Древесина с древних времен была незаменимым строительным и отопительным материалом. Огромные площади лесов позволяли выбирать из широкого спектра пород древесины подходящие для конкретного применения. Сегодня древесина также является самым популярным материалом, используемым в различных отраслях промышленности. Она незаменима в столярном деле, каркасном строительстве, кровельных работах, настиле полов, изготовлении скульптур и предметов интерьера.
Обзор физических свойств древесины
Общеизвестно, что дерево – один из самых лучших, надежных, прочных, долговечных, красивых, экологичных и безопасных строительных материалов. Сегодня, как и много лет назад, из различных пород дерева изготавливают всевозможные конструкции, мебель, мелкие предметы интерьера и многое другое.
В этой статье мы подробно расскажем о физических свойствах древесины – какие факторы влияют на них и как они изменяются со временем под воздействием различных факторов.
Внешние характеристики
Внешний вид древесины является одним из физических свойств материала и зависит от ее блеска, текстуры, цвета и макроструктуры.
Одной из наиболее важных характеристик является цвет. Существует множество цветовых вариаций древесины в зависимости от породы. Некоторые из них имеют настолько характерный цвет, что их можно узнать только по оттенку.
Важно также помнить, что даже распиленная древесина может менять цвет. Это зависит от того, подвергается ли материал воздействию воды, снега, ветра, света и различных микроорганизмов.
Поверхность древесины может отражать свет. Это свойство называется блеском. Наиболее блестящими породами древесины являются бук, дуб и акация.
Если срубить дерево, срезать его сердцевидные лучи, сосуды и годовые слои, то на поверхности можно наблюдать красивый и неповторимый рисунок, который называется текстурой и макротекстурой древесины. Это свойство древесины высоко ценится. Например, выбирая материал для дорогой и эксклюзивной мебели, в первую очередь обращают внимание на текстуру древесины. В то же время они определяют ширину слоев, по которым люди могут понять, насколько стар материал.
Каждая из вышеперечисленных характеристик внешнего вида древесины, в зависимости от породы, конечно, очень важна.Но, как уже говорилось ранее, они также могут меняться под воздействием окружающей среды.
Основные свойства
Все характеристики древесины можно разделить на три большие группы: физические, технологические и механические.
Физические
Те свойства, которые не вызывают изменений в химическом составе древесины при испытании, называются физическими свойствами. Они могут включать следующие характеристики
- внешний вид;
- уровень влажности и все, что связано с его изменением;
- теплопроводность и удержание тепла
- электропроводность;
- звукоизоляция и все, что с ней связано;
- Изменения, которые приобретает материал после воздействия электромагнитного излучения.
Внешний вид формируется такими элементами, как цвет, блеск, текстура и макроструктура. Цвет – это визуальное впечатление, которое остается, когда поток света отражается от древесины, а точнее, спектральный состав этого отражения. Цвет чрезвычайно важен для древесины. Он является основой для выбора пород дерева, которые будут использоваться для отделки помещений, мебели, музыкальных инструментов, декоративно-прикладного искусства и т.д.
Цвет дерева зависит от многих факторов – породы, возраста, региона и климата местности, где оно произрастает. Цвет может меняться под воздействием ветра, солнца, грибковой инфекции, а также влаги, особенно если дерево долгое время находилось в воде. Однако многие породы имеют уникальный оттенок, который легко распознается экспертом. Блеск – это свойство древесины отражать свет. Некоторые породы имеют более сильный блеск, другие – более слабый. Из пород, произрастающих в России, наиболее сильным блеском обладают дуб, бук и белая акация.
Текстура – это не что иное, как рисунок древесины. Он становится виден, когда вырезаются анатомические элементы (годовые кольца, лучи сердцевины, сосуды). Ширина годичных колец и содержание поздней древесины используются для оценки качества древесины. Ширина годичного зерна – это количество слоев, содержащихся в одном сантиметре, расположенных радиально на поверхности древесины.
Обзор видов
Существует множество пород древесины, и при выборе материала для строительства или обработки необходимо учитывать индивидуальные особенности каждой из них. Древесина делится не только на привычные группы твердых и мягких пород. Существует, например, классификация древесины по цвету. В зависимости от породы, цвет древесины может быть разным. Цвет древесины зависит от нескольких факторов. К ним относятся порода, ее возраст, скорость роста древесины и количество содержащихся в ней красящих веществ.
Яркость также напрямую связана с последним фактором. Заболонь (внешняя часть дерева, содержащая живые клетки) всегда светлее ядра. Сердцевина, где сосредоточены дубильные вещества и смолы, имеет гораздо более темный оттенок. Следовательно, сердцевина темнее, а заболонь светлее.
К первым относятся лиственница, сосна и ясень. Ко вторым, с узкой сердцевиной, относятся береза, груша, липа и ольха. Из перечисленных деревьев береза имеет абсолютно белый оттенок древесины, в то время как остальные имеют очень светлый оттенок. Это также связано с тем, что в заболони содержится крахмал. Заболонь используется для производства половых досок.
Хвойная древесина используется для изготовления пиломатериалов и других строительных деталей. Они имеют легкую и легко обрабатываемую структуру. В России произрастает большое количество хвойных деревьев. Что касается лиственных пород, то они используются для изготовления мебели и отделки помещений.
Некоторые виды деревьев имеют большую ценность и называются ценными. Ценность заключается в том, что эти породы имеют гораздо большую прочность, более долговечны и имеют уникальный рисунок. Эти породы используются для создания красивой элитной мебели, половых досок, дверей и других декоративных изделий. Все они стоят значительно дороже, чем обычные изделия той же категории. К отечественным благородным породам относятся вишня, дуб, груша, палисандр и белый клен или падуб.
Особенности технологических свойств
Основными техническими свойствами древесины, помимо уже упомянутой твердости, являются
- ударопрочность
- эффективность удержания;
- восприимчивость к изгибу;
- восприимчивость к раскалыванию;
- устойчивость к износу.
Прочность характеризует работу, поглощаемую при ударе, которая не повреждает материал.
Испытание проводится на специальных образцах. Для этого испытания используются маятниковые приборы.
Поднятый маятник накапливает потенциальную энергию. Когда его отпускают в невозмущенном движении, он поднимается на одну высоту и, израсходовав часть импульса на повреждение образца, на другую высоту для определения затраченного усилия.
Измерительные приборы обычно оснащены специальной шкалой. После снятия показаний они подставляются в формулы, и таким образом получается величина удара. Следует понимать, что речь идет о сравнении качества образцов, а не о расчете деревянных конструкций. Установлено, что древесина твердых пород более пластична, чем древесина мягких пород. Что касается удержания метизов, то оно зависит от силы трения, возникающей между материалом и вставленным в него крепежом.
Кроме того, определяется величина так называемого сопротивления вытягиванию. Оно зависит не только от плотности, но и от породы древесины, а также от того, вставляется ли крепеж с торца или поперек волокон. Увлажнение древесины облегчает вбивание гвоздей, но высохший материал будет плохо их удерживать. Прочность на изгиб оценивается в основном в тех случаях, когда изгиб технологически необходим для производства конкретного продукта. Стандартизированного метода оценки этого показателя не существует.
Износостойкость почти всегда определяется как сопротивление трению. Лишь в редких случаях важную роль играет устойчивость к другим абразивным веществам. Важно понимать, что она оценивается по поверхностному слою. Если повреждение достигло сердцевины, нет смысла исследовать тему дальше – последствия уже ясны. Стандартный метод оценки износостойкости изложен в ГОСТ 16483 от 1981 года.
Свойства различных пород древесины
Структура древесины и толщина ее слоев определяют ее основные свойства.
Свойства древесины зависят от ее строения и толщины слоев. Строение древесины и толщина ее слоев определяют ее основные физико-механические свойства. Например, самая прочная древесина, обладающая устойчивостью к повреждениям и долговечностью, находится в слоях поздней древесины, называемых заболонью. Это не относится к лиственнице, ядро которой в два раза прочнее заболони. Строители оцилиндрованных бревенчатых домов должны учитывать эту особенность при выборе породы древесины, так как в процессе точения самая прочная внешняя часть бревна отрезается, а мягкая внутренняя часть остается. Неправильный выбор древесины для строительства может испортить работу и многократно сократить срок службы строения.
Существуют две основные группы пород древесины: хвойные и лиственные. Давайте рассмотрим характеристики некоторых из них.
Наиболее известными отечественными хвойными породами древесины являются сосна, кедр и ель. Древесина сосны очень популярна и легкодоступна. Она имеет гладкий ствол, который удобно пилить. Она также обладает высокой плотностью и прочностью и пропитана смолой для защиты от гниения. Сосна в основном используется для изготовления разделочных досок. В свежем виде она легко режется, а в сухом – колется и с ней трудно работать. Сосна является сырьем для производства целлюлозы и кормовых дрожжей. Сосна используется для производства ДВП, лекарственной живицы и биологически активных веществ.
Качество кедра несколько ниже, чем у сосны. Однако он более устойчив к гниению и не растрескивается при сушке. Текстура очень тонкая, молодая розовая, поздняя розово-желтая, что необходимо для резьбы. Из кедровых орехов добывают ценное кедровое масло, скипидар и изготавливают лекарственные бальзамы.
Ценные породы древесины
Ценные породы используются для большего количества целей, чем обычная древесина. Они имеют интересную, красивую текстуру, широкую цветовую гамму, оригинальный рисунок и высокую плотность. Цветовая гамма древесины используется строительными дизайнерами для создания декоративных предметов интерьера. Ценные породы стоят намного дороже строительной древесины из-за упомянутых художественных качеств.
Редкой и ценной породой древесины является самшит, который имеет приятный желто-серый цвет древесины. Он отличается высокой прочностью, которую можно сравнить с прочностью кости. Самшит используется для изготовления деревянных частей музыкальных инструментов, гравировальных досок, скульптур и пуговиц. Гравировка на самшите получается изящной и гладкой, что положительно сказывается на качестве.
В далеком 18 веке древесину начали ввозить в Россию из далеких субтропических стран. Вершиной моды была мебель из красного дерева, а работу выполняли мастера-плотники. Такой мебелью украшали покои царских дворцов, а позднее и дома богатых дворян. Красное дерево имеет белую заболонь и контрастную красновато-коричневую сердцевину, что создает очень интересное сочетание и благодатную почву для художественного воображения мастеров.
Не менее популярным было и черное эбеновое дерево с белой заболонью и черной блестящей сердцевиной. Цвет создавал уникальный художественный контраст, который привлекал ремесленников, изготавливающих сувениры и декоративные предметы всех видов. Его также использовали для изготовления клавиш фортепиано, деревянных духовых инструментов и инкрустаций. Плотность древесины составляет 1 000 килограммов на кубический метр.
