Механические и физические свойства древесины: усушка, разбухание, коробление, плотность, твердость и тепловые свойства

Основные свойства древесины

Древесина – материал, обладающий большим перечнем различных свойств. Часть из них имеют позитивный характер, другая – негативный.

К основным свойствам относятся:

• Влажность;
• Плотность;
• Твердость;
• Износостойкость;
• Подверженность деформации;
• Набухание;
• Теплопроводность;
• Усыхание.

Поделки и кухонная утварь

Источник stroyres.net

Очень большим спросом всегда пользовались поделки из древесины, и сегодняшний день не является исключением. Это могут быть различные композиции, как на верхней фотографии, или какие-либо отдельные фигурки, изображающие сказочных персонажей, крохотные домики, шкатулки и так далее. Примечательно, что для поделок не всегда необходимо мастерство столяра-краснодеревщика с полным набором инструментов – природа иногда сама подбрасывает причудливые фигурки из веток и кореньев – нужна лишь наблюдательность и полет фантазии.

Источник rubankom.com

Сегодня очень востребованы деревянные доски для нарезки продуктов, особенно если они наборные, то есть, склеены из обрезков доски, но волокна развернуты перпендикулярно плоскости. Кухонные ножи практически не тупятся при нарезке мяса или овощей, так как лезвие просто входит в мягкую структуру, которая потом опять сдвигается. Деревянную ложку вообще можно назвать незаменимым атрибутом при варке повидла или варенья, а вот борщ или уха из деревянной миски – просто объедение.

Технологические свойства древесины

Технологические свойства важны при обработке материала. К ним можно отнести способность выдерживать нагрузку, дизайнерские преимущества и ценообразование.

Экологические

Древесина – наиболее экологичный материал из имеющихся сейчас на рынке. Исключение составляют только клееные стройматериалы, которые выделяют большое количество вредных веществ.

Показатель экологичности определяется строго установленными нормами, которые могут отличаться в разных странах. Поэтому характеристика субъективна.

Эксплуатационные

Это такие показатели как износостойкость, тепловые потери и звукопоглощение. По всем этим характеристикам дерево выгодно отличается от остальных стройматериалов. Так брус из хвойных пород толщиной 200 мм равен по теплостойкости кирпичной стене в 600 мм.

• Износостойкость во многом зависит от условий эксплуатации.
• Так до сих пор сохранились деревянные строение, сооруженные более 100 лет назад.

Для того, чтобы защитить дерево от огня, и увеличить срок его службы сейчас существуют специальные огнеупорные составы.

Дизайнерские

Древесина – один их самых красивых с точки зрения дизайнеров материал. Неповторимый рисунок дерева не требует применения дополнительных отделочных материалов и применяется во многих современных стилях.

Стоимость

Соотношение цена – качество у древесины одно из лучших среди всех стройматериалов. Не самая низкая стоимость пиломатериалов компенсируется его износостойкостью, теплопроводностью и звукоизоляцией.

Лиственные породы

Кольцесосудистые лиственные породы.

Дуб произрастает отдельными массивами на территории европейской части России, а также в Крыму и на Кавказе.

Древесина дуба характеризуется высокой прочностью и стойкостью против гниения, способностью к гнутью, красивой текстурой и цветом.

Древесина дуба используется в столярно-мебельном, паркетном и фанерном производствах. Высокая прочность и способность к гнутью обусловливают применение дуба в вагоно-, судо-, обозостроении, для изготовления клепки для бочек. Отходы дуба и дрова используют для дубильно-экстрактного производства.

Ясень обыкновенный произрастает в средней и южной полосе европейской части России, на Кавказе, в Крыму. Древесина ясеня отличается высокой прочностью и вязкостью, малой склонностью к растрескиванию, красивой текстурой.

Применяется наравне с древесиной дуба. Высокая ударная вязкость, способность к гнутью обусловливают применение ее для производства спортивного инвентаря (лыж, весел, теннисных ракеток), в обозо-, судо-, вагоно-, авиа- и автостроении, для изготовления лестничных перил и рукояток инструментов и др.

Вяз произрастает на европейской территории России. Древесина его довольно тяжелая, прочная, вязкая, хорошо обладает гнутостью. Применяют ее в основном в обозостроении для изготовления обода, полоза, дуг; в вагоно- и машиностроении (винты) и в столярно-мебельном производстве.

Ильм произрастает на европейской территории России и на Дальнем Востоке. Красивая текстура древесины ильма ценится в мебельном и фанерном производствах.

Карагач произрастает в южной полосе европейской части России, в Крыму, на Кавказе.

Карагач — ядовитая порода с узкой желтовато-бурой заболонью и коричневато-бурым ядром. Древесина его похожа на древесину ильма, поэтому области применения практически одинаковы.

Рассеянно-сосудистые лиственные породы с мягкой древесиной

Береза растет повсеместно.

Древесина березы применяется для производства лущеного шпона, фанеры, лож охотничьих ружей, лыж и древеснослоистых пластиков, древесностружечных и древесноволокнистых плит, целлюлозы, паркета, в строительстве и др. Из коры березы получают деготь.

Наросты и капы березы используют в качестве облицовочного материала в производстве мебели.

Высоко ценится и применяется при изготовлении сувениров, художественной мебели.

Тополь. Древесина у тополя мягкая, мало стойкая против гниения. Применяется в производстве целлюлозы, для изготовления долбленых лодок, корыт, деревянных лопат, деревянной посуды.

Кора осокоря (балабера) применяется для изготовления поплавков к рыболовным сетям.

Осина. Применение осины ограничивается наличием в древесине ядровой гнили. Основное применение древесины осины — в спичечной промышленности, для получения вискозы (искусственный шелк). Из древесины осины изготавливают игрушки, посуду, древесную стружку, кровельную плитку, дрань и стружку, гонт, кровельную стружку и пр.

Ольха. Растет на сильно увлажненных почвах. Свежесрубленная древесина ольхи белого цвета на воздухе быстро краснеет.

Древесина ольхи мягкая, легкая, однородного строения. Применяется в фанерном, столярно-мебельном производстве, а также для производства ящичной тары.

Липа. Древесина липы мягкая, легкая, однородного строения, хорошо режется, мало трескается и коробится. Малая формоизменяемость древесины липы обусловливает применение ее для изготовления чертежных досок, моделей в литейном деле. Резных изделий, деревянной посуды, карандашей; из липы изготавливают тару под пищевые продукты (мед), древесную стружку, игрушки; из коры липы получают мочало.

Рассеянно-сосудистые лиственные породы с твердой древесиной

Бук произрастает на Кавказе и в Крыму, в Белоруссии.

Древесина бука очень прочная, с красивой текстурой на радиальном разрезе, хорошо гнется, подвержена загниванию. Из древесины бука изготавливают гнутую мебель, клепку для бочек под сливочное масло и нефтепродукты, паркетный фриз, строганый шпон, чертежные принадлежности (линейки, треугольники), сапожные колодки, корпуса для столярного инструмента, применяют ее в обозо- и машиностроении.

Древесина бука — ценное сырье для сухой перегонки, так как дает высокие выходы уксусной кислоты и креозота.

Орех произрастает на Кавказе и Дальнем Востоке. Древесина ореха довольно тяжелая, твердая и прочная, имеет красивый цвет и текстуру. Она хорошо обрабатывается, полируется и поэтому высоко ценится в мебельном и фанерном производстве; идет на внутреннюю отделку помещений, изготовление токарных и резных изделий, лож охотничьих ружей.

Граб обыкновенный произрастает в Крыму и на Кавказе. Древесина граба очень тяжелая, твердая, хорошо сопротивляется истиранию, при высыхании коробится и растрескивается.

Применяется в машиностроении (изготавливают винты. Шестерни, погонялки для ткацких станков, рукояти инструментов), для изготовления токарных изделий, сапожных гвоздей.

Клен произрастает на Кавказе, в Крыму и на Украине. Древесина клена твердая, плотная, тяжелая и прочная. Применяют ее в мебельном производстве, музыкальной промышленности, машиностроении (детали текстильных машин); из клена изготавливают колодки рубанков, сапожные колодки и др.

Груша произрастает в средней и южной полосе европейской части России, в Крыму и на Кавказе. Древесина груши твердая, тяжелая, однородного строения. Хорошо обрабатывается и полируется, имитируется под черное дерево. Используется для изготовления высококачественной мебели, музыкальных инструментов. Строганого шпона. Она мало коробится и из нее изготавливают чертежные принадлежности (линейки, лекала), оправы для оптических приборов.

Платан или чинара, произрастает на Кавказе и в Закавказье. Древесина платана используется в мебельном производстве в качестве отделочного материала и для изготовления различных художественных изделий.

Самшит произрастает на Черноморском побережье Кавказа и в Крыму. Древесину самшита применяют для изготовления духовых инструментов (флейты), ткацких челноков, гравировальных досок, пуговиц, резных и токарных изделий.

Рябина произрастает в России повсеместно. Древесина плотная, тяжелая, твердая и прочная, хорошо сопротивляется ударам. Древесина рябины применяется для изготовления рукояток к ударным инструментам, токарных изделий и др.

Физические свойства древесины

К физическим свойствам относятся те, которые можно определить без дополнительного воздействия на материал. Определить их можно при помощи взвешивания, измерения или осмотра.

К ним относятся:

• Внешний вид;
• Плотность;
• Влажность;
• Усушка и разбухание;
• Теплопроводность, звукопроводимость, электропроводимость.

Свойства, определяющие внешний вид

Лесозаготовки отличаются широким спектром характерных только для дерева свойств:

1. Запах – зависит от породы и количества различных смол в структуре. Запах дерева невозможно спутать ни с чем другим.
2. Цвет – также зависит от породы. Так же может отличаться у влажной и сухой доски, а также у больного и здорового дерева.
3. Текстура – спил имеет особый неповторимый рисунок, который зависит от возраста ствола и пересечения волокон.
4. Блеск – будет более выражен у плотных пород, зависит от количества лучей, исходящих из сердцевины.

Плотность

Измеряется при стандартной влажности. С увеличение влажности увеличивается и плотность. Показатель также тесно связан с прочностью. Чем тяжелее древесина, тем она прочнее и ценнее для производителей.

Выделяют три типа плотности:

• Высокая – более 760 кг/м;
• Средняя – 510 — 750 кг/м;
• Низкая – менее 510 кг/м.

Влажность

Влажность древесины – это соотношение влаги, содержащейся в стволе к массе сухого материала. Выражается в процентах. У свежесрубленного дерева влажность будет выше, чем у пролежавшего несколько дней. Это связано с тем, что растение на протяжении всей жизни поглощает воду из почвы.

Усушка и разбухание

Усушка – показатель, который проверяется при уменьшении размеров материала после высыхания. Начинается после полного удаления свободной влаги. Выделяют три вида пород:

1. Сильно усыхающие – береза, граб, бук, клен, лиственница.
2. Среднеусыхающие – дуб, пихта, тополь, ясень.
3. Мало усыхающие – елка, кедр, тополь.

Разбухание – одно из негативных качеств древесины. Связано с тем, что материал впитывает влагу при изменении окружающей среды.

Теплопроводность, звукопроводимость, электропроводимость

Теплопроводность сухого дерева очень мала. Это значит, что потери тепла у древесины влажностью ниже 12 % близки к нулю.

Звукопроводимость показывает с какой скоростью материал пропускает через себя звуковую волну. Для древесины данный показатель – отрицательная характеристика. Поскольку дерево проводит звук в 16 раз лучше воздуха.

Лесоматериал мало подходит для изготовления межкомнатных перегородок и потолков. При этом музыкальные инструменты, выполненные из натурального дерева, звучат отлично.

Электропроводность показывает с какой скоростью материал проводит через себя электрические импульсы. У разных пород деревьев данные показатель будет отличаться. Также на него влияют условия окружающей среды.

Хвойные породы

Сосна занимает около 1/6 площади всех лесов России. Более распространенной породой является сосна обыкновенная. Она произрастает в Крыму и на Кавказе.

Древесина сосны достаточно мягкий материал. Хорошо обрабатывается. Используется для изготовления оконных, дверных блоков, мебели, лестничных маршей.

Ель занимает 1/8 часть покрытой лесом площади .

Древесина ели из-за большей сучковатости обрабатывается несколько хуже. Преимущества ее — однородность строения, белый цвет и малая смолистость.

Применяется в строительстве для изготовления оконных и дверных блоков, досок для покрытия полов, плинтусов, наличников, обшивки и раскладки, для изготовления бытовой мебели.

Ели используется для получения драни, гонта, стружки для упаковок яиц. Из коры ели получают дубильные материалы для кожевенной промышленности.

Лиственница занимает около 2/3 площади всех лесов нашей страны.

Древесина лиственницы имеет высокие физико-механических свойства: плотность и прочность ее древесины почти на 30 % выше, чем древесины сосны. Она обладает высокой стойкостью против гниения. Древесина лиственницы тяжелая.

Древесину лиственницы используют в случаях, когда требуется высокая прочность и стойкость против гниения (гидротехнические сооружения, сваи, столбы, связи, шпалы, рудничная стойка). В вагоностроении древесину лиственницы иногда применяют вместо древесины дуба. Используют ее в мебельном производстве, так как она имеет красивую текстуру.

Пихта. Древесина пихты обладает наиболее высокими физико-механическими свойствами пи не уступает древесине ели.

Древесину пихты используют наравне с древесиной ели.

Кедр. По физико-механическим свойствам древесина кедра занимает промежуточное положение между древесиной сибирской ели и пихты, но по стойкости против гниения превышает их.

Древесина кедра хорошо обрабатывается в разных направлениях; используется для производства карандашей, в столярно-мебельном производстве, для изготовления шпал, рудничной стойки и др.

Тис. Древесина тиса имеет красивый внешний вид и поэтому ценится в мебельном производстве, используется для внутренней отделки помещений, изготовления токарных и резных изделий, мелких художественных изделий.

Механические свойства древесины

Механические свойства показывают насколько дерево может сопротивляться внешним факторам. К ним относятся прочность, твердость, ударная вязкость, деформативность, износостойкость.

Прочность

Свойство показывает насколько материал подвержен внешнему воздействию, такому как сжатие, продолжительный изгиб и растяжение.

• Зависит от направления воздействия.
• Лесоматериал гораздо более устойчив к нагрузкам вдоль волокон, чем поперек.
• Лучшими показателями прочности обладает береза.
• Хвойные породы чуть менее прочные.

Твердость

Определяет сопротивление внедрению внешних металлических предметов (забивание гвоздей, дюбелей и т.д.). Древесина не самый твердый материал. При боковых воздействия прочность значительно ниже, чем при торцовых.

Ударная вязкость

Свойство, определяющее способность выдерживать динамические нагрузки (например, удары молотком) без видимых повреждений продолжительное время. Данный показатель у древесины на высоком уровне.

Способность к изгибам

Способность зависит от влажности. Так хвойные породы практически не изгибаются в сухом состоянии. Поэтому перед началом работ их смачивают. Данное свойство делает древесину отличным материалом для создания мебели.

Износостойкость

Показывает, как древесина выдерживает длительно трение по поверхности. Зависит от породы дерева, влажности и направления распила. Чем выше влажность материала, тем ниже его износостойкость.

Какие функции выполняет стебель

1. Опорная – стебель это стержень растения, осуществляет его поддержку; место для роста листьев, цветков;
2. проводящая – транспорт растворенных веществ от корневой системы к листьям и веткам, новым побегам;
3. запасающая – обеспечивает постоянное наличие внутри стебля воды и питательных веществ;
4. защитная – защищает от действия опасных агентов, поедания животными (развиваются колючки, шипы);
5. вегетативного размножения – для отдельных растений (цитрусовые, ананас) единственный способ получения потомства;
6. фотосинтез – наличие хлоропластов в зеленых клетках дает возможность участвовать в процессах преобразования энергии;
7. ассимиляция органических веществ, пример кактусы, у которых стебель на себя берет функцию листьев;
8. осевая (механическая) – выносит растение к солнцу (листья — для фотосинтеза, цветки – для опыления).

Фото всех видов древесины