Свойства древесины

Физическими свойствами древесины называются такие, которые можно определить без нарушения целостности испытываемого образца и изменения ее химического состава, т.е. путем осмотра , взвешивания, измерения, высушивания. К физическим свойствам относятся: внешний вид и запах, плотность, влажность и связанные с нею изменения, усушка, разбухание, растрескивание и коробление. Кроме того, физические свойства определяют ее электро-, звукопроводимость, теплопроводность, показатели макроструктуры.

Физические свойства древесины

• Цвет ей придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.
• Цвет имеет важное значение в производстве мебели, музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид. Цвет некоторых пород улучшают, подвергая различной обработке, пропариванию(дуб, каштан) или окрашиванию различными химическими веществами. Цвет древесины и его оттенки характеризуются красным, белым, розовым и лишь при особой необходимости – атласом или шкалой цветов.
•  Блеск- способность направленно отражать световой поток, который зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой акации, дуба.
•  Блеск придает ей красивый вид и может быть усилен полированием, лакированием, вощением или оклеиванием прозрачными пленками из искусственных смол.
•  Текстура- рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Он зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород и направления разреза. Особенно красивый рисунок имеют поверхности из древесины неправильного и путаного(свилеватого) расположения волокон(капы, наросты).
•  Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при художественном оформлении мебели, различных поделок, украшении музыкальных инструментов и т.д.
• Запах зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы- сосна, ель. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр- ванили.
•  Ядро пахнет сильнее заболони. По запаху древесины можно определить отдельные породы.

Влажность древесины

Под влажностью понимают отношение количества удаленной влаги к массе древесины в абсолютно сухом состоянии. Влажность выражается в процентах.

Абсолютно сухую древесину в небольших образцах можно получить путем высушивания ее в специальных шкафах. В природе и на производстве она всегда содержит в себе то или иное количество влаги.

Различают следующие ступени влажности:

• мокрая- длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%;  
• свежесрубленная – влажность 50-100%; 
• воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе, влажность – 15-20% (в зависимости от климатических условий и времени года);   
• комнатно-сухая – влажность-8-12% и  
• абсолютно сухая – влажность -0%.

Усушка древесины

Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги.

По величине усушки наши древесные породы можно разделить на три группы:

1. малоусыхающие (коэффициент объемной усушки не более 0,40%) – ель сибирская и обыкновенная, пихта сибирская, кедры сибирский и корейский, тополь белый;  
2. среднеусыхающие (коэффициент объемной усушки – от 0,40 до 0,47%) – бук восточный, вяз, дуб, липа мелколистная, ольха черная, осина, пихта белокорая кавказская и маньчжурская, тополь черный. ясень;  
3. сильноусыхающие (коэффициент объемной усушки -0,47% и более) – березы, плакучая и белая, бук восточный, граб,  лиственницы, сибирская и даурская, клен остролистый.

Напряжения, которые возникают без участия внешних сил, называют внутренними. Причина образования напряжений при сушке древесины- неравномерность распределения влаги.

• Вначале испаряется влага с поверхостных слоев древесины. Если в поверхостных слоях влажность снизится за предел гигроскопичности, то происходит усушка. Однако из-за сопротивления более влажных внутренних слоев поверхостные слои усохнут не полностью.В результате этого в древесине появляются напряжения, растягивающие ее в поверхостных зонах и сжимающие во внутренних.
• При снижении влажности за предел гигроскопичности во внутренней зоне она также начнет усыхать.Это приводит к тому, что растягивающие напряжения в поверхостной зоне уменьшатся. Однако полностью они не исчезают. Из-за остаточных удлинений в поверхостных зонах нормальная усушка внутренней зоны задерживается. Тогда во внутренней зоне появятся растягивающие напряжения, а в поверхостных зонах – сжимающие, т.е. напряжения переменят знак.
• Если растягивающие напряжения достигнут предела прочности на растяжение поперек волокон, то могут возникнуть трещины в начале сушки на поверхности, а в конце – внутри.
• При высыхании или увлажнении древесины изменяется форма поперечного сечения доски. Такое изменение формы называется короблением.
• Разбухание вызывается увеличением линейных размеров и объема древесины, повышением содержания связанной влаги.

Плотность 

• Плотность зависит от влажности. Поэтому все показатели физико-механических свойств должны приводится к стандартной влажности 12%.
• С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность бука при влажности 12%  составляет 670 кг/м, а при влажности 25-710 кг/м.
• Между плотностью и прочностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина , как правило , является более прочной.

По плотности при влажности 12% древесину можно разделить на три группы:

1. породы малой плотности (510кг/м и менее): сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха, каштан, орех манчжуйский, бархатное дерево);
2. породы средней плотности (550-740 кг/м): лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм. карагач, клен, платан, рябина, яблоня, ясень;
3. породы высокой плотности (750 кг/м и выше): акация белая, береза железная, граб, самшит. саксаул, фисташка, кизил.

Древесину с высокой плотностью особенно ценят на производстве за ее прочность и хорошую обрабатываемость.

Теплопроводность, звукопроводимость, электропроводность

Теплопроводностью называется ее способность проводить тепло через свою толщину от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью ее строения.

• Звукопроводимость - свойство материала проводить звук с определенной скоростью. В ней быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медленнее – в радиальном и тангентальном направлениях. Звукопроницаемость древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном –в3-4 раза больше звукопроницаемости воздуха. Это отрицательное свойство требует при устройстве деревянных перегородок, потолков и т.д. применения звукоизолирующих материалов. Способность усиливать звук широко используется при изготовлении музыкальных инструментов. Наилучший тип для этого – древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.
• Электропроводность характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности.

Механические свойства 

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). По характеру действия сил различают нагрузки статические, динамические, вибрационные и долговременные. Статическими называют нагрузки, возрастающие медленно и в полную силу. Вибрационными   называют нагрузки, у которых меняются и величина, и направление. Долговременные нагрузки действуют в течение очень продолжительного времени. Динамические, или ударные, нагрузки действуют на тело мгновенно и в полную силу.

К механическим свойствам относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.

1. Прочность определяется ее сопротивлением действию механических сил: растяжению, сжатию, изгибу, скалыванию.
2. Твердостью называется способность сопротивляться проникновению твердых тел. Она 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.
3. Деформативностью называют способность древесины изменять свои размеры и форму при воздействии.
4. Ударная вязкость характеризует способность поглощать работу при ударе без разрушения. Древесина лиственных пород в среднем имеет ударную вязкость в 2 раза большую, чем у хвойных пород.

Технологические свойства 

Способность удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам они частично перерезаются, частично изгибаются; волокна древесины раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине.

Наибольшей способностью к гнутью обладают лиственные кольцесосудистые породы (дуб, ясень) и рассеянно-сосудистые( береза). У хвойных пород способность к гнутью невысокая. У влажной способность к гнутью выше, чем у сухой.   

Износостойкость характеризуется ее способностью противостоять износу, т.е. разрушению в процессе трения.