Методол.основы исслед.свойств древес.Очная(СР,35.06.04,05.21
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Г.Ф. МОРОЗОВА»
Кафедра древесиноведения
Методические указания для самостоятельной работы по дисциплине «Методологические основы исследования свойств древесины»
по направлению подготовки аспирантов 35.06.04 - Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и
рыбном хозяйстве специальность 05.21.05 – Древесиноведение, технология и
оборудование деревопереработки очная форма обучения
Воронеж 2017
УДК 630*81
Киселева А.В. Методологические основы исследования свойств древесины»
[Текст]: методические указания по организации самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 - Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве специальность 05.21.05 – Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки [Электронный ресурс] / А. В. Киселева; Мин. по образованию, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 13 с. [Электронный ресурс]
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент :
Введение
Дисциплина «Методологические основы исследования свойств древесины» способствует усвоению аспирантами, обучающимися по специальности 05.21.05, знаний о тесной связи химических, физических и механических свойств древесины с ее структурой, обучает методами анализа связей разнообразных свойств древесины с особенностями ее макро- и микроструктуры, которые в последующем могут быть использованы для совершенствования существующих и разработки новых технологий деревопереработки.
2. Общие указания к изучению курса
Исследования фундаментальных свойств древесины необходимы для усовершенствования существующих и создания новых инновационных, ресурсосберегающих технологических процессов и древесных материалов.
Общий объем курса составляет по учебному плану – 108 часов.
Курс изучается путем:
-самостоятельной проработки учебника и учебных пособий согласно программе;
-лекций во время занятий ;
Одновременно с самостоятельным изучением курса аспирант подготавливает рефераты по разделам дисциплины, вынесенным на самостоятельное обучение.
Итоговой оценкой изучения курса является зачет.
3 Указания к отдельным главам курса
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ КАК ОБЪЕКТА ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ
Введение. Древесина - основная продукция лесов, которая находит самое широкое и многообразное использование. Запасы древесины РФ составляют около 82 млрд. м3, в том числе 64 млрд. м3 – это ценнейшая древесина хвойных пород. Несмотря на значительный ежегодный прирост древесины около 951 млн. м3, необходимо изыскивать возможности комплексного и рационального ее использования, что является частным решением общей проблемы охраны окружающей среды.
Для осуществления поставленной задачи, необходимы, прежде всего, всесторонние знания о строении древесины на микро и макроскопическом уровне, знание ее свойств в зависимости от различных лесоводческих и других факторов. Древесина как естественный сложный полимерный материал. Различные методы изучения свойств древесины. Микроскопические методы исследования структуры древесины. Использование световых, поляризационных, люминесцентных и электронных микроскопов.
Контрольные вопросы
1.Древесина как естественный сложный полимерный материал.
2.Способы изучения древесины.
3.Микроскопические методы исследования структуры древесины.
Раздел 2. МИКРОСТРУКТУРА. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДРЕВЕСИНЫ И КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ
Клетки древесины. Химический состав древесины. Химический состав древесины и коры. Содержание основных органических веществ в древесине хвойных и лиственных пород, а также в коре.
Характеристика основных органических веществ. Целлюлоза, ее строение и свойства. Гемицеллюлозы: пентозаны и гексозаны. Лигнин. Суберин. Экстрактивные вещества: танниды, камеди, красящие вещества, смолы, алкалоиды и др.
Микроструктура клеточных стенок древесины. Химические вещества клеточных стенок. Микроскопическое строение древесины. Камбий. Образование и строение клеточных стенок. Живые и мертвые клетки древесины.
Изменения в микростроении древесины под действием различных внешних факторов.
Контрольные вопросы
1.Образование и строение клеточных стенок древесины.
2.Трахеальные элементы микроструктуры древесины.
3.Какие типы древесинных (ксилемных) волокон существуют, в чем заключаются их особенности?
4.Каков химический состав древесины и коры?
5.Характеристика органических веществ древесины и коры.
6.Как влияют возрастные факторы на изменения в микростроении древесины?
7.Выявлено ли влияние экологических факторов на параметры микростроения древесины?
8.Что является мельчайшим структурным образованием клеточной стенки?
9.Различия в химическом составе слоев клеточных стенок.
Раздел 3. ПОКАЗАТЕЛИ МАКРОСТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ Части растущего дерева: корни, ствол, крона, их относительный
объем, функциональное и промышленное значение. Главные разрезы ствола. Части ствола: сердцевина, древесина и кора.
Макроскопическое строение древесины. Заболонь, ядро, спелая древесина. Годичные слои. Ранняя и поздняя древесина годичных слоев. Сердцевинные лучи. Сосуды. Смоляные ходы. Прожилки (сердцевинные повторения). Различия в макростроении древесины хвойных, лиственных кольцесосудистых и рассеяннососудистых пород.
Контрольные вопросы 1. Что относят к анатомическим частям ствола ?
2.Какие элементы макростроения присутствуют только у лиственных пород?
3.Какую функцию в древесине выполняют сердцевинные лучи?
4.В чем заключаются основные различия в строении кольцесосудистых и рассеянососудистых пород?
5.Что такое заболонь и какую функцию она выполняет в древесине?
6.Какие виды смоляных ходов встречаются в хвойной древесине?
7.Что такое «спелая древесина» и какие породы относятся к «спелодревесным»?
8.Строение годичного слоя. Какие функции в древесине выполняют различные зоны годичного слоя?
Раздел 4. ПОКАЗАТЕЛИ МИКРОСТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ
Ткани древесины. Элементы древесины. Анатомические элементы древесины. Анатомические элементы древесины хвойных пород: ранние и поздние трахеиды, сердцевинные лучи, смоляные ходы, древесная паренхима. Анатомические элементы древесины лиственных пород: волокна либриформа, сосуды, сосудистые и волокнистые трахеиды, горизонтальная (сердцевинные лучи) вертикальная паренхима. Строение древесины корней.
Микроскопическое строение сердцевины и коры. Сердцевина и первичная древесина. Строение коры: ситовидные клетки (у хвойных пород) и ситовидные трубки (у лиственных пород), лубяные лучи, лубяная паренхима, пробковый камбий, пробковые клетки.
Окаймленные, полуокаймленные и простые поры. Типы поровости сосудов, тилы. Идиобласты, горизонтальные смоляные ходы.
Контрольные вопросы
1.Тканевый состав древесины.
2.Паренхима во вторичной ксилеме: древесинная паренхима и лучи. 3.Водопроводящие элементы хвойной и лиственной древесины. 4.Механические элементы хвойной и лиственной древесины.
5.Гомогенные и гетерогенные лучи, особенности строения. 6.Особенности строения полей перекреста у хвойных пород. 7.Ювенильная древесина.
9.Строение древесины корней.
10.Проводящие и механические элементы лубяной части флоэмы.
11.Особенности строения коры древесины.
12.Поры древесины, типы поровости в сосудах.
13.Строение сосудов, перфорации в сосудах.
14.Строение и функционирование камбия в древесине.
15.Переходные элементы микростроения древесины лиственных.
Раздел 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ПО ПРИЗНАКАМ МАКРОСТРУКТУРЫ
Дифференциация древесины по структуре на три типа (хвойные, рассеянососудистые и кольцесосудистые породы). Особенности формирования древесины высокого качества у различных ее типов. Этапы формирования древесины в течение онтогенеза. Динамика изменения ширины годичного слоя по радиусу ствола у различного типа древесин. Изменение параметров годичного слоя по этапам онтогенеза.
Контрольные вопросы 1. Изменение ширины годичного слоя и его параметров по радиусу ствола у хвойных пород.
2.Изменние величины процента поздней древесины в онтогенезе для хвойной древесины.
3.Изменение ширины годичного слоя и его параметров по радиусу ствола для кольцесосудистой древесины.
4.Изменние величины процента поздней древесины в онтогенезе для древесины кольцесосудистых пород.
5.Что понимают под онтогенезом?
6.Какие этапы в формировании древесины в онтогенезе можно выделить?
7.Что происходит с размерами элементов древесины на этапе зрелой (дефенитивной древесины)?
8.Генотипические аспекты формирования макрострукрурных признаков у разного типа древесин.
Раздел 6. ВЛИЯНИЕ ГИСТОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА И ФИЛОГЕНЕТИПИЧЕСКОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Взаимосвязь свойств древесины. Зависимость прочности, плотности и деформативности древесины от состава тканей. Особенности микроструктуры элементов древесины и ее прочность. Связь изменения процента поздней древесины годичного слоя и плотности в течение онтогенеза. Корреляционных связи процента поздней древесины с параметрами годичного слоя по этапам онтогенеза.
Контрольные вопросы 1. Связи между свойствами древесины.
2. Зависимость плотности от гистологического состава древесины.
3.Динамика плотности древесины хвойных пород в онтогенезе.
4.Динамика плотности лиственных пород в онтогенезе.
5.Связь плотности с параметрами макроструктуры древесины.
6.Зависимость деформативности древесины от гистологического состава тканей.
7.Корреляция плотности и процента поздней древесины в течение онтогенеза.
Раздел 7. МЕТОДОЛОГИЯ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ДРЕВЕСИНЫ
Теория минимально возможного образца для разнородных полимеров. Корректность статистической обработки образцов по плотности и проценту поздней древесины. Виды механических испытаний древесины. Размеры образцов древесины других показателей и видов испытании.
Контрольные вопросы 1. Какие предъявляются требования к отбору образцов для проведения
физикомеханических испытаний древесины?
2.Что понимают под одностадийным и многостадийным отбором образцов?
3.Как определяется минимальное количество испытываемых образцов при одностадийно и многостадийном отборе образцов?
4.Как осуществляется изготовление и кондиционирование заготовок для образцов?
5.Какие статистические характеристики вычисляют по результатам испытаний?
6.Размеры образцов для проведения различных физико-механических испытаний древесины.
Раздел 8. МЕТОДОЛОГИЯ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ
Техника приготовления временных и постоянных микропрепаратов. Гистохимические реакции на целлюлозу, лигнин, крахмал, липиды, сахара, дубильные вещества.
Контрольные вопросы 1. Каковы правила выбора образцов для изготовления микросрезов?
2.Техника приготовления временных и постоянных микропрепаратов.
3.Гистохимические реакции на целлюлозу, лигнин, крахмал, липиды, сахара.
4.Гистологические реакции на дубильные вещества.
Раздел 9. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ДРЕВЕСИНЫ Вариационный ряд, как способ изображения вариационного признака. Методы обработки вариационных рядов. Корреляция, коэффициент корреляции. Регрессия. Корреляционный и регрессивный анализы. Однофакторные и двухфакторные анализы. Специальные
компьютерные программы.
Контрольные вопросы 1.Представление вариационного ряда в виде гистограмм и вариационных кривых.
2.Методы обработки вариационных рядов.
3.Что понимают под корреляционной связью?
4.Что называется регрессией. Какие виды регрессии выделяют?
3.Корреляционный и регрессивный анализы. 4.Однофакторные и двухфакторные анализы.
5.Многофакторный анализ.
Раздел 10. ОСНОВЫ, ПРАВИЛА И ТБ ПРИ РАБОТЕ С ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ ИЗМЕРЕНИЯ
Безопасное проведение физико-механических испытаний. Работа с токсическими веществами в микротехнике, с электроприборами; оборудование испытательных лабораторий.
Контрольные вопросы 1. Испытательные машины для проведения исследования механических свойств древесины.
2.Требования по технике безопасности при проведении механических испытаний древесины.
3.Лабораторное оборудование для проведения исследования физикомеханических свойств древесины.
4.Требования по технике безопасности при работе с химическими реактивами.
Вопросы выходного контроля (зачета)
1.Древесина как естественный сложный полимерный материал.
2.Способы изучения древесины.
3.Микроскопические методы исследования структуры древесины.
4.Образование и строение клеточных стенок древесины.
5.Трахеальные элементы микроструктуры древесины.
6.Какие типы древесинных
(ксилемных) волокон существуют, в чем заключаются их особенности?
7.Паренхима во вторичной ксилеме: древесинная паренхима и лучи.
8.Строение древесины лиственных пород
9.Строение древесины хвойных пород.
10.Тканевый состав древесины.
11.Химические вещества древесины и клеточных стенок.
12.Изменение параметров клеток древесины в зависимости от различных факторов.
13. Изменение ширины годичного слоя и его параметров по радиусу ствола у хвойных пород.
14. Изменение величины процента поздней древесины в онтогенезе для хвойной древесины.
15. Изменение ширины годичного слоя и его параметров по радиусу ствола для кольцесосудистой древесины.