13.5.1 Физические свойства

К физическим свойствам относятся: внешний вид, запах, влажность, плотность, электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры.

Внешний вид древесины определяется цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.

Цвет древесины характеризуют обычно определениями – белый, красный, розовый, светло-розовый, черный и реже по атласу или шкале цветов. Цвет древесине придают красящие, дубильные, смолистые вещества, содержащиеся в полости клеток. Так, древесина осины, ели, липы имеют белый цвет, дуба и ясеня – бурый. Дуб, пролежавший длительное время в воде, приобретает коричневый или черный цвет. Древесина ольхи в свежесрубленном состоянии имеет светло-розовый цвет, затем темнеет и приобретает желтовато-красную окраску. Цвет древесины иногда изменяют пропариванием, протравливанием или окрашиванием. Цвет древесины имеет значение при изготовлении столярных изделий, мебели.

Блеск – свойство древесины отражать световой поток, зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Особым блеском отличается древесина дуба, клена. Блеск может быть усилен полированием, лакированием, вощением.

Текстура – рисунок, получаемый на разрезах древесины. Она зависит от анатомического строения пород деревьев и направления разреза. Красивую текстуру имеет дуб, ясень, клен, древесина с неправильным расположением волокон. Усиливают текстуру нанесением прозрачных лаков. Текстура определяет декоративную ценность древесины при изготовлении мебели, паркетных полов и др.

Запах древесины определяет находившиеся в ней смолы, эфирные масла, дубильные и др. вещества. Так, дуб имеет запах дубильных веществ, сосна, ель – скипидара. По запаху можно определить отдельные породы.

Макроструктура. Ширина годичных слоев влияет на свойства древесины. В хвойных породах отмечается улучшение свойств при наличии в 1 см не менее 3 и не более 25 слоев. У дуба, ясеня годичные слои увеличиваются за счет поздней древесины и поэтому прочность и твердость повышаются.

Влажность. На свойства древесины существенное влияние оказывает ее влажность. Вода в древесине может находиться в трех видах – в свободном состоянии, гигроскопическом и химически связанном. Свободная, или капиллярная, вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство; гигроскопическая вода находится в стенках клеток и химически связанная вода входит в химический состав веществ.

По степени влажности древесина подразделяется на мокрую, свежесрубленную, воздушно-сухую, комнатно-сухую и абсолютно сухую. Мокрая имеет влажность свыше 100 %, свежесрубленная – 35 % и выше, воздушно-сухая – 15–20 %, комнатно-сухая – 8–12 % и абсолютно сухая – 0 %.

За стандартную влажность условно принята влажность, равная 12 %. Содержание воды в древесине изменяется вследствие ее гигроскопичности и влагоотдачи.

Гигроскопичностью называют способность древесины поглощать из воздуха парообразную воду. Противоположная характеристика гигроскопичности – влагоотдача – способность древесины отдавать воду в окружающую среду. Гигроскопичность и влагоотдача зависит от температуры и относительной влажности воздуха.

Состояние древесины, когда в ней содержится только гигроскопическая вода и отсутствует капиллярная, называется точкой насыщения волокон, или пределом гигроскопичности. Для разных пород деревьев она составляет 25–35 %.

Находясь длительное время в воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой, древесина приобретает определенную влажность, которая называется равновесной. В результате изменения влажности происходит усушка или разбухание древесины.

Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка не происходит при испарении свободной и начинается только при удалении гигроскопической воды. Усушка древесины в различных направлениях неодинакова. Вдоль волокон она составляет 0,1–0,3 %, в радиальном направлении – 3–6 % и в тангентальном – 7–12 %. Объемная усушка, выражаемая коэффициентом объемной усушки К_о, составляет 0,2 – 0,75 %.

По величине коэффициента объемной усушки древесные породы подразделяются на малоусыхающие с К_о не более 0,40 % - ель, пихта, кедр; среднеусыхающие с К_о от 0,40 до 0,47 % – дуб, ясень, вяз, ольха, осина, пихта; сильноусыхающие с К_о более 0,47 % – береза, клен остролистный, лиственница. Усушка приводит к появлению щелей между деревянными элементами, образованию трещин.

Набуханием называется способность древесины увеличивать свои размеры при поглощении воды. Набухание вдоль волокон составляет 0,1–0,8, в радиальном направлении – 3–5, в тангентальном – 6–12 %.

Свойства древесины по-разному изменять свои размеры при усушке и набухании приводит к короблению.

Истинная плотность древесины составляет примерно 1530 кг/м³, средняя плотность в зависимости от породы – 350–1100 кг/м³. Ее оценивают при стандартной влажности 12 %. Средняя плотность наиболее распространенных пород приведена в таблице 13.1.

Теплопроводность древесины составляет 0,16–0,3 Вт/(м·^оС). Вдоль волокон она в 1,8 раза выше, чем поперек. Влажность повышает теплопроводность.

Звукопроводность древесины вдоль волокон в 16 и поперек волокон в 3–4 раза выше звукопроводности воздуха. Вдоль волокон она составляет 5000, поперек волокон в радиальном направлении – 1450 и в тангентальном – 850 м/с. В связи с высокой звукопроводностью древесины при устройстве деревянных полов, перекрытий следует применять звукоизоляционные материалы.

Механические свойства древесины. К механическим свойствам древесины относят прочность, твердость, деформативность, ударную вязкость. Они зависят от средней плотности, влажности, наличия пороков, приложения нагрузки с учетом строения древесины.

Важнейшей характеристикой древесины является прочность. В деревянных конструкциях древесина работает на сжатие вдоль и поперек волокон, скалывание, изгиб, растяжение.

Древесина различных пород имеет неодинаковую прочность. Среди растущих в Беларуси наибольшую прочность имеет дуб. Предел прочности древесины наиболее распространенных пород приведен в таблице 13.1.

Таблица 13.1 – Физико-механические и технологические свойства древесины

Ударная вязкость – свойство древесины сопротивляться воздействию ударных нагрузок. Показатель ударной вязкости учитывается при применении древесины в конструкциях и деталях испытывающих ударные воздействия. Значения ударной вязкости древесины разных пород деревьев приведены в таблице 13.1.

Твердость – способность древесины сопротивляться проникновению в нее других более твердых тел. Статическая твердость определяется вдавливанием в древесину полусферического наконечника диаметром 1,28 мм.

Статическая твердость древесины в радиальном и тангентальном направлениях примерно одинакова, торцевой поверхности – на 30–40 % больше тангентальной и радиальной.

Твердость влияет на истираемость при эксплуатации дощатых и паркетных полов, на обработку древесины режущими инструментами. Значения твердости приведены в таблице 13.1.