42. Древесина хвойных и лиственных пород, виды, строение и свойства. Дефекты древесины, требования к качеству. Таможенная экспертиза. Общие сведения о древесине, строение и химический состав

Древесина представляет собой продукт жизнедеятельности живого организма – дерева. Древесина – освобожденная от коры сложная ткань древесных волокон, это - ценный материал, используемый в различных отраслях народного хозяйства. Древесина служит одним из основных материалов в промышленном и жилищном строительстве, сырьем для лесопильного, спичечного, мебельного, фанерного, деревообрабатывающего, целлюлозно-бумажного и химического производств. Особую ценность составляют хвойные породы, обладающие высокими физико-механическими свойствами.

Широкое применение древесины объясняется многими ее положительными свойствами: относительно высокая прочность при малой объемной массе, низкая тепло- и звукопроводность, достаточная стойкость в агрессивных средах, высокая технологичность, эффективные способы изменения отдельных свойств натуральной древесины в нужном направлении и др. Наряду с этим древесина обладает и рядом недостатков: неоднородность строения и свойств вдоль и поперек волокон, формоизменяемость при изменении влажности, способность к возгоранию и загниванию, изменение прочности от наличия в ней различных пороков. Для устранения некоторых недостатков, повышения качества и долговечности древесины ее пропитывают и покрывают синтетическими полимерами и клеями.

Строение древесины

Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола (50…80% объема дерева) и кроны. Каждая часть имеет свое назначение и выполняет при росте дерева особые жизненные функции. Выделяют мягколиственные и твердолиственные породы.

Промышленное значение имеет ствол, он представляет наибольшую ценность. Ствол (деловая древесина) – основная часть дерева, используемая в качестве строительного материала. Нижняя часть ствола, примыкающая к корням, называется комлем, а верхняя его часть образует вершину дерева. Древесина неоднородна по своему строению, внешнему виду и свойствам в зависимости от направления волокон по отношению к оси ствола. Свойства древесины определяются макроструктурой древесины.

Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении; микроструктурой – видимое под микроскопом. Структура древесины дает достаточно полное представление как о различных периодах развития дерева, так и о качественных характеристиках. Строение древесины изучают по поперечному (торцевому), радиальному и тангенциальному разрезам ствола. Поперечный разрез древесины производится по плоскости, перпендикулярной оси ствола; радиальный – по радиусу ствола и тангенциальный – вдоль ствола дерева на некотором расстоянии от центра. В поперечном и радиальном разрезах видны: кора, камбий, древесина (заболонь, ядро) и сердцевина.

Кора снаружи покрывает ствол дерева, защищает дерево от механических повреждений, от вредных влияний среды и состоит из наружного слоя – корки, пробковой ткани и внутреннего слоя – луба. Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток – камбий. Камбий является важнейшим элементом строения дерева. Живые клетки, из которых состоит ткань камбия, обладают способностью делиться. В результате деятельности камбия происходит рост дерева в толщину. Древесина – основная масса ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических, называемых годичными колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо состоит из двух слоев: внутреннего, расположенного ближе к центру, и наружного. Внутренний слой образуется весной или в начале лета и называется поэтому ранней древесиной. Наружный слой образуется к концу вегетативного периода и носит название поздней древесины. Поздняя древесина темнее, чем ранняя и плотнее. По числу годовых слоев на нижнем конце ствола срезанного дерева определяют возраст.

Центральная, темноокрашенная часть древесины ствола, прилегающая к сердцевине, состоит из уплотненных отмерших клеток называется ядром, а более светлая, периферическая – заболонью. В заболони еще изменяются живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне. Породы, имеющие ядро, называются ядровыми, не имеющие ядра – безъядровыми породами. У некоторых безъядровых древесных пород (ель, пихта, бук) центральная часть древесины отличается от периферической не цветом, а только меньшим содержанием воды в свежесрубленном состоянии. В этом случае центральная часть древесины ствола называется спелой древесиной, а породы – спелодревесными. Безъядровые породы, у которых центральная часть древесины не отличается от периферийной ни по цвету, ни по содержанию влаги, называются заболонными. Ядровые породы легко отличить по темноокрашенной центральной части ствола. К ядровым порода относятся: из хвойных пород – сосна, кедр, лиственница, тис, можжевельник, кипарис; из лиственных – дуб, ясень, вяз, тополь, ива, орех грецкий, каштан съедобный, кизил, яблоня.

В основном слое древесины всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. На поперечном разрезе некоторых пород сердцевинные лучи хорошо видны невооруженным глазом в виде светлых, часто блестящих линий, направленным от сердцевины к коре. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

Сердцевина расположена в центре ствола или вблизи его и представляет собой мягкую рыхлую ткань диаметром 2-5 мм, обладающую низкими механическими свойствами. Хотя по площади сердцевина занимает незначительную часть ствола, тем не менее, она снижает качество древесины. Сердцевина способствует растрескиванию пиломатериалов и поэтому в высококачественных пиломатериалах она не допускается.

Основой строения древесины является растительная клетка. В процессе роста и развития клетки специализируются для выполнения определенных функций, они различаются по своей внутренней организации, форме и размерам. По величине и форме клетки древесины делятся на два вида: прозенхимные и паренхимные. Паренхимные клетки являются местом отложения запасных питательных веществ. Количество их в общем объеме древесины незначительно: у хвойных пород 1-2%, а у лиственных 2-15%. Главная масса древесины всех пород состоит из клеток прозенхимных, которые в зависимости от выполняемых ими жизненных функций разделятся на проводящие и опорные, или механические.

Древесина хвойных пород отличается сравнительной простотой и правильностью строения. Основную ее массу (90-95%) составляют расположенные радиальными рядами вытянутые клетки с кососрезанными концами, называемые трахеидами. Трахеиды являются мертвыми клетками, только вновь образующийся годовой слой содержит живые трахеиды. Основную массу древесины лиственных пород составляют сосуды и древесные волокна, чем больше в древесине сосудов, тем древесина рыхлее. В зависимости от характера распределения сосудов по годовому слою лиственные породы разделяются на кольцесосудистые и рассеяннососудистые. У кольцесосудистых пород (дуб, вяз, ильм, ясень, каштан съедобный, карагач и др.) крупные сосуды сосредоточены в ранней зоне годовых слоев, а у рассеяннососудистых (бук, граб, ольха, клен, липа, береза, осина, ива белая и др.) – по всему годовому слою. Древесные волокна (либриформ) являются наиболее распространенными клетками древесины лиственных пород и составляют их главную массу. Древесные волокна являются наиболее прочными элементами древесины лиственных пород.

Химический состав древесины

Древесина – это вещество клеточных стенок (оболочек клеток дерева), состоит в основном из органических веществ (около 99 %), и лишь небольшую часть (около 1 %) составляют минеральные вещества, которые при сжигании древесины образуют золу. Основные органические компоненты древесины являются высокомолекулярными соединениями (полимерами), которые в древесине между собой прочно связаны. Органические вещества древесины подразделяют на три основные части: углеводную, ароматическую и экстрактивные вещества. Главными компонентами древесины являются: целлюлоза (45–55 %), близкие к ней гемицеллюлоза (24–30 %) и лигнин (20–29 %).

Целлюлоза, или клетчатка имеет волокнистое строение, в чистом виде бесцветна, не имеет запаха и вкуса, очень стойка, не изменяется на воздухе и не растворяется в воде, спирте, ацетоне, эфире и других обычных органических растворителях. Целлюлоза идет на изготовление бумаги, искусственного шелка, взрывчатых веществ, ниток, целлулоида, нитроцеллюлозных лаков и других веществ. Гемицеллюлозы по своему химическому составу являются веществами, близкими к целлюлозе. Под действием кислот они легко гидролизуются и переходят в раствор. Лигнин представляет собой сложное органическое растительное вещество. От целлюлозы лигнин отличается большим содержанием углерода и меньшей стойкостью: она легко подвергается действию горячих щелочей и окислителей. В древесине хвойных пород в смоляных ходах или в смоляных клетках коры содержатся смолы. Из древесины сосны получают жидкую смолу – живицу, представляющую густую, липкую прозрачную жидкость с ароматическим запахом. В древесине многих пород (дуб, каштан) содержатся дубильные вещества – танниды, используемые в кожевенной промышленности для дубления сырых шкур и превращения их в кожу. Млечные соки некоторых растений дают особые вещества – гуттаперчу. Породы, дающие гуттаперчу, называют каучуконосами (бересклет бородавчатый), т.к. она является сырьем для получения каучука.