Лекция № 4 «физические свойства древесины»

                                                    

План

1 Внешний вид древесины

2 Влажность древесины

3. Плотность древесины

4. Усушка и разбухание древесины

5. Растрескивание и коробление древесины

6. Показатели макроструктуры древесины

7. Проницаемость древесины

8. Тепловые свойства древесины

9. Электрические свойства древесины

10.Звуковые свойства древесины

 

Свойства древесины, проявляющиеся при взаимодействии с внешней средой, но не приводящие к изменению химического состава и нарушению целостности, относятся к физическим.

  Изучение физических свойств древесины имеет важное значение, так как применение древесины в промышленности и строительстве в ряде случаев определяется соответствующими показателями этих свойств.

Основными физическими свойствами древесины, которые часто используются в практике являются: влажность, плотность, усушка, число годичных слоев в 1 см., процентное содержание поздней древесины в годичном слое, проницаемость древесины газами и жидкостями.

 

                   1 Внешний вид древесины

  Цвет – представляет собой отраженный от поверхности цветовой поток. Древесина, произрастающая в северных широтах, характеризуется светлыми и бледными цветам, которая в основном мало ценится при изготовлении изделий из древесины.

Более яркой окраской обладает древесина южных и тропических широт. Цвет древесины изменяется со временем, происходит потемнение из-за окисления веществ, образующих клеточные стенки древесины. Окисление связано с воздействием  О₂ и ультрафиолетового излучения. Для придания желаемого оттенка древесину подвергают покрытию защитно-декоративными составами: красители, протравы, морилки. Древесину подвергают гидротермической обработке: воздействию температуры и влажного воздуха.

Блеск -- способность направлено отражать световые лучи. Древесина характеризуется рассеянным и матовым блеском. Это связано с тем, что поверхность древесины образована перерезанными клетками.

Чем больше размер клетки, тем меньше блеск.

Хвойные и рассеянососудистые породы в отличии от кольцесосудистых характеризуются повышенным блеском.

Для увеличения блеска производят шлифование и полирование поверхности, покрывают поверхность лаками, которые образуют светоотражательную пленку.

Текстура – видимый рисунок на поверхности древесины, образующийся за счет контрастности ранней и поздней зоне годичного слоя и наличия или отсутствия сердцевинных лучей или сосудов у лиственных пород.

Наиболее декоративным является тангентальный разрез. Породы с большими сердцевинными лучами более красивую текстуру имеют на радиальном разрезе.

 Равнослойность - показатель, характеризующий ширину годичных слоев на разных участках древесины. Чем меньше разница в ширине, тем выше равнослойность этой древесины. Этот показатель определяют при отборе резонансной древесины и авиационной древесины.

  Равноплотность – показатель, характеризующий различие плотности на разных участках древесины. Наиболее высокие значения равноплотности характерны для лиственных рассеянососудистых пород.

Влажность древесины

 

Влажность – показатель содержания воды в древесине. В древесине может содержаться три вида влаги: химически связанная, связанная (гигроскопическая), свободная (капиллярная).

  Свободная влага (вода) содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах (при влажности более 30 %). Она не оказывает влияния на прочность и изменение размеров древесины. Связанная влага (в диапазоне 0 – 30 %) заполняет субмикрокапилляры (пространства между микрофибриллами) в клеточных стенках. Максимальное содержание связанной влаги в клеточных стенках называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения. Влажность древесины, соответствующая пределу гигроскопичности, мало зависит от породы и в среднем принимается при температуре 20⁰С, равной 30 %. При отклонении от температуры 20⁰С величина влажности, соответствующая пределу гигроскопичности, изменяется. Например, в мерзлой древесине (t = -20⁰ C) или нагретой до температуры 100⁰С предел гигроскопичности соответствует W = 20 %. Изменение содержания связанной влаги ведет к изменению практически всех свойств древесины. Прочность, усушка, разбухание не зависит от содержания свободной влаги в древесине.

  Химически связанная влага входит в состав лигноцеллюлозного комплекса и выделяется только при химической переработке древесины.

В зависимости от степени влажности различают древесину: мокрую, длительное время пробывшую в воде (W>100%);свежесрубленную (W=50-100%); воздушно-сухую (W=12-22%), комнатно-сухую (W=8-12%), и абсолютно сухую (W=0).

Равновесной влажностью называется такая влажность, к которой стремится древесина, находясь в воздухе определенного состояния. Каждому сочетанию температуры и влажности воздуха соответствует своя равновесная влажность древесины. Это необходимо учитывать на практике при использовании древесины в изделиях и конструкциях.

При длительной выдержке древесины в воде, когда вода заполняет практически все пустоты в древесине, она будет иметь максимальную влажность, соответствующую для каждой породы. Значения максимальной влажности некоторых пород древесины в таблице 1.

 

 Таблица 1 – Максимальная влажность древесных пород

Порода	Влажность, %	Порода	Влажность, %
Лиственница	123	Граб	96
Сосна	178	Дуб	119
Ель	203	Береза	131
Кедр	208	Осина	180
Пихта	250	Тополь	198

                                                                                             

    Влажность древесины измеряют прямыми и косвенными методами. Прямые методы основаны на удалении воды из древесины в частности путём высушивания древесины в сушильных шкафах. Этот метод длителен: (6-10 часов), но дает высокую точность до 0,1%.

 

W= 100 (m – m₀)/ m₀ ,                                               (1)

 

где m – масса образца до высушивания, г;

m₀ – масса образца после высушивания, г.

        

Косвенные методы основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от влажности. Наибольшее распространение получили электровлагомеры, реагирующие на изменение электропроводности древесины. Их недостатками является небольшой диапазон точных измерений (7-30% влажности) и локальность измерений в местах введения игольчатых контактов.

 

Плотность древесины

Одной из основных характеристик древесины является плотность. Она характеризуется массой единицы объёма. Плотность обозначается буквой р, размерность кг/м³ или г/см³. Поскольку химический состав органических веществ, образующих клеточные стенки древесины разных пород, практически одинаков, поэтому плотность древесинного вещества (или плотность клеточных стенок) у всех пород равняется 1530 кг/м³. Вследствие пористого строения плотность древесины меньше плотности древесинного вещества. По плотности древесины при 12% влажности породы делят на три группы: малой плотности (до 540 кг/м³); средней (550-740 кг/м³) и высокой (750 кг/м³ и более). Средние значения плотности древесины наиболее распространённых пород приведены в таблице 2.

 

Таблица 2- Средние значения плотности древесины

Порода	Плотность, кг/ м		Базисная плотность кг/м	Порода	Плотность, кг/м		Базисная плотность кг/м
	P12	P0	Pбаз		P12	P0	Pбаз
Лиственница	660	630	520	Ясень	680	645	550
Сосна	500	470	400	Бук	670	640	530
Ель	445	420	360	Вяз	650	615	520
Кедр	435	410	350	Береза	630	600	500
Пихта сибирс.	375	350	300	Орех грецкий	590	560	470
Граб	800	760	630	Ольха	520	490	420
Акация	800	760	630	Осина	495	470	400
Груша	710	670	570	Липа	495	470	400
Дуб	690	650	550	Тополь	455	430	360
Клен	690	650	550	Ива	455	430	360

 Среди иноземных пород встречаются древесные породы, плотность древесины которых около- 100 кг/м³, например, Бальза и с очень высокой плотностью до 1300 кг/м³ Бакаут. Между плотностью и влажностью существует прямая связь, величина которой для разных пород различна.

С увеличением влажности древесины от 0 до 30% (связанная влага) плотность повышается незначительно, так как одновременно увеличивается масса и объём (происходит разбухание) или даже может несколько понижаться, если плотность древесины больше 1000кг/м³. При повышении влажности выше 30% плотность увеличивается более значительно.

  На плотность древесины хвойных и кольцесосудистых пород оказывается влияние содержания поздней древесины в годичном слое. Так как плотность поздней древесины в 2,5 раза больше чем ранней, следовательно, чем её больше, тем плотность древесины выше.

  Плотность древесины может оцениваться несколькими показателями: плотностью древесины в абсолютно сухом состоянии (p₀), во влажном (p_w), при стандартной (нормированной) влажности (p₁₂) и базисной плотностью (p_баз).