Органические вещества древесины и их промышленное значение

Для создания влагомеров широко используются достаточно строгие зависимости между влажностью и электрическими параметрами древесины. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, основанные на измерении электропроводности древесины.

К недостаткам этих приборов, помимо меньшей точности (по сравнению с методом высушивания), относится также и то, что они дают значения локальной влажности древесины в месте введения игольчатых контактов. При обычно неравномерном распределении влажности по объему доски или заготовки этот не достаток может быть причиной дополнительных погрешностей в определении интегральной влажности древесины.

2.7 Электрические и теплофизические свойства древесины

К теплофизическим свойствам древесины относятся тепло емкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение. Известно, что теплоемкость материала характеризует его способность аккумулировать тепло. Показателем этого свойства является удельная теплоемкость с, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг массы материала на 1 К (или на °С). Удельная теплоемкость измеряется в кДж/(кг°С). Процессы распространения (переноса) тепла в материале характеризуются двумя показателями -- коэффициентом теплопроводности и коэффициентом температуропроводности.

Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, проходящей в единицу времени через стенку из данного материала площадью 1 м и толщиной 1 мм при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1°С. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м°С).

Коэффициент температуропроводности а определяет инерционность материала, т.е. его способность выравнивать температуру. Показатель а численно равен от ношению коэффициента теплопроводности к теплоемкости единицы объема материала:

.

Теплопроводность древесины. На способность древесины проводить тепло оказывают влияние многие факторы. Один из основных факторов -- плотность древесины. По радиальному и тангенциальному направлениям поперек волокон коэффициенты теплопроводности и могут не сколько различаться. Дело в том, что в тангенциальном направлении вытянуты зоны поздней древесины годичных слоев. Поздняя древесина, особенно у хвойных пород, плотнее, чем ранняя, и, следовательно, более теплопроводна. Увеличению теплопроводности в радиальном направлении способствуют сердцевинные лучи с преимущественным расположением микрофибрилл вдоль длины луча.

Температуропроводность древесины. Величина коэффициента температуропроводности а определяется по уравнению, если известны значения двух других тепловых коэффициентов. Для абсолютно сухой древесины коэффициент температуропроводности, так же как и коэффициент теплопроводности, зависит от плотности. Однако с уменьшением плотности коэффициент температуропроводности возрастает.

Тепловое расширение древесины. При нагревании твердых материалов, в том числе и древесины, происходит увеличение их объема. Коэффициент линейного теплового расширения а' представляет собой изменение единицы длины тела при нагревании его на 1°С. Вследствие анизотропии древесины коэффициенты а' по трем структурным направлениям различны. Наименьший коэффициент линейного расширения а' в направлении вдоль волокон. Тепловое расширение поперек волокон значительно (иногда в 10--15 раз) больше, чем вдоль волокон, причем в тангенциальном направлении оно обычно в 1,5--1,8 раза выше, чем в радиальном. Таким образом, наблюдается известная аналогия с анизотропией усушки (разбухания).

Электропроводность. Способность древесины проводить электрический ток находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. В общем случае полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений--объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное сопротивление определяет препятствие прохождению тока по поверхности образца. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное ()и поверхностное сопротивления ().

Способность древесины противостоять пробою, т. е. снижению сопротивления при больших напряжениях, называется электрической прочностью. Электрическая прочность абсолютно сухой древесины вдоль волокон в 4--7 раз меньше, чем поперек. С повышением влажности электрическая прочность заметно снижается, при этом уменьшается различие между вдоль и поперек волокон.

Диэлектрические свойства древесины. Древесина, находящаяся в переменном электрическом поле, проявляет свои диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя показателями. Первый из них - относительная диэлектрическая проницаемость - численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель - тангенс угла диэлектрических потерь определяет долю подведенной мощности, которая вследствие дипольной поляризации древесины поглощается ею и превращается в тепло.

Пьезоэлектрические свойства древесины. На поверхности некоторых диэлектриков под действием механических напряжений появляются электрические заряды. Это явление, связанное с поляризацией диэлектрика, носит название прямого пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический носитель - целлюлоза.

древесина усушка стойкость

3. Звуковые и электрические свойства древесины

Распространение звука в древесине. Скорость распространения звука С тем больше, чем меньше плотность материала и выше его жесткость (модуль упругости Е).

Звукоизолирующая и звукопоглощающая способность древесины. Звукоизолирующая способность древесины характеризуется ослаблением интенсивности прошедшего через нее звука. Интенсивность звука прямо связана со звуковым давлением, возникающим в газовой или жидкой среде. Величина звукоизоляционной способности может быть оценена по разнице уровней звукового давления перед и за перегородкой из древесины, а также по относительному уменьшению силы звука, называемому коэффициентом звукопроницаемости.

Резонансная способность древесины. Древесина широко применяется для изготовления излучателей звука (дек) музыкальных инструментов. Эту древесину называют резонансной. Качество материала, обеспечивающего наибольшее излучение звука, оценивается по предложенной акад. Н. Н. Андреевым акустической константе. Наибольшая величина акустической константы характерна для древесины ели, пихты и кедра.

Электропроводность. Способность древесины проводить электрический ток находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. В общем случае полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений--объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное сопротивление определяет препятствие прохождению тока по поверхности образца. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное ()и поверхностное сопротивления ().

Способность древесины противостоять пробою, т. е. снижению сопротивления при больших напряжениях, называется электрической прочностью. Электрическая прочность абсолютно сухой древесины вдоль волокон в 4--7 раз меньше, чем поперек. С повышением влажности электрическая прочность заметно снижается, при этом уменьшается различие между вдоль и поперек волокон.

Диэлектрические свойства древесины. Древесина, находящаяся в переменном электрическом поле, проявляет свои диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя показателями. Первый из них - относительная диэлектрическая проницаемость - численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель - тангенс угла диэлектрических потерь определяет долю подведенной мощности, которая вследствие дипольной поляризации древесины поглощается ею и превращается в тепло.

Пьезоэлектрические свойства древесины. На поверхности некоторых диэлектриков под действием механических напряжений появляются электрические заряды. Это явление, связанное с поляризацией диэлектрика, носит название прямого пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический носитель - целлюлоза.

Макроскопическое строение древесины и влияние элементов макростроения на ее физико-механические свойства.

Виды плотности древесины и плотность древесного вещества, деление древесных пород на группы по плотности.

Плотность характеризуется массой единицы объема материала. При изучении этого свойства древесины рассматривают ряд показателей.

Плотность древесинного вещества представляёт собой массу единицы объема материала, образующего клеточные стенки (1,44-1,46). Из конспекта 1,53.



Плотность абсолютно сухой древесины характеризует массу единицы объема древесины при отсутствии воды. Этот показатель вычисляют по формуле

.

Плотность влажной древесины выражается отношением массы образца при любой данной влажности к его объему при той же влажности. Формула для вычисления этого показателя имеет вид

.

Парциальная плотность выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при любой данной влажности

Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности равной или больше предела насыщения клеточных стенок

.

По плотности древесины при 12 % влажности все наши породы можно разделить на три группы: а) породы с малой плотностью (плотность 540 и менее) из хвойных -- сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный; из лиственных -- тополь (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский; бархат амурский; б) породы средней плотности (плотность 550--740) из хвойных--лиственница (все виды), тис; из лиственных -- береза повислая, пушистая, желтая и черная; бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский; ильм, карагач, клен (все виды), лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский; в) породы высокой плотности (плотность 750 и выше)--акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, гикори белый, граб, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, земляничное дерево, кизил, маклюра, саксаул белый, самшит, фисташка, хмелеграб.

3.1 Пороки формы ствола и их влияние на качество лесоматериалов

Сбежистость. Для всех стволов деревьев характерно постепенное уменьшение диаметра в направлении от комля к вершине (cбег). Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, такое явление признается ненормальным и считается пороком -- сбежистостью. Степень сбежистости определяется измерением между комлевым и вершинным диаметром круглого сортимента (в комлевых бревнах нижний диаметр измеряют на расстоянии 1 м от комлевого торца), а у необрезных пиломатериалов - между шириной комлевого и вершинного конца. Полученная разность относится к общей длине сортимента и выражается в сантиметрах на 1 м или в процентах.

Сбежистость увеличивает количество отходов при распиловке сортиментов и их лущении и косвенным образом влияет на прочность, так как является причиной появления в пиломатериалах порока - радиального наклона волокон.

Закомелистость. Резкое увеличение диаметра в нижней части ствола, встречающееся у всех пород, называется закомелистостью. Закомелистость представляет собой частный случай, когда диаметр круглых лесоматериалов или ширина необрезной пилопродукции у комлевого торца более чем в 1,2 раза превышает диаметр (ширину) сортимента на расстоянии 1 м от этого торца. В зависимости от формы комлевой части круглого сортимента различается округлая и ребристая закомелистость.

Округлой закомелистость называется в том случае, если поперечное сечение комлевой части имеет форму близкую к окружности. Ребристая закомелистость характеризуется звездообразной формой поперечного сечения.

Овальность. Эллипсовидность формы торца круглых лесоматериалов, при которой наибольший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший. Порок измеряют разностью значений указанных диаметров. Овальность иногда затрудняет использование сортиментов, увеличивает количество отходов при лущении, ухудшает качество продукции, из-за сопровождающей этот порок крени или тяговой древесины.

Наросты. Местные утолщения ствола. Измеряют длину и толщину нароста. По внешнему виду и строению древесины наросты могут быть разделены на две группы: 1) с гладкой поверхностью и более или менее правильным строением древесины и 2) с неровной, бугристой поверхностью и свилеватым строением древесины. Наросты затрудняют использование круглых лесоматериалов и осложняют их переработку. Однако древесина капов высоко ценится как материал для художественных поделок и сырье для облицовочного строганого шпона.

Кривизна. Искривление ствола по длине -- кривизна встречается у всех древесных пород. Вследствие потери верхушечного побега и замены его боковой ветвью, из-за наклона дерева в сторону лучшего освещения, при росте на горных склонах и по другим причинам ствол дерева может оказаться искривленным. Различают простую и сложную кривизну, характеризующуюся соответственно одним или несколькими изгибами сортимента. Кривизна затрудняет применение круглых лесоматериалов по назначению, снижает выход пиломатериалов и шпона, служит причиной образования радиального наклона волокон.

3.2 Обмер и учет пиломатериалов

Биологические повреждения древесины.

Червоточина. Так называются повреждения древесины насекомыми. Порок встречается в свежезаготовленных лесоматериалах, а также в сухостойных и ослабленных деревьях в лесу.

На поверхности лесоматериалов видны крупные или овальные отверстия, бороздки или канавки. Основные разрушения производят не взрослые насекомые, а их личинки, использующие древесину и кору для своего питания. Древесину повреждают различные насекомые: жуки (усачи,. златки, короеды, долгоносики, точильщики), рогохвосты (древесные осы), бабочки (древоточцы и стеклянницы), термиты и др. [ В большинстве случаев лесные насекомые, закончив цикл развития во влажной древесине, после высыхания вторично ее не заселяют. При хранении насекомые повреждают в большей степени хвойные лесоматериалы, чем лиственные.

Поверхностной называется червоточина, распространяющаяся на глубину не более 3 мм. Этот вид повреждения вызывают главным образом короеды. Неглубокой называется червоточина, которая в круглых лесоматериалах распространяется на глубину до 15 мм, а в пилопродукции до 5 мм. Такие повреждения вызывают личинки некоторых усачей и златок. Глубокой называется червоточина в виде ходов, пронизывающих круглые лесоматериалы на глубину более 15 мм, а пилопродукции - более 5 мм. Червоточину вызывают в хвойных деревьях черные хвойные усачи, рогохвосты, в лиственных - различные усачи и другие насекомые. Глубокую червоточину подразделяют на некрупную и крупную с диаметром отверстий соответственно менее или более 3 мм. Сквозной называется червоточина, выходящая на две противоположные стороны сортимента.

Повреждения древесины паразитными растениями. Порок представляет собой отверстия в пилопродукции, оставшиеся от жизнедеятельности паразитных растений. Вечнозеленые растения (омела) или растения с опадающими на зиму листьями (ремнецветник) получают от растения-хозяина в основном воду и растворенные в ней минеральные соки через присоски, которые проникают в древесину, нарушая ее целостность.

Повреждения птицами. В круглых лесоматериалах иногда наблюдаются небольшие, расположенные рядами, отверстия, которые представляют собой наклевы птиц (например, дятла).

Прочность древесины при статическом изгибе (метод испытаний и показатели прочности).

К числу наиболее распространенных и сравнительно легко выполняемых видов механических испытаний древесины относится ее испытание на поперечный изгиб. Нагружение образца проводят в статическом режиме, постепенно увеличивая изгибающие усилия. Прочность при статическом изгибе одна из важнейших механических характеристик древесины.

Для испытания применяют образцы в форме бруска размерами 20х20х300 мм. После измерения посредине длины образца ширины и высоты - в тангенциальном направлении с погрешностью до 0,1 мм его располагают на двух опорах. Пролет l, т. е. расстояние между центрами опор, равен 240 мм. Нагружают образец в одной точке посредине пролета. Опоры и нажимные ножи имеют закругления радиусом 30 мм. Скорость непрерывного нагружения должна быть такой, чтобы образец разрушился через 1--2 мин. Определив максимальную нагрузку Рmах, Н, вычисляют предел прочности, МПа, по формуле

.

Предел прочности при статическом изгибе в среднем можно принять равным 100 МПа. Предел пропорциональности при статическом изгибе составляет примерно 0,6-0,7 предела прочности. При испытаниях, проводимых по стандартной методике, образец располагают на опорах так, чтобы усилия были направлены вдоль годичных слоев (тангенциальный изгиб). Различие между прочностью при радиальном и тангенциальном изгибах обнаруживается только для хвойных пород: предел прочности при тангенциальном изгибе может быть на 10--12 % выше, чем при радиальном.

Прочность древесины при растяжении (метод испытаний и показатели прочности).

Растяжение вдоль волокон. Для определения прочности при данном виде действия усилий применяют образцы довольно сложной формы с массивными головками, которые зажимают в захватах машины, и тонкой рабочей частью. Образец нагружают с такой скоростью, чтобы разрушение его наступило через 1,5--2 мин. Определяют максимальную на грузку и вычисляют предел прочности по формуле , округляя результаты до 1 МПа. В качестве проб на влажность используют рабочие части образцов, но поправочный коэффициент на влажность а=0,01.

Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон сравнительно слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении волокон от направления про дольной оси образца. В среднем для всех пород предел прочности на растяжение вдоль волокон 130 МПа.

Растяжение поперек волокон. Для определения предела прочности при растяжении попе рек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях образец изготовляют таким образом, чтобы годичные слои на плоской его стороне были направлены соответственно поперек или вдоль длины его рабочей части. Прочность древесины в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных пород на 10--50 %, у лиственных на 20--70 % Наибольшую прочность имеют твердые рассеянно-сосудистые лиственные породы, затем идут кольцесосудистые лиственные и далее -- мягкие рассеянно-сосудистые лиственные. Хвойные породы по сравнению с лиственными имеют значительно меньшую прочность при растяжении, как в радиальном, так и в тангенциальном направлении.

3.3 Влияние влажности на физико-механические свойства древесины

Прочность древесины при сжатии вдоль и поперек волокон (методы испытаний и показатели прочности).

Сжатие вдоль волокон. Показатели этого основного свойства древесины определяют при испытании образцов в виде четырехгранной прямоугольной призмы. Основание призмы соответствует базисному сечению (20х20 мм), а высота 30 мм. Фактические поперечные размеры определяют с погрешностью 0,1 мм на уровне половины высоты образца. Предел прочности вычисляют по формуле

Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон сильно зависит от влажности Прочность комнатно-сухой древесины в 2--2,5 раза выше, чем свежесрубленной. В среднем для всех изученных пород при влажности древесины 12 % предел прочности на сжатие вдоль волокон находится около 50 МПа.

Сжатие поперек волокон. В зависимости от особенностей микроскопического строения древесины по-разному сопротивляется действию усилий, приложенных в радиальном и тангенциальном направлении поперек волокон.

Поскольку в большинстве случаев при действии сжимающих усилий поперек волокон не удается установить максимальную нагрузку, приводящую к окончательному разрушению образца, ограничиваются определением предела пропорциональности, который принимают за условный предел прочности.

Различают два вида испытаний - на сжатие и местное смятие поперек волокон. При первом виде испытаний нагрузка прикладывается равномерно по всей поверхности образца, при втором - по всей ширине, но лишь на части длины. Возможен и третий вид испытаний, при котором нагрузка прикладывается на площадку, ограниченную частью ширины и длины образца. Условный предел прочности вычисляют с округлением 0,1 МПа при сжатии поперек волокон по формуле , а при местном смятии поперек волокон по формуле . Условный предел прочности при сжатии поперек волокон для всех пород в среднем примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при местном смятии из-за дополнительного сопротивления изгибу волокон оказывается выше, чем при простом сжатии поперек волокон.

4 Способы хранения круглых лесоматериалов

4.1 Пороки строения древесины и их влияние на ее качество

Неправильное расположение волокон годичных слоёв. Наклон волокон. Отклонение волокон от продольной оси сортимента называется наклоном волокон. Этот порок, который раньше назывался косослоем, встречается у всех пород. Различают тангенциальный и радиальный наклон волокон. Тангенциальный наклон волокон представляет собой очень распространенное природное явление, связанное со спиральным расположением волокон в растущем дереве. Радиальный наклон волокон наблюдается при пере резании годичных слоев на радиальной или близкой к ней поверхности пиломатериала. Указанная разновидность наклона волокон получается при распиловке сильно сбежистых, закомелистых и кривых бревен.

Наклон волокон увеличивает усушку сортиментов в продольном направлении и служит причиной образования винтовой покоробленности пиломатериалов, скручивания столбов. Кроме того, наклон волокон затрудняет механическую обработку древесины и снижает ее способность к загибу.

Свилеватость. Так называется извилистое или беспорядочное расположение волокон, встречающееся чаще всего у лиственных пород. Волнистая свилеватость выражается в более или менее упорядоченном расположении волнообразно изогнутых волокон и образует характерную струйчатую текстуру. Путаная свилеватость характеризуется беспорядочным расположением волокон; встречается главным образом в древесине наростов типа капов.

Свилеватость снижает прочность при растяжении, сжатии и изгибе, но повышает прочность при скалывании, увеличивает ударную вязкость и сопротивление раскалыванию. Механическая обработка свилеватой древесины затруднена. Вместе с тем свилеватость (особенно путаная) создает красивую текстуру, которая высоко ценится при использовании древесины в качестве декоративного материала в мебельном производстве, для внутренней отделки помещений и т. д.

Завиток. Завиток представляет собой местное искривление годичных слоев у сучков и проростей. Односторонним называется завиток, выходящий на одну или две смежные стороны сортимента. Сквозным называется завиток, выходящий на две противоположные стороны сортимента.

4.2 Реактивная древесина

В наклонных и изогнутых стволах и ветвях образуется особая древесина, получившая мировой ботанической литературе название реактивной.

Крень. Этот порок строения древесины хвойных пород выражается в кажущемся увеличении ширины поздней зоны годичных слоев. Крень образуется преимущественно в сжатой зоне изогнутых или наклоненных стволов, т. е. на нижней, обращенной к земле, стороне. Сплошная крень обнаруживается на торцах стволов, длительно подвергавшихся изгибу, в виде темно окрашенного участка, занимающего иногда более половины сечения, имеющего овальную форму и эксцентрично расположенные годичные слои. Сердцевина смещена в сторону участка нормальной древесины.

Местная крень возникает при кратковременном изгибе ствола или действии других факторов.

Присутствие крени в балансах снижает выход химически чистой целлюлозы, увеличивает расходы на ее отбелку. Из-за крепи ухудшается качество древесной массы, используемой бумажном производстве.

Тяговая древесина(лиственные). Так называется порок строения древесины лиственных пород, родственный по происхождению крени. Однако в отличие от крени этот порок образуется в верхней (растянутой) зоне искривленных или наклоненных стволов и ветвей некоторых пород (бука, тополя и др.).

Прочность при сжатии вдоль волокон меньше, а прочность при растяжении вдоль волокон и ударная вязкость больше, чем у нормальной древесины. Тяговая древесина затрудняет механическую обработку пиломатериалов, приводя к образованию ворсистых поверхностей. Отделяющиеся при резании волокна забивают межзубные впадины пил, и процесс пиления замедляется.

Нерегулярные анатомические образования

Ложное ядро. Такое название получила темноокрашенная внутренняя зона древесины лиственных пород с нерегулярным ядрообразованием.

Ложное ядро ухудшает внешний вид древесины. Эта зона древесины имеет пониженные проницаемость, прочность при растяжении вдоль волокон, ударную вязкость. При наличии ложного ядра уменьшается способность древесины к загибу. По стойкости загниванию ложное ядро превосходит заболонь.

Сердцевина смешанная и двойная. Сердцевина, представляющая собой часть ствола, описана ранее.

Смещенная сердцевина. Порок выражается в эксцентричном расположении сердцевины; затрудняет использование круглых лесоматериалов, указывает на наличие реактивной древесины.

Двойная сердцевина. В сортиментах, выпиленных из ствола вблизи его разделения на отдельные вершины, могут быть обнаружены две сердцевины, а иногда и более. Каждая сердцевина имеет свою систему годичных слоев и по периферии ствола окружена общей системой годичных слоев. Сечение ствола принимает овальную форму.

Пасынок и глазки. В эту подгруппу включены очень крупные или, наоборот, крайне малые сучки.

Пасынок представляет собой отставшую в росте или отмершую вторую вершину ствола, которая пронизывает сортимент под острым углом к его продольной оси на значительном протяжении.

Глазки - это следы неразвившихся в побег спящих почек, которые обнаруживаются в пилопродукции и шпоне. Диаметр глазков не более 5 мм. Различают глазки разбросанные и групповые (три и более глазка на расстоянии друг от друга меньшем 10 мм).

Раны. Среди пороков этой подгруппы находятся раны, возникающие в растущем дереве.

Сухобокость. Сухобокостью называется наружное одностороннее омертвление ствола. Омертвевший и лишенный коры участок обычно вытянут по длине ствола и углублен по отношению к остальной поверхности, по краям имеет наплывы в виде валиков. Этот порок встречается в древесине всех пород, образуется в результате: обдира, ушиба, ожога или перегрева коры растущего дерева.

Прорость. Так называется зарастающая или заросшая рана, содержащая кору и омертвелую древесину.

4.3 Ненормальные отложения в древесине

В эту подгруппу входят пороки, характеризующиеся повышенным содержанием смолы и воды в древесине.

Засмолок. Засмолками называются обильно пропитанные смолой участки древесины, образующиеся вследствие ранения стволов хвойных пород, содержащих смоляные ходы и смоляные клетки в древесине.

Кармашек. Этот порок, который назывался ранее смоляным кармашком, представляет собой полость внутри или между годичными слоями, заполненную смолой или камедями.

Водослой. Так называются участки ядра или спелой древесины с повышенной влажностью в свежесрубленном состоянии.

Удельные показатели сравнительной оценки качества древесины.

Статическая твердость древесины (метод испытаний и показатели твердости).

Твердость древесины характеризует ее способность сопротивляться вдавливанию тела из более твердого материала. Испытания на статическую твердость проводят на торцовой, радиальной и тангенциальной поверхностях образца древесины путем вдавливания стального индентора (пуансона). Образцы изготовляют в форме прямо угольной призм сечением 50Х50 мм и длиной вдоль волокон не менее 50 мм. В данном случае применяют пуансон с полусферическим наконечником радиусом г=5,64 мм. Вдавливание пуансона проводят за определенное время (1--2 мин) на глубину 5,64 мм, что устанавливается по показаниям индикатора. В конце нагружения по шкале силоизмерителя машины отсчитывают на грузку Р. После испытания в древесине остается отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 кв. мм. Статическую твердость образца, Н/ кв. мм определяют по формуле . Если наблюдается раскалывание образцов, то пуансон вдавливают на глубину 2,82 мм, и тогда твердость определяют по формуле .

4.4 Влагопоглощение и водопоглощение древесины (методы определения)

Влагопоглощение. Способность древесины вследствие ее гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воз называется влагопоглощением. Процесс влагопоглощения складывается из сорбции паров воды основными органическими веществами клеточной стенки и перемещения образовавшейся связанной воды в глубь древесины. Сначала происходит связывание влаги в мономолекулярном слое (толщиной в одну молекулу воды), который особенно прочно удерживается органическими веществами древесины. Затем появляется полимолекулярный слой с постепенно убывающей прочностью связей между молекулами воды и компонентами древесины. Так образуется находящаяся в пленочном состоянии адсорбционная вода, по своим свойствам отличающаяся от обычной воды.

Образцы в виде прямоугольной призмы с основанием 20х20 мм и высотой вдоль волокон 10 мм высушивают в бюксах до абсолютно сухого состояния и взвешивают с точностью до 0,00 1 г. На дно эксикатора наливают насыщенный раствор соды, что обеспечивает относительную влажность воздуха над раствором 92%. Применение раствора соды вместо чистой воды уменьшает возможность конденсации паров воды при колебаниях температуры во время испытаний. Образцы укладывают боковой поверхностью на вставку эксикатора. Образцы периодически извлекают из эксикатора для взвешивания через 1, 2, 3, 6, 9, 13, 20 и далее через 10 сут. Минимальная продолжительность выдержки должна быть 30 сут. Испытание заканчивают, когда разность между двумя последними взвешиваниями окажется не более 0,002 г. По результатам взвешивания определяют текущую влажность образца с погрешностью не более 0,1 % и строят график «влажность древесины -- время выдержки». Этот график, на котором влажность возрастает с убывающей скоростью, а также максимальная влажность древесины служат характеристикой влагопоглощения.

Вследствие пористого строения при непосредственном контакте с водой древесина способна увеличивать свою влажность. Это свойство древесины называется водопоглощение. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды (предела насыщения клеточных стенок) и наибольшего количества свободной воды.

где - влажность предела насыщения клеточных стенок, %;- плотность древесинного вещества; -- плотность древесины в абсолютно сухом состоянии; -- плотность воды.

Если неизвестно точное значение то максимальную влажность, %, можно вычислить по другой формуле:

,

где - базисная плотность древесины.

Скорость процесса водопоглощения зависит от размеров и формы образца: чем крупнее образцы, тем медленнее этот процесс. Значительное время занимает выравнивание влажности по объему образца. Образцы с развитой торцовой поверхностью поглощают воду достаточно быстро. Процесс водопоглощения ускоряется с повышением температуры. Количество поглощенной воды зависит от породы древесины, начальной влажности образца, анатомической зоны (заболонь поглощает больше воды, чем ядро).

Образцы в виде прямоугольной призмы с основанием 20Х20 мм и высотой вдоль волокон 10 мм высушивают до абсолютно сухого состояния. Затем образцы помещают стоймя под решетчатую вставку эксикатора с дистиллированной водой и выдерживают при 20°С. Периодически образцы вынимают из воды, осушают поверхность фильтровальной бумагой и взвешивают в бюксах для определения текущей влажности в процессе водопоглощения. Первое взвешивание проводят после выдержки в воде в течение 2 ч, затем через 1, 2, 3, 6, 9, 13, 20 сут. после первоначального погружения, а далее -- через каждые 10 сут. Опыт заканчивают, когда разница между двумя последовательными взвешиваниями окажется менее 0,05 г.

По результатам испытания строят график влажность -- время выдержки

4.5 Пороки строения древесины и их влияние на ее качество.

Удельные показатели сравнительной оценки качества древесины.

Классификация продукции из древесины по отраслям производства.

1. Лесоматериалы. В эту группу входят товары, получаемые механической обработкой в основном ствола дерева. При этом заготавливают деловую древесину и дрова, пригодные для использования только в виде топлива. Низкокачественную деловую древесину называют технологическим сырьем.

По способу механической обработки лесоматериалы делятся на шесть классов:

1. Круглые лесоматериалы получают поперечным делением хлыста па отрезки, имеющие округлую форму сечения.

Лесоматериалы следующих четырех классов получают соответствующей обработкой круглых лесоматериалов.

2. Пиленые лесоматериалы, или пилопродукцию, получают продольным пилением или фрезерованием древесины и последующим поперечным раскроем материала.

3. Лущеные лесоматериалы - резанием древесины по спирали (лущением).

4. Строганные лесоматериалы - резанием древесины ножами, формирующими плоскую поверхность раздела.

5. Колотые лесоматериалы - разделением древесины вдоль волокон клиновидным инструментом.

6. Измельченную древесину получают специальной переработкой древесины с помощью рубильных машин, фрезерно-пильных агрегатов, дробилок, молотковых мельниц, стружечных станков и размольных устройств, а также в процессах обычного пиления и фрезерования.

деревьев.

2. Сырье для лесохимических производств. Сюда отнесены товары, получаемые также механическим путём из ствола, корней, кроны и специально предназначенные к использованию в качестве сырья для лесохимических производств.

Следующие две группы лесных товаров получают механохимическими (точнее, механо-физико-химическими) способами.

3. Композиционные древесные материалы, В эту группу входят листовые, плитные или другого вида материалы, образованные с помощью связующих, вяжущих и других веществ из предварительно разделенной на части древесины (или коры). Представителями этой группы являются: фанера, древесностружечные, древесноволокнистьте и столярные плиты, арболит и др.

4. Модифицированная древесина. Сюда относится цельная древесина с направленно измененными свойствами, В указанную группу входит древесина, прессованная, пластифицированная аммиаком, модифицированная синтетическими смолами и др.

Остальные три группы лесных товаров получают путем химической переработки сырья.

5. Целлюлоза и бумага. Эта группа объединяет различного вида и назначения целлюлозу, древесную массу, бумагу, картон и др.

6. Продукция гидролизного и дрожжевого производств. Сюда включена такая продукция как спирт, кормовые дрожжи, фурфурол и пр., получаемая из низкокачественной древесины и отходов.

7. Продукция лесохимических производств. В эту группу входят разнообразные продукты: древесный уголь, скипидар, канифоль, дубильные экстракты, биологически активные вещества и пр., получаемые из товаров второй группы.

4.6 Разбухание древесины и его практическое значение

Повышение содержания связанной воды в древесине при выдерживании во влажном воздухе или воде сопровождается увеличением линейных размеров и объема древесины. Это называется разбуханием. Разбухание древесины вызвано тем, что связанная вода, размещаясь в клеточных стенках, раздвигает микрофибриллы.

Полное разбухание, %, вычисляют, округляя результат до 0,1 %, по формуле

.

Коэффициент разбухания вычисляют, округляя результат до 0,01 % на 1 % влажности по формуле

.

Как и для сушки, предусматривается возможность определения частичного разбухания древесины при увлажнении до нормализованной влажности (12 %). В этом случае разбухание, %, вычисляют по формуле

Так же как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперек волокон, а наименьшее -- вдоль волокон.

Разбухание древесины зависит от содержания и степени гигроскопичности, входящих в клеточные стенки компонентов. Как уже отмечалось, наибольшая гигроскопичность у гемицеллюлоз, а наименьшая у лигнина. Однако большую роль играет характер размещения и взаимосвязей компонентов древесины.

Способность древесины разбухать, в некоторых случаях полезна, так как она обеспечивает уплотнение соединений в бочках, чанах, деревянных трубах, судах и т. д. Однако чаще всего из-за разбухания и связанного с ним коробления возникают серьезные затруднения при обработке и использовании древесины. Модифицирование древесины, уменьшающее ее гигроскопичность, снижает и разбухание.

Методы определения показателя твердости древесины. Деление древесных пород группы по их твердости.

Твердость древесины характеризует ее способность сопротивляться вдавливанию тела из более твердого материала. Испытания на статическую твердость проводят на торцовой, радиальной и тангенциальной поверхностях образца древесины путем вдавливания стального индентора (пуансона). Образцы изготовляют в форме прямо угольной призм сечением 50Х50 мм и длиной вдоль волокон не менее 50 мм. В данном случае применяют пуансон с полусферическим наконечником радиусом г=5,64 мм. Вдавливание пуансона проводят за определенное время (1--2 мин) на глубину 5,64 мм, что устанавливается по показаниям индикатора. В конце нагружения по шкале силоизмерителя машины отсчитывают на грузку Р. После испытания в древесине остается отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 кв. мм. Статическую твердость образца, Н/ кв. мм определяют по формуле . Если наблюдается раскалывание образцов, то пуансон вдавливают на глубину 2,82 мм, и тогда твердость определяют по формуле .

На основании имеющихся данных все отечественные породы по твердости торцовой поверхности древесины при влажности 12 % можно разделить на следующие три группы: мягкие (твердость 40 Н/мм и менее), твердые (41--80 Н/мм и очень твердые (более 80 Н/мм. К последней группе кроме акации и граба относятся береза железная, кизил, самшит, железное дерево, тис, хмелеграб, фисташка. Лиственные породы делятся на две группы: мягкие (твердость древесины 49 Н/мм и твердые (твердость 50 Н/мм и более).

Для определения ударной твердости применяется ныне стандартизованный метод А.Х. Певцова. В этом случае мерой твердости служит величина отпечатка, остающегося на исследуемой поверхности древесины после сбрасывания на нее стального шарика. Образцы изготовляют в виде прямоугольного бруска размером 20х20 мм и длиной 150 мм. Используя установку, сбрасывают шарик диаметром 25 мм с высоты 500 мм на радиальную или тангенциальную поверхность образца в трех точках. Расстояние между центрами отпечатков должно быть примерно 40 мм. Отпечатки имеют овальную форму, больший диаметр направлен поперек волокон, меньший - вдоль волокон.

Ударную твердость образца, Дж/см вычисляют по формуле.

5. Пороки строения древесины и их влияние на ее качество

5.1 Проницаемости древесины жидкостями и газами и ее практическое значение

Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением. При испытаниях обычно используют из жидкостей воду, а из газов -- воздух или азот.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно выше, чем поперек; при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных. Заболонь имеет намного большую водопроницаемость, чем ядро (спелая древесина), которое у некоторых пород вообще не пропускает воду.

Газопроницаемость древесины. Наибольшая проницаемость обнаруживается при движении газов вдоль волокон, она в десятки раз больше, чем поперек волокон. При этом проницаемость древесины сосны для газов в радиальном на правлении больше, чем в тангенциальном, в 2--5 раз, ели-- в 10 раз. В качестве показателя, характеризующего способности древесины проводить газы, рекомендуется использовать коэффициент газопроницаемости, вычисляемый по формуле

.

Испытания древесины на газопроницаемость требуют значительно меньше времени, чем длительные испытания проницаемости жидкостями. Часто между указанными свойствами наблюдается тесная корреляция, и определение газопроницаемости используют для оценки способности древесины пропитываться растворами антисептиков и антипиренов, варочными растворами при получении целлюлозы и т. д.

Гидролиз древесины и продукты, получаемые при этом процессе.

При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз ее полисахаридной части. Целлюлозы и гемицеллюлозы при гидролизе превращаются в простые сахара. Эти сахара (например, глюкоза, ксилоза и др.) можно подвергать химической переработке, получая такие продукты, как ксилит, сорбит и др. Однако гидролизная промышленность ориентируется в основном на после дующую биохимическую переработку сахаров.

Гидролиз древесины можно осуществлять разбавленными минеральными кислотами (серной, соляной) при высокой температуре или теми же, но концентрированными кислотами при нормальной температуре.

При охлаждении гидролизата образуются пары, из конденсата которых получают фурфурол, представляющий собой бесцветную маслянистую жидкость с запахом печеного хлеба. Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон (нейлона), смол, для очистки смазочных масел, изготовления медицинских препаратов.

Нейтрализованный известковым молоком гидролизат (сусло) поступает в бродильное отделение. Там под действием ферментов винокуренных дрожжей содержащиеся в сусле гексозы (глюкоза и сахара из гексозана) сбраживаются и об разуют этиловый спирт, а также углекислый газ, который улавливается и используется для получения жидкой углекислоты и сухого льда.

Остатки после отгонки спирта (барда) содержат неразложившиеся пентозы, которые используются для выращивания кормовых дрожжей, богатых витаминами и белком.

Плотность древесины и древесного вещества, метод определения.

Плотность характеризуется массой единицы объема материала. При изучении этого свойства древесины рассматривают ряд показателей.

Плотность древесинного вещества представляёт собой массу единицы объема материала, образующего клеточные стенки (1,44-1,46).

.

Пренебрегая массой воздуха, имеющего на три порядка меньшую плотность, чем древесинное вещество, можно определить достаточно точно, взвешивая небольшой образец абсолютно сухой древесины на аналитических весах. Объем древесинного вещества в образце определить труднее. Для этого применяют способы, основанные на измерении объема вытесненной образцом жидкости или газа. В качестве среды, в которую помещают образец, используют воду, не вызывающие разбухания древесины жидкости (бензол, толуол) или газы (гелий, азот). Точность определения объема древесинного вещества, содержащегося в образце, зависит от возможности проникновения жидкости или газа в пустоты древесины. Существенную роль при этом играет также степень молекулярного взаимодействия между средой и компонентами древесины.

Плотность абсолютно сухой древесины характеризует массу единицы объема древесины при отсутствии воды. Этот показатель вычисляют по формуле

Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает в себя пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).

,

где П ---- пористость древесины, %.

Пористость древесины, %, представляет собой относительный объем пустот в абсолютно сухой древесине, определяется по формуле

.

Плотность влажной древесины выражается отношением массы образца при любой данной влажности к его объему при той же влажности. Формула для вычисления этого показателя имеет вид

.

Парциальная плотность выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при любой данной влажности

.

Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности равной или больше предела насыщения клеточных стенок

.

5.2 Классификация пороков древесины

Изменения внешнего вида древесины, нарушения правильности строения, целостности ее тканей и другие недостатки, снижающие ее качество и ограничивающие возможности практического использования, называются пороками древесины.

Пороки древесины представляют собой в значительной мере хозяйственное понятие. Значение порока зависит не только от его вида, но и от области применения древесины, а также от уровня науки и техники в данный период. Это находит отражение в содержании стандартов на пороки древесины.

Следует подчеркнуть, что ГОСТ на пороки древесины -- один из важнейших документов, широко используемых в практике. На основании этого ГОСТа формируются требования к качеству сырья и изделий, отраженные в многочисленных стандартах и технических условиях на отдельные виды продукции лесной и деревообрабатывающей промышленности. Важную роль играет стандартизация пороков древесины и в международной торговле лесными товарами.

ГОСТ 2140--81 охватывает более широкую номенклатуру пороков, которые разделены на девять групп: 1 - сучки, 2 - трещины, 3 - пороки формы ствола, 4 - пороки строения древесины, 5 - химические окраски, 6 - грибные поражения, 7 - биологические повреждения, 8 - инородные включения, механические повреждения и пороки обработки, 9 - покоробленности. В каждую группу входит несколько видов пороков, для некоторых пороков указаны их разновидности.

6. Способы хранения круглых лесоматериалов

6.1 Грибные поражения древесины

Различают грибы сапротрофы и паразиты. Первые находят органические вещества в тканях мертвых растений, а вторые - в живых растениях. Кроме того, имеются полупаразиты, которые могут жить как паразиты и как сапротрофы; к этой группе относятся многие из грибов, вызывающих разрушение древесины.

Грибные ядровые пятна и полосы. Это порок, выражающийся в изменении цвета древесины центральной зоны ствола (настоящего, ложного ядра или спелой древесины) без снижения ее твердости. Порок возникает под действием деревоокрашивающих или дереворазрушающих грибов, встречается в древесине растущих деревьев всех пород. В срубленной древесине дальнейшее развитие порока обычно прекращается.

Ядровая гниль. Порок образуется в древесине растущего дерева под действием разрушающих грибов. При этом снижается твердость и прочность древесины; происходит изменение ее структуры и цвета. По расположению в растущем дереве различают напенную и стволовую ядровую гниль. Напевная гниль возникает в корнях или в поврежденных местах комлевой части ствола. Постепенно суживаясь, она распространяется вверх по стволу иногда на несколько метров. Стволовая гниль начинается от обломанных ветвей или ран на стволе, распространяясь от мест заражения вверх и вниз; имеет форму сигары. До комлевой части ствола гниль обычно не доходит. Пестрая ситовая гниль проявляется в том, что на красновато-буром фоне пораженной древесины заметны много численные мелкие белые или желтоватые пятнышки, вытянутые вдоль волокон. Древесина может долгое время сохранять целостность. Бурая трещиноватая гниль характеризуется бурым с различными оттенками цветом и трещиноватой структурой пораженной древесины. Многочисленные трещины, направленные вдоль и поперек волокон, иногда содержат скопления беловатых пленок грибницы. По трещинам древесина распадается на призматического вида кусочки, легко деформируется и растирается между пальцами в порошок. Белая волокнистая гниль имеет светло-желтый или почти белый цвет, иногда на древесине видны узкие извилистые черные линии. Такая пестрая окраска напоминает рисунок мрамора. Гниль встречается в стволах деревьев лиственных пород. При сильном разрушении древесины пораженная зона становится мягкой, легко расщепляется и крошится.

Дупло. Порок представляет собой полость в стволе растущего дерева, образовавшуюся в результате полного разрушения древесины.

Плесень. Плесень представляет собой налетную поверхностную окраску, образуемую грибницей с органами плодоношения плесневых грибов. Окраска чаще всего появляется на сырой заболони при хранении лесоматериалов; встречается на древесине всех пород.

Заболонные грибные окраски. В заболони свежесрубленной или сухостойной древесины часто образуются более или менее глубокие окраски грибного происхождения. Твердость древесины при этом не снижается. Заболонные окраски возникают главным образом под действием грибов, не вызывающих образования гнили (деревоокрашивающие грибы). Среди заболонных грибных окрасок различают синеву-- серую окраску с синеватыми или зеленоватыми оттенками и цветные заболонные пятна--окраски оранжевого, желтого, розового, светло-фиолетового и коричневого цвета. Если древесина под действием грибов окрашивается в бледные тона и текстура древесины хорошо видна, то такие окраски называются светлыми. Густые окраски, маскирующие текстуру древесины, называются темными. В круглых лесоматериалах и пилопродукции различают поверхностные и глубокие окраски, распространяющиеся соответственно на глубину меньше или больше 2 мм. Кроме того, могут быть подслойные окраски, развивающиеся во внутренних слоях сортимента и не выходящие на поверхность.

Побурение. При хранении свежесрубленной древесины лиственных пород (особенно березы, бука, ольхи) в теплое время года заболонь приобретает бурую окраску различной интенсивности и равномерности, иногда со слабо выраженными серыми или белесыми пятнами и полосами. В круглых лесоматериалах различают торцевое и боковое побурение. Побурение бревен обычно начинается с торцов и распространяется в глубь древесины вдоль волокон, при этом в первую очередь поражаются внутренние слои заболони с ослабленной жизнедеятельностью клеток, затем побурение захватывает всю заболонь.