книги из ГПНТБ / Полубояринов, О. И. Влияние лесохозяйственных мероприятий на качество древесины учебное пособие для лесотехнических вузов

будет поставка им больших партий максимального однород­ ного и стабильного по качественным показателям древесного

сырья.

6. Развитие лесопильной промышленности будет происхо дить в замедленном темпе. Однако и в перспективе лесопиль­ ная промышленность останется одним из главных потребите­ лей древесины.

Пиломатериалы

1980

Рис. 1. Тенденции развития структуры потребления древесного сырья

7. Дефицит высококачественного древесного сырья, ис­ пользуемого прежде всего в фанерной промышленности, бу­ дет ощущаться все в большей степени. Основным ограничива­ ющим поставку высококачественного древесного сырья фа­ ктором станет истощение природных ресурсов, а также дли­ тельность выращивания и значительные трудовые затраты на производство такой древесины в культурных лесах.

8. Наметившееся в предыдущие десятилетия некоторое снижение, требований к качеству древесного сырья со стороны массовых его потребителей, по-видимому, в перспективе по­ лучит дальнейшее развитие. Однако в тех случаях, когда та­ кая тенденция не будет подкрепляться успехами в технологии переработки древесины, неизбежно ухудшение производствен­ ных показателей, повышение себестоимости готовой продук­ ции и увеличение норм расхода сырья. Таким образом, и в дальнейшем решение проблемы качества древесины останется одной из важнейших задач лесоперерабатывающей промыш­ ленности, а также и лесного хозяйства — производителя дре­ весного сырья.

20

2.4. СИСТЕМА ОБОБЩЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ЛЕСОВЫРАЩИВАНИИ

Сделанный в предыдущих разделах анализ требований современной лесоперерабатывающей промышленности к ка­ честву древесного сырья с учетом тенденций их развития по­ зволяет выделить следующие обобщенные показатели качест­ ва древесины: 1) однородность; 2) порода; 3) размерные ха­ рактеристики; 4) сучковатость и гнили; 5) плотность древе­ сины.

Названные показатели качества древесного сырья в про­ цессе лесовыращивания должны учитываться совместно. Взаимосвязанность показателей качества древесины позволя­ ет объединить их в некоторую систему. Примеры взаимосвязи отдельных показателей качества приведены в последующем изложении, в котором анализируется влияние факторов ка­ чества древесного сырья на лесохозяйственное производство.

2.4.1. Однородность древесного сырья

Неоднородность древесины является самым существен­ ным ее недостатком, невыгодно отличающим древесное сырье от большинства конкурирующих с древесиной материалов ис­ кусственного происхождения.

Следует различать как различные виды неоднородности древесного сырья (неоднородность строения, свойств, разме­ ров), так и неоднородность древесного сырья по объектам (неоднородность древесины внутри годичного слоя; неодно­ родность отдельных зон и частей внутри древесного ствола; неоднородность древесины отдельных деревьев внутри насаж­ дений и типов леса и, наконец, общую неоднородность дре­ весины отдельных древесных пород с учетом их формового разнообразия в разных географических зонах).

Мерой неоднородности являются известные статистические характеристики: среднее квадратическое отклонение и коэф­ фициент вариации. В связи с разнообразием видов неоднород­ ности затруднительно иметь какой-то общий показатель не­ однородности древесного сырья, точно тзкже, как нельзя го­ ворить о неоднородности древесного сырья вообще, без указа­ ния объекта. Поэтому нужно относиться с известной долей осторожности к средним значениям коэффициентов вариации показателей физико-механических свойств, приведенных в приложении 2 к ГОСТ 16483.0—70 [17], в котором не сказано, на какие объекты распространяются приведенные коэффи­ циенты.

Исследования изменчивости свойств древесины у. отдель­ ных пород показали, что не все свойства изменяются в рав-

21

древесине изменяется химический состав: содержание лигни­ на колеблется в пределах 1 : 1,4, а целлюлозы— 1 : 1,06. Рез­ ко увеличивают неоднородность древесины всевозможные по­

роки.

Различные отрасли лесоперерабатывающей промышлен­ ности, как видно из сделанного в разделах 2.2 и 2.3 анализа, выдвигают разные требования к однородности древесного сырья. Наиболее высоки они в фанерной промышленности при производстве лущеного и, особенно, строганого шпона. Одно­ родность сырья — необходимое условие для получения про­ дукции высшего качества в целлюлозном производстве. Имен­ но неоднородностью древесного сырья часто объясняется разнотолщинность древесно-стружечных плит — один из самых неприятных недостатков этого прогрессивного материала.

Несмотря на ряд радикальных методов устранения разно­ качественное™ древесного сырья, таких, как сортировка и получение композитных материалов (включая клееную дре­ весину), требования современной промышленности к однород­ ности древесины остаются высокими. Более того, в процессе все возрастающей механизации и автоматизации лесоперера-. батывающей промышленности они становятся еще более жест­ кими. Объясняется это тем, что современное высокомехани­ зированное поточное производство очень чувствительно ко всякого рода сырьевым затруднениям.

Высокая однородность древесного сырья, наряду с общим высоким ее качеством, гарантирует работу предприятия в за­ данном технологическом режиме, что обеспечивает высокую производительность труда и одновременно — хорошее качест­ во выпускаемой продукции. Современное предприятие пред­ почитает при этом достаточно большие количества сырья, пусть даже и умеренного качества, небольшим партиям дре­ весины с повышенными качественными показателями. В этой связи нередко приходится наблюдать, как на лесозаводах не находят применения небольшие партии высококачественной древесины тех пород, которые «не укладываются» в принятый технологический режим. То же самое бывает с сортиментами, имеющими слишком высокий диаметр.

Следует учитывать, что неоднородность древесного сырья оказывает влияние не только на технологию переработки дре­ весины, но и на процессы лесозаготовок и транспорта древе­ сины. Хотя современная лесозаготовительная техника про­ ектируется с учетом особенностей предмета труда, при опера­ циях с более однородным (прежде всего по размерным и ве­

22

совым показателям) древесным сырьем можно получить при прочих равных условиях гораздно более высокую производи­ тельность труда, чем при работе с разнокачественным сырьем.

В настоящее время установлено, что причинами неоднород­ ности древесины являются как генетические факторы, так и факторы внешней среды. До тех пор пока основная масса древесины будет получаться нами из таежных лесов, природ­ ная неоднородность древесины останется слабо контролируе­ мым качеством. Вероятно, мы никогда не сможем до конца ликвидировать разнокачественность древесины и в культур­ ных лесах.

Существуют три основных способа достижения однородно­ сти древесного сырья: 1) гомогенизация древесины в процес­ се производства продуктов ее переработки; 2) сортировка сор­ тиментов круглого леса и пиломатериалов; 3) лесохозяйствен­ ные мероприятия в процессе выращивания древесины.

Гомогенизация древесины, является одним из наиболее кардинальных способов решения проблемы получения одно­ родного древесного сырья'.’ В связи с этим в настоящее время наибольшее развитие получают те перерабатывающие древе­ сину отрасли производства, где гомогенизация сырья осу­ ществляется на самых рднних стадиях производства. Это пре­ жде всего целлюлозно-бумажная промышленность и промыш­ ленность древесных плит. Именно эти отрасли лесоперераба­ тывающей промышленности имеют в настоящее время самый высокий уровень механизации и автоматизации.производства и вместе с тем самые высокие показатели роста выпуска про­ дукции.

Преодоление неоднородности древесины достигается в из­ вестной степени также путем получения различных композит­ ных материалов — фанеры, пл'астиков и т. д. Производство таких материалов отличается значительно меньшей степенью гомогенизации древесины, чем в ЦБП и в промышленности древесных плит и именно поэтому данные отрасли лесопере­ работки отличаются меньшей степенью механизации и авто­ матизации производства и меньшими темпами роста выпуска продукции.

Сортировка древесного сырья является одним из наиболее традиционных способов снижения его неоднородности, что обеспечивает более рациональное использование продукции из древесины.

Природная неоднородность древесины не может быть пол­ ностью преодолена ни с помощью изменения (гомогенизации) древесного сырья и получения композитных материалов, ни самыми совершенными способами сортировки. Останутся, на­ пример, различия между заболонной и ядровой древесиной (щепа из ядровой и заболонной древесины различается по

23

своим свойствам и ведет себя различно при варке целлюлозы, в процессе хранения и т. д.). В связи с этим несомненный ин­ терес представляют различные лесохозяйственные методы преодоления неоднородности древесины. Вместе с тем всякое лесохозяйственное мероприятие, как бы благоприятно оно не отражалось на количественной производительности древостоев, следует также оценивать и с точки зрения критериев одно­ родности формируемой древесины.

2.4.2. Порода

Существенные различия в строении и свойствах древеси­ ны различных пород являются фактором, который сохраняет свое практическое значение до настоящего времени и опреде­ ляет применимость древесного сырья для тех или иных назна­ чений. Вместе с тем нельзя не видеть, что современное массо­ вое производство с его мощными технологическими средства­ ми воздействия на свойства древесного сырья как бы сглажи­ вает различия в этих свойствах и обезличивает древесину. Растущий дефицит древесины в соединении с новыми способа­ ми ее переработки, по мнению специалистов, гарантирует, что в перспективе все породы древесины найдут применение в на­ родном хозяйстве. Данное заключение распространяется пре­ жде всего на наиболее перспективные и развивающиеся от­ расли переработки древесины — на целлюлозно-бумажную промышленность и промышленность древесных плит.

Однако в течение десятилетий наблюдается тенденция яв­ ного предпочтения хвойной древесины почти во всех отраслях использования древесного сырья. Это предпочтение определя­ ется рядом факторов: лучшей, чем у лиственных пород, фор­ мой ствола, умеренной плотностью хвойной древесины, значи­ тельным процентом длинноволокнистых трахеид по сравнению с более короткими волокнами лиственных, более благоприят­ ным соотношением прочности и веса.

Все названные факторы оказывают существенное влияние как на процессы переработки древесины, так и на качество получаемых продуктов. Наибольшее значение они имеют при использовании древесины в строительстве. Однако и ЦБП, и промышленность древесных плит предпочитают хвойную дре­ весину, хотя вследствие сокращения запасов и удорожания хвойной древесины в последние десятилетия были созданы бо­ лее благоприятные, чем прежде, условия для использования лиственной древесины в двух последних отраслях ее перера­ ботки.

Сохранится ли данная тенденция на долгую перспективу —

24

бор древесной породы без учета массовой производительности не заслуживает особого внимания уже и в настоящее время. Это означает, что в будущем будут учитываться не столько раз­ личия в техническом качестве древесины отдельных пород, сколько их различия в массовой (валовой) производитель­ ности.

2.4.3. Размерные характеристики

Древесное сырье должно обеспечивать как достаточно большой выход, так и возможно меньшую себестоимость по­ лучаемой из древесины продукции. Это возможно лишь тогда, когда размеры исходного сырья позволяют с достаточной пол­ нотой использовать мощности перерабатывающей древесину техники без дополнительных операций.

В связи с этим исключительно большое значение имеет диаметр и, в известной степени, длина перерабатываемого круглого леса. Помимо влияния на выход и себестоимость продукции, от диаметра перерабатываемого сырья в значи­ тельной степени зависит также и качество выпускаемой про­ дукции. Конкретные примеры влияния размерных характери­ стик древесного сырья по отдельным отраслям лесоперераба­ тывающей промышленности приведены в разделе 2.2 и в ра­ боте «Оценка качества древесного сырья» [59].

Требования лесоперерабатывающей промышленности к размерным характеристикам древесного сырья (прежде всего к его диаметру) оказывают решающее влияние на установле­ ние сроков выращивания (возраста рубки) древостоев. На ос­ нове анализа коэффициентов прироста потребления древес­ ного сырья для различных отраслей лесоперерабатывающей промышленности ФАО (1964) разработала для лесного хозяй­ ства рекомендации, заключающиеся в форсировании выращи­ вания мелкотоварной древесины путем снижения возраста рубки. Однако данные рекомендации подверглись основатель­ ной критике со стороны многих западноевропейских ученых. Их контраргументы сводятся к тому, что мелкотоварная дре­ весина не обеспечивает требуемого выхода высококачествен­ ных пиломатериалов и фанеры. Вместе с тем выращивание мелкой древесины вовсе не является необходимым следствием растущих запросов ЦБП и промышленности древесных плит, так как в принципе более толстые сортименты с не меньшим успехом, чем тонкие, могут быть раздроблены в щепу или превращены в стружку. Существенным аргументом в пользу выращивания крупнотоварной древесины являются и цены, складывающиеся на древесное сырье на международном рын­ ке. Цены на крупные сортименты устойчивы и значительно превосходят цены на мелкую древесину.

25

В разделе 2.2.1 уже говорилось о значении сбежистости древесного сырья для лесопильной промышленности. Сущест­ вует связь сбежистости с рядом других важных качественных характеристик древесного сырья, в частности с сучковатостью. В работе [89] показано, что с увеличенной сбежистостью коррелируется большая сучковатость древесины. Таким образом, при оценке сбежистости древесного рырья необходимо при­ нимать во внимание и другие, связанные с ней качественные показатели, а по аналогии с оценкой диаметра выращивае­ мых насаждений — и количественную производительность древостоев. Повышенный сбег часто может компенсироваться большей производительностью по массе.

Из сказанного следует, что в вопросе ориентации лесного хозяйства на выращивание древесного сырья с определенными размерными характеристиками как в настоящее время, так и в перспективе, по-видимому, не может быть однозначного ре­ шения. И в будущем ряд перерабатывающих древесину от­ раслей будет потребителем крупномерного сырья, тогда как в других сферах использования древесины технологически до­ пустимым и экономически выгодным будет использование мелкотоварной древесины.

2.4.4. Сучковатость и гнили

Пороки древесины являются основным фактором, опре­ деляющим качество древесного сырья. Хотя их роль меняется в зависимости от назначения сортимента, две основные груп­ пы пороков древесины — сучки и гнили — со всем основанием могут быть названы абсолютными пороками древесного сырья.

Вопрос о значении сучковатости многократно обсуждался в специальной литературе [36, 61, 131]. В разделе 2.2 настоя­ щей работы показана роль сучковатости древесного сырья для современной промышленности. В дополнение к сказанному следует остановиться на некоторых частных вопросах и сде­ лать необходимое обобщение.

В связи с успехами химической переработки древесины и все увеличивающимся производством плит некоторые специа­ листы высказывали мнение о том, что значение сучковатости будет постепенно падать. Действительно, химическая про­ мышленность, как и индустрия древесных плит, имеет больше, чем другие перерабатывающие древесину отрасли народного хозяйства, возможностей приспособиться к использованию сучковой древесины. .Поэтому эти отрасли выставляют сравни­ тельно невысокие требования к сучковатости древесного сырья. Однако и в данных отраслях, особенно при производ­ стве древесной массы и древесноволокнистых плит, сучкова-

26

тость отрицательно сказывается на качестве продукции. При производстве сульфитной целлюлозы наличие сучковой дре­ весины в значительной степени определяет так называемые смоляные затруднения и снижение качества целлюлозы из-за повышенной ее смолистости.

В лесопильной промышленности подход к оценке сучкова­ тости древесины в перспективе может быть изменен в тех сор­ тиментах, которые будут проходить прочностную сортировку. Тем не менее нет оснований говорить о существенном сниже­ нии значения этого порока для пиловочника вообще. Во всех случаях высококачественное пиловочное сырье будет и в пер­ спективе представлять собой прежде всего бессучковую пли малосучковую древесину.

Для характеристики сучковатости древесного сырья в про­ цессе выращивания можно использовать ряд показателей. Су­ щественное значение имеет соотношение протяженности трех зон ствола: бессучковой, с мертвыми торчащими сучьями и живой кроны. Важными показателями являются средние диа­ метры сучков (живых и мертвых), их среднее количество на погонный метр длины ствола. В качестве более обобщенных характеристик могут служить суммы площадей сечений суч­ ков, а также соотношение объемов древесины ствола, прихо­ дящихся на бессучковую древесину,'древесину с несросшимися и сросшимися сучками (см. раздел 3.3.2). Последний пока­ затель характеризует потенциальный выход сортиментов, раз­ личающихся по их сучковатости.

Для сравнения сучковатости насаждений в работе [57] было предложено использовать высоту, до которой закончилось за­ растание пеньков отмерших сучков при достижении деревьями диаметра, определяемого по отношению к целевому.

Гнили являются вторым после сучков сортоопределяющим пороком древесного сырья. Нельзя указать ни одного вида сортиментов и ни, одной отрасли лесоперерабатывающей про­ мышленности, где бы гнили не снижали выход полезной про­ дукции и ее качество. Существует целый ряд видов сортимен­ тов, в которых наличие гнили является совершенно недопу­ стимым.

Наиболее отрицательное влияние на качество древесины оказывают развитые гнили. Относительно начальных стадий гнилей еще в 30—40-е годы было доказано, что они не ока­ зывают существенного влияния на физико-механические свой­ ства древесины и поэтому могут быть без особых ограничений допущены во многих сортиментах.

Данное положение сохраняет свою силу и в настоящее время.

Для характеристики древостоев по наличию ядровых гни­ лей следует использовать два показателя: встречаемость (рас­

27

пространенность) гнилей и пораженность. Встречаемость гни­ лей определяется процентным соотношением деревьев с гни­ лями по всему количеству учтенных деревьев. Пораженность насаждения гнилями характеризуется соотношением объема древесины, приходящегося на гниль, и объема всей стволовой древесины в древостое.

Роль остальных пороков древесины в большей степени оп­ ределяется назначением сортиментов. Поэтому их можно на­ звать относительными. Поскольку в настоящем разделе ана­ лизируются универсальные показатели качества древесины, значение относительных потоков древесины не рассматрива­ ется.

2.4.5. Плотность древесины

Среди показателей качества древесины плотность зани­ мает особое положение. Дело в том, что за исключением неко­ торых сортиментов специального назначения плотность не фигурирует в стандартах как сортоопределяющий показатель. Это обстоятельство требует обоснования включения плотно­ сти в систему универсальных показателей качества древесины.

Общее значение данного показателя было показано в ра­ боте «Плотность древесины» [63]. Короче говоря, оно сводит­ ся к следующему.

1. Плотность древесины влияет на весовую продуктивность древостоев. С помощью показателей плотности древесины можно дать объективную оценку эффективности лесохозяй­ ственных мероприятий, направленных на повышение продук­ тивности насаждений.

2.Плотность определяет многие физико-механические свойства древесины.

3.В целлюлозно-бумажной промышленности плотность древесины определяет важнейший показатель — выход целлю­ лозы на варку. Зная плотность, можно предсказать качество бумаги, получаемой из древесного сырья.

4.Плотность древесины в значительной степени определя­ ет качество древесно-стружечных плит.

Перечисленные выше моменты далеко не полностью исчер­ пывают, а скорее иллюстрируют значение, плотности древеси­ ны в качестве показателя ее качества.

Древесина как продукт массового использования в настоя­

щее время оценивается преимущественно визуально. Вместе с тем в ряде стран уже и на продукты массового производства из древесины вводятся приборные способы оценки качества, осуществляемые на специальных установках. Примером мо­ жет служить так называемая прочностная сортировка пило-

28

материалов, позволяющая определять индивидуальные пока­ затели каждой штуки пиломатериалов, что дает основание для более рационального использования древесины.

Прочностная сортировка пиломатериалов является нагляд­ ным примером проявления весьма важной тенденции в исполь­ зовании продуктов из древесины, заключающейся в том, что всесторонняя и более точная характеристика древесного сырья и особенно товаров из древесины становится обязательным условием прогресса лесной индустрии. Сказанное можно це­ ликом отнести и к характеристике древесины по плотности.

Особо следует подчеркнуть связь плотности с другими по­ казателями качества древесного сырья.

Пониженная плотность древесины при прочих равных ус­ ловиях ассоциируется (у хвойных) с повышенной сучковатостью

иопределяет большую пораженность деревьев ядровыми гни­ лями. Неоднородная по радиусу ствола плотность древесины снижает качество пиломатериалов (особенно пиломатериалов специального назначения), являясь причиной растрескивания

идругих неприятных явлений при сушке и использовании пилопродукции.

При характеристике отдельных насаждений по плотности древесины, кроме среднего ее значения, важно установление изменчивости плотности от дерева к дереву, типа изменения плотности по высоте и радиусу ствола путем построения ден­ ситограмм, исследование аномалий плотности.

В связи с тем, что требования отдельных отраслей про­ мышленности к плотности древесины различны, нельзя дать категорически однозначного ответа на вопрос о том, древеси­ ну какой плотности следует выращивать. Тем не менее можно сказать, что для большинства отраслей использования древе­ сины более желательным является древесина со средней и по­ вышенной плотностью.

Таким образом, оценка выращиваемой древесины по плот­ ности должна быть обязательным элементом определения эф­ фективности лесохозяйственного мероприятия.

2.4.6. Взаимосвязь показателей качества древесины

Несмотря на значительную разнохарактерность показа­ телей качества древесины между ними в пределах каждой древесной породы при более глубоком рассмотрении можно установить определенные взаимосвязи. Основой таких взаи­ мосвязей являются биологические особенности древесных по­ род. Несмотря на большое влияние экологических факторов на процесс формирования древесины, каждая древесная поро­ да характеризуется вполне определенной возрастной динами­

29