21.Древесные материалы.

Древесные материалы. Благодаря хорошим свойствам (малый удельный вес,

значительная прочность, низкий коэффициент трения, стойкость против абразивного

износа, простота изготовления изделий и др.) древесные материалы широко

применяются в промышленности в виде круглого леса пиленых материалов (брус,

доска, горбыль), слоистых материалов ДСП, прессованной древесины ДП, стружки,

опилок, древесной муки.

Древесина подразделяется на две разновидности: лиственные породы (дуб,

клен, береза,…) и хвойные породы (ель, кедр, сосна,…)

Основные элементы древесины — это живые и отмершие клетки различной

величины и формы. Клетки имеют оболочку, внутри которой находится протопласт,

состоящий из бесцветной слизи — плазмы (протоплазмы)

и ядра. В оболочку клетки

входит целлюлоза или клетчатка. Плазма включает белковые органические и

минеральные вещества, имеющие значительное количество азота. В ядре белковые

вещества содержат также фосфор. Клетчатка оболочки со временем подвергается

одревеснению с появлением в ней нового вещества — лигнина, обусловливающего

упругость и твердость древесины.

Способность древесины увеличивать свои линейные размеры и объем при

поглощении воды, пропитывающей оболочки клеток, называют разбуханием.

Древесина разбухает при поглощении влаги только до точки насыщения волокон.

Разбухание является отрицательным явлением, но в некоторых случаях его

используют для практических целей — при изготовлении деревянных труб, лодок,

бочек и т. п.

Теплопроводность древесины зависит от направления волокон, влажности и

породы. Так, при влажности дуба 15% коэффициент теплопроводности

вдоль

волокон равен 0,45 Вт/(м • К), поперек волокон 0,22 Вт/ (м • К), для сосны —

соответственно 0,44 и 0,18 Вт/ (м • К). Удельная теплоемкость древесины равна в

среднем для дуба 2,8 • 103, для сосны и ели 2,7 • 103 Дж/(кг • К).

Древесина хорошо проводит звук вдоль волокон, хуже — в радиальном

направлении и плохо — в тангенциальном. Например, сосна проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030 м/с, в радиальном направлении 1450 м/с, в

тангенциальном 850 м/с. Температурный коэффициент расширения древесины

невелик.

Кислоты и щелочи разрушают древесину при длительном воздействии.

Слабощелочные растворы разрушают ее незначительно. Кислоты начинают разрушать

древесину при рН ≤ 2, т е. она сопротивляется значительно лучше, чем бетон,

разрушение которого начинает происходить при рН = 5 Хвойные породы более

стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные. Предел прочности при сжатии

хвойных пород поперек волокон в 10—12 раз меньше предела прочности при сжатии

вдоль волокон.

Прочность древесины при статическом изгибе высокая, благодаря чему ее

широко применяют для многих деталей, работающих на изгиб (балки, бруски,

стропила, фермы эстакад, деревянные детали вагонов— доски пола, обшивки, крыши

и др.). У лиственных пород прочность при изгибе в тангенциальном направлении

несколько больше, чем в радиальном.

Твердость является физико-механическим и одновременно технологическим

свойством древесины, так как она определяет трудоемкость обработки древесины

режущим инструментом и степень ее износа в деталях, работающих на износ.

Статическая твердость зависит от влажности и породы дерева, направления волокна и

объемной массы.

Целлюлоза, или клетчатка, — главный строительный элемент клеток. Она

состоит из собственно целлюлозы и гемицеллюлозы. Целлюлоза —

высокомолекулярное соединение (полисахарид), имеющее формулу (С6Н10О5)n. Она

является основой для получения бумаги, взрывчатых веществ, химических волокон,

пластмасс и т. п. Гемицеллюлозы, или полуклетчатки, — полисахариды гексозаны (С6

Н10|О5)n и пентозаны (С6Н8О4)n — придают древесине прочность и являются резервным

питательным веществом.

Лигнин цементирует отдельные структурные элементы древесины между собой

и придает ей жесткость. Минеральные вещества необходимы для питания дерева и

усиления его роста.

Древесина состоит из волокон различной величины и назначения, вытянутых

по длине ствола. Волокнисто-слоистое строение древесины обусловливает ее

анизотропию. Макроструктуру древесины изучают на трех разрезах.

Технологические свойства древесины — способность ее подвергаться различным видам обработки (резанию, точению, давлению, тиснению, сгибаемое и т.

д.), сопротивление древесины выпаданию гвоздей и шурупов — зависят от породы

дерева и его влажности. Наилучшей чистоты поверхности можно достигнуть при

обработке древесины, имеющей влажность 8—12%. Пластичность древесины по

сравнению с другими материалами весьма мала.

Механические свойства древесины изменяются в очень больших пределах даже

для одной и той же породы при неизменной влажности. Предел прочности при

растяжении по волокнам колеблется от 101…161 МПа, плотность древесины