63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения

Древесина⁷⁹ – ткань растений, состоящая из клеток с одревесневшими стенками, проводящая воду и растворенные в ней соли. Структура древесины состоит из большого числа плотных, длинных, трубчатых клеток, наполненных растительным соком. Длина клеток обычно составляет 2…4 мм, а размер в поперечнике – 20…40 мкм. В древесине на долю оболочек клеток приходится ~ 95 % массы; оболочки состоят главным образом из целлюлозы (43…56 %) и лигнина (19…30 %)⁸⁰. Около 25…30 % воды содержится в древесине в связанном виде и очень трудно поддается удалению. Остальная влага, заполняющая межклеточное пространство, легко выпаривается во время сушки.

Древесина обладает малой плотностью, сравнительно высокой удельной прочностью, хорошим сопротивлением ударным и вибрационным нагрузкам, низким коэффициентом теплового расширения (в 2…3 раза ниже, чем у стали), высокой стойкостью к ряду кислот, солей и масел, хорошими технологическими свойствами (хорошо обрабатывается на станках, склеивается, соединяется гвоздями и шурупами). К недостаткам древесины следует отнести ее высокую водопоглощаемость, приводящую к изменению размеров, формы и прочности древесных изделий, а также склонность к загниванию и отсутствие огнестойкости. Для защиты древесины от загнивания изделия покрывают лакокрасочными или пластмассовыми покрытиями. Из химических способов защиты применяют пропитку растворами солей NaF, ZnCl₂, CuSO₄ и др. Для снижения воспламеняемости используют огнезащитные лаки и краски.

Важной характеристикой древесины является ее плотность. К легким поделочным породам древесины относят сосну, ель, липу, осину, ольху; к тяжелым – дуб, граб, грушу, самшит. К редким и наиболее легким сортам древесины относится бальса, имеющая плотность около 200 кг/м³ (в 2 раза легче бамбука), а к наиболее тяжелым (1100…1400 кг/м³) – железное дерево (бакаут), которое тонет в воде. Обрабатываемость и износостойкость древесины зависят от ее структуры и твердости. Некоторые свойства наиболее распространенных пород древесины приведены в таблице:

Свойства разных пород древесины	Порода древесины
	сосна	липа	осина	дуб	граб	береза	пихта
Плотность, кг/м3	500	500	500	760	810	640	390
Объемная усушка в %	51	58	47	48	61	64	46
Прочность при растяжении вдоль волокна, МПа	100	116	120	118	135	160	76

П иломатериалы – материалы из древесины, получаемые путём распиловки брёвен вдоль волокон. Основные виды пиломатериалов показаны на рис. 63. Пиломатериалы с опиленными кромками называются обрезными, с неопиленными – необрезными. Материалы, подвергшиеся после пиления дальнейшей обработке (для сглаживания поверхностей или фасонной профилировки), называются строгаными. Пиломатериалы делят на строительные, столярные, тарные, экспортные, специальные.

Рис. 63. Виды пиломатериалов: а – пластина; б – четвертина; в, г, д – брусья; е – брусок; ж – доска; з, и – шпалы; к – горбыль

Древесину успешно используют в машиностроении (борта и пол автомобилей, некоторые конструкции в вагонах и др.). В литейном производстве из древесины изготавливают модели отливок. Во всех отраслях промышленности пиломатериалы широко используют при изготовлении тары (ящики, поддоны и т. п.).

Прессованная древесина получается прессованием нагретых в пресс-формах древесных заготовок. Прочность прессованных материалов возрастает примерно в 2 раза при растяжении, а при изгибе и сжатии – в 3 раза. Их ударная вязкость составляет 60…80 кДж/м². Такую древесину используют как заменитель металла, из нее изготавливают вкладыши подшипников трения, втулки, ткацкие челноки и др. ответственные детали машин.

Шпон⁸¹ – тонкие листы древесины (натуральный шпон) или иного текстурного материала (синтетический шпон). Натуральный шпон изготовляют лущением или строганием отрезков ствола дерева – чураков и кряжей. Синтетический шпон делают из текстурной бумаги с применением специальных смол. Текстурный рисунок наносит на бумагу способом многокрасочной печати. Фанерование – оклеивание деревянных изделий шпоном для упрочнения и улучшения их внешнего вида.

Фанера⁸² – листовой древесный материал, получаемый склеиванием трёх или более слоев преимущественно лущёного шпона (с перекрёстным расположением листов шпона относительно волокон древесины). Фанеру изготовляют из берёзы, ольхи, сосны, ясеня, бука и т. д. Разновидности фанеры: металлизированная, армированная, огнестойкая. В зависимости от сопротивления действию влаги различают фанеру водостойкую, средней и ограниченной водостойкости. Водостойкость фанеры зависит от применяемого клея – фанера ФСФ на фенолоформальдегидном клее обладает повышенной водостойкостью, фанера ФК (на карбамидном) и ФБА (на альбумино-казеиновом) обладают средней водостойкостью, ФБ – на белковых клеях – ограниченной водостойкостью. Фанеру выпускают в виде листов толщиной 1…12 мм, листы толще 12 мм называют фанерными плитами. Фанеру применяют в строительстве и судостроении, в мебельном производстве и т. п.

Древесно-стружечные (ДСП) и древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из отходов древесины:

• ДСП получают горячим прессованием стружки со связующим, например, мочевино- и фенолоформальдегидными смолами. Плиты имеют плотность от 350 до 1100 кг/м³, свойства их более изотропны, чем у натуральной древесины, и обладают высокими теплоизоляционными характеристиками. ДСП бывают однослойными и многослойными, в том числе, облицованными шпоном, фанерой, бумагой и пластиком. Такие плиты широко применяются в транспортном машиностроении, строительстве и производстве мебели.

• ДВП вырабатывают путем отлива на сетке (аналогично отливу картона) из древесной массы, состоящей из волокон размельченной древесины (иногда с добавками связующего). Применяют как облицовочный и тарный материал, а также в качестве звукопоглощающих покрытий.