Из чего состоит древесина — познаем изначальное. Рассмотрен состав древесины и ее содержимое.
Рассмотрим подробнее, из чего состоит древесина. Древесина состоит из твердой части клеток, представляющих собой клетчатку такого состава: 49,5% углерода; 6,3% водорода; 44,2 % кислорода и азота (в том числе азота около 1%). В древесине имеются минеральные вещества, образующие после сжигания золу. Зола составляет 1-1,5% от веса древесины.
Составные части дерева и его строение
Древесина ядра отличается прочностью, плотностью и твердостью, а также большой сопротивляемостью к загниванию, чем заболонь, которая состоит из молодых клеток, отличающихся меньшей плотностью Древесины. Сокодвижение—перемещение воды с растворенными в ней питательными веществами — происходит по заболони. Толщина заболони зависит от породы дерева, его возраста и условий роста. Рост ядра с отмиранием клеток заболони превращается в Древесину ядра.У березы, бука, клена, осины и ольхи центр ствола имеет темную окраску, свидетельствующую о начальной стадии загнивания.
Эту часть ствола называют ложным ядром.Между заболонью и корой располагается тонкий слой живых клеток — камбий. В вегетационный период деление камбиальные клеток образует новые клетки древесины и коры. При этом дерево растет как в толщину, так и в длину. Кора состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего лубяного.Наружный слой защищает дерево от атмосферных влияний и механических повреждений, внутренний передает вниз по стволу органические питательные вещества, выработанные в листьях кроны.У большинства хвойных пород в поперечном разрезе ствола различны годовые слои в виде концентрических окружностей. Ежегодно при нормальном росте образуется один годовой слой. Его толщина (в направлении радиуса) у разных древесных пород различна. Ранняя древесина годового слоя сердцевины отличается от поздней древесины, находящейся ближе к коре. Это объясняется ростом ранней древесины годового слоя весной и в начале лета. В это время в почве мало влаги и клетки ранней древесины рыхлые и светлые, обеспечивающие сокодвижение.
Поздняя древесина годового слоя растет в конце лета и осенью.
У лиственных пород клетки поздней древесины (годового слоя) состоят из опорных тканей, а у хвойных пород — из толстостенных трахеид, более темных по цвету и отличающихся плотностью и прочностью.
Ширина годовых слоев зависит от возраста дерева, от породы и условий роста. У молодых деревьев годовые слои обычно более широкие, кроме ивы, имеющей только узкие годовые слои. У сосны, растущей на севере, годовые слои более узкие, чем у сосны, растущей в южных широтах. Свойства древесины характеризует ширина годовых слоев. Хвойные породы с узкими годовыми слоями отличаются большей прочностью и смолистостью.
Сосна с узкими годовыми слоями красно-бурого цвета более ценна, чем с широкими годовыми слоями. Древесина хвойных пород, на торцевом разрезе которой в радиальном направлении в 1 см насчитывается не менее трех и не более 25 годичных слоев, считается лучшей. У лиственных древесных пород наоборот, чем шире годовые слои, тем плотнее, тверже и более прочная древесина.
Это характерно для дуба, каштана, ильма, ясеня, вяза. У этих пород в весенний период независимо от климатических, почвенных и других условий образуется 2…3 ряда крупной проводящей ткани (трахеид), а затем — поздняя древесина годового слоя, состоящая из механически прочных тканей.
У березы, бука, граба, клена, липы, ольхи, осины древесина не имеет ярко выраженных годовых слоев и ширина годового слоя не влияет на качество древесины.
Сердцевинные лучи располагаются в стволе в радиальном направлении. Различают первичные и вторичные лучи. Первичные сердцевинные лучи начинаются от сердцевины и доходят до коры, вторичные начинаются недалеко от сердцевины и продолжаются до коры. По сердцевинным лучам в горизонтальном направлении перемещаются вода, питательные вещества и воздух. На поперечном разрезе ствола крупные сердцевинные лучи различимы в виде блестящих полосок, на радиальном разрезе — в виде полосок или пятен, а на тангентальном разрезе — в виде точек или полосок. Древесина хорошо раскалывается по направлению сердцевинных лучей.
Сердцевинные лучи встречаются у большинства древесных пород, но их «размер, вид и количество зависят от породы и условий роста. У деревьев, выросших на солнце, больше сердцевинных лучей, чем у тех, что росли в тени.
Анатомическое строения древесины.
Как и всякое растение, дерево состоит из клеток. Каждая молодая клетка состоит из оболочки и находящейся в ней протоплазмы. Внутри протоплазмы обычно находится одно ядро (встречаются и многоядерные клетки). В процессе роста клетки протоплазма расходуется и в ней образуются полости (вакуоли) 4, которые заполняются клеточным соком. В дальнейшем отдельные вакуоли постепенно сливаются в одну общую и оттесняют протоплазму к оболочке клетки. Кроме протоплазмы, ядра и вакуолей с клеточным соком, в клетках находятся еще так называемые пластиды – бесцветные или окрашенные образования.
Протоплазма представляет собой зернистую, прозрачную, тягучую слизь (растительный белок). Ядро имеет обычно овальную форму, в нем находятся одно или несколько блестящих ядрышек и тонкие нитеобразные белковые вещества, которые называются хроматинами.
Ядро так же, как и протоплазма, состоит из сложного белкового соединения.
Пластиды в зависимости от окраски делятся на лейкопласты — бесцветные пластиды, хромопласты — с желтым и оранжевым пигментом и хлоропласты, содержащие зеленый пигмент, который называется хлорофиллом. Хлорофилловые зерна находятся преимущественно в листьях и под влиянием солнечных лучей превращают углекислый газ воздуха в соединении с веществами клеточного сока в различные органические соединения (углеводы, белки, жиры). Растения, лишенные хлорофилла, сами не могут вырабатывать необходимые для жизни растения органические соединения и поэтому вынуждены паразитировать.
Клеточный сок, заполняющий вакуоли, представляет собой водный раствор различных веществ: углеводов, пигментов, дубильных веществ и свободных органических кислот.
Оболочка в основном состоит из целлюлозы или клетчатки (С6Ню05). В клеточной оболочке наблюдается слоистость. Материал оболочки образуется за счет распада протоплазмы, поэтому по мере роста клетки количество протоплазмы в ней уменьшается.
Более старая оболочка клетки содержит больше минеральных веществ. По мере окончания роста клетки происходит постепенное утолщение оболочки за счет нарастания последующих слоев. Иногда утолщение бывает настолько велико, что внутри клетки оболочка имеет тонкие поры. Оболочка претерпевает различные изменения в строении и составе, в результате чего происходит ее одеревенение или опробкование, или ослизнение.
При одеревенении в оболочке клетки образуется особое вещество – лигнин, который содержит значительное количество углерода;
увеличивается также ее прочность и твердость, но уменьшается упругость, способность к разбуханию и пр. Одеревенение клеток происходит преимущественно в стволе.
Опробкование сопровождается образованием в оболочке клетки вещества более бедного кислородом, чем лигнин. В результате опробкования клетка хорошо противостоит гниению и становится непроницаемой для воды и газов. Опробкованию подвергаются обычно клетки на поверхности ствола и веток растения.
Ослизнение сопровождается превращением всей оболочки или части ее в камедь, или слизь, которая растворяется в воде.
Если ослизняется часть оболочки, создаются отверстия, которыми клетки соединяются между собой, образуя сосуды.
Хотя клетки плотно прилегают друг к другу и соединены между собой межклеточным веществом, но между ними образуются межклеточные пространства, заполняющиеся выделениями клеток (например, у хвойных пород – смолой). Кроме смоляных ходов, могут быть воздухоносные межклеточные ходы. По форме клетки делятся на паренхиматические, имеющие примерно одинаковую величину в трех измерениях, прозенхиматические, вытянутые в одном направлении, и таблицеоб разные, развитые в двух направлениях.
Древесные ткани.
Клетки в молодых растущих частях дерева сходны между собой, но по мере дальнейшего роста дерева они специализируются, причем группы одинаковых клеток объединяются в ткани. Ткани в зависимости от выполняемых ими в жизни дерева функций делятся на образовательные, кроющие, механические и проводящие.
Образовательные ткани находятся в точке роста стебля растения и состоят из тонкостенных (с большим количеством протоплазмы) паренхимных клеток.
Эта ткань служит в дальнейшем для образования других тканей.
Кроющие ткани молодых стеблей и листьев покрыты эпидермисом, клетки которого по мере роста сменяются кроющей пробковой тканью.
Механические ткани служат для придания элементу растения определенной механической прочности. Эта ткань состоит из одеревеневших клеток и служит для увеличения прочности только молодых еще растущих частей дерева. Клетки этой ткани обладают сравнительно высокой механической прочностью и сильно вытянуты, а поэтому и называются волокнами.
Проводящие ткани, имеют назначение проводить влагу с растворенными в ней минеральными и органическими соединениями. Эти ткани слагаются из сосудов и сосудовидных клеток. Трахеи образуются при слиянии в один общий сосуд вертикальных клеток, причем поперечные перегородки их полностью или частично исчезают. Сосуды характерны для древесины лиственных пород. Сосудовидные клетки представляют собой длинные клетки, полости которых ие соединяются между собой. Древесина хвойных пород состоит почти исключительно из сосудовидных клеток.
Проводящие ткани заполнены водой с растворенными в ней различными веществами и воздухом.
Ткани, проводящие органические вещества по растению, состоят из ситовидных трубок и млечных сосудов. Ситовидные трубки состоят из вытянутых клеток, перегородки между которыми имеют мелкие отверстия, как у сита. Проводящие ткани собраны в древесине в особые сосудисто-волокнистые пучки, в которых вокруг сосудов расположены механические элементы.
Состав древесины
Древесные клетки состоят из стенок клеток и водянистого содержимого, так называемого клетчатого сока (протоплазмы), который у свежей древесины может составлять больше половины древесной массы.
Древесина (ее материал) образуется деревянным каркасом стенок клеток. Она состоит у всех пород деревьев из одинакового количества химических элементов, из которых образуются различные соединения. Составляющие материала дре-весины — это целлюлоза и целлюлозоподобные материалы (семицеллюлозы), лигнин и вещества, содержащиеся в древесине, такие как смола, терпентин, жир, воск, красители и неорганические микроэлементы.
• Целлюлоза — образует каркас древесины.
• Лигнин — обеспечивает прочность на сжатие (одревление).
• Вещества, содержащиеся в клетках древесины, — влияют на окраску, запах, стойкость против насекомых и грибков.
Раскалываемость древесины
Есть у древесины свойство, которого нет у других природных материалов. Это раскалываемость, или расщепляемость. При раскалывании древесина не режется, а расщепляется вдоль волокон. Поэтому расколоть бревно можно даже деревянным клином. Хорошо раскалывается прямослойная упругая древесина хвойных пород сосны, кедра и лиственницы. Среди лиственных деревьев легко раскалываются дуб, осина и липа. Дуб хорошо раскалывается только в радиальном направлении. Раскалываемость зависит от состояния древесины. Слегка увлажненная или свежесрубленная древесина раскалывается лучше, чем пересохшая. Но слишком увлажненная, мокрая древесина раскалывается с трудом, так как становится слишком вязкой. Если вам приходилось рубить дрова, то вы, вероятно, замечали, как легко и споро колется мерзлая древесина.
Раскалываемость древесины имеет практическое значение. Раскалыванием древесины получают заготовки спичек, клепки для бондарной посуды, в обозном деле — заготовки для спиц и ободов, в строительстве — кровельную щепу, гонт и штукатурную дрань. Из тонких полос расщепленной сосны крестьянские умельцы плели корзины для грибов и белья, а между делом мастерили для ребятишек из щепы забавные фигурки оленей и коньков. Если лучинку из сухого дерева согнуть в дугу, а затем отпустить, она мгновенно распрямится.
Древесина — упругий материал. Но ее упругость во многом зависит от породы дерева, строения и влажности. Тяжелая и плотная древесина с высокой твердостью всегда более упруга, чем легкая и мягкая. Выбирая ветку для удилища, вы стараетесь подбирать такую, которая была бы не только прямой, тонкой и длинной, но и упругой. Вряд ли найдется такой рыболов, который пожелает сделать удилище из ветки ломкой бузины или крушины, а не из гибкой и упругой ветки рябины или орешника. Американские индейцы предпочитали делать удилища из упругих веток кедра.
Трудно себе представить историю человечества без древнего оружия — лука.
А ведь изобретение лука было бы невозможно, если бы у дерева отсутствовала упругость. Для лука требовалась очень прочная и упругая древесина, и чаще всего его делали из ясеня и дуба. Благодаря все той же упругости древесина применяется там, где нужно смягчить отдачу. С этой целью под наковальню подкладывали массивную деревянную колоду, из дерева делали рукоятку молота. Прошло не одно столетие со времени изобретения огнестрельного оружия.
Ушли в прошлое кремневые ружья и винтовки, оружие стало совершенным, но по-прежнему деревянными остались приклад и некоторые другие части. Где найдешь такой материал, который бы так надежно гасил отдачу при выстреле? Давно замечено, что прямослойная древесина более упругая, чем свилеватая. Даже древесина одного дерева в разных частях имеет различную упругость. Например, зрелая древесина ядра, расположенная ближе к сердцевине, более упруга, чем молодая, расположенная ближе к коре.
Но если древесину намочить или распарить, то упругость ее резко понизится. Согнутая полоска древесины после высыхания сохраняет полученную форму. Чем влажнее дерево, тем выше его пластичность и ниже упругость. Пластичность противоположна упругости.
Большое значение пластичность имеет в производстве гнутой и плетеной мебели, спортивного инвентаря, в корзиноплетении, обозном и бондарном деле. Высокую пластичность после вываривания в воде или пропарки приобретают вяз, ясень, дуб, клен, черемуха, рябина, липа, ива, осина и береза. На изготовление гнутой мебели идут заготовки из клена, ясеня, вяза и дуба и плетеной — из ивы и орешника. Из березы, вяза, черемухи, клена и рябины гнут упряжные дуги.
Дуги из этих деревьев получаются очень прочными, но если нужно, чтобы они были полегче, в дело идут ива и осина. Древесина хвойных деревьев имеет низкую пластичность, поэтому ее почти не применяют для гнутых или плетеных изделий. Исключение составляет сосна, тонкая щепа которой идет на плетение кузовков и лукошек, а также корни сосны, ели, кедра и лиственницы, идущие на плетение корневушек.
Насыщенная влагой древесина разбухает, увеличиваясь в объеме. Во многих изделиях из дерева разбухание — отрицательное явление.
Например, разбухший ящик письменного стола почти невозможно задвинуть или выдвинуть. С трудом закрываются после дождя створки открытого окна. Чтобы древесина не разбухала, деревянные изделия чаще всего покрывают защитным слоем краски или лака. С разбуханием древесины мастера постоянно ведут борьбу. Но для бондарной посуды это свойство оказалось положительным. Ведь при разбухании клепок — дощечек, из которых набирают бондарную посуду, щели между ними исчезают — посуда становится водонепроницаемой. Раньше, когда зимой суда становились на ремонт, их деревянную обшивку по традиции конопатили льняной или конопляной паклей.
Прежде всего расходилось очень много ценного сырья, к тому же в сильные морозы пакля становилась хрупкой и работать с ней было очень трудно. Вот тут-то на выручку пришла так называемая древесная шерсть — очень тонкие стружки. Древесной шерсти нипочем морозы, она легко заполняет все щели обшивки.
А когда судно спустят на воду, древесная шерсть разбухает и плотно закупоривает самые мельчайшие щели в обшивке.
Породы древесины определяют по их следующим характерным признакам: текстуре, запаху, твердости, цвету. Деревья, имеющие листву, называют лиственными, а имеющие хвою — хвойными. Лиственными породами являются береза, осина, дуб, ольха, липа и др., хвойными породами — сосна, ель, кедр, пихта, лиственница и др. Лиственницей называют дерево за то, что она, как и лиственные породы, на зиму сбрасывает хвою.
Рассмотрим подробнее, из чего состоит древесина. Древесина состоит из твердой части клеток, представляющих собой клетчатку такого состава: 49,5% углерода; 6,3% водорода; 44,2 % кислорода и азота (в том числе азота около 1%). В древесине имеются минеральные вещества, образующие после сжигания золу. Зола составляет 1-1,5% от веса древесины.
Физические свойства древесины. Свойства древесины зависят от ее влажности. Различают в древесине влагу свободную, или капиллярную, заполняющую полости клеток и межклеточное пространство; гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную.
В свежесрубленной древесине имеется свободная, гигроскопическая и химически связанная вода, в сухой древесине — гигроскопическая и химически связанная.
По степени влажности различают древесину мокрую, полностью насыщенную водой; свежесрубленную, содержащую воды 35% и более; воздушно-сухую влажностью 15-20%; комнатно-сухую влажностью 8-10%; абсолютно сухую, полученную в лаборатории высушиванием до постоянного веса при температуре 100-105° С. Условная стандартная влажность древесины 15%-При равномерном высыхании вначале испаряется свободная влага, затем гигроскопическая. Состояние древесины в момент отсутствия в ней свободной влаги называется точкой насыщения волокна. Она характеризуется влагосодержанием 25-35% к весу сухой древесины.
Сухая древесина способна поглощать из воздуха влагу и отдавать ее более сухому окружающему воздуху. Колебания влажности древесины вызывают в ней изменение объемного веса, размеров и прочности.
Звукоизоляция помещения очень важна, если Вы живете в шумном районе или занимаетесь музыкой.
Как правильно сделать звукоизоляцию читайте на сайте «Построй свой дом сам».
Процессы увлажнения или обезвоживания древесины на воздухе продолжаются до достижения состояния равновесной влажности, изменяющейся в зависимости от температуры и влажности воздуха. Продвижениевлаги в древесине неодинаково в разных направлениях. В продольном направлении влага продвигается быстрее, чем в поперечном. В радиальном направлении скорость продвижения влаги большая, чем в тангенциальном.
Плотность древесинного вещества, образующего клетки древесины, равна 1,55 г/см3. Объемная масса древесных пород 450- 900 кг/м3. Некоторые древесные породы (бакаут) имеют объемную массу более 1300 кг/м3.
При высушивании древесины до точки насыщения волокон не изменяются ее линейные размеры. При дальнейшем высыхании размеры древесины уменьшаются: вдоль волокон — на 0,1-0,4, в радиальном направлении — на 3-6, а тангенциальном — на 6- 12%. В конструкциях, защищенных от увлажнения, древесину следует применять с влажностью не более 18%.
Изменение формы древесины, вызванное неравномерной усушкой, называется короблением. При неправильном высушивании в древесине возникают напряжения, вызывающие наружные и внутренние трещины.
Ценным в древесине является ее текстура. Красивой текстурой обладает дуб, бук, орех, клен и другие породы. Каждая порода дерева имеет характерную окраску. Цвет древесины иногда вызывается поражением ее дереворазрушающимл грибами. Древесные породы, содержащие танин, изменяют окраску под действием солей железа, находящихся в воде.
Теплопроводность древесины зависит от направления волокон, влажности и породы. Так, при влажности дуба 15% коэффициент теплопроводности вдоль волокон равен 0,45, поперек волокон 0,22 вт/м o град; для сосны он равен соответственно 0,44 и 0,18 вт/м*град. Теплоемкость древесины равна в среднем для дуба 2,8*103, для сосны и ели 2,7*103 дж/кг*град.
Древесина хорошо проводит звук вдоль волокон, хуже — в радиальном направлении и плохо — в тангенциальном.
Например, сосна проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030, в радиальном направлении 1450, в тангенциальном 850 м/сек.
Температурный коэффициент расширения древесины невелик и зависит от породы: для древесины вдоль волокон он равен 0,000002-0,00001, поперек волокон 0,00003-0,00006.
Кислоты и щелочи разрушают древесину при длительнОхМ воздействии. Слабощелочные растворы разрушают древесину незначительно. Кислоты начинают разрушать древесину при рН<2, т. е. она сопротивляется значительно лучше, чем бетон, который разрушается при рН = 5. Хвойные породы более стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные.
Механические свойства древесины зависят от направления волокон по отношению к действию усилий, от ее влажности,, строения, возраста и условий роста дерева, а также от наличия пороков. Предел прочности при сжатии хвойных пород поперек волокон в 10-12 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Для лиственных пород это отношение будет (1:5) -5т (1 :8).
липа, осина, ольха, каштан, платан и др.).
Строение и состав древесины — Древесина
Строение и состав древесины
Древесина представляет собой сложный композиционный материал, созданный природой. При рассмотрении структуры древесины принято различать макроструктуру, различимую невооруженным глазом, и микроструктуру, различимую с помощью оптической и электронной микроскопии.
Макроструктура древесины — строение древесины, видимое невооруженным глазом. Рассматриваются три основных разреза ствола: поперечный — торцовый и два продольных — радиальный, проходящий через ось ствола, и тангентальный, проходящий по касательной к годовым кольцам (рис.
3.1).
На поперечном разрезе древесины ствола видны концентрические годовые кольца, располагающиеся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо имеет два слоя: ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных тонкостенных клеток.
Рис. 3.1. Строение ствола дерева:
Поздняя древесина более темного цвета, состоит из мелких клеток с толстыми стенками; поэтому она менее пориста и обладает большей прочностью, чем весенняя.
В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревеневают и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных — дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается, и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола у разных пород называют ядром или спелой древесиной.
Микроструктура древесины. Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки механической ткани, имеющие веретенообразную форму и вытянутые вдоль ствола.
Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т. е. только из клеточных оболочек (рис. 3.2). Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спирали в каждом слое под разным углом к оси клетки (подобно отдельным прядям в канате). Это обеспечивает высокую прочность древесине.
Химический состав древесины. Микрофибриллы состоят из длинных, напоминающих цепи макромолекул целлюлозы (от лат. cellula — клетка). Эти цепи построены из большого числа (нескольких сотен) ячеек глюкозы (поэтому целлюлозу можно назвать полисахаридом):
Макромолекулы целлюлозы благодаря наличию сильно полярных групп —он жестко связаны друг с другом, чем объясняется отсутствие у древесины области высокоэластического состояния, возникающего при нагревании у большинства линейных полимеров (например, у полиэтилена). Эти же гидроксильные группы объясняют гигроскопичность древесины и сопутствующие ей набухание и усушку (см.
Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения и покоробленности. Ниже рассмотрены основные виды пороков.
Пороки формы ствола легко определяются на растущем дереве, поэтому стволы таких деревьев могут быть отбракованы на лесосеке. К этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола (рис. 3.3).
Сбежистость — значительное уменьшение диаметра по длине ствола. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола.
Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) части ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовой продукции.
Кривизна ствола — искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд непригодной для строительных целей.
Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нормального расположения волокон в стволе дерева: наклон волокон, свилеватость, крень, двойная сердцевина и др. (рис. 3.4).
Рис. 3.3. Пороки формы ствола:
Наклон волокон (косослой) — непараллельность волокон древесины продольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах наклона волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку.
Рис. 3.4. Пороки строения древесины:
а — наклон волокон; б — свилеватость; в — крень; г — двойная сердцевина
Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонностью к короблению при изменении влажности.
Свилеватость — крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков.
Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах.
Крень — изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нарушает однородность древесины.
Сучки — самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основание ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5…2 раза (а в тонких Досках и брусках и более).
По степени срастания сучков с древесиной ствола различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно опасны сучки разветвленные (лапчатые) (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Различные виды сучков: а — сросшийся здоровый; 6 — выпадающий; в — сшивной; г — разветвленный (лапчатый)
Здоровые сучки имеют древесину твердую и плотную без признаков гнили. Часто сучки загнивают вплоть до превращения в рыхлую порошкообразную массу — это так называемые табачные сучки.
Для изготовления несущих деревянных конструкций использует-ся древесина, имеющая только здоровые сросшиеся сучки. Количество и размещение сучков определяют сортность материала.
Трещины могут появляться как на растущем дереве, так и при высыхании срубленного дерева и пиломатериалов. Они нарушают целостность лесоматериалов, уменьшают выход высокосортной продукции, снижают прочность и даже делают их непригодными для строительных целей. Кроме того, трещины способствуют гниению древесины.
Различают следующие типы трещин: метик, морозобоина и отлуп, образующиеся на растущем дереве, и трещины усушки, образующиеся на срубленной древесине (рис, 3.6).
Метик — внутренние трещины, идущие вдоль ствола от центра к периферии; трещин может быть несколько как расположенных в одной плоскости, так и крестообразно.
Рис. 3.6. Виды трещин: а, б — метиковая простая и сложная; в, г — морозобоина открытая и закрытая; д, е — отлуп кольцевой и частичный
Морозобоина — наружная открытая продольная трещина, сужающаяся к центру. Такие трещины возникают при замерзании влаги в стволе во время сильных морозов.
Отлуп — полное или частичное отделение центральной части ствола от периферийной в результате усушки первой. Такие трещины располагаются по годовым кольцам.
Трещины усушки встречаются очень часто в древесине всех пород; они возникают в результате напряжений, вызванных неравномерной усадкой при быстрой сушке древесины на воздухе. Эти трещины направлены от периферии к центру вдоль волокон древесины.
Грибные поражения и химические окраски вызываются простейшими живыми организмами — грибами, развивающимися из спор и использующими древесину в качестве питательной среды, или микроорганизмами. Для развития грибов необходим кислород воздуха, определенная влажность и положительная температура. Различают грибы, поражающие деревья, растущие в лесу, и свежесрубленную Древесину, и грибы, развивающиеся на деревянных конструкциях.
На растущих деревьях могут развиваться деревоокрашивающие грибы. Они питаются содержимым клеток, не затрагивая их стенки. Поэтому прочность такой древесины изменяется незначительно, но на Древесине появляются цветные пятна и полосы.
Изменение окраски древесины без изменения ее механических свойств может происходить из-за биохимического окисления дубильных веществ, провоцируемого микроорганизмами.
Значительно более опасны дереворазру тающие грибы. Они питаются материалом стенок клеток — целлюлозой, разлагая ее с помощью ферментов до глюкозы.
Это возможно только при достаточной влажности древесины. Глюкоза в теле гриба используется в процессе его жизнедеятельности и, в конце концов, превращается в углекислый газ и воду:
Гниение по сути — это то же самое, что и горение, но с очень малой скоростью.
Известно большое число дереворазрушающих грибов. Среди них наиболее часто встречаются так называемые домовые грибы. При поражении такими грибами древесина делается трухлявой и легкой, а на ее поверхности появляется налет плесени в виде мягких подушечек. Домовый гриб может разрушить древесину очень быстро (в течение нескольких месяцев).
Процесс гниения прекращается при снижении влажности древесины до 18…20 % (сухая древесина не гниет), снижении температуры ниже 0 °С или исключении поступления кислорода.
Повреждения насекомыми (червоточины) представляют собой ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми (жуками-короедами, точильщиками), которые живут в ней и ею же питаются. Жуки-точильщики могут развиваться в сухой древесине и даже в мебели.
Рис. 3.7. Продольная покороб-ленность
Поверхностные червоточины не влияют на механические свойства древесины, так как при распиловке уходят в горбыль. Глубокие червоточины нарушают целостность древесины и снижают ее прочность.
Покоробленности — нарушение формы пиломатериалов при изменении ее влажности при сушке и хранении или под действием внутренних напряжений при продольной распиловке крупных элементов на более мелкие. Покоробленность бывает поперечная, продольная (простая и сложная) и винтообразная (крыловатость) (рис. 3.7).
Читать далее:
Виды материалов и опалубка из древесины
Структура и свойства древесины
Защита древесины от гниения и возгорания
Лесоматериалы и изделия из древесины
Основные древесные породы, применяемые в строительстве
Важнейшие свойства древесины
Пиломатериалы для ремонта
Древесные материалы и способы их обработки
Типы пиломатериалов
Виды пиломатериалов
Что такое дерево | Информация о древесине
ЧТО ТАКОЕ ДЕРЕВО?
Древесина является натуральным продуктом и одним из самых универсальных и красивых материалов, доступных нам, обеспечивая долгосрочное устойчивое решение для бесконечного применения.
Древесина обладает лучшими теплоизоляционными свойствами среди всех основных строительных материалов. Когда он получен из устойчиво управляемых лесов, он на самом деле может быть лучше, чем углеродно-нейтральный.
Поскольку это натуральный продукт, каждое изделие, независимо от вида, совершенно уникально. Это означает, что он может сильно различаться по внешнему виду (даже формировать одно и то же дерево/доску). Это добавляет характер, разнообразие и красоту материала, но это также следует учитывать, если вы ожидаете, что все изделия будут выглядеть одинаково.
Древесина — это твердая волокнистая структурная ткань, содержащаяся в стеблях и корнях деревьев и других древесных растений. Он использовался на протяжении тысячелетий как в качестве топлива, так и в качестве строительного материала. Это органический материал, натуральный композит из целлюлозных волокон (устойчивых к растяжению), заключенных в матрицу из лигнина, сопротивляющуюся сжатию.
Химический состав древесины варьируется от вида к виду, но составляет примерно 50 % углерода, 42 % кислорода, 6 % водорода, 1 % азота и 1 % других элементов (главным образом, кальция, калия, натрия, магния, железа и марганца) по весу.
Древесина также содержит серу, хлор, кремний, фосфор и другие элементы в небольшом количестве.
С химической точки зрения разница между лиственной и мягкой древесиной отражается в составе лигнина. Лигнин лиственной древесины в основном получают из синапилового спирта и кониферилового спирта. Лигнин хвойных пород в основном получают из кониферилового спирта.
Древесина подразделяется на твердую и хвойную. Эти термины на самом деле относятся к ботанической классификации дерева, а не к свойствам древесины, что может вызвать некоторую путаницу! Таким образом, приведенные ниже определения являются лишь основными указателями;
В чем разница между твердой и мягкой древесиной? Мы исследуем, что отличает эти типы древесины и что у них общего
Твердая древесина — Что такое лиственная древесина?
Лиственные породы получают из деревьев с плодами или семенами.
Лиственные породы, как правило, получают из медленно растущих лиственных деревьев с широкими листьями.
Древесина обычно тяжелая, жесткая и (что неудивительно) твердая. Но есть исключения из этого правила: пробковый дуб и пробковое дерево относятся к легким твердым породам; березы и ивы — быстрорастущие лиственные породы; а тропические лиственные породы не являются лиственными.
Твердые породы часто имеют дополнительные каналы для транспортировки сока, известные как сосуды или поры. Они могут быть видны невооруженным глазом или под увеличением в виде крошечных проколов при поперечном распиле древесины.
Хвойная древесина — Что такое хвойная древесина?
Мягкая древесина происходит из хвойных (шишечных деревьев). Сосны, ели, лиственницы — знакомые примеры.
Мягкая древесина обычно поступает из хвойных или хвойных деревьев, которые быстро растут и дают мягкую и легкую древесину. Исключением из правил является тис, который одновременно и медленнорастущий, и очень густой.
Как ни странно, некоторые хвойные породы тверже лиственных!
Мягкая древесина обычно не имеет видимых пор.
Лучи также могут быть узкими или практически невидимыми. Мягкую древесину иногда можно определить по наличию смолы или «скипидарному» запаху, особенно когда она только что срублена.
Ученые изучают, как формируется древесина и как этот процесс может помочь в разработке материалов будущего
Кредит: общественное достояние CC0Когда растения перебрались с моря на сушу, они столкнулись с проблемой, с которой раньше не сталкивались. Каким образом, когда вы теперь окружены воздухом, вода достигает ваших листьев?
У растений не было турбинных насосов или винтов Архимеда для подъема воды. Вместо этого они вырастили крошечные соломинки, называемые ксилемой, которые используют давление, чтобы пассивно высасывать воду из земли и транспортировать ее через корни, стволы и стебли к листьям.
Возможно, вы не слышали о ксилеме, но слышали о древесине, содержащей ксилему. Теперь достижения в технологии микроскопии и молекулярной биологии позволяют исследователям точно увидеть, как формируется ксилема или древесина, в режиме реального времени на клеточном уровне.
Профессор Стаффан Перссон, биолог клеток растений из Мельбурнского университета, говорит, что это дает возможность управлять процессом формирования древесины и, как следствие, разрабатывать новые материалы с множеством полезных свойств.
Изучаемый процесс основан на органической молекуле, называемой целлюлозой, которая состоит из цепочек сахаров. Несмотря на небольшой размер, это одно из самых распространенных органических веществ на Земле и основной строительный материал для древесины.
Стены здания
Все растительные клетки окружены тонким слоем, содержащим целлюлозу — клеточной стенкой, но ксилема должна быть очень прочной, чтобы она не разрушилась под давлением воды, проходящей через растение. Он образует дополнительный толстый слой, содержащий целлюлозу, — вторичную клеточную стенку, которой нет у большинства других растительных клеток.
Профессор Перссон говорит, что когда клетки ксилемы растут, они сначала производят тонкую первичную клеточную стенку, которая действует как корсет.
«Эта структура, похожая на корсет, управляет направлением роста клеток и, следовательно, контролирует форму растения. Как только клетки, связанные с ксилемой, перестают расти, внутри корсетообразной первичной стенки образуется вторичная клеточная стенка. Вскоре клетка умирает. и то, что осталось, — это деревянная оболочка с порами, через которые может проходить вода», — говорит профессор Перссон.
«Именно эта вторичная клеточная стенка является неотъемлемой частью того, что мы называем деревом.»
Профессор Перссон входит в группу исследователей из Мельбурнского университета, Университета Британской Колумбии, Института Макса Планка и Мичиганского государственного университета, опубликовавших исследование в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences . Они напрямую визуализировали развивающиеся клетки ксилемы, претерпевающие переход от образования первичных и вторичных стенок, что дало новое понимание процесса.
Под микроскопом
Крошечные фабрики целлюлозы в растительных клетках называются ферментными комплексами синтазы целлюлозы (CESA).
Они активны на клеточной поверхности и выдавливают целлюлозу в клеточную стенку.
Они добавили флуоресцентные метки в CESA — красные метки для заводов по производству первичной целлюлозы и зеленые метки для заводов по производству вторичной целлюлозы. Затем они наблюдали CESA с помощью высококлассного конфокального микроскопа.
Древесина, как правило, образуется глубоко в тканях растений, что затрудняет ее наблюдение в микроскоп. Соавтор исследования доктор Рене Шнайдер говорит, что они преодолели эту проблему, заставив другие растительные клетки также производить древесину.
«Мы используем систему, в которой мы можем индуцировать образование вторичной стеночной целлюлозы во всех клетках растения», — говорит доктор Шнайдер, который во время этого проекта был научным сотрудником Мельбурнского университета, а сейчас работает в Институте Макса Планка. Институт молекулярной физиологии растений.
Система использует основной регулятор или фактор транскрипции, который включает гены растения, специфичные для производства древесины.
«Используя этот транскрипционный фактор, вы можете индуцировать образование древесины в клетках любого типа.
Так что теперь мы можем создавать древесину на поверхности растения, которую гораздо легче изобразить», — говорит он.
Переход от производства первичной клеточной стенки к производству вторичной клеточной стенки — это быстрый процесс, занимающий всего пару часов. Команда наблюдала за фабриками с красной и зеленой меткой, которые образовывали различные структуры целлюлозы, и отметила, что целлюлоза вторичной стенки формировалась быстрее, чем целлюлоза первичной стенки.
Новые способы работы с древесиной
«Этого можно было ожидать, потому что между началом формирования вторичной клеточной стенки и смертью клетки проходит очень короткий период времени, и растение хочет отложить столько клеточной стенки, сколько необходимо может за это время стать сильным», — говорит профессор Перссон.
«Процесс формовки дерева должен быть быстрым!»
Качество, которое делает древесину ценной в качестве строительного материала, — ее долговечность — может стать препятствием для других потенциальных применений, но новое исследование может помочь решить эту проблему.
«Поскольку она настолько стабильна, из древесины трудно извлечь сахар», — говорит профессор Перссон.
«Мы хотим манипулировать процессом образования древесины, чтобы увидеть, можем ли мы повлиять на эту стабильность и облегчить извлечение продуктов, которые можно использовать для биотоплива и материалов.»
Несмотря на то, что древесина по-прежнему является основой строительной и бумажной промышленности, последние исследования показывают, что в будущем мы можем увидеть ряд новых материалов, вдохновленных древесиной.
Дополнительная информация: Ёитиро Ватанабэ и др. Комплексы синтазы целлюлозы демонстрируют отчетливое динамическое поведение во время трансдифференцировки ксилемы, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1802113115
Предоставлено Мельбурнский университет
Цитата :
Ученые изучают, как формируется древесина и как этот процесс может помочь в разработке материалов будущего (6 июня 2018 г.