если имеет место раскалывание образцов в процессе испы­таний, то пуансон вдавливают на меньшую глубину — 2,82 мм, а твердость определяют по формуле:

Я=4Р/(Зтсхг2).

Все породы по твердости торцовой поверхности делят на три группы: мягкие — твердостью 40 Н/мм2 и меньше, твер­дые — 41—80 Н/мм2 и очень твердые — более 80 Н/мм2.

Износостойкость древесины характеризует ее способность сопротивляться износу при трении о поверхность абразив­ных элементов или микронеровностей более твердого тела. При испытании на истирание создают условия, которые ими­тируют реальный процесс истирания древесины, используе­мой для полов, лестниц, настилов. Истирания производят на специальной машине. При этом показатель истирания I вы­числяют в мм по формуле:

{= Их (т{ — т2) I тх,


где к высота образца до истирания, мм;

т1и т2 масса образца соответственно до и после испы­тания, г.

Удельное сопротивление выдергиванию гвоздя или шуру­па определяется по формуле:

^д. = ^ах//(Н/мм),

где Ртях максимальная нагрузка при выдергивании гвоздей

или шурупов;

/ — длина забивки гвоздя или ввинчивания шурупа.

Способность древесины удерживать крепежные элементы зависит от ее породы, плотности и влажности. Сопротивле­ние выдергиванию гвоздей, забитых в радиальном и танген­циальном направлениях, примерно одинаковое, но оно вы­ше, чем при забивании гвоздей в торец образца.

Способность древесины к гнутью — наилучшая у бука, ду­ба, ясеня, хуже — у хвойных пород. Для улучшения податли­вости древесины перед гнутьем ее пропаривают, затем после гнутья охлаждают и сушат в зафиксированном состоянии, в ре­зультате чего она приобретает стабильную изогнутую форму.

Способность древесины раскалываться — это процесс раз­деления ее вдоль волокон под действием нагрузки, переда­ваемой на клин. Это является отрицательным свойством дре­весины при забивании гвоздей близко от кромки, а также костылей, шурупов при ввинчивании, но положительным — при колке дров или заготовке колотых сортиментов.




Дата добавления: 2015-01-07; просмотров: 25 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.022 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав