Практична робота № 5
Дослідження макроструктури різних порід деревини та їх вад, що впливають на технологічність процесів
5.1 Мета роботи: навчитись визначати породи деревини за їхніми зовнішніми ознаками. Визначити та вивчити вади деревини за зовнішніми ознаками.
5.2 Теоретичні відомості
Після металів деревина – один з найпоширеніших конструкційних матеріалів, що використовується в будівництві, мебльовому виробництві, машинобудуванні та ін. З деревини виготовляють папір, штучні текстильні матеріали, деякі пластмаси, каніфоль, скипидар, оцет, ацетон, нітрофарби, дьоготь, деревне вугілля тощо. Як конструкційний матеріал дерево застосовують в техніці у вигляді натуральної деревини, шпону, фанери, суцільнопресованої деревини та деревних пластиків. З відходів деревини виготовляють плити, які застосовуються для виробництва меблів, фіброліту, лінолеуму, лінкрусту та ін.
У дереві, що росте, розрізняють кореневу систему,стовбур і крону, яка утворюється з гілок та листя або хвої.
Макроструктура деревини
Щоб мати правильне уявлення про будову деревини у зв'язку з її шарово волокнистою будовою, треба розглядати її в трьох головних перерізах стовбура: поперечному 1(або торцевому) — в площині, перпендикулярній до осі стовбура; радіальному II— в площині, яка проходить уздовж осі серцевини стовбура; тангентальному /// — в площині, що проходить уздовж стовбура на тій чи іншій відстані від серцевини (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 – Переріз стовбура та його будова:
І – поперечний переріз; ІІ – радіальний переріз; ІІІ – тангенціальний переріз; 1 – кора; 2 – заболонь; 3 – ядро; 4 – серцевина.
Для визначення породи деревини за зовнішніми ознаками виготовляють зразки з різних порід. Поверхня зразків повинна бути рівною, проструганою різальними інструментами. Забороняється обробляти поверхні шліфувальною шкуркою чи склом або покривати лаком. Рекомендується зразки зберігати в сухому місці, можна і на стендах під склом, але обов'язково в целофанових мішечках, щоб зберегти їхню природну свіжість і колір.
Ядро, заболонь, спіла деревина. У деяких порід дерев центральна частина стовбура відрізняється від периферійної темнішим кольором. Центральна темнозабарвлена частина деревини називається ядром, а світліша частина стовбура — заболонню (рис. 5.1). Однак у деяких порід дерев центральна частина стовбура за кольором не відрізняється від зовнішньої, вологи в ній міститься мало. Ця частина стовбура називается спілою деревиною.
Породи дерев, які мають ядро, називаються ядровими. До них належать: сосна, модрина, дуб, каштан, берест, горіх волоський, біла акація, тополя та ін. Породи із спілою деревиною називаються спілодеревними. До них належать: ялина, смерека, бук, липа та ін. Породи, у яких центральна і периферійна частини стовбура не різняться між собою, називаються заболонними. Це, зокрема, такі листяні породи, як граб, береза, клен, осика, вільха та ін.
Зразки для визначення породи не завжди мають ядро і заболонь.
При наявності заболоні на зразку породу можна визначити швидко і безпомилково.
а б в
Рисунок 5.2 – Вигляд річних шарів на головних перерізах деревини сосни:
а – поперечному; б – тангенціальному; в – радіальному
Річні шари. На поперечному перерізі стовбура добре помітні концентричні кола, що оточують серцевину. Вони називаються річними шарами. На радіальному перерізі ці шари мають вигляд паралельних смуг, що проходять вздовж волокон, а на тангентальному — вигляд гіперболічних або хвилястих смуг (рис. 5.2).
Кількість річних шарів на поперечному перерізі стовбура зменшується вверх по стовбуру. Це пояснюється ростом дерева в товщину й висоту. Річні шари більш або менш чітко помітні неозброєним оком. Вони добре помітні у хвойних (сосни, модрини) і листяних (дуба, ясена) порід.
Кожний річний шар стовбура складається з двох частин: ранньої, яка утворилася навесні або на початку літа, і пізньої, яка утворилася в кінці літа. Рання деревина більш світла, пухка і слабка, а пізня – темна, більш щільна і міцна. Ширина річних шарів залежить від породи, віку і умов росту дерева.
Серцевинні промені. Однією з важливих ознак, за якою визначають деревину, зокрема листяних порід, є серцевинні промені. На поперечному перерізі – це світлі, здебільшого блискучі лінії (1,2), які розгалужуються від серцевини 3 до кори по радіусах (рис. 5.3). По серцевинних променях переміщуються поживні речовини у горизонтальному напрямку в період розвитку дерева і зберігаються у період спокою. Промені, що починаються від серцевини і доходять до кори, називаються первинними (2), а ті, що починаються на різній відстані від серцевини, але обов'язково доходять до кори, - вторинними (1).
Ширина серцевинних променів, яка вимірюється на поперечному перерізі стовбура, залежно від породи становить 0,005—1,0 мм. Відповідно до ширини розрізняють три типи променів: дуже вузькі, які не видно неозброєним оком; вузькі, які важко розрізнити неозброєним оком, і широкі, які добре видно неозброєним оком.
Рисунок 5.3 – Схема розходження серцевинних променів на перерізах
На радіальному перерізі деревини серцевинні промені проступають у вигляді поперечних блискучих, вузьких або широких, коротких або довгих смужок (4, 5). На тангентальному перерізі деревини серцевинні промені мають веретеноподібну форму. Висота їх залежить від породи дерева.
Серцевинні промені – це найслабкіші місця в деревині, на яких звичайно утворюються тріщини.
Судини і смоляні ходи. На поперечному перерізі деяких листяних порід (дуба, волоського горіха та ін.) добре помітні малі отвори, що є поперечними розрізами судин. Судини мають форму трубок різної величини і є характерним елементом будови деревини листяних порід (у хвойних порід судин немає).
За товщиною судини поділяються на великі, які добре помітні неозброєним оком, і дрібні, з яких кожну окрему судину не можна побачити неозброєним оком. У деяких порід дерев дрібні судини зібрані в групи, які можна помітити без мікроскопа. Великі судини найчастіше бувають у ранній деревині, де вони утворюють кільце, а дрібні, якщо є великі зосередження,— в пізній деревині. Якщо великих судин в деревині немає, дрібні судини розміщуються по всьому річному шару.
За розподілом судин листяні породи поділяються на кільцепорові, у ранній зоні річних шарів яких розміщене кільце великих судин (дуб, ясен та ін.), і розсіянопорові, у яких всі судини, незалежно від їх величини, розподілені по річному шару більш або менш рівномірно (береза, бук, клен, вільха, липа та ін.).
Характерною особливістю будови деревини хвойних порід є смоляні ходи, які в пізній зоні річних шарів можна побачити у вигляді білуватих точок. Смоляні ходи – це тонкі канали, наповнені смолою. Вони розташовані в деревині вертикально і горизонтально. Горизонтальні смоляні ходи проходять вздовж серцевинних променів і з'єднуються з вертикальними ходами, утворюючи загальну смоляну систему. Смола служить для загоювання пошкоджень на деревах.
Вади деревини
Зміни зовнішнього виду деревини, порушення правильності будови, цілості тканини або клітинних оболонок та інші дефекти, які знижують якість і цінність деревини, утруднюють обробку для практичного застосування, називаються вадами деревини. Причинами виникнення вад деревини є зміна будови деревини, механічні пошкодження, ураження грибками, пошкодження комахами та ін. За ГОСТ 2140—61 всі вади деревини поділяються на такі групи:
1) сучки; 2) грибкові забарвлення і гнилі; 3) хімічні забарвлення; 4) пошкодження комахами; 5) деформації і розтріскування; 6) вади форми стовбура; 7) вади будови деревини; 8) рани; 9) нормальні відкладення в деревині; 10) механічні пошкодження та дефекти обробки.
Сучками називають розміщені в деревині стовбура основи живих або відмерлих гілок. Вони зустрічаються у деревині всіх порід і є найбільш поширеними вадами деревини. Деревина сучків має самостійні річні шари і порівняно темне забарвлення. Сучки поділяються на різновиди за формою, ступенем зростання з деревиною та за станом деревини.
За формою сучки бувають круглі, овальні та довгасті. За ступенем зростання з деревиною сучки поділяються на дві основні групи: зрослі (повністю або частково) і незрослі.
Зрослі сучки можуть бути здоровими, роговими і забарвленими
а б
Рисунок 5.4 – Види сучків: а – зшивний; б – лапчастий.
Незрослі сучки характеризуються тим, що вони або випадають, або утворюють гнилі ділянки, які послаблюють деревину. Такі сучки поділяються на випадні тверді, крихкі та порохняві.
Зшивні сучки спостерігаються при поздовжньому розрізі двох сучків. Вони розміщені на поверхні дошки у вигляді клиноподібних смуг, спрямованих до серцевини (рис. 5.4 а).
Лапчасті сучки, як і зшивні, спостерігаються при поздовжньому розрізі двох сучків, розміщених в одній площині. Вони виходять на поверхню дошки у вигляді двох смуг, розміщених симетрично до серцевини, або дуже витягнутих овалів (рис. 5.4 б).
Грибкові забарвлення і гнилі змінюють нормальний колір деревини, що призводить до гниття (початкова стадія). У кінцевій стадії змінюється структура деревини і вона починає поступово руйнуватися.
Грибкові забарвлення та гнилі поділяються на такі види: внутрішню тріщину; внутрішню гниль - строкато-ситову гниль, буру тріщинувату, білу мармурову плісняву; заболонне грибкове забарвлення - синяву, кольорові забарвлені плями; задихання; заболонну гниль; зовнішню гниль - трухляву.
Хімічні забарвлення виникають внаслідок різних хімічних процесів на свіжозрубленій або силовій деревині і відрізняються від забарвлення грибкового походження більшою рівномірністю розташування в поверхневих шарах деревини. Після просушування деревини ці забарвлення більшою або меншою мірою вигоряють. Залежно від кольору і причини виникнення забарвлення поділяються на продубину, дубильні потьоки та сплавну жовтизну.
Різні комахи (жучки та їхні личинки) пошкоджують деревину, утворюючи в ній отвори і ходи, які йдуть від поверхні в глиб деревини (рис. 5.5). Ці отвори називаються червоточиною. За глибиною отворів розрізняють червоточину поверхневу глибиною не більше кількох міліметрів), неглибоку (від 10 до 50 мм) та, глибоку (понад 50 мм). Поверхнева червоточина утворюється жучками короїдами. Найбільш поширеним і небезпечним є шашіль. Він пошкоджує суху деревину та меблі.
а б
Рисунок 5.5 – Червоточина: а – поверхнева; б – глибока.
Тріщини поділяються на зовнішні (морозовина) і внутрішні (метик, відлупина).
Морозовина здебільшого буває на стовбурах листяних порід у вигляді зовнішньої тріщини, яка поступово звужується від поверхні стовбура до його центра. Утворюється вона під впливом сильних морозів.
Метик - внутрішня поздовжня тріщина, яка йде в радіальному напрямку (рис.5.6).
Відлупина - внутрішня тріщина, що утворюється між річними шарами. На торцях відлупина має вигляд дугоподібних тріщин (рис. 5.7).
Покоробленість залежно від характеру викривлення сортименту буває поперечна, поздовжня та гвинтова. Покоробленість змінює форму пиломатеріалів та утруднює їх використання за призначенням.
а б
Рисунок 5.6 – Метик: а – простий; б – променистий.
Видами форми стовбура і будови деревини є збіжність, кривизна, косошарість, звиток, завилькуватість, напливи, серцевинна трубка тощо. Ці вади обмежують застосування круглих лісоматеріалів у виробництві та ускладнюють їх переробку.
Рисунок 5.7 – Відлупина
Збіжність (рис. 5.8, а) – це поступове зменшення діаметра стовбура по всій довжині від відземку до вершини. Збіжність стовбура, що не перевищує 1 %, вважається нормальною.
Кривизна є найпоширенішою вадою форми стовбура, яка буває в усіх породах. Кривизна буває односторонньою (коли спрямована в одну сторону) і різносторонньою (коли вісь стовбура має різносторонні викривлення).
Рисунок 5.8 – Збіжність (а) і ройка (б).
Ройка (рис. 5.8, б) - це заглиблення у відземку, яке надає поперечному перерізу форми зірки. Буває ройка в усіх породах. Вона знижує вихід пиломатеріалів, лущеного шпону, а іноді утворює штучну косошарість, яка також знижує сортність матеріалу.
Напливи (рис. 5.9) – це нарости на стовбурах деревини сосни, берези, польового клена, чорної вільхи, ясена, білої тополі, дрібнолистної липи, волоського горіха. Деревина напливів з чорною текстурою (горіх, явір) використовується як опоряджувальний матеріал для художніх виробів.
Рисунок 5.9 – Напливи. Рисунок 5.10 – Косошарість (а) і звиток (б).
Косошарість (рис. 5.10, а) – це спіральне розташування волокон відносно серцевини. Ця вада найбільш характерна для таких порід: сосни, ялини, граба та модрини. Косошарість зменшує міцність деревини. Така деревина легко жолобиться і розтріскується.
Звиток (рис. 5.10, б) – це місцеве викривлення волокон деревини, що утворюється внаслідок появи сучків. Звиток знижує деякі механічні властивості деревини.
Завилькуватість – це звивистості або перерозташування волокон, яке буває переважно у листяних породах. Розрізняють хвилясту завилькуватість, коли волокна розташовані хвилеподібно і плутано, і хаотичну, коли волокна хаотично переплутані. Ця вада знижує міцність деревини та утруднює механічну обробку її. Завилькуватість порід клена, волоського горіха, берези і ясена має гарну текстуру і використовується як опоряджувальний матеріал.
Внутрішня заболонь – це кілька річних шарів деревини в ядрі, які за кольором та властивостями подібні на заболонь. Внутрішня заболонь характерна для деревини дуба.
Подвійна серцевина (рис. 5.11) утворюється при розгалуженні стовбура і являє собою дві серцевини із самостійними системами річних шарів. Переріз стовбура при подвійній серцевині емітований. Подвійна серцевина знижує сортність стовбура та зменшує вихід пиломатеріалів.
Пасинок - це товстий сучок (гілка), що розгалужується під Гострим кутом до осі стовбура і пронизує його на досить великій ділянці. Переважно це друга вершина, яка відстала в рості.
Рани деревини утворюються внаслідок різних пошкоджень стовбура. До цього виду вад належать сухобочина, прорість (відкрита та закрита), рак і кора. Часто рани порушують цілість деревини та правильність форми круглих лісоматеріалів, сприяють викривленню річних шарів.
Рисунок 5.11 – Подвійна серцевина Рисунок 5.12 – Сухобочина
Сухобочина (рис. 5.12) – одностороннє оголення стовбура від кори, переважно з напливами по краях. Сухобочина буває на бокових поверхнях круглих сортиментів і має вид омертвілої і зогнилої деревини, яка за кольором темніша від нормальної. Вона може супроводжувались червоним забарвленням або гнилизною.
Прорість (рис. 5.13) – це повністю або частково зарослі поверхневі пошкодження стовбура. Прорість буває закритою і відкритою. Відкрита прорість має вигляд вузької сухобочини, коли пошкодження ще повністю не заросло. Прорість порушує цілість річних шарів та викривляє їх. Вона часто загниває. Цей вид вад знижує сортність деревини і зменшує вихід пиломатеріалів.
Рисунок 5.13 – Прорість
Смоляний рак буває на стовбурах сосни і являє собою ураження верхньої частини стовбура дерева, що росте, іржавим грибком. На місці ураження грибком утворюється западина, сусідня середина потовщується та сильно просмолюється, забарвлюється в блідо-червино-жовтий напівпрозорий колір.
Корра – рана на відземку сосни, що ще росте, завдана під час підсочування (збирання живиці).
Причиною ненормальних відкладень у деревині є підвищений вміст води або смоли в окремих частинах стовбура дерева. До таких вад дерева належать водошарість, засмолення, смоляні кишеньки. Ненормальні відкладення утруднюють лицьове опорядження і склеювання деревини, знижують її механічну міцність.
Водошарість – це темні ділянки деревини, просочені надміром води в ядрі або спілій деревині (сосни, ялини, рідше берези та осики). Водошарість на торцях кругляка має вигляд мокрих, а взимку скловидних плям. Після висихання водошарості забарвлення зникає, але деревина покривається дрібними тріщинами, які знижують її міцність, а отже, і сортність.
Засмолок – ділянка деревини, сильно просочена смолою внаслідок пошкодження. Засмолок буває тільки в порід із смоляними ходами і має темне забарвлення. Засмолок утруднює стругання і покриття деревини.
Смоляні кишеньки найчастіше бувають на ялині. За зовнішнім виглядом нагадують тріщини, заповнені живицею. Смоляні кишеньки при невеликому скупченні знижують міцність, а при великому – сортність пиломатеріалів.
Механічні пошкодження виникають внаслідок обробки лісоматеріалів інструментами і механізмами під час заготовки та транспортування. На круглих лісоматеріалах розрізняють такі види: обдир кори, заруб (сокирою) і запил. До вад обробки належать: риски, хвилястість, ворсистість та обзел (тупий і гострий). Ці вади теж знижують механічну міцність деревини.