Древесные материалы

Дерево является важным строительным материалом, а также сырьем для бумажной промышленности.

Сухая древесина на 50÷60 % состоит из линейного полиме­ра — целлюлозы, примерно на 25 % из родственных целлюлозе со­единений и примерно на 25 % из жидкости под названием лигнин, обладающей высокой вязкостью. Структура древесины представля­ет собой большое количество длинных трубчатых клеток.

Отличие свойств различных сортов древесины определяется их разной плотностью. Наибольшей плотностью обладает железное дерево — 1,3 т/м³, т. е. оно тонет в воде. Минимальная плотность у дерева под название бальза — 0,15 т/м³. Дре­весина известных нам деревьев имеет промежуточные значения плотности: дуб — 0,69, береза — 0,62 т/м³.

Древесина хорошо работает на растяжение, но предел прочно­сти при сжатии у древесины ниже, чем у большинства материалов. Это объясняется тем, что при приложении сжимающей нагрузки трубчатые клетки изгибаются в продольном направлении (продоль­ный изгиб) каждая отдельно, по очереди, а не совокупно.

Когда дерево спиливают, древесина содержит большое количе­ство воды — до 100 % от массы в сухом состоянии. Большая часть воды находится в полой сердцевине клетки. В спиленном дереве вода медленно испаряется, пока не достигнет равновесия с окру­жающей атмосферой. Равновесное содержание воды, зависящее от влажности воздуха, колеблется от 5 до 23 % (сухой массы) в сухом и влажном воздухе соответственно. Понижение содержания воды со­провождается усадкой. Изменение размеров идет в основном в на­правлении перпендикулярном волокнам, в продольном направле­нии оно невелико. При этом может происходить и изменение формы — коробление. Поэтому целесообразно применять сухую древесину. Однако поскольку влажность воздуха колеблется, разме­ры дерева (древесины) не являются постоянными. Кроме того, со­держание воды влияет на прочность. Прочность сухой древесины примерно в три раза выше, чем свежеспиленной.

Достоинствами древесины являются относительно высокая прочность; малая объемная масса и, следовательно, высокая удельная прочность; хорошее сопротивление Ударным и вибрационным нагрузкам; малая теплопроводность и, следовательно, хорошие теплоизоляционные свойства; низкий температурный коэффициент линейно го расширения; химическая стойкость к действию орга­нических кислот, солей и масел; хорошая технологич­ность (легкость обработки и изготовления изделий) к недостаткам древесины следует отнести гигроскопич­ность, т.е. способность впитывать влагу, и возникающую из-за изменения влажности нестабильность свойств и размеров (усушка и набухание), а также отсутствие огне­стойкости, неоднородность строения, склонность к гни­ению. Для защиты древесины от увлажнения, загнивания и воспламенения производят окраску лаками и красками, опрыскивание и пропитку специальными химическими веществами.

Материалы из древесины можно разделить на лесома­териалы, сохраняющие природную физическую структу­ру и химический состав древесины, и древесные матери­алы, полученные путем специальной обработки исходной древесины. В свою очередь лесоматериалы подразделя­ются на необработанные (круглые), пиломатериалы, лу­щеные (древесный шпон) и колотые.

Древесный шпон — это широкая ровная стружка древесины, получаемая путем лущения. Толщина листов шпона 0 5-1,5 мм. Используется шпон в качестве полуфабрикатов для изготовления фанеры, древеснослоистых пластиков, облицовочного материала для изделий из древесины.

К материалам, полученным путем специальной обра­ботки древесины, можно отнести фанеру, прессованную и модифицированную древесину, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и др.

Фанера — это листовой материал, полученный путем склейки нечетного количества (трех и более) листов шпона. При этом волокна соседних листов находятся под прямым углом друг к другу. Толщина фанеры от 1 до 12 мм, более толстые материалы называют плитами. Свойства фанеры зависят от породы древесины и вида клея. Наиболее прочной и водостойкой является фане­ра из березового шпона, склеенная фенолформальдегидным клеем.

Столярные плиты представляют собой трехслойные щиты, состоящие из реечного заполнителя, оклеенного с обеих сторон древесным шпоном. Толщина плит 30 мм и более. Применяются столярные плиты в мебельной про­мышленности, вагоностроении, строительстве и др.

Прессованная древесина — это материал, получаемый при горячем прессовании брусков, досок и других заго­товок, предварительно обработанных водяным паром при температуре 110-130 °С, перпендикулярно волокнам под давлением до 30 МПа. В результате повышается плот­ность древесины, вследствие чего прочность возрастает по сравнению с исходной более чем в два раза. Применя­ется прессованная древесина для изготовления подшип­ников скольжения, зубчатых колес, прокладок и др.

Модифицированная древесина представляет собой материал, полученный при обработке древесины каким-либо химическим веществам (смолой, аммиаком и др.) с целью повышения механических свойств и придания водостойкости. После пропитки производится полимеризация или поликонденсация введенного вещества.

Древесностружечные плиты изготовляют горячим прессованием древесной стружки со связующим (резольными фенолформальдегидными смолами). Плиты могут быть облицованными шпоном, фанерой или бумагой. Плиты выпускаются толщиной от 10 до 25 мм. Из них изготавливают мебель, строительные конструкции т.п.

Древесноволокнистые плиты изготовляют путем прессо­вания древесных волокон при высокой температуре, иног­да с добавлением связующих веществ. Плиты изготавлива­ются толщиной от 3 до 8 мм. Применяются в строительстве, в вагоностроении, в мебельной промышленности.

Древеснослоистые пластики (ДСП) изготавливаются из листов древесного шпона, пропитанных фенолформальдегидной смолой и спрессованных в листы или пли­ты. ДСП выпускается толщиной от 1 до 60 мм. Применя­ются ДСП как конструкционный материал в судострое­нии, электроизоляционный материал, для изготовления подшипников скольжения, зубчатых колес и др.