Строение и свойства древесины

Строение древесины. Древесина — волокнистый пористый материал, состоящий из многочисленных клеток, вытянутых преимущественно вдоль ствола. Каждая клетка имеет свою оболочку (стенку). Стенки клеток на 99% состоят из органических соединений: углеводов (70%) и около 30% лигнина. В углеводную часть древесины входят целлюлоза, глюкоза, сахар, гемицеллюлоза. Углеводы и лигнин являются природными высокомолекулярными соединениями (полимерами). Небольшую часть древесины (2...4%) составляют экстрактивные вещества и около 1 % — минеральные.

Экстрактивные вещества в отличие от углеводов и лигнина являются низкомолекулярными соединениями. В их состав входят смолы, смоляные кислоты, эфирные масла, красители, белки, дубильные вещества и др. Несмотря на незначительное их содержание, они придают древесине цвет, запах, вкус, определяют токсичность, способствуют сопротивлению гниения, поражению грибками и т. д.

Клетки древесины определенным образом группируются и создают на торце ствола систему концентрических колец. Вместе с другими структурными элементами они формируют макро- и микроструктуру древесины.

Макроструктура древесины хорошо видна невооруженным глазом или при небольшом увеличении (с помощью лупы). Изучают ее по трем основным разрезам ствола: поперечному (торцовому), радиальному и тангенциальному. Микроструктуру древесины изучают с помощью микроскопа (рис. 3.1).

Свойства древесины. В пределах одной и той же породы свойства древесины могут различаться в зависимости от возраста дерева, места и условий произрастания, влажности, способов переработки и многих других факторов.

Цвет древесины может изменяться в широких пределах — от светлого у ели до черно-коричневого у черного ореха. Многообразие цветов и оттенков древесины придают в основном красящие, дубильные и смолистые вещества. Цвет древесины является важнейшим диагностическим признаком и служит, как правило, для распознавания породы дерева.

Текстура древесины — это рисунок, образующийся на ее поверхности при перерезании слагающих древесину анатомических элементов (волокон, годичных слоев, сердцевинных лучей, крупных сосудов), и зависит, прежде всего, от особенностей строения и направления разреза. Чем сложнее строение древесины, тем разнообразие ее текстура. Особенно выразительна текстура древесины у лиственных пород: дуба, бука ореха, клена и др. Хвойные породы, как правило, обладают более однообразной текстурой.

Влажность древесины может изменяться от 0 до 100% и более. В древесине различают гигроскопическую влагу (связанную в стенках клеток), капиллярную или свободную (заполняющую полости клеток или межклеточное пространство) и полную (арифметическую сумму гигроскопической и капиллярной влаги).

Гигроскопическая влажность может достигать 30% при полном насыщении клеток водой. Изменение ее в древесине приводит к усушке, разбуханию и короблению древесины.

Капиллярная (свободная) влажность не оказывает влияния на линейные параметры древесины, но изменяет плотность, тепло- и электропроводность, прочность и другие показатели.

Полная влажность может значительно превышать 30% и достигать у свежесрубленного дерева 120%, а при выдерживании в воде — 200% и более.

Для сопоставления свойств древесины, испытываемых при различной влажности, их приводят затем к стандартной влажности, равной 12%.

При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесного состояния. Влажность воздушно-сухой древесины составляет 15— 18%. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8—12%. Именно до такой влажности необходимо сушить паркетную клепку, древесину, идущую на изготовление столярных изделий и т. п.

Усушка древесины начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги. В различных направлениях срезов ствола и в зависимости от породы усушка древесины неодинакова: линейная усушка — 0,1...0,3%, в радиальном направлении — З...6% и в тангенциальном — 7... 12%.

Разбухание древесины происходит при поглощении влаги до предела гигроскопичности. Увеличение содержания свободной влаги не вызывает разбухания. Деформации разбухания аналогичны деформациям усушки, но противоположны по знаку.

Неравномерность деформаций усушки и разбухания в разных направлениях сопровождаются возникновением внутренних напряжений и являются основной причиной растрескивания и коробления пиломатериалов и изделий (рис. 3.2).

Прочность древесины характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе и скалывании и зависит, прежде всего, от ее плотности, пористости, содержания поздней древесины, наличия пороков, влажности, направления приложения механических сил и других факторов. Ввиду анизотропности и волокнистого строения прочностные показатели древесины в разных направлениях значительно отличаются друг от друга. Так, например, прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 4...6 раз больше, чем поперек и составляет для сосны соответственно 100 и 20...25 МПа.

По степени твердости древесные породы подразделяются

• на мягкие (сосна, ель, осина, ольха, липа и др.);

твердые (береза, дуб, клен, ясень);

очень твердые (граб, саксаул, самшит).

Твердость является важной характеристикой качества древесины, применяемой для покрытия пола.