1868

2

УДК 674. 04

Курьянова, Т. К. Древесиноведение и гидротермическая обработка древесины [Текст] : метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 170400 (150405) – Машины и оборудование лесного комплекса / Т. К. Курьянова, Е. В. Недорезова ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2007 – 36 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

Рецензент ведущий научный сотрудник НИИЛГ и С, д-р с.-х. наук В.К. Ширнин

3

Введение

При обработке древесины необходимо брать во внимание ее свойства, учитывая особенности различных древесных пород. Все это требует знакомства со строением древесины, ее физическими, механическими свойствами и способами предохранения от преждевременного разрушения.

Задача данных методических указаний состоит в том, чтобы студенты практически освоили методику и технику определения показателей основных физических свойств. Лабораторные работы должны выполняться в полном соответствии с основными положениями теории, а методика выполнения соответствовать указаниям действующих стандартов.

Процессы гидротермической обработки древесины основаны на физических явлениях теплообмена и массообмена древесины с окружающей средой, которые относятся к классу явлений переноса. Целью этих процессов являются изменение температуры и влажности древесины, улучшающие ее технологические и эксплуатационные свойства.

Гидротермическая обработка древесины – необходимая часть почти всех технологических процессов деревообработки, от правильного ее проведения зависит качество и надежность изделий из древесины, а также потери древесины при механической обработке.

Для закрепления и углубления знаний наиболее важных разделов курса, для приобретения практических навыков по проведению и контролю отдельных технологических операций важное значение имеют лабораторные работы с использованием современных установок и средств контроля.

Методические указания предназначены для изучения макроскопического строения древесины, освоения методики определения основных физикомеханических свойств древесины и основных понятий гидротермической обработки.

Данный курс, включает следующие лабораторные работы:

1.Определение основных древесных пород по макроскопическому строению древесины.

2.Определение основных физических свойств древесины.

4

3.Испытание древесины на сжатие вдоль волокон с учетом влияния влажности на прочность древесины.

4.Определение пороков древесины.

5.Изучение свойств обрабатывающей среды.

6.Деловая игра «Организация работы сушильного цеха для выполнения заданной программы сушки пиломатериалов».

Раздел ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ

Лабораторная работа № 1

Изучение элементов макроскопического строения древесины Определение основных древесных пород по макроскопическим признакам

Целью данной работы является освоение навыков определения древесных пород по макростроению, т.е. при рассмотрении невооруженным глазом или с помощью лупы.

Приборы.

Лупа увеличением в 5-10 раз. Образцы различных древесных пород. Образцы для определения породы должны быть значительных размеров,

не должны быть обработаны антисептическими или окрашивающими растворами, не должны находиться долгое время в воде.

Древесина имеет неоднородное строение, поэтому ствол принято рассматривать на трех главных разрезах:

1.Поперечном, или торцевом (плоскость разреза проходит перпендикулярно оси ствола).

2.Радиальном (плоскость разреза проходит по радиусу через сердцевину).

3.Тангенциальном (плоскость разреза проходит по касательной к окружностям, образованными слоями годичного прироста).

Косновным элементам макроскопического строения относятся:

1.Годичные слои (прирост древесины за один вегетационный период). Различают раннюю и позднюю зону годичного слоя.

5

2.Ядро (темноокрашенная центральная часть ствола). По наличию ядра породы делятся на: ядровые и безъядровые, которые разделяются на спелодревесные и заболонные.

3.Заболонь (светлоокрашенная периферическая часть ствола).

4.Спелая древесина (центральная часть ствола спелодревесных пород имеющая влажность, ниже, чем периферическая в растущем дереве). Окраска древесины однотонная.

5.Породы, у которых окраска и содержание влаги одинаковое по сечению, называются заболонными.

6.Сосуды (система тонкостенных трубок в древесине только лиственных пород).

7.Смоляные ходы (каналы, заполненные смолой в древесине только хвойных пород).

8.Сердцевинные лучи (блестящие линии, идущие от сердцевины к коре).

9.Сердцевинные повторения (локальные изменения строения

древесины в виде темных полосок различной длины).

На основании признаков макроскопического строения древесные породы делятся на три группы. На схеме приведены основные признаки для каждой группы пород.

Необходимо внимательно рассмотреть образцы древесины, и изучить элементы макроскопического строения.

Далее, на основании вышеприведенных признаков необходимо образцы распределить на три группы и, пользуясь «Определителем – справочником основных древесных пород по древесине» определить конкретную породу.

Контрольные вопросы к лабораторной работе.

1.Как изучают макроскопическое строение древесины?

2.Дайте определение главным разрезам древесины.

3.Назовите основные элементы макростроения древесины.

4.Назовите основные признаки хвойных пород.

5.Назовите основные признаки лиственных рассеяннососудистых пород.

6.Назовите основные признаки кольцесосудистых пород.

7.Как делятся породы по наличию ядра?

8.Чем отличаются ядровые, заболонные и спелодревесные породы?

9.Какие элементы древесины выполняют запасающую функцию?

10.Чем отличается ранняя и поздняя древесина годичного слоя по выполняемым функциям?

11.Объясните, как выглядят элементы макростроения на трех разрезах.

Лабораторная работа № 2

Определение физических свойств древесины

Свойства, проявляющиеся при взаимодействии с внешней средой, но не связанные с изменением химического состава древесины называются

физическими свойствами древесины.

В лабораторной работе определяются следующие показатели физических свойств древесины:

1.Число годичных слоев в одном сантиметре и процент поздней древесины.

2.Влажность методом высушивания и электровлагомером.

3.Плотность с учетом влажности и пересчетом на плотность при нормализованной влажности.

7

4.Усушка и коэффициент усушки.

5.Разбухание и коэффициент разбухания.

Приборы и оборудование

Масштабная линейка, штангенциркуль, измерительные лупы ЛИ-3, сушильный шкаф, набор бюкс (сосуды с притертыми крышками), эксикаторы, весы с погрешностью 0,001г., электровлагомер ИВ-1.

Требования, предъявляемые к образцам

Согласно ГОСТам 16438.18-72 «Определение макроструктуры древесины», 16383.7 –71 «Определение влажности», 16483.35-88 «Определение усушки», 16483.1-84 «Определение плотности», 16483.37-88 «Определение разбухания» образцы изготавливают в виде прямоугольной призмы сечением 20х20 мм и высотой, вдоль волокон, 30 мм. Торцевая поверхность образцов должна быть гладкой, годичные слои параллельны двум граням образца. Образец должен включать не менее пяти годичных слоев. При слоях шириной более 4 мм необходимо увеличить размеры сечения, сохраняя его квадратным. Смежные грани образцов должны быть строго под прямым углом.

1.1Определение числа годичных слоев в одном сантиметре

Определение числа годичных слоев в 1 см по радиальному направлению волокон дает первое суждение о качестве древесины. Для высококачественной древесины сосны и пихты число годичных слоев в 1 см должно быть от 3 до 20, для ели от 3 до 25, для лиственницы от 3 до 30.

Для кольцесосудистых пород высококачественной считается древесина, если число годичных слоев не превышает в 1 см: у дуба – 12,

у ясеня обыкновенного – 9, у ясеня маньчжурского – 10.

Методика выполнения работы

На торцевой поверхности образца проводят прямую линию, на которой точками отмечают отрезок ( l ), включающий целое число годичных слоев (в каждом слое имеется ранняя и поздняя зона) N. Измеряют длину отрезка в мм и переводят в см. Число (n) годичных слоев в 1 см вычисляют с округлением до 0,5 год. сл./см по формуле

8

1.2Определение процента поздней древесины

Процент поздней древесины является признаком оценки качества древесины. Чем больше ширина поздней зоны, тем выше прочность древесины. Для сосны и дуба европейского имеется зависимость между плотностью при влажности 15 % (ρ15) и процентом поздней (m) древесины

ρ15=0,012 m+0,28 (для сосны), ρ15=0,007 m+0,34 (для дуба).

Механические свойства имеют прямую зависимость от плотности по уравнению

где σ15 –прочность древесины, МПа,

A, B – постоянные коэффициенты, зависящие от вида механических свойств и породы.

Методика выполнения работы

На том же образце в каждом годичном слое между отмеченными точками измеряют с помощью лупы ЛИ-3 ширину каждой поздней зоны с точностью до 0,1 мм. Схема определения числа годичных слоев приведена на рис. 1.

Процент поздней древесины вычисляют по формуле (3) с точностью до 1 %.

где Σаn=а1+а2+…+аn суммарная ширина поздней зоны, (рис. 1)

9

Рис. 1 Схема определения числа годичных слоев и процента поздней древесины Результаты вычислений занести в журнал. Сравнить полученные

результаты со справочными данными, приведенными в табл. 1.

Таблица 1 Ширина годичных слоев и содержание поздней древесины у некоторых

пород

Под абсолютной влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины

W=100(mн-m0)/m0, (4)

где mн - масса сырой древесины, г,

m0 - масса абсолютно сухой древесины, г.

Определение влажности древесины можно производить двумя методами.

1) Прямые способы определения влажности основаны на выделение воды из древесины.

Определение влажности прямым способом (методом высушивания).

Методика определения.

Бюксы с крышками взвешивают на весах. Бюкса необходима для того, чтобы масса пробы не изменилась во время взвешивания после сушки. Образцы, очищенные от заусенцев и опилок помещают в бюксы с крышками и

10

взвешивают на весах с погрешностью до 0,001 г. Образцы высушиваются в сушильных шкафах при температуре 103±2 0С до тех пор, пока масса не перестанет изменяться (разница в массе при двух взвешиваниях не более 0,002 г.). Первое взвешивание проводят через 6…10 часов, последующие через каждые 2 часа. Перед взвешиванием бюксы закрывают крышками и охлаждают в сухом эксикаторе (сосуд с безводным хлористым кальцием или концентрированной серной кислотой). Влажность вычисляют по формуле

W=100(m2-m3)/(m3-m1), (5)

где m1, m2, m3 - масса пустой бюксы, масса бюксы с пробой до высушивания, масса бюксы с пробой после высушивания соответственно, г.

Достоинство прямых способов определения влажности древесины - высокая точность (погрешность 0,1 %). Недостатком является высокая продолжительность процесса 8…10 часов, а иногда и более.

2) Косвенные методы определения влажности древесины основаны на определении показателей физических свойств древесины в зависимости от наличия влаги. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, основанные на измерении электропроводности древесины. Методика определения.

Датчики с тремя игольчатыми электродами вводят через боковую поверхность (не торцовую) в древесину, на глубину около 10 мм. На панели прибора высвечиваются показания влажности древесины. Достоинство этих способов в быстроте определения влажности. Недостатком является погрешность измерения влажности древесины (в области ниже 30 % составляет 1,5 %, а при влажности древесины более 30 % погрешность значительно возрастает), а также данные приборы дают локальные показания влажности только в месте введения игольчатых контактов.

3 Определение плотности древесины

Плотность древесины характеризуется отношением массы образца к его объему и имеет размерность кг/м3 или г/см3.