Раздел 2. Тема 3. Материалы из древесины

Древесиной называется освобожденная от коры ткань древесных волокон, находящаяся в стволе дерева. Древесина преимущественно состоит из органических веществ, в состав которых входит углерод (до 50%), водород (до 6%),кислород (до 44%) и незначительное количество азота.

Макростроение древесины. Ствол изучают в трех разрезах: торцевом, радиальном и тангенциальном.

На торцевом разрезе различают главные части: кора, камбий, заболонь, ядро, сердцевина и сердцевинные лучи. Кора – наружный слой дерева, предохраняющий его от повреждений и температурных воздействий. Камбий представляет собой клетки между корой и древесиной, способные к делению и росту. Деление клеток камбия начинается весной и заканчивается осенью. Поэтому древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец. Заболонь состоит из клеток более молодой древесины, окружающих ядро (или спелую древесину). Ядро (или спелая древесина) – внутренняя часть дерева. Древесина ядровой части ствола обладает большой прочностью и стойкостью к загниванию. Сердцевинная трубка представляет собой рыхлую первичную ткань, которая состоит из тонкостенных клеток, имеет малую прочность и легко загнивает. Поэтому сердцевина нежелательна в тонких брусках и столярных изделиях, т.к. она постепенно выкрашивается. Сердцевинные лучи выглядят как темные штрихи. Они служат для перемещения питательных веществ и сохранения их запаса на зиму.

Свойства древесины.

К ним относятся:

- влажность. Влажность свежесрубленного дерева может составлять более 100%. С возрастом дерева влажность уменьшается. Свойства древесины зависят от ее влажности. Поэтому все определения проводят при стандартной влажности, принятой равной 12%.

- Усушка. Величина усушки зависит от направления по отношению к волокнам, а также от плотности. Чем плотнее древесина, тем выше усушка. Усушка вдоль волокон составляет до 0,1%, радиальная усушка до 6%, а тангентальная усушка до 12%, что вызывает коробление изделий.

- Водопоглощение. Оно обратно пропорционально плотности и прямо пропорционально пористости. Водопоглощение происходит в основном через торцевую поверхность.

- Плотность. Истинная плотность древесины равна 1,54 г/см³(1540кг/м³⁾. Средняя плотность зависит от породы древесины. По средней плотности древесина подразделяется на:

особо легкую (ρ_о<0,45 г/см³) – кедр, пихта;

легкую (ρ_о= 0,45…0,60 г/см³) – ель, сосна, осина, липа, тополь, каштан, вяз, ольха;

среднюю (ρ_о= 0,61…0,75 г/см³) – береза, лиственница, бук, дуб, ясень, груша, клен, платан;

тяжелую (ρ_о= 0,76…0,90 г/см³) – граб, можжевельник;

очень тяжелую(ρ_о > г/см³) – кизил, самшит, хурма, железное дерево.

- Теплопроводность. Теплопроводность древесины незначительная. Она зависит от направления волокон, плотности, влажности и температуры. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон.

- Прочность. Прочность древесины также зависит от направления волокон. Так, предел прочности при сжатии вдоль волокон выше (30…80 МПа), чем поперек волокон (4…16 МПа). Предел прочности древесины при изгибе и растяжении выше предела прочности при сжатии вдоль волокон в 2…3 раза.

- Твердость. Твердость древесины определяется по методу Бринелля по диаметру отпечатка на поверхности. Она пропорциональна плотности и обратно пропорциональна влажности. По твердости древесина бывает:

очень твердая – граб, самшит, груша, кизил, железное дерево, эбеновое дерево;

твердая – лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ясень, орех, клен;

мягкая – ель, липа, сосна, осина, пихта, кедр, можжевельник, тополь, ольха.

- Биологическая стойкость. Она отражает стойкость древесины к загниванию. Наиболее стойкой по отношению к биологической агрессии считают древесину тиса, каштана, дуба, лиственницы. К среднестойкой относят древесину сосны и кедра, к малостойкой – березы, бука, осины, липы, клена.

Способы защиты древесины от гниения и возгорания:

- Защита древесины от гниения. Гниение представляет собой разложение древесины под действием дереворазрушающих грибов и микроорганизмов. Способы предотвращения гниения имеют своей целью создание условий, неблагоприятных для развития дереворазрушающих грибов. Для предотвращения гниения древесины ее обрабатывают антисептиками, которые должны быть безвредными для людей и животных. Они не должны понижать прочность древесины и вызывать коррозию металлических креплений. Существуют водорастворимые антисептики, маслянистые антисептики и антисептические пасты.

К водорастворимым антисептикам относятся следующие вещества.

Фтористый натрий- NaF – представляет собой водный 2…3% раствор. Обладает высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, микроорганизмам, и насекомым.

Кремнефтористый натрий- NaSiF₆ – применяется в виде водного 2% раствора, иногда вместе с фтористым натрием. Также входит в состав антисептических паст.

Хлористый цинк – ZnCl₂ – применяют в виде водного 5% раствора, т.к. при более высоких концентрациях вызывает коррозию металла.

Медный купорос- CuSO₄·5H₂O – используют в виде водного 10% раствора. Может входить в состав комбинированных препаратов.

К маслянистым антисептикам относятся следующие материалы.

Антраценовое масло – продукт перегонки каменноугольного дегтя, обладающий высокой токсичностью и резким запахом.

Креозотовое масло – получают дистилляцией каменноугольного дегтя, применяют в подогретом до 50…60^оС виде. Не оказывает вредного действия на древесину и металл, является самым лучшим антисептиком для шпал, деревянных столбов, опор, мостов и др.

Антисептические пасты используют как обмазки для защиты от гниения деревянных конструкций при повышенной влажности воздуха, а также находящихся в грунтах. К антисептическим пастам относятся следующие составы.

Битумная паста – ее готовят из расплавленного битума, зеленого масла, фтористого натрия и торфа. В отличие от водорастворимых антисептиков, обладает водостойкостью.

Силикатная паста - состоит из кремнефтористого натрия, жидкого стекла, воды и каменноугольного масла. Водостойкость ее ниже, чем у битумных паст.

- Защита древесины от возгорания. Древесина относится к сгораемым материалам (древесина возгорается при температуре 250⁰С). Для защиты древесины от сгорания используют вещества, называемые антипиренами, или огнезащитные красочные составы.

Защитное свойство антипиренов связано с тем, что некоторые из них при пожаре плавятся и древесина покрывается пленкой, затрудняющей доступ кислорода. Другие антипирены при нагревании выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода возле конструкции. К ним относятся фосфорнокислые и сернокислые соли аммония, а также бура – борнонатриевая соль. Растворы антипиренов применяют для поверхностной обработки и пропитки древесины.

Огнезащитные красочные составы состоят из связующего (жидкого стекла), наполнителя (кварцевого песка) и щелочестойкого пигмента – охры и др. При пожаре краска пузырится, и образующийся пористый слой замедляет нагревание древесины.

Строительные изделия из древесины. К ним относятся:

- круглые лесоматериалы. Они представляют собой отрезки стволов деревьев с обрубленными сучьями с корой или без нее. В зависимости от диаметра ствола различают:

бревна, имеющие диаметр более 12 см и длину 3…6,5 м;

подтоварник, имеющий диаметр 8…11 см;

жерди, имеющие диаметр 3…7 см.

- Пиломатериалы. Их получают путем продольной распиловки пиловочных бревен. К ним относятся:

доски, имеющие толщину 100 мм и менее, причем их ширина должна в 3 и более раза превышать толщину;

бруски – имеют толщину менее 100 мм, но в отличие от досок ширина их меньше трехкратной толщины;

брусья – имеют ширину и толщину выше 100 мм.

шпалы – имеют длину 2,5…2,7 м для широкой колеи и 1,35…1,8 м для узкой колеи.

- Полуфабрикаты и изделия из древесины. Они представляют собой следующие изделия:

строганные и шпунтовые доски и бруски, имеющие на одной кромке шпунт, а на другой – гребень для плотного соединения элементов;

фрезерованные изделия в виде плинтусов, поручней, наличников и других изделий;

паркет планочный и щитовой, а также паркетная доска. Паркетные планки изготавливаются из твердых пород – дуба, бука, ясеня и др. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которое наклеены паркетные планки. Паркетные доски состоят из реечного основания, на которое наклеены паркетные планки, а на кромках имеются пазы и гребни для плотного соединения при настилке пола;

столярные изделия в виде оконных и дверных коробок с вмонтированными в них оконными переплетами и дверными полотнами.

- Фанера. Ее получают из слоев древесного шпона, склеенных под большим давлением синтетическими клеями. Фанера бывает декоративной - односторонней или двухсторонней, покрытой текстурной бумагой или шпоном из ценных пород дерева. Бакелизированную фанеру получают пропиткой различными смолами – формальдегидными, карбамидными и др.

- Клееные конструкции. Они обладают высокой прочностью и не имеют многих пороков обычной древесины. Клееные деревянные конструкции применяются при изготовлении большеразмерных изделий и конструкций (балки, блоки, арки, фермы и др.).