Свойства древесины

Категория:
Промышленные материалы


Свойства древесины

Как материал древесина обладает рядом положительных свойств: высокой прочностью, особенно вдоль волокон, упругостью, небольшой объемной массой и теплопроводностью, невысокой стоимостью. Некоторые породы имеют красивый цвет и текстуру. Оценка прочностных свойств древесины в сопоставлении с другими материалами по коэффициенту конструктивного качества (ККК) показывает, что древесина как конструкционный материал превосходит по этому показателю обыкновенную сталь (0,70 против 0,51).

Обладая рядом положительных свойств, древесина имеет следующие основные недостатки: – неоднородность строения и свойств вдоль и поперек волокон, а также по торцовому сечению ствола (анизотропность), что обусловливает нестабильность показателей прочности и теплопроводности древесины разных частей ствола; способность поглощать и отдавать влагу при изменениях влажности и температуры окружающего воздуха (гигроскопичность). Следствием гигроскопичности являются набухание и усушка. В сочетании с анизотропностью это вызывает появление внутренних напряжений, образование трещин и коробление; – способность древесины изменять свои свойства под действием грибков и бактерий (загниваемость), что приводит вначале к изменению цвета, а затем к разрушению; сгораемость древесины, в результате чего деревянные конструкции являются огнеопасными и применение их ограничивается.

Физические свойства древесины. Древесина каждой породы имеет характерный цвет. Сосна, лиственница, дуб отличаются ярко выраженной окраской ядровон части; ель, оереза, липа не имеют такой окраски.

Цвет древесины может меняться. Так, например, только что спиленная ольха в результате окисления и действия света из светло-розовой становится желтовато-красной. Древесина дуба, каштана под действием раствора солей железа темнеет.

Блеск древесины зависит от количества, величины и расположения сердцевинных лучей. Больший блеск имеет древесина на радиальном разрезе, на котором сердцевинные лучи хорошо заметны, полностью открываются и занимают значительную площадь. Повышенным блеском отличается древесина дуба, бука, клена, платана и др. Блеск изделиям из древесины может быть придан отделкой лакокрасочными материалами и полировкой.

Текстура — это рисунок древесины на поверхности разреза. Текстура древесины зависит от ее строения, вида разреза и угла перерезания волокон. Древесина хвойных пброд обладает, как правило, однообразной текстурой, лиственных пород — более сложной, что высоко ценится при столярно-отделочных работах.

Цвет, блеск и текстура древесины являются признаками ее декоративности.

Запах является специфическим признаком древесины, зависит от вида и количества содержащихся в ней смол, эфирных масел и дубильных веществ. Свежесрубленная древесина имеет сравнительно сильный специфический запах, который ослабевает и изменяется по мере высыхания и при загнивании древесины.

Влажность характеризуется содержанием в древесине воды (%). Это один из наиболее существенных факторов, влияющих на прочность, объемную массу и другие свойства древесины. В срубленной древесине вода отрицательно влияет на механические, теплозащитные и другие свойства и способствует гниению.

Условно нормальной принимается влажность 15%, к ней приводят все показатели физических и механических свойств при испытаниях древесины.

Влажность свежесрубленной древесины 35% и выше, мокрой (сплавной) древесины — более 35%, воздушно-сухой древесины 15—20%, комнатно-сухой древесины 8—13%.

При содержании в древесине гигроскопической влаги в пределах 25 30% влажность соответствует предельной Wrm-p, или точке насыщения волокон, которая колеблется в зависимости от породы в пределах 25—35%.

Гигроскопичностью древесины называется свойство поглощать из воздуха пары воды, а также способность влажной древесины отдавать влагу в окружающую среду. Гигроскопичностью объясняются постоянные колебания влажности древесины, изменения массы, размеров и формы лесных материалов.

Поглощение древесиной влаги из воздуха зависит от температуры и относительной влажности воздуха. Между содержанием влаги в древесине и относительной влажностью воздуха существует зависимость. Зная, в каких условиях будет находиться древесина, можно определить ее равновесную влажность, пользуясь специальной диаграммой (рис. 1).

Одна из простейших мер защиты древесины от влияния меняющейся влажности воздуха — нанесение на ее поверхность красок и лаков.

Усушка и разбухание. По мере уменьшения влажности до точки насыщения (25—30%-ной влажности) древесина не меняет своих размеров. При дальнейшем снижении влажности древесина дает усушку С уменьшением линейных размеров и объема.

Рис. 1. Диаграмма зависимости влажности древесины от температуры и влажности воздуха

При увлажнении сухой древесины до точки насыщения волокон линейные размеры и объем увеличиваются — имеет место разбухание. Изменение линейных размеров и объема при разбухании или усушке пропорционально изменению содержания гигроскопической влаги, однако в связи с неоднородностью структуры и анизотропностью неодинаково в разных направлениях (по длине волокон около 0,1%, в радиальном направлении 3—6%, в тангенциальном 6—12%). Этим объясняется образование щелей в местах соединения элементов деревянных конструкций, продольное и поперечное коробление отдельных элементов, образование трещин и др. Растрескиванию наиболее подвержены лиственные породы. Свеже-срубленная древесина без коры более подвержена растрескиванию, чем с корой, однако хранить бревна в коре не следует, так как они загнивают. Следует снимать не всю кору, а часть ее — кольцами, затесами через определенные промежутки.

Плотность и объемная масса древесины. Плотность древесины зависит от вещества, из которого состоят стенки клеток, и в среднем равна 1,54 г/см3. Объемная масса древесины зависит от количества пор, заполненных воздухом, и влажности. Для большинства древесных пород она менее 1 г/см3.

По объемной массе породы древесины делятся на следующие группы.

Прочность древесины характеризуется способностью сопротивляться внешним механическим воздействиям. Она неодинакова в различных направлениях вследствие волокнистого строения древесины. Прочностные свойства древесины устанавливают, испытывая чистые, не имеющие пороков образцы стандартных размеров, приводя полученные результаты к 15% влажности.

Показателями прочности являются: прочность на сжатие вдоль и поперек волокон; на растяжение вдоль и поперек волокон; при изгибе; при скалывании.

Прочность при сжатии поперек волокон составляет 1/5—’/io от предела прочности вдоль волокон. Значительное различие в прочности объясняется тем, что при действии нагрузки поперек волокон происходит поперечное смятие волокон древесины без заметного разрушения их стенок (подобно смятию пучка соломы).

При дальнейшем увеличении нагрузки, особенно действующей поперек волокон, древесина подвергается сильному уплотнению со значительным уменьшением высоты образца без заметных следов разрушения, резко повышается плотность образца. Это свойство используется при изготовлении вкладышей подшипников и других подобных деталей, которые получают методом прессования с одновременной пропиткой синтетическими смолами.

Древесина обладает высокой прочностью при растяжении вдоль волокон (71 —165 МПа) и очень малой поперек волокон (у хвойных пород всего 2—5% от прочности на растяжение вдоль волокон). Это объясняется очень слабой связью между древесными волокнами в поперечном направлении. Прочнасть вдоль волокон зависит от строения древесины — длины волокон, угла наклона волокон по отношению к направлению действующего усилия и т. п. На прочность древесины существенное влияние оказывают пороки древесины и другие факторы. Поэтому допускаемое напряжение при растяжении вдоль волокон по нормам составляет всего 50— 60 МПа. Влажность древесины не оказывает заметного влияния на прочность при растяжении.

Прочность при скалывании вдоль волокон невелика и составляет всего 20% от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород прочность при скалывании в 1,5 раза выше, чем у хвойных. Прочность при скалывании поперек волокон в 2 раза ниже прочности при скалывании вдоль волокон.

Весьма важным свойством, имеющим значение при изготовлении колотых сортиментов* — клепок, ободьев, спиц, является с о-противление раскалыванию.

Твердость имеет большое значение при обработке древесины режущим инструментом, а также при эксплуатации деревянных конструкций. Кроме того, в процессе эксплуатации изделие из древесины может подвергаться истирающим и ударным воздействиям, при которых срок ее службы в значительной степени зависит от твердости.

Поэтому древесину подвергают испытаниям на статическую торцовую и боковую (путем вдавливания пуансона в образец с замером нагрузки), а также ударную твердость. Определение ударной твердости проводят по отдельным методикам, зависящим от принятой технологии и специфики производства.

По величине торцовой твердости породы древесины делятся на очень твердые — твердостью более 75 МПа (самшит, белая акация, граб, груша, кизил и др.), твердые — 35—75 МПа (лиственница, береза, рябина, бук, вяз, дуб, ясень, орех, клен и др.) и мягкие — менее 35 МПа (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина и др.).

Биологические свойства древесины. Древесина и материалы из нее не являются биостойкими. Биостойкость древесины определяется стойкостью против грибков и насекомых, зависит от содержания смолистых и дубильных веществ, возраста дерева и его объемной массы. Породы древесины по биостойкости подразделяются на три группы: наиболее стойкие (тисс, каштан, дуб, карагач, лиственница), среднестойкие (сосна, кедр) и малостойкие (береза, бук, осина, клен и др.).

Для предохранения древесины от преждевременного разрушения грибками и насекомыми создают и поддерживают определенные температуру и влажность, при которых грибки практически не развиваются. Биостойкость древесины повышают также обработкой ее антисептиками — веществами, подавляющими развитие грибков и насекомых.

Антисептики и обработка ими древесины. На ремонт и восстановление изделий, конструкций и сооружений из древесины, пострадавших от гниения, повреждения грибками, насекомыми и других подобных причин, расходуется около 20% потребляемой древесины.

Одним из важнейших профилактических мероприятий является антисептирование древесины — обработка антисептическими средствами (антисептиками) с целью повышения ее биостойкости.

Антисептики — химические вещества, обладающие противо-микробным действием.

Они разделяются на: – водорастворимые (фтористый натрии NaF, кремнефтористыи натрий Na2SiF6, динитрофенолят натрия C6H32ONa, парофаз-ная фенольная смола), применяемые в виде водных растворов различной концентрации; – нерастворимые в воде, маслянистые (антраценовое и сланцевое масла, древесный деготь, каменноугольные смолы, торфяной креозот, антисептические битумные,, силикатные), применяемые в смеси с органическими растворителями.

К антисептикам предъявляются следующие требования: возможно большая токсичность (ядовитость) по отношению к дере-воразрушающим грибкам; длительное сохранение токсических свойств; отсутствие вредного влияния на прочность древесины и металл креплений; способность как можно глубже проникать в толщу древесины; безвредность для людей и животных, отсутствие неприятного запаха.

Антисептирование производится поверхностной обработкой — горяче-холодной пропиткой, обжигом с последующей пропиткой в ваннах, пропиткой под давлением и разрежением, диффузионной пропиткой порошкообразными антисептиками и пастами.

Наиболее глубокая пропитка достигается под давлением и разрежением и в высокотемпературных ваннах. Лучше пропитывается древесина лиственных пород, в древесине хвойных пород большая часть ядра не пропитывается, крайне незначительно пропитывается ель.

Для снижения горючести древесины применяют пропитку антипиринами — аммофосом, сернокислым аммонием и диаммоний-фосфатом, окраску силикатными красками и нанесение огнезащитных. обмазок.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум