|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Древесина | Древесина (далее Д) ксилема (от греч. xýlon - дерево), сложная ткань древесных и травянистых растений, проводящая воду и растворенные в ней минеральные соли; часть проводящего пучка, образующаяся из прокамбия (первичная Д) или камбия (вторичная Д). Она составляет основную массу ствола, корней и ветвей древесных растений.
Физиологические и анатомические особенности Д Форма и величина клеток, слагающих Д, различны и зависят от их функций. Д содержит проводящие, механические и запасающие элементы. Строение Д типично для родов, а иногда и для видов древесных растений. При изучении Д и ее свойств пользуются 3 главными разрезами, а для микроскопического изучения - срезами: поперечным, тангенциальным (тангентальным) и радиальным (рис. 1). По мере роста деревьев внутренняя, наиболее старая Д ствола отмирает. Проводящие элементы Д постепенно закупориваются: сосуды - так называемыми тиллами, трахеиды - торусами их окаймленных пор. Проводящая и запасающая системы перестают функционировать, содержание в Д воды, крахмала, отчасти жиров уменьшается, количество смол, дубильных веществ повышается. У ядровых пород (сосна, лиственница, дуб) центральная часть Д отличается по окраске и называется ядром, периферическая зона называется заболонью. У спелодревесных пород (ель, липа) периферическая часть отличается от центральной меньшей влажностью (такая Д называется спелой). У заболонных пород (клен, береза) центральная часть ничем не отличается от периферической. Иногда у заболонных и спелодревесных пород центральная часть ствола окрашивается темнее (главным образом под влиянием грибов) и образуется так называемое ложное ядро.
В Д большинства двудольных и всех хвойных растений можно различить кольца прироста, или годичные кольца, и радиальные, или сердцевинные, лучи. Внутри одного кольца прироста различают раннюю (весеннюю) и позднюю (летнюю) зоны, часто называющиеся соответственно ранней и поздней Д По радиальным лучам питательные вещества передвигаются в места их отложения. Размеры и соотношение элементов, слагающих Д, изменяются в зависимости от условий произрастания и положения Д в стебле. В неблагоприятных условиях (избыточное увлажнение, недостаток воды в почве, сильное затенение, объедание листьев насекомыми) образуются узкие слои прироста. Д двудольных растений слагается из следующих типов клеток: члеников сосудов (трахей), трахеид, механических волокон (либриформа), древесинной паренхимы и ряда др. элементов - переходных форм между ними (рис. 2). Комбинации в размерах и расположении элементов Д (например, диаметр сосудов у различных пород варьируют от 0,0015 мм у самшита и аралии до 0,5 мм у дуба) создают разнообразие ее структуры (рис. 3): рассеянно-сосудистая - по всему кольцу прироста сосуды почти равного диаметра, число их в ранней и поздней зонах почти одинаково (береза, клен); кольцесосудистая - диаметр сосудов в ранней зоне кольца значительно больший, чем в поздней (дуб, вяз, маклюра). Сосуды могут быть расположены одиночно (дуб) или группами (ясень, береза, осина), образуя в этом случае в местах соприкосновения окаймленные поры. Трахеиды в этом случае утрачивают в процессе эволюции водопроводящую функцию и заменяются волокнами либриформа (Д ясеня, например, состоит из сосудов, древесинной и лучевой паренхимы и волокон либриформа). Д различается также по характеру соединения члеников сосудов, форме перфорации (простая, лестничная и т.д.), ее расположению, форме членика, высоте и ширине сердцевинного луча и форме его клеток. Д голосеменных, в том числе хвойных, состоит только из трахеид (сосуды отсутствуют), небольшого количества древесинной паренхимы и сердцевинных лучей. У одних родов (кипарис, можжевельник) сердцевинные лучи (гомогенные) состоят из одинаковых паренхимных клеток; у др. (сосна, ель, лиственница) в гетерогенных лучах имеются также и лучевые трахеиды, проходящие вдоль луча (рис. 4). Строение луча, форма клеток, число и размеры их пор имеют важное значение при определении породы дерева. У некоторых родов (сосна, ель, дугласова пихта и лиственница) в Д имеются смоляные ходы.
состав Д Абсолютно сухая Д всех пород в среднем содержит (в %): 49,5 6,3 44,1 0,1 В Д на долю оболочек клеток приходится около 95% массы. Главные составные части оболочек - целлюлоза (43-56%) и лигнин (19-30%), остальные: гемицеллюлозы, пектиновые вещества, минеральные вещества (главным образом соли небольшое количество жиров, эфирных масел, алкалоидов, гликозидов и т.п. Для всех клеток Д характерно одревеснение - пропитывание оболочек лигнином. Существует более 70 реакций на одревеснение (например, флороглюцин с концентрированной соляной кислотой дает малиновое окрашивание). Д некоторых деревьев содержит дубильные вещества (квебрахо), красители (кампешевое дерево, сандал), бальзамы, смолы, камфору и т.д.
О. Н. Чистякова.
Физические свойства Д характеризуются ее внешним видом (цвет, блеск, текстура), плотностью, влажностью, гигроскопичностью, теплоемкостью и др. Д как материал используют в натуральном виде (лесоматериалы, пиломатериалы), а также после специальной физико- обработки (см. Древесные материалы). Важное декоративное свойство и диагностический признак - цвет Д, характеристики которого изменяются в широких пределах (цветовой тон 578-585 нм, чистота цвета 30-60%, светлота 20-70%). Блеск наблюдается у Д некоторых лиственных пород, особенно на радиальном разрезе. Текстура - рисунок Д, образующийся при перерезании анатомических элементов, - особенно эффектна у лиственных пород.
Д содержит свободную (в полостях клеток) и связанную (в оболочках клеток) влагу. Влажность Д
где - влажность в %, m- начальная масса образца, m0 - масса образца в абсолютно сухом состоянии. Пределом гигроскопичности (точкой насыщения волокна) называется состояние, при котором в Д содержится максимальное количество связанной (гигроскопической) влаги, а свободная влага отсутствует. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности пг при t 20°С, составляет в среднем 30%. На большинство свойств Д оказывает влияние изменение содержания связанной влаги. При достаточно длительной выдержке Д приобретает равновесную влажность p, которая зависит от влажности j и температуры t окружающего воздуха (рис. 5). Уменьшение содержания связанной влаги вызывает сокращение линейных размеров и объема Д - усушку. Усушка
где Уw - усушка в %, апг - размер (объем) образца при пределе гигроскопичности, aw - размер (объем) образца при данной влажности в диапазоне 0-пг. Полная (при удалении всей связанной влаги) усушка в тангенциальном направлении для всех пород 6-10%, в радиальном направлении 3-5%, вдоль волокон 0,1-0,3%; полная объемная усушка 12-15%.
При увеличении содержания связанной влаги, а также поглощении Д др. жидкостей происходит разбухание - явление, обратное усушке. Вследствие разницы значений радиальной и тангенциальной усушки при высыхании (или увлажнении) наблюдается поперечное коробление пиломатериалов и заготовок. Продольное коробление наиболее заметно у пиломатериалов с пороками строения Д В процессе сушки Д из-за неравномерного удаления влаги и анизотропии усушки возникают внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию пиломатериалов и круглых лесоматериалов. После камерной сушки из-за остаточных напряжений в Д при механической обработке происходит изменение заданных размеров и формы деталей. Д проницаема для жидкостей и газов, особенно лиственной породы по заболони и вдоль волокон.
Плотность древесинного вещества у всех пород одинакова (т.к. одинаков их состав) и примерно в 1,5 раза больше плотности воды. Плотность Д из-за наличия полостей меньше и колеблется в значительных пределах в зависимости от породы, условий роста, положения образца Д в стволе. Плотность Д при данной влажности
где mw и vw - масса и объем образца при данной влажности . С повышением влажности плотность Д увеличивается. Часто для расчетов используют показатель, не зависящий от влажности, - условную плотность:
где m0 - масса образца при = 0, vmax - объем при > пг.
Удельная теплоемкость Д практически не зависит от породы и может быть найдена по диаграмме (рис. 6). Коэффициент теплопроводности l зависит от температуры, влажности, породы (плотности), направления теплового потока и определяется по формуле l = lном × kr × kx, где lном - номинальное значение коэффициента теплопроводности, а кr и kx - коэффициенты, учитывающие значение условной плотности rусл и направление теплового потока в образце. lном определяется по диаграмме (рис. 7), а некоторые значения коэффициентов kr и kx приведены в таблицах 1 и 2. Температурные деформации Д значительно меньше усушки и разбухания и обычно в расчетах не учитываются.
Некоторые электрические и акустические свойства Д приведены в таблице 3. Д хвойных пород с малой плотностью (ель) обладает высокими резонансными свойствами и широко используется в музыкальной промышленности.
Таблица 1. - Коэффициент kx
Направление теплового потока
|
kx
|
Тангенциальное
|
1,0
|
Радиальное
|
1,05
|
Вдоль волокон
для кольцесосудистых лиственных пород
|
1,6
|
для остальных
|
2,2
|
Таблица 2. - Коэффициент кr
rусл, кг/м3
|
кr
|
rусл, кг/м3
|
кr
|
340
|
1,98
|
500
|
1,22
|
360
|
1,00
|
600
|
1,56
|
400
|
1,05
|
650
|
1,86
|
Механические свойства Д наиболее высоки при действии нагрузок вдоль волокон; в плоскости поперек волокон они резко снижаются. В таблице 4 даны средние показатели свойств Д некоторых пород при = 12%. С увеличением влажности до пг показатели уменьшаются в 1,5-2 раза. Модуль упругости вдоль волокон составляет 10-15 Гн/м2 (100-150 тыс. кгс/см2), а поперек в 20-25 раз меньше. Коэффициент поперечной деформации для разных пород и структурных направлений находится в пределах от 0,02 до 0,8.
Способность Д деформироваться под нагрузкой во времени, характеризующая ее реологические свойства, резко повышается с увеличением влажности и температуры. Прочность при длительных нагрузках снижается. Например, предел долговременного сопротивления при изгибе составляет 0,6-0,65 от предела прочности при стандартных испытаниях на статический изгиб. При многократных нагружениях наблюдается усталость Д, предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статического предела прочности.
Испытания Д с целью определения показателей физико-механических и технологических свойств проводят на малых чистых (без пороков) образцах. Испытаниям подвергают серии образцов, а результаты опытов обрабатывают методами вариационной статистики. Все показатели приводят к единой влажности - 12%. На большинство методов испытаний разработаны стандарты, устанавливающие форму и размеры образцов Д, процедуру экспериментов, способы вычисления показателей ее свойств. Д отличается сильной изменчивостью свойств, поэтому при использовании Д в качестве конструкционного материала особенно важно применение неразрушающих методов поштучного контроля прочности пиломатериалов, основанных, например, на связи между прочностью Д и некоторыми ее физическими свойствами. На свойства Д влияют пороки древесины (сучки, гнили, наклон волокон, крень и др.).
При оценке свойств Д как конструкционного и поделочного материала учитывают ее способность удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы), износостойкость, способность к загибу некоторых лиственных пород.
Д имеет высокие значения коэффициента качества (отношение предела прочности к плотности), хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам, легко обрабатывается и позволяет изготовлять детали сложной конфигурации, надежно соединяется в изделиях и конструкциях с помощью клея, обладает высокими декоративными свойствами. Однако наряду с положительными свойствами натуральная Д обладает рядом недостатков: размеры и форма деталей изменяются при колебаниях влажности. При неблагоприятных условиях хранения и эксплуатации (повышенная влажность Д, умеренно высокая температура воздуха, контакт с влажной почвой, конденсация влаги на элементах конструкций и т.д.) Д загнивает. Гниение представляет собой процесс разрушения Д в результате жизнедеятельности поселяющихся на ней грибов. Для защиты от загнивания Д пропитывают антисептиками (см. Антисептические средства). Д может также повреждаться насекомыми, для защиты от которых используют инсектициды. Ввиду сравнительно малой огнестойкости Д при необходимости пропитывают антипиренами.
Народнохозяйственное значение Д Как конструкционный материал Д широко применяется в строительстве (деревянные конструкции, столярные детали), на ж.-д. транспорте и линиях связи (шпалы, опоры линий электропередач (ЛЭП)), в горной промышленности (крепь), в машино- и судостроении, в производстве мебели, музыкальных инструментов, спортинвентаря; как сырье в целлюлозно-бумажной промышленности и для др. видов переработки (например, гидролиз, сухая перегонка), а также как топливо. О заготовке Д см. в ст. Лесозаготовки.
Таблица 3. - Электрические и акустические свойства древесины
Показатели
|
Порода
|
Вдоль волокон
|
Поперек волокон
|
радиальное направ-
ление
|
тангенциа-
льное нап-
равление
|
Удельное объемное электросопротивление при =8%, 108ом·м
|
Лиственница
|
3,8
|
19
|
14,5
|
Береза
|
4,2
|
86
|
-
|
Пробивное напряжение при = 8-9%,
кв/см
|
Бук
|
14
|
41,5
|
52
|
Береза
|
15
|
59,8
|
-
|
Диэлектрическая проницаемость при =0 и частоте 1000 гц
|
Ель
|
3,06
|
1,91
|
1,98
|
Бук
|
3,18
|
2,40
|
2,20
|
Тангенс угла потерь
|
Ель
|
0,0625
|
0,0310
|
0,0345
|
Бук
|
0,0585
|
0,0319
|
0,0298
|
Скорость распространения звука, м/сек
|
Сосна
|
5030
|
1450
|
850
|
Дуб
|
4175
|
1665
|
1400
|
Таблица 4. - Плотность и механические свойства малых чистых (без пороков) образцов древесины при влажности 12%
Показатели
|
Порода
|
Лиственница
|
Сосна
|
Ель
|
Дуб
|
Береза
|
Осина
|
Плотность, кг/м3
|
660
|
500
|
445
|
690
|
630
|
495
|
Предел прочности вдоль волокон, Мн/м2 (кгс/см2):
при сжатии
|
64,5 (645)
|
48,5 (485)
|
44,5 (445)
|
57,5 (575)
|
55,0(550)
|
42,5 (425)
|
при статическом изгибе
|
111,5 (1115)
|
86,0 (860)
|
79,5 (795)
|
107,5 (1075)
|
109,5(1095)
|
78,0 (780)
|
при растяжении
|
125,0 (1250)
|
103,5(1035)
|
103,0(1030)
|
|
168,0(1680)
|
125,5(1255)
|
при скалывании
радиальном
|
9,9 (99)
|
7,5 (75)
|
6,9 (69)
|
10,2(102)
|
9,3 (93)
|
6,3 (63)
|
тангенциальном
|
9,4 (94)
|
7,3 (73)
|
6,8 (68)
|
12,2 (122)
|
11,2 (112)
|
8.6 (86)
|
Ударная вязкость, кдж/м2 (кгс·м/см2)
|
52 (0,53)
|
41 (0,42)
|
39 (0,40)
|
77 (0,78)
|
93 (0,95)
|
84 (0,86)
|
Твердость, Мн/м2 (кгс/см2):
торцовая..........:....
|
43,5 (435)
|
28,0 (285)
|
26,0 (260)
|
67,5 (675)
|
46,5 (465)
|
26,5 (265)
|
боковая......::......
|
29,0 (290)
|
24,0 (245)
|
18,0 (180)
|
52,5 (525)
|
35,0 (350)
|
20,0 (200)
|
Лит.: Ванин С. И., Древесиноведение, 3 изд., М.-Л., 1949; Яценко-Хмелевский А. А., Основы и методы анатомических исследований древесины, М.-Л., 1954; Москалева В. Е., Строение древесины и ее изменение при физических и механических воздействиях, М., 1957; Вихров В. Е., Диагностические признаки древесины главнейших лесохозяйственных и лесопромышленных пород СССР, М., 1959; Никитин Н. И., древесины и целлюлозы, М.-Л., 1962; Д. Показатели физико-механических свойств, М., 1962; Уголев Б. Н., Испытания древесины и древесных материалов, М., 1965; Перелыгин Л. М., Древесиноведение, 2 изд., М., 1969; Леонтьев Н. Л., Техника испытаний древесины, М., 1970; Уголев Б. Н., Деформативность древесины и напряжения при сушке, М., 1971.
Б. Н. Уголев.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
