2.3 Структура древесины

Древесина, как продукт растительного происхождения, по своему строению является волокнистым пористым материалом и состоит из многочисленных клеток, вытянутых преимущественно вдоль ствола. Каждая клетка имеет свою оболочку (стенку). Стенки клеток на 99% состоят из органических соединений, преимущественно углеводов (70…80%) и около 30% составляет лигнин. В углеводную часть древесины входят целлюлоза, глюкоза, сахар, гемицеллюлоза.

Углеводы и лигнин являются природными полимерами. Степень полимеризации их составляет от 300 до 6000 и более.

Небольшую часть древесины (2…4%) составляют экстрактивные вещества и около 1% - минеральные.

Экстрактивные вещества в отличие от углеводов и лигнина являются низкомолекулярными соединениями. В их состав входят смолы, смоляные кислоты, эфирные масла, красители, белки, дубильные вещества и др. Несмотря на незначительное их содержание, они придают древесине цвет, запах, вкус, определяют токсичность, способствуют сопротивлению гниения, поражению грибками и т.д.

Минеральные вещества поступают в древесину из почвы через корневую систему и проводящие ткани и состоят преимущественно из солей кальция и магния.

Клетки древесины определённым образом группируются и создают на торце ствола систему концентрических колец. Вместе с другими структурными элементами они формируют макро- и микроструктуру древесины.

Макроструктура древесины хорошо видна невооружённым глазом или при небольшом увеличении (через лупу). Изучают её по трём основным разрезам ствола (рис. 2.1):

• поперечный или торцовый – по плоскости, перпендикулярной оси ствола;

• радиальный – проходящий через ось ствола;

• тангенциальный – проходящий по хорде вдоль ствола.

Древесина, распиленная в разных направлениях, имеет различную текстуру (рисунок), и отличается своими качествами и свойствами.

На поперечном разрезе ствола дерева достаточно чётко различается сердцевина, ядро, заболонь, камбий, кора и годичные слои (рис.2.2 и 2.3).

Сердцевина расположена в самом центре ствола внутри первого годичного слоя. Размеры сердцевины (сердцевинной трубки) невелики – до 10мм или чуть больше. Это наиболее слабая часть ствола дерева. Она представляет собой рыхлую ткань, состоящую из клеток с тонкими, слабо связанными друг с другом стенками.

Сердцевина легко загнивает, крошится и имеет малую прочность. В пиломатериалах толщиной до 50мм сердцевина не допускается. Нежелательна сердцевина и в столярных изделиях, так как она постепенно выкрашивается.

Годичные слои (кольца) образуются в течение вегетационного периода и соответствуют одному году жизни дерева. В поперечном разрезе они занимают часть ствола от коры до сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит из двух слоёв: древесины, образовавшейся весной (весенняя или ранняя древесина) и древесины, образовавшейся летом (летняя или поздняя древесина). Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но рыхлых тонкостенных клеток и обладает слабой механической прочностью. Поздняя древесина имеет более тёмный цвет, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками. Следовательно, чем больше в годичном слое поздней древесины, тем выше механические свойства породы.

Часть древесины ствола, которая располагается ближе к сердцевине, в процессе роста дерева постепенно пропитывается у хвойных пород смолой, а у лиственных – дубильными веществами. В результате клетки древесины отмирают, движение влаги в этой части ствола прекращается и она становится более твёрдой, прочной и менее способной к загниванию. У некоторых пород деревьев она имеет тёмноокрашенный цвет и её называют ядром, у других – спелой древесиной.

Другую часть древесины ствола, окружающую ядро (от ядра до коры), называют заболонью. Она состоит из растущих молодых клеток, по которым в процессе роста дерева движется влага и питательные вещества.

Заболонь – наиболее плотный слой дерева, выполняющий защитные функции. Сохранение этого слоя позволяет снизить образование трещин и избежать других дефектов древесины. По механическим свойствам заболонь практически не уступает древесине ядра, но имеет большую влажность, хуже сопротивляется загниванию, обладает большей усушкой и склонностью к короблению.

Однако не у всех пород дерева четко различимы ядро и заболонь. Если такое различие отсутствует, то породы называют заболонными (осина, берёза, ольха, клён и др.). В случае чёткого различия ядра и заболони – породы называют ядровыми (дуб, сосна, лиственница, кедр и др.)

В древесине всех пород в поперечном к стволу направлении располагаются сердцевинные лучи. Они служат для перемещения и создания запаса влаги и питательных веществ на зимнее время. У хвойных пород они видны только под микроскопом, но по ним древесина легко раскалывается и растрескивается при высыхании. Для многих пород сердцевинные лучи играют важную роль в создании текстуры древесины.