
- •С основами лесного товароведения
- •Древесиноведение с основами лесного товароведения
- •Предисловие
- •Введение
- •Раздел I. Древесиноведение
- •Глава 1. Строение дерева
- •§ 1* Древесные растения
- •§ 2. Основные части дерева
- •Глава 2. Строение древесины и коры
- •§ 3. Макроскопическое строение древесины
- •§ 4* Определение породы но макростроению древесины
- •§ 5. Микростроение древесины
- •4. Размеры члеников сосудов в ранней и поздней зонах годичного слоя древесины некоторых кольцесосудистых пород
- •§ 6. Микростроение сердцевины и коры
- •Глава 3. Химические свойства древесины и коры
- •§ 7. Химический состав древесины и коры
- •6. Химический состав древесины некоторых пород, %
- •§ 8* Характеристика органических веществ древесины и коры
- •§ 9* Древесина, кора и древесная зелень как химическое сырье
- •Глава 4. Физические свойства древесины и
- •§ 10. Внешний вид древесины
- •10. Ширина годичных слоев и содержание поздней древесины у
- •§11. Влажность древесины и коры; свойства, связанные с ее
- •11. Равновесная влажность древесины, %, в среде перегретого
- •13. Коэффициенты влагопроводности древесины некоторых
- •14. Тангенциальная усушка ранней и поздней зон годичного слоя древесины*
- •§ 12. Плотность
- •§ 13. Проницаемость древесины жидкостями и газами
- •§ 14. Тепловые свойства древесины
- •§ 15* Электрические свойства древесины
- •24. Сравнительные данные об удельном объемном и поверхностном сопротивлении древесины
- •25. Удельное объемное сопротивление древесины в абсолютно сухом состоянии
- •20 40 60 80 95 Teiinepamypaty
- •§ 16. Звуковые свойства древесины
- •§ 17. Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии
- •Глава 5. Механические свойства
- •§ 18. Общие сведения о механических свойствах древесины
- •§ 19» Механические испытания древесины; принципы, общие требования и процедура
- •§ 20. Статистический анализ результатов испытаний
- •§ 21* Прочность древесины при сжатии
- •§ 22. Прочность древесины при растяжении
- •33. Прочность древесины при растяжении поперек волокон
- •§ 23. Прочность древесины при статическом изгибе
- •§ 24. Прочность древесины при сдвиге
- •§ 25» Деформативность древесины при кратковременных
- •36. Модули упругости древесины
- •§ 26. Реологические свойства и гигро(термо)-механические
- •§ 27. Длительная прочность и сопротивление усталости древесины
- •§ 28. Ударная вязкость, твердость и износостойкость древесины
- •§ 29. Способность древесины удерживать крепления, гнуться
- •§ 30. Удельные характеристики механических свойств
- •Древесины
- •§ 31* Характеристики древесины как конструкционного материала
- •Глава 6. Изменчивость и взаимосвязи свойств древесины
- •§ 32* Изменчивость свойств древесины
- •0 20 406080100 0 20 Ш 60 80 п Расстояние от сердиебины,.1 о
- •§ 33* Связи между свойствами древесины* Неразрушающие методы контроля прочности древесины
- •§ 34* Изменение свойств древесины под воздействием физических и химических факторов
- •49. Влияние температуры и влажности на прочность древесины
- •50. Влияние температуры и влажности на прочность древесины при растяжении поперек волокон в тангенциальном направлении
- •Глава 7. Пороки древесины
- •§ 35. Сучки
- •§ 36. Трещины
- •§ 37. Пороки формы ствола
- •§ 38* Пороки строения древесины
- •3. Нерегулярные анатомические образования.
- •4. Сердцевина, смещенная и двойная сердцевина.
- •§ 39. Химические окраски
- •§ 40. Грибные поражения
- •§ 41. Биологические повреждения
- •§ 42, Инородные включения, механические повреждения и пороки обработки
- •§ 43. Покоробленности
- •Глава 8. Стойкость и защита древесины
- •§ 44. Стойкость древесины
- •51. Относительная стойкость к гниению древесины различных
- •§ 45. Способы и средства повышения стойкости древесины
- •Глава 9. Основные лесные породы и их
- •§ 46* Хвойные породы
- •§ 47. Лиственные породы
- •§ 48. Иноземные породы
- •Раздел 1ь основы лесного товароведения
- •Глава 10. Классификация и стандартизация
- •§ 49. Классификация лесных товаров
- •§ 50. Общие сведения о стандартизации продукции
- •§ 51. Стандартизация и качество лесных товаров
- •Глава 11. Круглые лесоматериалы
- •§ 52. Общая характеристика хлыстов и круглых лесоматериалов
- •§ 53. Технические требования к круглым лесоматериалам
- •§ 54, Технологическое сырье
- •§ 55. Методы измерения размеров и объема круглых лесоматериалов,
- •Контроль качества, приемка, маркировка
- •Глава 12. Пилопродукция
- •§ 56» Пиломатериалы
- •§ 57. Заготовки и пиленые детали
- •§ 58* Методы испытаний пиломатериалов и заготовок
- •Глава 13. Строганые, лущеные, колотые лесоматериалы; измельченная древесина
- •§ 59. Строганые, лущеные и колотые лесоматериалы
- •§ 60. Измельченная древесина
- •Глава 14. Композиционные древесные
- •§ 61. Клееная древесина
- •§ 62. Композиционные материалы на основе измельченной
- •§ 63» Модифицированная древесина
- •§ 64. Методы испытаний композиционных древесных материалов и модифицированной древесины
- •§ 46. Хвойные породы 259
- •§ 47. Лиственные породы 262
- •§ 48. Иноземные породы 269
- •Раздел II. Основы лесного товароведения 274
- •Глава 10. Классификация и стандартизация лесных товаров 274
- •§ 49. Классификация лесных товаров 274
- •§ 50. Общие сведения о стандартизации продукции 276
- •§ 51. Стандартизация и качество лесных товаров 278
- •Глава 11. Круглые лесоматериалы 281
- •§ 52. Общая характеристика хлыстов и круглых
- •§ 53. Технические требования к круглым лесоматериалам 284
- •§ 54. Технологическое сырье 292
- •§ 55. Методы измерения размеров и объема круглых лесоматериалов, контроль качества, приемка, маркировка 293
- •Глава 12. Пилопродукция 298
- •§ 56. Пиломатериалы 298
- •§ 57. Заготовки и пиленые детали 304
- •§ 58. Методы испытаний пиломатериалов и заготовок 307
- •Глава 13. Строганые, лущеные, колотые лесоматериалы;
- •§ 59. Строганые, лущеные и колотые лесоматериалы 311
- •§ 60. Измельченная древесина 313
- •Глава 14. Композиционные древесные материалы и
- •§ 61. Клееная древесина 316
- •§ 62. Композиционные материалы на основе измельченной
- •§ 63. Модифицированная древесина 325
- •§ 64. Методы испытаний композиционных древесных
- •Древесиноведение с основами лесного товароведения Учебник
имела Кт =2,22-1 (Г3 м2/(с-МПа), а другая половина - 4,610"4м2/(с-МПа).
Несколько меньший коэффициент газопроницаемости у кедра и лиственницы и весьма малый у ели; У пихты заболонь оказалась почти совсем непроницаемой для азота. У всех пород (кроме пихты) проницаемость заболони намного выше, чем ядра (спелой древесины). Наименьшая проницаемость ядра у лиственницы, у пихты несколько выше (и даже больше, чем для заболони), далее следуют ель, кедр и сосна.
Испытания древесины на газопроницаемость требуют значительно меньше времени, чем испытания проницаемости жидкостями. 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.
§ 14. Тепловые свойства древесины
К теплофизическим свойствам древесины относятся теплоемкость, 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 1 °С). Удельная теплоемкость измеряется в кДж/(кг°С).
Процессы распространения (переноса) тепла в материале характеризуются - коэффициентами теплопроводности и температуропроводности. Первый из них входит в уравнение стационарного теплообмена
( аЛ
Q = XFt 2- , (56)
\Ах)
устанавливающее связь между количеством теплоты Q, распространяющейся внутри тела, и площадью сечения F, перпендикулярного тепловому потоку, временем т, перепадом температур At на двух изотермических поверхностях, а также расстоянием'между ними Ах. Коэффициент теплопроводности X численно равен количеству теплоты, проходящей в единицу времени через стенку из данного материала площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1 °С Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м-°С). При стационарном теплообмене температурное поле в материале остается постоянным во времени.
Второй из указанных выше показателей, характеризует скорость изменения температуры материала при нестационарном теплообмене (нагревании или охлаждении). Коэффициент температуропроводности а определяет инерционность материала, т. е. его способность вы-
равнивать температуру. Показатель а, м2/с> численно равен отношению ко* эффициента теплопроводности к теплоемкости единицы объема материала:
а = —, (57)
ср
где р - плотность, кг/м3.
Экспериментально удельную теплоемкость материала определяют калориметрами. Также прямым методом можно установить коэффициент теплопроводности при стационарном потоке тепла. Однако для древесины, особенно влажной, более удобны нестационарные методы. Один из таких методов, основанный на использовании "мгновенного" источника тепла, достаточно подробно описан в учебном пособии [63].
Теплоемкость древесины. Сухая древесина представляет собой двухфазную систему, включающую в себя древесинное вещество и воздух. Однако доля воздуха (по массе) в древесине крайне мала, и теплоемкость сухой древесины практически равна теплоемкости древесинного вещества.
Поскольку состав древесинного вещества у всех пород одинаков, удельная теплоемкость древесины не зависит от породы и по современным данным [76] при О °С для абсолютно сухой древесины равна 1,55 кДж/кг°С. С повышением температуры удельная^ теплоемкость древесины несколько возрастает по линейному закону и при 100 °С увеличивается примерно на 25 %.
Значительно сильнее влияет на теплоемкость увлажнение древесины. Например, увеличение влажности древесины от 0 до 130 % приводит к повышению теплоемкости примерно в 2 раза.
Одновременное влияние температуры и влажности на теплоемкость древесины можно проследить по диаграмме (рис 36), построенной П.С. Сер-говским по данным К.Р. Кантера. На этой же диаграмме представлены значения теплоемкости при отрицатель
ных температурах. Замораживание сырой древесины приводит к уменьшению теплоемкости, так как лед имеет вдвое меньшую теплоемкость, чем вода.
Рис. 36. Диаграмма удельной теплоемкости древесины
Однако главным фактором, влияющим на теплоемкость мерзлой древесины, является не влажность, а температура [74].

Теплопроводность древесины. На способность древесины проводить тепло оказывает влияние ее плотность.
На рис. 37 показан график зависимости между коэффициентом теплопроводности древесины поперек волокон Х± и ее плотностью в абсолютно сухом состоянии р0, построенный автором по данным отечественных и зарубежных исследователей.
Нижний экстраполированный участок кривой отсекает на оси ординат отрезок, равный величине теплопроводности воздуха-0,0253Вт/(м°С); верхний участок кривой, продолженный до плотности р0 =1530 кг/м3, дает возможность ориентировочно оценить теплопроводность древесинного вещества Хде1. Как видим, этот показатель оказывается равным примерно 0,5Вт/(м°С). Точные данные о теплопроводности древесинного вещества отсутствуют.
40.60
I
Що,зо е
.8
100 200 300 № № 600 700 ООО $001000 Щ0 1200ШПОО
Плотность абсолютно суш древесиныJ>Q, ю/н*
Рис. 37. Зависимость теплопроводности древесины поперек волокон от плотности в абсолютно сухом состоянии
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
^ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В.П. Ловецкий (СибТИ) рассчитал коэффициент теплопроводности древесинного вещества, рассматривая древесину как набор пустотелых стержней прямоугольного сечения и используя экспериментальные данные о теплопроводности древесины березы. Подставляя в формулу В.П. Ловецкого вместо рб величину р0 для березы получаем равную
0,48; для сосны в тангенциальном направлении - 0,53, т. е. показатели, близкие к 0,5 Вт/(м°С).
Увеличение плотности сухой древесины, т. е. повышение доли, занимаемой в единице объема древесинным веществом, приводит к возрастанию теплопроводности древесины. Это объясняется тем, что древесинное вещество имеет примерно в 20 раз больший коэффициент теплопро-
водности %д.,±, чем воздух. Можно рассчитать теплопроводность древесинного вещества Хд,„ по теплопроводности древесины Хц вдоль волокон,
полагая, что тепло передается параллельно по клеточным стенкам и воздуху, заключенному в полостях клеток. Тогда X древесинного вещества оказывается для березы 0,94, а для сосны 0,87 Вт/(м-°С).
Поскольку микрофибриллы ориентированы преимущественно вдоль оси клеток, теплопроводность в этом направлении примерно в 1,5-2 раза выше, чем в поперечном направлении.
По радиальному и тангенциальному направлениям поперек волокон коэффициенты теплопроводности Хг и Xt могут различаться. Дело в том,
что в тангенциальном направлении вытянуты зоны поздней древесины годичных слоев. Поздняя древесина, особенно у хвойных пород, более плотная, чем ранняя, и следовательно, более теплопроводная.
Расчеты [74, 76] показывают, что теплопроводность древесины в тангенциальном направлении несколько больше, чем в радиальном. Увеличению теплопроводности в радиальном направлении способствуют сердцевинные лучи с преимущественным расположением микрофибрилл вдоль длины луча. Играет роль и форма сечения анатомических элементов. Все это приводит к тому, что по экспериментальным данным многих исследователей у древесины хвойных и большинства лиственных пород практически нет разницы между Хг н Хг Только у лиственных пород с
большим объемом сердцевинных лучей (дуб, бук). Хг больше X, примерно
на 15%.
Увлажнение древесины, т. е. замещение содержащегося в ней воздуха водой, имеющей в 23 раза большую теплопроводность, приводит к возрастанию теплопроводности древесины. По мере заполнения полостей клеток водой скорость изменения функции X = f{w) постепенно уменьшается (рис. 38).
Повышение температуры влажной древесины приводит к еще большему увеличению теплопроводности. Это можно проследить по обобщенной диаграмме (рис 39) для древесины березы [по 54, 76]. На этом же рисунке показана диаграмма коэффициентов теплопроводности в области отрицательных температур [по 74]. Замораживание древесины влажностью выше предела насыщения клеточных стенок ведет к скачкообразному увеличению ее теплопроводности, так как коэффициент теплопроводности льда при t = 0 °С в 4 раза больше, чем воды. При дальнейшем понижении температуры теплопроводность возрастает, что связано главным образом с повышением теплопроводности льда. При влажности ниже WnH фазовые
превращения испытывает лишь небольшая часть связанной воды, поэтому таких скачков здесь не наблюдается.
г4
|Q55 i0A5
%Q30 %0,2S
0Ж

Температура t,°C Рис 39. Диаграмма коэффициента теплопроводности древесины березы (рб= 500 кг/м3), тепловой поток в радиальном направлении
Используя диаграмму на (рис. 39), можно определить, предложенным П.С. Серговским методом, теплопроводность древесины других пород. Для этого, приняв значение X для березы (рб = 500 кг/м3) за номинальное, надо умножить его на коэффициент Кр учитывающий плотность древесины данной породы. Ниже приведены коэффициенты Кр для разных значений базисной плотности древесины рб:
Рб 350 375 400 425 450 475 525 550 575 600 Кр 0,80 0,84 0,87 0,90 0,93 0,97 1,05 1,11 1,20 1,28
Для учета влияния направления теплового потока надо найденные значения коэффициента теплопроводности умножить еще на Кх9 равный
для дуба, бука в тангенциальном направлении 0,87, а вдоль волокон 1,6. Для остальных пород учитывается только различие в теплопроводности вдоль и поперек волокон; при тепловом потоке вдоль волокон Кх = 2,2.
Значения коэффициентов X у древесины сравнительно невелики, поэтому древесина относится, к довольно хорошим теплоизоляционным материалам.
Температуропроводность древесины. Величина коэффициента температуропроводности а определяется по уравнению (57), если известны значения двух других тепловых коэффициентов X и с. У абсолютно сухой древесины с уменьшением плотности р коэффициент температуропроводности возрастает. Это связано с увеличением в единице объема древесины доли воздуха, имеющего температуропроводность примерно в 100 раз большую, чем древесинное вещество. Влияние влажности на температуропроводность поперек волокон иллюстрирует рис.38. Увеличение содержания свободной воды {W>WnH) приводит к резкому
падению температуропроводности, потому, что воздух в полостях клеток замещается водой, имеющей примерно в 150 раз меньший коэффициент температуропроводности.
В области ниже WnH влияние влажности на величину а практически
не наблюдается. Это объясняется тем, что воздуха в клеточных стенках почти нет, и влажная клеточная стенка состоит из двух фаз - древесинного вещества и воды, коэффициенты температуропроводности которых довольно близки.
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 направ-
лении вдоль волокон; величина его по данным из разных источников для сухой древесины колеблется в пределах (2,5-5,4)10"* 1/°С. 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).
Некоторые данные о коэффициентах линейного расширения абсолютно сухой древесины приведены в табл. 22. Коэффициент линейного расширения вдоль волокон древесины составляет 1/3 - 1/10 коэффициентов теплового расширения металлов, бетона и стекла. При нагревании влажной древесины кроме теплового расширения поперек волокон, вызванного повышением температуры, одновременно происходит значительно большая влажностная деформация. Изменение влажности на 1 % в области ниже WnH вызывает деформацию в десятки раз большую, чем изменение температуры на 1 °С. Таким образом, усушка и разбухание маскируют чисто температурные деформации древесины поперек волокон. Если повышается температура свежесрубленной древесины, находящейся в воде, то при первом нагреве происходит увеличение размеров в тангенциальном направлении и сокращение их в радиальном. При последующих нагреваниях наблюдается некоторое уменьшение размеров в обоих направлениях.
22. Коэффициенты теплового расширения сухой древесины
Порода |
ajjlO6 |
allO6 |
a'r\06 |
Источник |
Сосна |
4,2 |
15,0 |
29,0 |
В. Стивене |
Ель |
2,6 |
29,3 |
50,2 |
Я.Н. Рудобельская (Станко) |
Дуб |
3,6 |
29,3 |
41,9 |
Медисонская лаборатория |
Береза |
2,5 |
27,2 |
30,0 |
|
Бук |
5,4 |
22,0 |
34,8 |
В. Стивене |
В табл. 23 представлены данные Я.Н. Станко (МЛТИ) о коэффициентах а' для сырой и сухой древесины ели; знаки и+" и показывают соответственно удлинение и укорочение.
23. Коэффициенты теплового расширения сырой и сухой
древесины ели
Структурное направление |
Коэффициенты теплового расширения древесины а'-10*\ |
||
сырой |
|
||
Первый нагрев |
Последующие нагревы |
сухой |
|
Радиальное Тангенциальное |
-29 +25 |
-5 -5 |
+28,5 +48,0 |