МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ | Глава 1 Свойства древесины | Читать онлайн, без регистрации
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Механические качества древесины определяют ее способность противостоять воздействию внешних нагрузок, которые подразделяются на:
1) статические, возрастающие постепенно, плавно;
2) динамические (ударные), воздействующие резко, мгновенно и максимально;
3) вибрационные, сопровождающиеся изменением величины и направления;
4) долговременные, характеризующиеся продолжительностью.
Под влиянием нагрузок в материале нарушаются связи между его отдельными элементами, искажается форма, но при этом в нем возникает внутреннее сопротивление. Если в результате изменяются форма и размер древесины, говорят о ее деформации, которая может быть упругой (исчезает после прекращения воздействия) и остаточной (сохраняется после исчезновения нагрузки).
К механическим свойствам древесины относятся:
1) прочность;
2) твердость;
3) деформативность;
4) ударная вязкость.
Способность древесины противостоять нагрузкам и сопротивляться разрушению называется прочностью. Она зависит от породы дерева, влажности, плотности, наличия или отсутствия пороков, а также от направления и продолжительности воздействия нагрузки.
Воздействие сил направлено на:
1) растяжение. Средняя величина предела прочности на растяжение вдоль волокон независимо от породы составляет 1300 кгс/см2, а поперек волокон – 65 кгс/см2;
2) сжатие. Оно может быть направлено как вдоль, так и поперек волокон. В первом случае прочность равна 500 кгс/см2, а во втором она ниже примерно в 8 раз. Древесина тестируется на сжатие в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород прочность при радиальном сжатии в 1,5 раза выше, чем при тангенциальном, а у хвойных пород – наоборот;
3) изгиб. Поверхностные слои при таком воздействии подвержены напряжению сжатия, а внутренние – напряжению растяжения вдоль волокон. Между ними имеется нейтральная плоскость, не испытывающая никаких напряжений. Предел прочности определяется породой древесины и ее влажностью. Средние показатели (независимо от породы) составляют 1000 кгс/см2;
4) скалывание. В данном случае под воздействием внешних нагрузок возникают сдвиги одних частей относительно других, при этом выделяют:
а) скалывание вдоль волокон, при котором предел прочности составляет 20 % от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами в тангенциальном направлении оно на 10–30 % выше, чем в радиальном;
б) скалывание поперек волокон, при котором предел прочности в 2 раза меньше, чем при скалывании вдоль направления роста волокон;
в) перерезание поперек волокон, при котором прочность древесины в 4 раза превосходит прочность при скалывании вдоль волокон.
Па практике установлено, что твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности, причем неодинаково у лиственных и хвойных пород.
Способность древесины противостоять проникновению внутрь твердых тел называется твердостью. Этот параметр неодинаков у разных пород и определяется в различных направлениях. У лиственных пород твердость торцовой плоскости выше радиальной и тангенциальной на 30 %, а у хвойных – на 40 %. Величина твердости древесины во многом определяется влажностью материала. Отклонение последней на 1 % приводит к изменению твердости торцовой поверхности на 3 %, а тангенциальной и радиальной – на 2 %.
На основании торцовой твердости все породы подразделяются на несколько групп (табл. 4).
Признак твердости древесины важен при выборе способа ее обработки режущими инструментами.
Свойство древесины изменять размеры и форму называется деформативностью. Если воздействие не отличается продолжительностью, то данный материал проявляет себя как упругое тело. На основании сопротивления деформации говорят о жесткости древесины.
Таблица 4
Классификация пород по признаку торцовой твердости при 12 %-ной влажности
Способность поглощать работу при ударе без разрушения называется ударной вязкостью. Для разрушения хрупкой древесины затрачивается меньшая величина работы в отличие от вязкой, для излома которой требуется большая работа. У лиственных пород данный параметр примерно в 2 раза больше, чем у хвойных.
В плане строительных работ и изготовления мебели большое значение имеют и технологические свойства древесины, к которым относятся:
1) способность удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно к поверхности одна часть ее волокон перерезается, другая изгибается, раздвинувшиеся волокна воздействуют на боковую поверхность гвоздя, и это давление приводит к возникновению трения, которое и удерживает гвоздь в материале. То, насколько легко можно выдернуть гвоздь, зависит от породы древесины, ее плотности (чем выше плотность, тем выше сопротивление выдергиванию, например, чтобы вбить гвоздь в граб (плотность – 800 кг/см3) и выдернуть его из него, нужно затратить усилие, в 4 раза большее, чем для тех же действий, если материалом служит сосна (плотность – 500 кг/см3)) и направления относительно волокон (усилие, необходимое для забивания и выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10–50 % меньше, чем если бы он был вбит поперек волокон). Чтобы выдернуть шуруп, требуется затратить в 2 раза большее усилие, чем для извлечения гвоздя. Во влажную древесину вбивать гвозди легко, но по мере высыхания материала его способность удерживать крепеж ухудшается;
2) способность к сгибанию. Наиболее гибкими из лиственных пород являются кольцесосудистые дуб, ясень и рассеянно-сосудистая береза. Влажная древесина гнется легче, чем сухая;
3) износостойкость. Это способность древесины сопротивляться истиранию в процессе эксплуатации. Чем выше ее плотность и твердость, тем меньше она подвержена износу;
4) сопротивление раскалыванию, которое представляет собой разделение древесины на части вдоль волокон под воздействием вбитого клина. Это свойство материала следует обязательно учитывать при выборе крепежа.
velib.com
Влияние микроскопического строения древесины на ее физико-механические свойства
Влияние микроскопического строения древесины на физико-механические свойства очень велико. Особенно велико значение фибриллярного строения клеточной оболочки, определяющего ее физико-механические свойства. Усушка и разбухание, с одной стороны, влияние влажности на прочность древесины, с другой — объясняются тем, что связанная влага, внедряясь между фибриллами, раздвигает их, вызывая разбухание (или усушку при высыхании древесины). Увеличение межфибриллярных промежутков уменьшает количество твердой древесной массы в единице объема, в то же время уменьшаются и силы сцепления между фибриллами. Все это вызывает снижение механических свойств при увеличении связанной влаги или их повышение при удалении связанной влаги в случае высыхания древесины. Ориентация фибрилл, т. е. расположение их в определенном порядке и направлении в клеточной оболочке, оказывает сильное влияние на ее механические свойства, которые повышаются с увеличением степени ориентации. Степень наклона фибрилл к оси древесных волокон обусловливает величину усушки вдоль волокон, прочность при сжатии и растяжении; это особенно ясно обнаруживается в креневой древесине (см. ниже).
Ориентировка длинных осей фибрилл по длине волокон и волокнистое строение древесины обусловливают ее анизотропность, т. е. резкие различия в свойствах по разным направлениям (вдоль и поперек волокон). На прочность древесины несомненное влияние оказывают размеры отдельных анатомических элементов, в первую очередь — механических; чем этих элементов больше и чем толще их стенки, тем выше прочность древесины. В табл. 52 приведены данные для древесины сосны и лиственницы, иллюстрирующие сказанное. Как видно, увеличение толщины стенок поздних трахеид на 38% для сосны и на 20% для лиственницы сопровождается увеличением плотности соответственно на 18 и 20% и прочности при сжатии на 83 и 70%. Различия свойств древесины разных пород прежде всего зависят от особенностей строения древесины; здесь особенно характерны различия в строении между хвойными и лиственными породами.
Так, большая правильность строения древесины хвойных (прямоволокнистость) обусловливает более высокую прочность и упругость по сравнению с древесиной лиственных пород при одной и той же плотности. В то же время благодаря некоторой извилистости волокон древесина лиственных пород обладает большей ударной вязкостью и повышенной прочностью при скалывании вдоль волокон. Из практики известно, что лучше гнется древесина кольцесосудистых лиственных пород. Это явление стоит в несомненной связи с наличием в ранней зоне кольца крупных сосудов, которое позволяет древесине уплотняться при загибе без разрушения.
Влияние макроскопического строения больше всего сказывается на содержании поздней древесины. Так как эта древесина состоит главным образом из механических элементов, вследствие чего ее физико-механические свойства в 2—3 раза выше, чем ранней древесины (см. табл. 4), естественно, что, чем более развита поздняя зона годичных слоев, тем выше должны быть и физико- механические свойства древесины в целом. Действительно, все исследования в этой области показали, что с повышением процента поздней древесины качество древесины в целом улучшается, причем эта зависимость выражается уравнением прямой линии. Так, для древесины сосны и древесины дуба зависимость между плотностью p
Таблица 52. Зависимость прочности древесины от размеров анатомических элементов.
Порода | Толщина тангенциальных стенок трахеид 10-3,мм | Длина трахеид, мм | Поздняя древесина, % | Плотность, г/см3 | Предел прочности при сжатии, кГ/см2 | |
ранних | поздних | |||||
Сосна | 2,1 | 5,7 | 3,23 | 25,0 | 0,463 | 443 |
2,0 | 4,2 | 3,17 | 25,4 | 0,393 | 242 | |
Лиственница | — | 8,5 | — | 24,4 | 0,656 | 636 |
— | 7,1 | — | 22,2 | 0,462 | 376 | |
Средняя ширина годичных слоев (или число их в 1 см) также оказывает влияние на физико-механические свойства древесины. Для каждой породы существует свой минимум и максимум годичных слоев в 1 см, ниже и выше которого физико-механические свойства снижаются.
Другими словами, для каждой породы существует оптимальная, изменяющаяся в определенных пределах ширина годичных слоев, при которой качество древесины получается, наиболее высоким. Так, для высококачественной древесины сосны и пихты кавказской требуется, чтобы число годичных слоев в 1 см было не меньше 3 и не больше 25, для древесины ели (обыкновенной и аянской) — не меньше 3 и не больше 20, а для древесины лиственницы сибирской — не меньше 3 и не больше 30.
В древесине кольцесосудистых лиственных пород (дуба, ясеня) ширина годичных слоев увеличивается за счет большего развития поздней древесины: отсюда ясно, что физико-механические свойства древесины этих пород должны возрастать с увеличением средней ширины годичных слоев. Действительно, зависимость между плотностью p15 и числом п годичных слоев в 1 см у древесины дуба выразилась уравнением прямой линии:
На основании этого для высококачественной древесины дуба требуется, чтобы число годичных слоев в 1 см было не больше 12, ясеня обыкновенного — не больше 9, ясеня маньчжурского — не больше 10. Для древесины рассеяннососудистых пород соответствующей зависимости пока не установлено. Имеющиеся экспериментальные данные намечают лишь тенденцию к снижению физико-механических свойств у древесины березы и к их повышению у древесины бука с увеличением средней ширины годичного слоя. Так, для высококачественной древесины бука требуется, чтобы число годичных слоев в 1 см было не больше 15.
www.drevesinas.ru
Древесина: свойства древесины различных пород
Одним из важнейших природных материалов, широко использующихся человеком в различных отраслях хозяйственной деятельности является древесина. Свойства древесины той или иной породы определяют возможность ее применения в конкретном производстве. От правильного выбора материала зависит конечный вид изделия, его качество и долговечность.
Древесина: свойства древесины лиственных пород
Древесина лиственных пород характеризуется выразительной структурой и практически полным отсутствием запаха. Чувствуется он в основном непосредственно после спила, а также при обработке. Чаще всего древесина применяется как отделочно-декоративный материал. Различают кольцесосудистые (дуб, ясень, вяз и проч.) и рассеяннососудистые лиственные породы (береза, бук, орех, осина, липа и др.). Они имеют разный характер расположения сосудов в годовом слое. Рассмотрим подробнее свойства и строение древесины некоторых лиственных пород.
Дуб
Древесина дуба отличается выразительной структурой и красивой окраской. Порода ядровая. Имеет хорошо просматриваемые годовые слои, узкую заболонь, значительно отличающуюся по цвету от ядра, которое может быть светло-коричневым или темно-бурым.
Дубовая древесина характеризуется высокой прочностью и способностью гнуться. Благодаря наличию дубильных веществ (в больших количествах) обладает наибольшей устойчивостью к гниению по сравнению со всеми лиственными породами.
Свойства древесины дуба способствуют нетрудной обработке материала, хорошей окрашиваемости и полировке. Довольно широко применяется для резьбы, отделки помещений и изготовления мебели. Благодаря крупным сосудам материал характеризуется хорошей сгибаемостью без разрушения волокон. Механические свойства древесины позволяют использовать дуб для производства гнутой мебели.
Ценным материалом для отделки является мореный дуб, который в результате длительного пребывания в воде приобретает очень высокую прочность и в большинстве случаев практически черную окраску.
Бук
Порода безъядровая. Древесина имеет красивую текстуру, белую с желтовато-красным оттенком окраску. Годичные слои хорошо просматриваются. Древесина бука сходна по некоторым физико-механическим свойствам с дубовой. Она прочная, плотная, твердая, достаточно легко гнется, режется, обрабатывается лаками и красками. Однако при высыхании склонна коробиться, а также неустойчива к гниению, из-за чего практически не применяется для изготовления мебели.
Более востребована буковая древесина при изготовлении музыкальных инструментов, при проведении некоторых отделочных работ, в резьбе и проч.
Ясень
Имеет темно-бурое ядро и светло-желтую широкую заболонь с красивым рисунком волокон. Древесина характеризуется высокими показателями прочности и вязкости. Имеет неплохую способность к изгибу при распаривании, мало склонна к растрескиванию, практически не коробится при сушке. Устойчива к гниению.
По ценности древесина ясеня приравнивается к красному дереву. Используется для отделки мебели и музыкальных инструментов. Из ясеневых наростов (капов) делают ценные поделки.
Береза
Наиболее широко в промышленности используется береза бородавчатая. Порода безъядровая, имеет белую древесину с желтоватым или красноватым оттенком. Характеризуется хорошей прочностью и вязкостью. Твердость и плотность – средние.
С материалом удобно работать. Хорошо режется, сверлится, а также легко полируется, склеивается и окрашивается. Однако, несмотря на все положительные свойства древесины березы, имеются и некоторые ее недостатки. Она практически неустойчива к гниению, сильно усыхает, коробится. Но это не влияет на востребованность этого материала для отделочных работ, поскольку свойства древесины березы позволяют выполнять имитации различных ценных пород. Также материал применяют для производства ряда другой продукции (столярных изделий, шпона клееной фанеры, колодок, лыж и проч.).
Очень необычной текстурой отличается древесина березы карельской. Изломанные сердцевидные лучи, волнистые годичные слои и спящие почки в виде темных полосок в сочетании дают красивую крапчатую поверхность. Материал используется для изготовления художественных изделий, фанерования мебели.
Вяз
Имеет темно-бурое ядро и желтовато-белую заболонь. Материал прочный, твердый, плотный, вязкий. В процессе сушки не трескается и не коробится. Однако из-за слишком плотной структуры, пронизанной мелкими порами, значительно усложняется процесс обработки (в частности полирования) этого материала.
Применяется в столярных работах. При распаривании хорошо поддается изгибу, благодаря чему используется для изготовления изогнутых деталей. Для токарных поделок особенно ценны наплывы (капы) на вязе.
Грецкий орех
Древесина обладает богатой тональной гаммой, а также многообразием текстуры. Окраска варьирует от светлой коричневато-серой до почти черной. В свежесрубленном виде древесина светлая, со временем постепенно темнеет. Характеризуется прочностью, умеренной твердостью, высокой устойчивостью к гниению. Держит форму, не коробится, легка в обработке. Хорошо полируется, режется, склеивается и пропитывается.
Применяется в основном при отделке помещений, мебели, охотничьих ружей, для изготовления резных изделий.
Осина
В процессе хранения в срубленном виде осиновая древесина приобретает белую окраску с чуть заметным зеленоватым оттенком. Сердцевидные лучи и годовые слои практически не видны. Отличительной особенностью осиновой древесины является практически полное отсутствие сучков. Имеет высокую устойчивость к воздействию влаги, не коробится, практически не растрескивается. С осиной легко работать. Она мягкая, податливая, хорошо режется, колется, легко полируется, надежно склеивается. Недостатком осины является быстрое усыхание.
Свойства и строение древесины определяют ее применение для производства фанеры, изготовления спичек, посуды, игрушек и других мелких предметов.
Ольха
Природный цвет древесины ольхи варьирует от белого до бледно-коричневого. После сруба в результате взаимодействия с воздухом за короткое время меняется до красно-бурого.
Древесина не отличается особой прочностью, при сушке может коробиться, однако она имеет ряд положительных технологических свойств, так как характеризуется легкостью, умеренной гигроскопичностью и мягкостью. Без проблем поддается резке, полировке, склеиванию и окрашиванию. Не имеет никакого запаха и не впитывает посторонних ароматов. Отличается сильной устойчивостью к гниению, благодаря чему часто используется для оборудования колодцев, а также кладовых. Кроме того, применяется для резных и отделочных работ. Физические свойства древесины ольхи позволяют делать имитации некоторых древесных пород (к примеру, красного и черного дерева).
Липа
Древесина белая, с легким розоватым оттенком. Годичные кольца практически не просматриваются. Характеризуется однородным строением и прочностью. Такие свойства древесины липы, как легкость, мягкость и вязкость дают возможность легкой обработки материала во всех направлениях как вручную, так и на токарном станке. Хорошо окрашивается, склеивается, держит форму. Древесина устойчива к гниению, во время сушки не трескается и не коробится.
Благодаря прочной структуре и малой деформации липа применяется для изготовления больших деталей резной мебели. Также из этого материала делаются чертежные доски, карандаши, посуда и проч.
Груша
Древесина имеет красновато-белый или розовато-коричневый цвет. Чем моложе дерево, тем окраска светлее. Текстура однородная по плотности, сердцевинные лучи и годичные кольца слабо заметны. Материал твердый, плотный, тяжелый, характеризующийся высокой ударной вязкостью, а также прочностью на сжатие. Механические свойства древесины груши превосходят дуб и ясень. В процессе сушки практически не коробится и не растрескивается. Довольно неплохо режется во всех направлениях. Легко поддается полировке и окрашиванию.
Часто используется в качестве материала для украшения мебели, для резьбы, мозаичных работ. Физические свойства древесины груши дают возможность изготовления из нее имитаций под черное дерево.
Яблоня
Древесина розового цвета с ярко-красными жилками, твердая, тяжелая, довольно вязкая, имеет однородное строение. Характеризуется высокой прочностью и износоустойчивостью. Древесина яблони склонна к сильному усыханию и короблению, поэтому использовать ее лучше в высушенном виде. Материал хорошо шлифуется, полируется, окрашивается. При пропитке олифой или льняным маслом приобретает темно-коричневый цвет. Применяется в основном для изготовления резьбовых и столярных изделий.
Основные свойства древесины хвойных пород
Древесина у хвойных пород характеризуется специфическим смолянистым запахом, более четко проявленной макроструктурой и большей биостойкостью по сравнению с лиственными породами. Данные свойства древесины различных пород, относящихся к хвойным, способствуют их широкому применению в строительстве и производстве различных предметов народного потребления. К хвойным относят сосну, ель, лиственницу, тис, пихту, кедр и можжевельник.
Сосна
Цвет заболони у сосны может быть от бледно-желтого до красновато-желтого, ядра – от розового до буровато-красного. Характеризуется довольно выраженной полосатой текстурой. Сердцевинные лучи не видны. Годичные кольца хорошо просматриваются на всех разрезах.
Древесина прочная, мягкая, легкая, очень колкая. Благодаря большому количеству смолы характеризуется повышенной устойчивостью к гниению. После сушки практически не коробится. Легко поддается обработке, хорошо пилится и режется, относительно неплохо склеивается.
Высокие технологические свойства древесины сосны и широкое распространение делают ее наиболее часто используемой из всех хвойных пород. Материал применяется в строительстве (как в гражданском, так и в промышленном), в мебельном, столярном и паркетном производствах. Кроме того, из сосны делают музыкальные инструменты, фанеру, бочки и проч.
Ель
Древесина ели характеризуется мягкостью, легкостью, хорошей колкостью. Отличительной особенностью является исключительно равномерное распределение волокон. Физико-механические свойства древесины ели уступают сосновым по ряду показателей. Она имеет меньшую прочность, а также содержание смолы, что делает ее не такой устойчивой к осадкам и другим атмосферным воздействиям. Из-за менее податливой структуры и большого количества сучков еловая древесина сложнее в обработке.
Материал используется в основном при производстве мебели. Также из ели делают струнные инструменты (в частности, скрипки), поскольку ни одно другое дерево не способно давать такой резонанс.
Лиственница
Имеет узкую светлую заболонь и красновато-бурое ядро. Твердая, упругая, смолистая, чрезвычайно устойчивая к гниению древесина. Свойства древесины лиственницы как физические, так и механические достаточно высокие. Отличительными особенностями материала являются прочность и долговечность. Характеризуется также высокой плотностью, которая значительно повышается с высыханием (до такой степени, что в нее не забивается гвоздь).
Благодаря высоким физико-механическим свойствам лиственница имеет широкое применение. Является незаменимым материалом для строительных работ. Паркет, сделанный из древесины лиственницы, отличается высокой прочностью и очень долгим сроком эксплуатации. Красивая текстура и высокая устойчивость к короблению делают ее ценным материалом в производстве мебели.
Сибирский кедр
Древесина розоватого цвета с красивым рисунком текстуры. Годичные кольца хорошо видны на всех разрезах. Отличается легкостью и мягкостью. По технологическим свойствам кедр уступает сосне, но выигрывает у ели. Материал отлично поддается обработке, но не очень устойчив к гниению.
Древесина кедра обладает резонансными свойствами, благодаря чему из нее делают музыкальные инструменты (гитары, арфы, рояли). Кроме того, используется для изготовления мебели, в производстве карандашей и проч.
Пихта
По структуре древесина пихты близка к сосновой. Она довольно прочная и плотная, легко обрабатывается. Но содержит мало смолистых веществ, из-за чего характеризуется низкой устойчивостью к загниванию и требует дополнительной обработки.
Древесину пихты довольно часто используют при строительстве домов для производства оконных и дверных блоков, выполнения настила пола. Также этот материал широко применяют для резных работ.
Тис
Имеет узкую желтовато-белую заболонь и буровато-красное ядро. Годичные слои характеризуются извилистой формой, хорошо просматриваются на всех разрезах. Тис входит в перечень пород, называемых «красным деревом». Твердая, тяжелая, плотная древесина. Свойства древесины в основном положительные. Обладает высокой устойчивостью к гниению. Хороша в обработке, полировке и окрашивании. Считается одним из лучших материалов, использующихся в отделочных, токарных и столярных работах. Очень ценны капы, часто образующиеся на стволах тиса и применяющиеся в основном в качестве отделочного материала.
Можжевельник
Древесина кустарника характеризуется заболонью розовато-белого цвета и желтовато-бурым ядром. Имеет волнистые годичные слои, которые хорошо видны на всех срезах. Сердцевидные лучи не просматриваются.
Древесина прочная и тяжелая. Отличается устойчивостью к гниению, почти не теряет в объеме в процессе высыхания и практически не набухает при взаимодействии с влагой. Чем более засушен материал, тем красивее срез. Хорошо поддается обработке, полировке и окраске.
Применение материала несколько ограничено из-за небольшого размера стволов кустарника. Наиболее часто древесину можжевельника используют для резьбы, изготовления декоративных изделий, небольших поделок, игрушек, токарных изделий и проч.
fb.ru
Твёрдость древесины, дерева
При выборе материала для изделия необходимо учитывать его механические свойства: твердость, износостойкость, прочность, деформативность.
Твердость древесины (дерева) — это способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Твердость зависит от плотности древесины и неодинакова по всем направлениям. Твердость торцовой поверхности у лиственных пород выше тангентальной и радиальной на 30%, у хвойных — на 40%.
По степени твердости древесные породы делят на три группы: мягкие — ель, сосна, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан, ива; твердые —
Твердость древесины зависит от многих факторов: ее влажности, содержания в годичных слоях поздней древесины, места произрастания, времени заготовки. Например, повышение влажности на 1% уменьшает торцовую твердость на 3%, а тангентальную и радиальную — на 2%. Увеличение поздней древесины повышает плотность и улучшает механические свойства материала. Сосны, выросшие на сухом месте (прямые высокие стволы), тверже сосен, произрастающих на болотистом грунте. Большей твердостью обладает древесина дерева, срубленного в декабре, чем в феврале.
Твердые породы, как правило, больше пригодны для механической обработки (сверление, точение, фрезерование). Они находят применение в изготовлении паркета, стеновых панелей (вагонки), инструментов, приспособлений. Мягкие породы используют для ручной обработки с применением ножей, резаков, стамесок.
Измерение твёрдости дерева, древесины
Для измерения твёрдости древесины по методу Бринелля берут стальной шарик диаметром 10 миллиметров и вдавливают в поверхность, прикладывая определенную силу в течение определённого времени. После этого измеряют глубину и ширину образовавшейся вмятины и рассчитывают величину твердости. По методу Бринелля чем тверже дерево, тем выше показатель.
По степени твердости все древесные породы при 12% — ной влажности можно разделить на три группы:
- мягкие — сосна, ель, тополь, липа, осина .
- твердые — лиственница, береза, бук, вяз, клен, ясень
- очень твердые — акация белая, эбен, эвкалипт, кизил, самшит
Твердость древесины по бринеллю. Как определяется твердость древесины древесина
Нередко в технических характеристиках того или иного напольного покрытия приходится встречать такой термин, как «твёрдость по Бриннелю». Человек, не разбирающийся в тематике, сразу и не поймёт, что же имеется в виду. Объясняем: у каждой из древесных пород разная твёрдость. Древесина разного состава по-своему противостоит механическим воздействиям, грязи и влажности.
Как определяется твердость древесины
Многие из вас уже знают, что качество древесины определяют по многим параметрам. Среди них одно из главных мест занимает ее твердость. Она зависит от породы и может изменяться в широких пределах и влияет на долговечность паркетного покрытия, его способность противостоять различным динамическим и статическим нагрузкам, не образовывать трещин и вмятин. Приблизительно, что означает это понятие, известно, но как именно определяется твердость и почему можно встретить у одной и той же породы совершенно разные показатели твердости известно не всем. Постараюсь по мере возможностей ликвидировать этот пробел в ваших познаниях.
Начнем с того, что твердость в европейских странах измеряется по шкале Бринелля, а в странах Америки по шкале Джанка. Разница между этими показателями существенная, это что-то похожее на температуру в градусах и кельвинах или на длину в милях и километрах. В интернете чаще всего встречается твердость по Бринеллю, но есть и по шкале Джанка. К сожалению, многие авторы и сами не понимают разницы, поэтому не уточняют, по какой именно шкале указаны параметры твердости.
Твердость древесины
Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Твердость торцовой поверхности выше тангенциальной и радиальной на 30% у лиственных пород и на 40% — у хвойных. На величину твердости оказывает влияние влажность древесины. При изменении влажности древесины на 1 % торцовая твердость изменяется на 3%.
По степени твердости все древесные породы при 12%-ной влажности можно разделить на три группы:
мягкие (торцовая твердость 38,5 МПа и менее) — сосна, ель, кедр, пихта, тополь, липа, осина, ольха;
твердые (торцовая твердость от 38,6 до 82,5 МПа) —лиственница сибирская, береза, бук, вяз, ильм, карагач, клен, яблоня, ясень;
очень твердые (торцовая твердость более, 82,5 МПа) — акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит.
Ударный способ определения твердости заключается в том, что на древесину с высоты 0,5 м падает стальной шарик; ударяясь о поверхность древесины, он оставляет отпечаток. Величину твердости получают путем деления работы (Дж), затраченной на удар, на площадь отпечатка (мг).
Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц, перил.
Механические свойства древесины
Механические свойства древесины характеризуют ее способность сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок).
К ним относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.
Прочность древесины.
Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок.
Она зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности — напряжением, при котором разрушается образец
. Различают основные виды действия сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.
Твердость древесины.
Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел.
Прочность и твердость древесины — лиственница сибирская.
Крупное хвойное дерево, из семейства сосновых, у основания достигающее 2.5м в диаметре и 50м в высоту. Возраст рабочей древесины 700-1000 лет, но встречаются деревья в отдельных районах, возрастом до 1300 лет.
Лиственница распространена почти по всей территории России, но ценится только лиственница, растущая в Сибири. Так как на Европейской территории климат мягче, древесина лиственницы намного рыхлее и сравнима с обычной сосной, где толщина годовых колец достигает 4мм. Сибирская лиственница по своей прочности сопоставима с дубом. Лиственница – 109 ед., дуб – 110 ед.
Лиственница обладает многими полезными свойствами. Ее древесина одна из самых стойких к механическим повреждениям, не уступает дубу, а, будучи высушенной, лиственница и изделия из нее не подвержены гниению, так как присутствие в ней камеди (природного вещества) защищает древесину от порчи. Поэтому постройки из лиственницы стоят столетиями. Известно немало строений из лиственницы, возраст которых превышает 1000 лет. Например, Венеция стоит на сваях из лиственницы, так как бетонные не выдерживают разрушительной силы морской воды.
Сибирская же лиственница хорошо противостоит воздействию воды, даже соленой. Грызуны и древесные жучки ей также не страшны. Лиственница широко применялась в кораблестроении. В этом с ней могут конкурировать только некоторые тропические древесные породы. В цветовой гамме лиственница имеет 12 оттенков и превосходит в этом такие породы деревьев, как дуб, бук, клен, ясень. Современные технологии позволяют изготавливать из древесины лиственницы разнообразный строительный материал: от сухого пиломатериала до материала высококачественной отделки.
Качественно выполненная работа по изготовлению вагонки, половой доски, паркета и т.п. не требует дополнительной обработки и пропитки, так как природная пропитка камеди защищает изделия из лиственницы, а значит, минимизирует затраты при отделке помещений материалами из сибирской лиственницы, что обуславливает высокий спрос на них. Экологическая чистота, естественный блеск, богатая гамма оттенков древесины и теплые тона создают уют и здоровую природную атмосферу в домах, построенных и отделанных сибирской лиственницей. Дизайнеры всего мира широко используют в своих работах отделочные материалы из лиственницы, качество и красота которой позволяют выполнить работу на высочайшем уровне. Прочность и твердость древесины Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности — напряжением, при котором разрушается образец. Различают основные виды действия сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.
Твердость древесины в первую очередь зависит от породы древесины, а также в большой степени от условий роста дерева, влажности и пр.
В пределах одного вида разброс значений может быть весьма значительным. Обычно указываются средние относительные показатели твердости по Бринелю в процентах по отношению к дубу, относительная твердость дуба принимается за 100%.
Шкала Бриннеля Твердость древесины определяется по стандарту ЕН 1534:2000 путем вдавливания в древесину стального закаленного шарика диаметром 10 мм с силой в 100 кг. Затем измеряют образовавшуюся лунку и рассчитывают величину твердости по Бринелю (чем меньше лунка, тем тверже древесина). Чем тверже древесина, тем выше число по этой шкале.
Твердость древесины по бринеллю
Не для кого не секрет, что древисина имеет разную степень твердости, что в дальнейшем сказывается на ее эксплуатации. Для того чтобы помочь Вам подобрать дерево в соответсвии с Вашими потребностями и особенностями эксплуатации предлагаем ознакомится с таблицей Бринелля. Так же важно помнить различные породы древесины отличает их сопротивляемость к ударам и износу, что характеризуется показателем твердости по шкале Бринелля верхнего слоя древесины паркетной доски.
Как правило, чем выше показатель твердости древесины по Бринеллю, тем лучше она противостоит ударам и износу. Нередко в технических характеристиках того или иного напольного покрытия приходится встречать такой термин, как «твёрдость по Бриннелю». Человек, не разбирающийся в тематике, сразу и не поймёт, что же имеется в виду. Объясняем: у каждой из древесных пород разная твёрдость.
Древесина разного состава по-своему противостоит механическим воздействиям, грязи и влажности. Чтобы каждый смог иметь чёткое представление, какова твёрдость той или иной породы, была введена так называемая шкала Бриннеля. Чем выше показатели в ней, тем, соответственно, выше и твёрдость древесины. Ниже мы приводим эту шкалу:
Ятоба | 7,0 — 7,7 |
Мербау | 4,1 — 4,9 |
Дуси | 3,7 — 4,3 |
Вишня | 3,0 — 3,2 |
Бук | 3,3 — 4,1 |
Канадский клён | 3,2 — 4,2 |
Ироко | 3,2 — 3,8 |
Дуб | 2,9 — 3,7 |
Бук | 2,7 — 4,0 |
Оптические свойства древесины’>Ясень | 3,3 — 4,1 |
Европейский Клён | 2,7 — 3,8 |
Берёза | 2,2 — 2,7 |
Ель | 1,3 — 1,8 |
sawwood.ru
Виды древесины и характеристика пиломатериалов
Ни один из имеющихся сегодня на рынке строительных материалов не обладает такими уникальными качествами, как природная древесина. Ее очень удобно и легко обрабатывать, так, что можно сделать что угодно, хоть ложку, хоть фюзеляж самолета. Древесина обладает прекрасной прочностью, она легкая и имеет приятный запах. Работа с деревом приносит истинное удовольствие, если разбираться в том, какими бывают виды древесины и характеристика пиломатериалов.
Стройматериалы из древесины
Разновидности срезов древесины
Если присмотреться к любому древесному бруску, то можно увидеть на нем текстурный рисунок, образованный годичными кольцами. Его внешний вид зависит от того, в каком направлении ствол дерева был распилен. Принято его распиливать по трем направлениям: вдоль и поперек волокон, а также под углом в 45 градусов. Если срез производят под углом, то его называют тангентальным. Он образует текстуру, похожую на конусообразные линии.
Три разных вида срезов в зависимости от направления
Если срез производится вдоль волокон, то он называется радиальный. На нем хорошо видны параллельные линии, образуемые волокнами. Поперечный срез во всей красе нам предъявляет годичные кольца ствола дерева. Рисунок имеет важное значение для внешней красоты изделий из дерева, поэтому прежде, чем делать деревянную заготовку необходимо четко себя представлять, в каком направлении мы хотим иметь узоры.
Внутреннее строение древесины
Для того, чтобы понять строение ствола дерева необходимо сделать полный поперечный разрез. Верхний слой называется корой. Он не представляет интереса, поэтому его удаляют. Следующий тонкий слой — это так называемая зона роста. Ее трудно увидеть, но если дерево молодое, то после снятия коры можно увидеть зеленые волокна, влажные на ощупь. Их еще называют камбий. После него и начинается сама древесина с ярко выраженными годичными кольцами. Профессионалы ее называют заболонью. В центре ствола находится более темное либо сливающееся с заболонью ядро. Это зависит от породы древесины, которая может быть заболонной или ядровой.
Ядровые древесные породы представлены всеми хвойными (кедр, сосна, ель, лиственница, тис) и некоторыми лиственными распространенными породами, такими как дуб, тополь, ясень. Подавляющее большинство лиственных деревьев являются заболонными: береза, ольха, граб, клен.
Плотность древесных клеток влияет на прочность и другие физические качества древесины, а вот на создание художественных композиций и возможность применения того или иного сырья в работе влияет рисунок годичных колец и сердцевидных сосудов. Это макроструктурные элементы, и к ним можно отнести еще сучки, наросты, неразвившиеся побеги, отклоняющие годичные кольца и образующие разнообразные свилеватости.
Древесина с ярковыраженной макроструктурой наиболее интересна для обработки, потому для поделок используются без исключения все хвойные
Физические характеристики древесины
Как и любой строительный материал древесина обладает рядом физических свойств:
- Плотность измеряется в г/см3 и зависит от породы древесины и ее влажности. Чем выше этот показатель, тем прочнее и тяжелее материал, он более долговечен и менее подвержен гниению. Самой плотной считается древесина дуба, ясеня, клена и лиственницы, а наименьше плотностью обладают осина, ель и пихта.
- Влажность древесины говорит о степени ее качества и долговечности. Комнатно-сухая имеет 8 – 12% влаги, воздушно-сухая от 12 до 18%, а атмосферно-сухая 18 – 23%. Если же влажность еще больше, то такую древесину называют сырой.
- Звукопроводность и теплопроводность важные качества. Качественная сухая древесина прекрасно удерживает тепло и звук в поперечном направлении. Вдоль волокон теплопроводность снижена, а вот звук вдоль ствола распространяется прекрасно. Это даже является показателем качества и сухости.
- Стойкость к коррозии, которая выше у хвойной древесины, благодаря наличию в ней смолы.
- Текстура, цвет, запах и блеск позволяют определить породу древесины и определяют ее декоративную ценность.
Все перечисленные физические свойства очень важны для использования той или иной породы деревьев.
Механические характеристики древесины
Механические свойства различных пород древесины более важны. Ведь именно они влияют на прочность и долговечность строений или изделий из дерева. Механическая прочность – это способность оказывать сопротивление к различным статическим и динамическим воздействиям из вне. Прочность того или иного материала зависит от направления действия нагрузки. В связи с этим принято различать прочность на скалывание или сдвиг, изгиб и сжатие. Любая древесина имеет большую прочность вдоль волокон нежели поперек них.
Испытание прочности деревянного бруска по направлению нагрузки
Стоит отметить, что влажная древесина становится менее прочной. Это же наблюдается у легкой и рыхлой породы.
Пластичность – эта то свойство, которое позволяет создавать гнутые детали из дерева. Более пластичные породы сохраняют форму, полученную при определенном длительном воздействии. Влажность и температура очень сильно повышают этот показатель, поэтому для изготовления изогнутых деталей древесину подвергают воздействию горячей воды или пара. Высокой пластичностью может похвастаться бук, вяз, дуб, ясень. Этого нельзя сказать о хвойных породах, так как структура их волокон слишком прямолинейная.
Твердость древесины – это способность сопротивляться различному внедрению в нее инородных тел. Бывают твердые породы деревьев, такие как: бук, клен, лиственница, дуб, ясень, вяз (самыми твердыми являются самшит и акация) и мягкие, такие как: липа, ольха, ель, сосна. Уровень износостойкости древесины напрямую зависит от ее твердости.
Характеристика различных пород древесины
Для различных целей применяют ту или иную породу древесины. Все они делятся на хвойные и лиственные. Первые имеют резкий смоляной запах и выраженную макроструктуру. Самыми распространенными хвойными породами являются: кедр, сосна, пихта, ель и лиственница.
- Сосна является самым распространенным строительным материалом. Ее окраска изменяется от бледно-желтой до красновато-желтой. Древесина достаточно легкая и прочная. Главное, что она очень удобна для обработки. В ней содержится очень много смолы, поэтому она плохо гниет и не особо боится осадков. Из-за своей мягкости она легко принимает различные красящие вещества и лаки. Коробления при сушке почти у сосны не происходит. Недостатком является невозможность качественной отделки и окраски. Однако ее с успехом используют для производства мебели и фанеры.
- Ель можно поставить на второе место после сосны по уровню использования. Смолы в ней не так много, поэтому она более подвержена гниению и воздействию осадков. Древесина у ели прочная и легкая, но при этом обладает большим количество сучков, что значительно снижает ее потребительские качества. К преимуществам можно отнести белый цвет древесины и малую смолистость. Она хорошо удерживает различные крепежные детали. В строительстве из нее делают не самые важные детали.
- Кедр, или правильно сибирская сосна нисколько не уступает ели по своим строительным качествам, а по стойкости к гниению намного ее превосходит. Несмотря на мягкость древесины кедра, она обладает неплохой плотностью и прочностью, при этом прекрасно поддается обработке.
- Пихта ничем особенным не отличается от ели: она легко поддается любой обработке и не воспринимает едких химических препаратов. В ней достаточно мало смолы, из-за чего древесина слишком быстро загнивает без использования специальной обработки.
- Лиственница ценится своей твердостью и прочностью. Ее плотность такова, что ствол этого дерева тонет в воде. Зато древесина лиственницы практически не гниет.
Лиственные породы принято делить на мягкие и твердые. Их древесина не обладает запахом. Он есть только на свежем спиле. К твердолиственным породам нужно отнести дуб, ясень и березу, а к мягколиственным осину и ольху.
- Дуб имеет очень высокую прочность и стойкостью к появлению гниения. Его древесина обладает красивым цветом и текстурой. Она не трескается и не коробится, поэтому из дуба делают мебель и предметы роскоши и искусства. Дубильные вещества обладают мощными антисептическими свойствами. Самая прочная и красивая дубовая древесина получается, когда ее держат 1,5 года в проточной холодной воде. Ее цвет становится черным. Из такой мореной древесины изготавливают предметы дорогостоящей мебели. Это идеальный материал для производства мебели, но он очень неудобен в обработке из-за своей плотности и прочности
- Древесина березы имеет среднюю плотность и твердость. Она прочная и достаточно вязкая, имеет не очень ярко выраженную текстуру, но однородна. Недостатками этого материала являются подверженность сильному растрескиванию и короблению, слишком сильная усушка, небольшая устойчивость к загниванию, довольно частое поражение таким недугом, как червоточина. Однако она неплохо поддается обработке ручным инструментом, склеивается в фанере, легко полируется и подвергается окрашиванию, дает возможность производить очень мелкую рельефную резьбу.
- Осина обладает довольно мягкой древесиной, в которой настолько мало сучков, что она хорошо поддается любой обработке. Однако ее пористая структура не позволяет делать мелкие детали.
- Липа очень ценится при изготовлении различных резных деталей для производства мебели. Она не коробится и совсем не трескается при усушке. Липовая древесина обладает достаточно прочной структурой, которая совсем мало поддается гниению.
- Клен обладает прочной, плотной и слабоусыхающей древесиной. Она почти не коробится, но быстро загнивает и сильно подвержена червоточине. Эта древесина неплохо обрабатывается, склеивается, отделывается и окрашивается. Ее применяют в резных работах и изготовлении деталей из массива.
- Красное дерево, произрастающее в вечнозеленых тропических лесах, имеет древесину красного цвета. Это никакой-то один вид, а множество со схожими свойствами. Древесина красного дерева очень мягкая и прекрасно поддается обработке, легко полируется, а также впитывает лак. Некоторые части мебели делают из такой древесины. Ее высокая стоимость не позволяет делать из нее полностью все изделие.
Редкие породы древесины
Редкие породы древесины
Пиломатериалы и их разновидности
Преимущественно на лесобазе и в магазине продают сухую древесину. Сырая продается редко. Если вы решили построить что-либо или изготовить предмет мебели, то вы столкнетесь с названиями видов пиломатериала, смысл которых стоит понимать:
- Кряж является по сути цельными стволами деревьев без коры или их кусками достаточно большой длины. Важно, что их диаметр превышает 25 см.
- Подвязник – тот же кряж, но диаметром меньше 25 см.
- Жердь – цельный ствол без коры диаметром менее 9 см.
- Пластина – это половина кряжа, который распилен вдоль волокон.
- Четвертина — половина пластины, распиленной вдоль волокон.
- Лежень, или по-другому брус с обзолом – это обтесанное с двух сторон бревно, которое можно положить на одну из двух плоскостей.
- Брусом называю бревно, которое обтесано с четырех сторон с сечением не менее 100х100 мм. Если оно меньше, то изделие называют бруском.
- Доска бывает очень разной в зависимости от метода ее обработки и размеров: необрезная, обрезная, горбыль, строганная с четырех сторон, шпунтованная, фальцованная.
Поперечные срезы досок в зависимости от обработки.
Все пиломатериалы, которые принято использовать в строительстве, обладают своими специфическими названиями. Различаются они по толщине изделия, а также отношения ширины к этой толщине. Для досок это отношение никогда не должно быть более 2. Максимально допустимая толщина досок равняется 100 мм. Длина любого материала из лиственных пород не превышает 5 м, а из хвойных 6,5 м.
Основные виды пиломатериалов
Прочитав данную статью, вы ознакомились с основными понятиями и характеристиками древесины. Поэтому с такими знаниями можно спокойно приобретать пиломатериал, оперируя терминами, не хуже продавцов. Сегодня практически ни одно крупное строительство или ремонт не обходятся без использования древесины в той или иной степени, поэтому такие знания будут весьма полезны.
stroyvopros.net
ударная вязкость, прочность и твердость. Применение древесины :: SYL.ru
В течение нескольких тысячелетий человек использует древесину для многих целей. Она выступает, прежде всего, топливом, а уже после строительным материалом. Из нее изготавливают разные инструменты, неповторимые по красоте предметы мебели и оружие. Из-за сезонных колебаний и в процессе роста ствола образуются годичные кольца, которые позволяют точно определить место произрастания древесины, а также год вырубки.
Состав
При изучении вопроса о древесине обязательно необходимо ознакомиться с ее составом. В ней содержатся органические вещества, в которые входят:
· азот;
· водород;
· углерод;
· кислород.
Элементарный химический состав у разных пород остается почти одинаковым. Абсолютно сухой материал будет содержать углерод в объеме 49,5 %, 6,3 % водорода и 44,2 % кислорода с азотом. Последний содержится в материале в объеме 0,12 %. Элементарный химический состав древесины в области ветвей и ствола почти не отличается. Условия произрастания тоже никак не влияют на содержание основных элементов.
Помимо органических веществ, в древесине имеются минеральные соединения, которые дают при сгорании золу. Количество упомянутого элемента достигает 1,7 %. У отдельных пород объем золы может быть выше и составляет 3,5 %. У одной и той же породы количество золы будет зависеть от части дерева, условий произрастания и возраста, а также положения в стволе.
Больше золы получается при сжигании листьев и коры, а стволовая древесина дуба дает примерно 0,35 %. Древесина ветвей содержит больше золы, чем древесина ствола. В составе золы соли щелочноземельных металлов. Если речь идет о древесине сосны, то в золе, а также в золе березы и ели содержатся соли кальция в объеме 40 %.
По химическому составу ранняя и поздняя древесины почти одинаковы, это относится к содержанию гемицеллюлозы, лигнина и целлюлозы. Ранняя древесина содержит больше веществ, которые растворяются в эфире и воде. Это особенно свойственно лиственнице.
По высоте ствола химический состав меняется мало. В составе дуба не обнаружено почти ощутимых различий по высоте. У осины, ели и сосны в возрасте спелости обнаружено незначительное увеличение содержания целлюлозы.
Механические свойства
Рассматривая механические свойства древесины, вы выделите не только твердость, прочность и ударную вязкость, но и влажность. Последняя может быть относительной или абсолютной. Для практических целей особую важность имеет относительная влажность. Она показывает степень пригодности материала к технологической операции.
Для склеивания лучше использовать материал с влажностью до 6 %. Механические свойства древесины указывают на то, что классифицировать ее можно по относительной влажности на категории. Материал бывает:
· сырым;
· воздушно-сухим;
· полусухим;
· сухим.
Мокрая древесина, абсолютная влажность которой превышает 100 %, образуется при долговременном нахождении в воде. Воздушно-сухая с абсолютной влажностью в пределах от 15 до 20 % образуется при долговременном хранении на воздухе. С увеличением влажности материал становится сложно использовать в производстве. Сырые заготовки хуже склеиваются, а по мере высыхания в изделиях могут появиться щели и трещины. Для предотвращения таких проблем древесина предварительно сушится.
Среди механических свойств древесины следует выделить гигроскопичность. Она представляет собой способность поглощать влагу из внешней среды. Для снижения скорости поглощения влаги поверхность покрывается лаками, эмалями и масляными красками. Максимальная влажность, которую можно достичь при поглощении влаги составляет 30 % при 20 °C. Это значение не зависит от породы.
Нельзя не упомянуть еще и о пористости. Для разных видов этот параметр будет обладать своим значением, но средний разбег составляет 34-80 %. Если рассматривать плотность, то можно выделить плотность древесины и древесного вещества. В последнем случае среднее значение равно 1,54 г/см3.
Дополнительно о механических свойствах: ударная вязкость
Ударная вязкость древесины – это способность материала к поглощению энергии при нагрузке. Свойство обеспечивается пластичностью и вязкостью. Когда испытания проводятся по данной стандартизованной методике, используется маятниковый копер. Он обеспечивает движение бойка, скорость которого составляет 6 м в секунду. Это позволяет определите отношение работы на излом образца к площади поперечного сечения.
Если проводить сравнение мягких лиственных пород с хвойными, у первых ударная вязкость больше в 1,5 раза, тогда как у твердолиственных – в 2,5 раза. Так, для сосны описываемый параметр составляет 41, для граба – 99, для липы – 58 кДж/м2. Если увеличивать скорость нагрузки, то сопротивление изгибу будет возрастать. Иногда описываемое свойство определяется с увеличением высоты падения молота. Если подвергать ударному изгибу модифицированную древесину, то она будет иметь пониженное сопротивление.
Прочность
Прочность древесины – это способность материала сопротивляться разрушению под воздействием нагрузок. Это свойство является одним из основных среди механических. Оно зависит от физического состояния и строения материала. При проведении испытаний прочность древесины определяется максимальным напряжением, которое материал выдерживает без разрушения.
У разных пород описываемая характеристика отличается. Например, у лиственницы при сжатии вдоль волокон предел прочности составляет 64,5 МПа. У сосны и ели – 48,5 МПа и 44,5 МПа соответственно. Если происходит скалывание вдоль волокон, то предел прочности у лиственницы будет равен 9,9, у сосны – 7,5, у ели – 6,9 МПа.
Сжатие древесины
Сжатие древесины может быть направлено вдоль или поперек волокон. В первом случае деформация выражена в укорочении образца. Разрушение начинается с продольного изгиба волокон, которое во влажных образцах из вязких и мягких пород проявляется как выпучивание боков и смятие торцов.
Средний предел прочности при сжатии вдоль волокон древесины составляет 500 кг/см2. Если же сжатие происходит поперек волокон, то прочность оказывается ниже в 8 раз. В этом случае не всегда есть возможность установить момент разрушения материала и определить величину разрушающего груза.
Твердость
Такая характеристика, как твердость будет зависеть от породы. Древесина по этому параметру классифицируется на отдельные группы, среди них:
· материалы средней твердости;
· мягкая древесина;
· очень мягкая;
· очень твердая;
· твердая;
· твердая как кость.
Твердость древесины определяется в Америке и Европе по разным шкалам. В России используется шкала Бринелля. У осины описываемый параметр составляет 4,1, у полевого клена – 4,2. Самая высокая твердость свойственна падуку, в данном случае она составляет 8.
Суть метода определения твердости заключается в вдавливании шарика в поверхность с силой 100 кг. По диаметру лунки и характеру повреждения определяется твердость. Если древесина имеет более высокий коэффициент твердости, то она окажется крепче и надежнее пород с меньшим показателем.
Знакомясь с механическими свойствами древесины, вы сможете понять, что изменения в твердости будут происходить во время работы с заготовками. Например, твердость будет меняться в зависимости от распила. Используя радиальный распил, вы почувствуете более высокую твердость, чем при тангенциальной обработке материала.
Дополнительно о твердости
Это свойство говорит о способности материала сопротивляться внедрению тела определенной формы. У торцевой части твердость выше по сравнению с боковыми поверхностями у лиственных пород на 30 %, а у хвойных – на 40 %.
Все древесные породы по степени твердости разделяются на мягкие, твердые и очень твердые. У последних торцевая твердость превышает 80 МПа. К таким можно отнести:
· железную березу;
· белую акацию;
· кизил;
· фисташки;
· самшит.
Твердость обладает существенным значением при обработке режущими инструментами. Это касается и тех случаев, когда материал подвергается истиранию при устройстве лестниц и полов.
Древесина обладает еще и определенным уровнем износостойкости. Это указывает на способность сопротивляться износу и постепенному разрушению поверхностных зон. Это может произойти при трении. Испытания показали, что износ с боковых поверхностей больше, чем у основания торцевого разреза. С увеличением твердости и плотности износ уменьшается. У влажной древесины он больше, чем у сухой.
Способность к удержанию металлического крепежа
Довольно важным свойством является способность материала удерживать крепления по типу скоб, шурупов и гвоздей. При забивании гвоздя возникают упругие деформации, обеспечивающие силу трения, которая препятствует выдергиванию. Усилие при этом в отношении гвоздя в торце меньше того, что прилагается к гвоздю, забитому поперек волокон.
Область использования
Рассматривая области применения древесины, вы выделите то, что описываемый материал был первым видом топлива, который открыли древнейшие люди. Сегодня описываемое сырье используется для получения:
· древесного угля;
· щепы;
· дров;
· древесных гранул;
· древесной пыли;
· брикетов.
Спрессованный и измельченный материал обладает более высокой плотностью, что повышает коэффициент его полезного действия. Такое биотопливо выгодно отличается от дров ведь перевозить его рационально, но не всегда удобно и может быть опасно, так как оно воспламеняется и крошится.
Ценная древесина используется в строительстве, мебельном производстве, в авиа- и судостроении, а также при производстве бумаги. Этот материал ложится в основу:
· строительных лесов;
· перекрытий;
· потолков;
· срубов;
· опалубки;
· ферм;
· стен;
· дверей;
· окон.
Применяется древесиной еще и в качестве отделочного материала. Она поставляется на рынок в виде:
· вагонки;
· плинтусов;
· паркета;
· фанеры;
· уголков;
· галтелей;
· паркетных щитов.
Переработка
Переработка древесины может осуществляться одним из нескольких способов, среди них:
· химико-механический;
· механический;
· химический.
Механическая технология переработки предусматривает изменение формы строганием, пилением, лущением, фрезерованием, точением, сверлением, раскалыванием, резьбой и измельчением. При механической обработке есть возможность получить товары народного потребления и промышленного назначения.
Древесина может быть подвергнута механическому истиранию, что позволяет получить волокнистые полуфабрикаты. Переработка древесины может вестись по химико-механической технологии. Это позволяет получить промежуточный продукт из материала, однородного по размерам и составу. Поверхность покрывается связующим веществом.
Под воздействием давления и температуры происходит реакция полимеризации связующего, в результате этого промежуточный древесный продукт склеивается. При такой переработке получаются:
· цементно-стружечные плиты;
· древесностружечные материалы;
· столярные изделия;
· фибролит;
· арболит.
Химическая переработка осуществляется методом термического разложения и воздействия: растворителей кислот, щелочей, кислых солей, сернистой кислоты. Эта технология называется пиролизом или термическим разложением. Сырье нагревается при высокой температуре без доступа кислорода. Это позволяет получить продукты в разных состояниях, среди них:
· газообразные;
· жидкие;
· твердые.
Наибольшее практическое значение из них имеет древесный уголь.
Использование в целлюлозно-бумажном производстве
Если вас интересует вопрос о том, что делают из древесины, то вы можете ближе ознакомиться целлюлозно-бумажным производством. Оно предусматривает получение картона и бумаги, где используются волокнистые полуфабрикаты. Они представлены целлюлозой и древесной массой.
Для нужд такого производства используется примерно 93 % целлюлозы. Остальная часть выступает сырьем для химической переработки на ацетатное или искусственное вискозное волокно, бездымный порох, пластмассу, кинопленку, целлофан и другие продукты.
Переработка для получения древесноволокнистых плит
Если вы все еще интересуетесь вопросом о том, что делают из древесины, то должны знать, что в процессе переработки получаются плиты, которые нашли свое применение в малоэтажном стандартном домостроении, судо- и автомобилестроении, при производстве контейнеров, мебели и ящиков. Древесное сырье предварительно измельчается в мелкую щепу, что позволяет получить древесноволокнистые плиты.
Описание основных сортов хвойных пород и их применение
Хвойная древесина включает кедр, который является высокодекоративной культурой. Он применяется в ландшафтном дизайне, а характеристики этих пиломатериалов делают дерево самым востребованным в строительстве. Кедр является естественным антисептиком, поэтому в доме, выстроенном из этого сырья, будут отсутствовать бактерии.
Лиственница является листопадным хвойным деревом, наиболее прочным из распространенных хвойных лесоматериалов. Предел прочности составляет 105 Н/мм2. Благодаря этому сырье популярно при производстве досок для пола, вагонки и террасной доски. Издавна из лиственницы строили корабли. В ней высоко содержание смол, она обладает внушительной крепостью, поэтому сохраняет первоначальные характеристики под воздействием влажности.
Сосна уступает лиственнице по прочности – 100 Н/мм2. Но иногда это становится преимуществом, ведь обработке материал подается легче. Сосна – это универсальное сырье, из которого изготавливают половую доску, имитацию бруса и евровагонку.
Прочность ели ниже и составляет 80 Н/мм2. Но она отличается высокой пластичностью, поэтому распространена при производстве профилированных лесоматериалов. Сосна и ель имеют повышенную смолистость, которая играет защитную роль. Древесина не подвергается воздействию влаги, жучков и грибков. Это сырье обладает высокой податливости и легко обрабатывается.
Сосновые и еловые пиломатериалы выбираются для изготовления сложных и небольших конструкций по типу балконов и перил. Незначительная плотность позволяет пропитать брус и доски составом для увеличения прочности и долговечности. Если построить из ели или сосны загородный дом, то он будет готов простоять до 50 лет. Тогда как если использовать кедр, то срок службы здания увеличится в два раза.
Область использования легкого древа
Самой легкой древесиной является бальза. Она относится к семейству мальвовых и произрастает в Южной Америке. Из этого сырья был построен плот норвежского путешественника, на котором он совершил путь через тихий океан. Сверхлегкая древесина используется в авиационной промышленности в качестве материала для звуко- и теплоизоляции.
Применяется бальза в судостроении и судомоделировании. Сырье ложится в основу досок для серфинга. Используется для изготовления:
· макетов;
· декораций;
· оборудования для спасения на водах;
· поплавков.
Легкость обусловлена быстротой роста. К пяти годам дерево становится взрослым. Крупные растения обладают прочной и легкой древесиной, которая считается самой легкой в высушенном состоянии. В свежесрубленном виде древесина тяжелая, так как содержит до 95 % воды. Материал быстро высыхает и становится плотным, довольно крепким и легким. При сравнении с популярной сосной конструкции из бальзы получаются более прочными, жесткими и легкими.
Бальза легко поддается обработке, но требует для этого специального инструмента с малым углом заострения и тонким лезвием. Окрашиванию детали из древесины подаются плохо, что особенно касается красок и лаков. Возможно использование смеси и на водной основе или составов в виде спиртовых протрав.
В заключение
В обыденной жизни древесина – это внутренняя часть дерева под корой. Для древесины наиболее важными и основными являются свойства по типу механических, физических и химических. Среди физических следует выделить влажность и внешний вид, а также тепловые и звуковые свойства. Древесина – это материал с анизотропными свойствами, которые не являются одинаковыми по направлению относительно волокон. Так, усушка вдоль волокон меньше, чем поперек.
www.syl.ru