книги из ГПНТБ / Бокщанин Ю.Р. Обработка и применение древесины лиственницы

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

По данным. Пономарева А. П. [65], древесина лиственницы состоит из 50% углерода, 6,3% водорода и 43,7% кислорода и азота.

•Основная масса древесины лиственницы—это целлюлоза и лигнин. Они составляют около 80% веса древесины. Гемицеллюлозы (пентозаны и гексозаны) составляют 10% и более. Кроме того, в древесине содержатся вещества, растворимые в эфире, спирте и воде. Водорастворимых веществ содержится от 4,5 до 30%.

Т а б л и ц а 10

В табл. 10 приведен химический состав ранней и поздней дре­ весины лиственницы и для сравнения — сосны. Химический состав ядра и заболони лиственницы также различен и приведен, по дан­ ным Никитина К. Е. [58], в сравнении с сосной в табл. 11.

Т а б л и ц а 11

ницы: она придает ей механическую прочность, эластичность и дру­ гие свойства, это высокомолекулярный углевод — полисахарид.

20

Лигнин по количеству в древесине занимает второе место после целлюлозы. Это высокомолекулярное вещество, которое образу­

место; как и целлюлоза, они представляют собой полисахариды, разделяются на пентозаны и гексозаны.

В древесине лиственницы в значительном количестве содер­ жатся также танииды, или дубильные вещества. Они не входят в клеточную структуру древесины, а являются содержимым кле­ ток. Более всего таныидов (по различным данным, до 14—17%) находится в коре лиственницы. В растущем дереве лиственницы танниды играют защитную роль, предохраняя ее от поражений грибами и насекомыми.

Смола в древесине лиственницы также играет защитную роль, но не входит в состав ее клеточной оболочки, а содержится в смо­ ляных ходах. Содержание смолы колеблется в широких пределах, особенно много смолы в комлевой части. Заболонь содержит больше смолы, чем ядро. На 1 м3 свежей заболони у сосны прихо­ дится в среднем 21,1 кг смолы, лиственницы 18,3, ели 9,4 и пихты 3,2 кг. Есть данные, что в смолистых выделениях из пораженной

том, используемым в качестве клеящего вещества. Древесина лиственницы содержит до 9—17% камеди. По своему составу ка­ меди— это комбинация углеводов (пентозаны и гексозаны) с со­ лями органических кислот. Главную часть их составляет легко

части ядра, где количество водорастворимых веществ доходит до 30%. В заболони содержится 1—2% арабогалактана.

В древесине лиственницы содержатся также эфирные масла,

как и приведенные выше данные, показали, что химический со­ став древесины колеблется в значительных пределах. Так, содер­

21

водорастворимых веществ — от 4,9 до 24,8%, количество эфирного экстракта — от 0,5 до 2,4%. количество спирто-бензольного экс­ тракта—от 1,4 до 6,4% от веса древесины.

Древесина ядра содержит меньше целлюлозы, больше смоли­ стых и водорастворимых веществ, поэтому химический состав лиственницы изменяется в зависимости от количества ядровой древесины. В свою очередь количество ядровой древесины изме­ няется.

С увеличением возраста деревьев уменьшается средняя ши­ рина годичного слоя, увеличивается количество ядровой древе­ сины. Значительно изменяется и химический состав. Состав и свойства древесины лиственницы по классам возраста приведены в табл. 12.

Т а б л и ц а 12

С увеличением возраста деревьев количество водорастворимых веществ в древесине возрастает, а количество целлюлозы, наобо­ рот, уменьшается. Так, при среднем возрасте деревьев 37 лет со­ держание водорастворимых веществ составляет 9,29%, а целлю­ лозы— 44,1%. В возрасте 209 лет количество водорастворимых веществ в дереве увеличивается до 17,16%, количество целлюлозы уменьшается до 40,0%.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Усредненные характеристики древесины лиственницы в сравне­ нии с распространенными хвойными и лиственными породами приведены в табл. 33. Эти данные получены при обработке иссле-

22

дований многих авторов на древесине разных районов произрас­ тания и разновидностей древесных пород. Для сравнения при­ ведены данные по лиственным породам — березе, буку, ясеню, дубу и по хвойным—-ели, пихте, сосне. Данные по лиственнице взяты применительно к основным перспективным районам заго­ товки и переработки этой древесной породы.

ПЛОТНОСТЬ

Плотность древесного вещества лиственницы практически равна плотности других хвойных пород и составляет в среднем 1,54 г/см3. В то же время образцы древесины лиственницы значительно тя­ желее равных им по размеру образцов таких хвойных пород, как сосна, ель, пихта, а также и мягких лиственных пород. Это объяс­ няется тем, что древесина представляет собой пористый материал, полости которого в воздушно-сухом состоянии заполнены возду­ хом. У разных пород пористость различна, поэтому для натураль­ ной древесины введено понятие плотность, характеризующее вес единицы объема цельной древесины.

• Исследования Мамонтовой В. Д. [52], Тихомирова Б. Н. [78] и др. показывают, что плотность древесины лиственницы в раз­ личных районах произрастания колеблется в значительных пре­ делах, достигая 17%, однако приведенные выше данные могут быть использованы для практических целей. Этими же исследо­ ваниями доказано, что ширина годичных слоев не является при­ знаком, определяющим плотность. Плотность древесины увеличи­ вается с увеличением процента поздней древесины. Эта зависи­

у древесины ядра. Плотность заболонной древесины растущих деревьев по длине ствола почти не меняется, у ядровой древесины вверх по стволу она, как правило, значительно уменьшается.

Для транспортировки сырья, различных перегрузок, перевалок и при использовании в круглом виде большое значение имеет плотность свежесрубленных деревьев. Экспериментальные работы по определению плотности свежесрубленных деревьев проводились в районе р. Абакан [78] летом, осенью и зимой, т. е. практически во все времена года. Образцы брались на высоте 1,3 м, на поло­ вине ствола и в вершине. Показатель точности при обработке полученных данных не превышал 2,18%.

23

Наиболее высокую плотность показали образцы из комлевой части ствола, а низкую — из средней части. Данные о плотности древесины лиственницы по длине ствола приведены в табл. 13Исследования проводились на отрезках ствола с корой.

Т а б л и ц а 13

получены авторами с делением модельных деревьев на двухметро­

24

Плотность заболонной древесины растущих деревьев по длине ствола изменяется незначительно, уменьшаясь в средней или верх­ ней части ствола. Плотность ядровой древесины наиболее высока в комлевой части, затем она резко снижается, а выше по стволу уменьшается постепенно, иногда несколько увеличиваясь около вершины. В отличие от плотности абсолютно сухой древесины, плотность заболони у растущих деревьев больше, чем у ядра.

Исследования плотности древесины ядра по двухсантиметро­ вым слоям радиуса показали, что, как правило, вблизи сердце­ вины она наиболее низкая, к периферии увеличивается, а в слоях,

лов и изделий из разных хвойных пород и сырье, и продукция из лиственницы не менее чем на 20% более тяжелые. Это усложняет транспортные операции и сужает возможность использования лиственницы в изделиях, вес которых должен быть ограничен. Вес изделий из лиственницы более сопоставим с весом изделий, изго­ товленных из березы и твердых лиственных пород, чем из основ­ ных хвойных пород. Только повышенные качественные характери­ стики древесины лиственницы могут компенсировать этот недо­ статок.

КОЭФФИЦИЕНТ УСУШКИ

Коэффициенты усушки древесины лиственницы в радиальном направлении для основных районов произрастания одинаковы и равны' соответствующим коэффициентам для сосны, бука, незна­ чительно отличаясь от коэффициентов для ели, ясеня, дуба. Только пихта в сравниваемых породах имеет на 40% более низкий коэф­ фициент усушки, а береза, наоборот, на 55% более высокий.

Коэффициент усушки в тангенциальном направлении у листвен­ ницы для разных районов произрастания составляет 0,34—0,43%. Это больше, чем у всех сравниваемых хвойных и лиственных пород. Если за основу взять данные по лиственнице Восточной Сибири и Дальнего Востока, усушка в тангенциальном направлении у сосны, ели, пихты и ясеня будет ниже на 16%, у дуба на 21%. Даже усушка березы и бука в тангенциальном направлении на 5—8% меньше. Соответственно и коэффициент объемной усушки у лист­ венницы выше, чем у всех других сравниваемых пород, за исключе­ нием березы.

Полученные данные и рассмотренный выше механизм измене­ ния размеров трахеид при удалении из древесины влаги показы­

к растрескиванию лиственничной древесины при воздушной и ка­ мерной сушке, несмотря на применение существующих мягких ре­ жимов процесса.

25

П р и м е ч а й не. Данные таблицьы приведены на основании РТМ „Древесина. Показатели физико-механических свойств"

ПРОЧНОСТЬ

Прочностные характеристики древесины лиственницы более вы­ сокие, чем у других хвойных пород, а по отдельным видам нагру­ зок более высокие, чем у твердых лиственных пород и березы.

В табл. 15 приведены средние показатели физико-механических свойств древесины лиственницы в сравнении с другими породами (при влажности 15%).

По сопротивлению статическому изгибу и скалыванию вдоль волокон лиственница превосходит сосну примерно на 30%, по соп­ ротивлению ударному изгибу на 50%, по торцовой твердости на 50-60%.

Сопротивление сжатию и растяжению вдоль волокон у листвен­ ницы выше, чем у сосны, на 40%. Таким образом, практически все показатели у лиственницы значительно более высокие, чем у сосны, которая в свою очередь более прочна, чем ель и пихта.

. Пределы прочности хвойных пород в сравнении с лиственницей, показатели прочности которой приняты за 100%, приведены в табл. 16. Из таблицы видно, что для Западной и Восточной Си­ бири все основные показатели у сосны ниже на 20—40%, а у других хвойных пород — на 22—50%.

В сравнении с твердыми лиственными породами лиственница также имеет более высокие или равные им показатели по сжатию вдоль волокон, статическому изгибу, модулю упругости и несколько уступает в удельной работе при ударном изгибе, скалывании вдоль волокон и по твердости.

Несколько ниже показатели древесины лиственницы при испы-- тании на прочность поперек волокон. В табл. 17 приведены средние показатели пределов прочности при сжатии и смятии поперек во­ локон и сопротивления раскалыванию древесины лиственницы в сравнении с другими породами.

Эти виды нагрузок (табл. 17) имеют меньшее практическое зна­ чение при эксплуатации изделий, однако в отдельных случаях их необходимо учитывать.

27

Предел прочности при сжатии поперек волокон и местном смя­ тии у лиственницы ниже, чем у твердых лиственных пород, но

Объясняется это резкой разницей плотности весенней и летней древесины; плотность весенней древесины лиственницы и других хвойных пород примерно равна.

Раскалывание образцов также зависит от плотности весенней древесины и поэтому можно было бы ожидать для лиственницы весьма низких показателей. Однако приведенные в табл. 17 данные показывают, что по этому показателю лиственница занимает про­ межуточное положение между хвойными породами и твердыми лиственными. Так, показатели для лиственницы выше, чем для сосны, на 16—17%, а в сравнении с буком и дубом ниже на 20— 40%.

В табл. 18 приведены средние показатели модуля упругости

Модуль упругости у лиственницы при разных видах нагрузок значительно выше, чем у всех хвойных пород, но уступает или на­

венница— самая прочная порода в сравнении с другими распро­ страненными хвойными породами и успешно может конкурировать во многих случаях с твердыми лиственными породами. Однако при использовании лиственничной древесины в каждом отдельном слу­ чае необходимо учитывать все виды нагрузок, так как некоторые характеристики у лиственницы ниже, чем у дуба, бука и березы.

28

Применение лиственницы в конструкциях и сооружениях, где наряду с прочностью высокие требования предъявляются к весу изделия, требует анализа имеющихся данных с учетом веса дре­ весины. В этом случае приобретает значение прочность, приведен­ ная к плотности. Средние коэффициенты качества (в сравнении с показателями других пород) приведены в табл. 19. Из таблицы видно, что лиственница и сосна при всех основных видах нагрузок, имеют одинаковые показатели, а по торцовой твердости листвен­ ница даже при такой форме сравнения имеет на 15% более высо­ кие показатели.

Т а б л и ц а 19

2. Коэффициент качества для скалывания вычислен средний для радиаль­ ного и тангенциального скалывания.

Из сказанного следует принципиально важный вывод о возмож­ ности применения изделий и деталей из лиственницы значительно меньших сечений, чем из сосны, а тем более из пихты.

29