Физические свойства дуба – свойства и характеристики, плотность, цвета (фото)

свойства и характеристики, плотность, цвета (фото)

Если дуб растет возле воды, например, на берегу реки или ручья, или среди ольховых трясин, то его называют дуб свинцовый, водяной, железный или ольсовый. Отличается он от своих собратьев прямым стволом и густой кроной. Кора кожистая, пятнистая. Цвет ее светло-серый с синеватым отливом. Древесина имеет розовый оттенок, слои крупные. Упругость очень хорошая, а вот при сушке имеет склонность к растрескиванию. Необычайно тяжелая.

Промежуточные разности деревьев, которые произрастают в местах, расположенных между дубравами и ольховыми трясинами, по своим качествам имеют средние значения упругости, а по твердости более низкие, чем у боровых и ольсовых. Кора у таких дубов толстая, цвет ее буровато-серый. Часто в комлевой части этих деревьев имеются дупла, а вершинная часть стволов сухая.

Где используют древесину дуба

Летняя древесина дуба широко применяется в строительстве, причем такое ее свойство, как влагостойкость, позволяет использовать ее в подводных строениях или корпусах деревянных плавучих средств. Хороша она и для изготовления сувенирных поделок.

Зимнюю древесину используют в столярном, мебельном и паркетном производстве. Дубовые дрова – не лучший вариант, поскольку уголь быстро остывает. А для поддержания горения нужна хорошая тяга. Да и жалко такую ценную древесину использовать в качестве топлива, разве только отходы от других производств можно пускать на дрова.

Особенности работы с дубовой древесиной

Сушку древесины дуба следует проводить в естественных условиях. Не рекомендуется пытаться ускорить этот процесс, поскольку это может привести к растрескиванию.

Мореная древесина дуба приобретает темно-фиолетовый оттенок

Чтобы древесина приобрела декоративный вид, применяют морение – для дуба это делается путем выдерживания его в воде на протяжении нескольких лет. После такой выдержки окраска древесины становится темно-фиолетовой и шелковистой. Твердость от долгого вымачивания только увеличивается, правда она становится более хрупкой.

При работе с дубовой древесиной следует помнить о том, что она не любит спиртовых лаков, а политуру применять бесполезно в силу высокой пористости.

Для гвоздей или шурупов рекомендуется просверлить специальные отверстия, так как просто забить гвоздь или ввинтить шуруп не расколов заготовку практически невозможно. Клеевые соединения на деталях из дуба держатся очень хорошо.

Не любит дубовая древесина масел – они образуют на ее поверхности некрасивые пятна. В окрашивании эта древесина не нуждается, поскольку обладает красивой природной текстурой и окраской. Для отделки достаточно покрыть поверхность изделия прозрачным лаком, лучше всего таким, который быстро высыхает.

В строительных целях лучше использовать древесину с большой шириной годовых колец. Такая древесина обладает высокой устойчивостью к износу. Для изготовления мебели, сувенирных поделок, деревянных скульптур и точеных изделий лучше подойдет легкая и более мягкая древесина с узкими годовыми кольцами.

o-drevesine.ru

Физические свойства древесины —

Испытания, которые не приводят к изменению химического состава древесины, выявляют ее физические свойства. К физическим относят следующие свойства древесины:

• Внешний вид
• Влажность
• Усушка
• Коробление
• Влагопоглощение
• Разбухание
• Водопоглощение
• Плотность
• Проницаемость
• Тепловые свойства
• Звукопроводность
• Электропроводность
• Электрическая прочность
• Диэлектрические свойства
• Свойства, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

Рассмотрим каждое из физических свойств древесины более подробно.

Внешний вид древесины

К внешнему виду, в разрезе физических свойств древесины относят следующие:

• Цвет древесины, одна из важнейших характеристик внешнего вида. Для некоторых пород древесины, цвет настолько характерен, что может быть признаком для распознавания. Цвет может быть различным, в зависимости от породы дерева, климата, где оно выросло, а также его возраста. Различная древесина, под воздействием воздуха, света, поражения грибами, длительном пребывании в воде, может значительно изменять свой цвет от первоначального, который был сразу после спила дерева.
• Блеск это способность поверхности древесины, отражать поток света. Из самых используемых пород древесины, в России, самыми «блестящими» породами являются: дуб, бук, белая акация, бархатное дерево
• К текстуре и макроструктуре относят рисунок, который образуется вследствие перерезания сердцевинных лучей, сосудов и годичных слоев, на поверхности древесины. Оценка качества по внешнему виду происходит по ширине годичных слоев и содержания поздней древесины

Влажность древесины

Отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе сухой древесины является физическим показателем влажности древесины. Влажность древесины вычисляют прямым и косвенным методами.

К косвенному методу относится измерение кондуктометрическим электровлагомером, который определяет электропроводность древесины. Использование косвенного метода экономит время, но его показания могут иметь погрешность до 30%.

Прямые методы занимают значительно больше времени для измерения влажности. Суть прямых методов заключается на выделении тем или иным образом воды из древесины, при высушивании, например.

Вода, содержащаяся в древесине различают по двум типам — связанную, находящуюся в клеточных стенках и свободную, находящуюся в полостях клеток и межклеточных пространствах. Свободная вода удаляется легче, чем связанная.

Поры древесины

Показатель нормализованной влажности составляет 12%, если нет примечаний.

По степени влажности различают

• Мокрую древесину, которая долго находилась под водой (100%)
• Свежесрубленную древесину, которая имеет влажность растущего дерева (50-100%)
• Воздушно-сухую древесину, которая сохла на открытом воздухе (15-20%)
• Комнатно-сухую, которая длительное время находилась в отапливаемом помещении (8-12%)
• Абсолютно сухую, которая была высушена в специальных камерах, с температурой 103+-2 градуса по Цельсию.

Усушка древесины

При удалении связанной воды происходит уменьшение объема древесины и линейных размеров. Это свойство и называют усушка. Усушки не вызывает удаление свободной воды. Большее количество клеточных стенок на единицу объема древесины, способствует более сильной усушке.

• Усушку древесины необходимо учитывать при распиловке бревен на доски, так называемые припуски на усадку. Например, при сушке пиломатериалов и т. д.
• Усушка, в разных направлениях неодинакова. Так, в радиальном направлении усушка меньше в 1,5-2 раза, чем в тангенциальном.
• Максимальная усушка происходит при удалении всего количества связанной воды.

Усадка древесины

Без участия внешних нагрузок, в древесине возникает внутреннее напряжение, которое образуется при неодинаковых изменениях объема древесины.

В поверхностных зонах доски влажность ниже, чем в центре. Поэтому из-за того что свободная сушка стеснена, возникают напряжения «растягивающие». При этом внутри доски возникают сжимающие напряжения.

Если будет достигнут предел прочности на растяжение поперек волокон, растягивающего напряжения, на древесине появятся трещины. Внутренние и поверхностные.

Коробление древесины

Коробление древесины различают поперечную и продольную. Под термином «коробление» понимают изменение формы пиломатериалов.

Коробление может происходить при выпиловке, неправильном хранении, при несимметричном строгании,ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных направлений. Чаще всего при сушке. Из-за усушки по разным структурным направлениям.

Покоробленность делят на два вида: продольная (по кромке, по пласти и крыловатость) и поперечная

Покоробленности древесины

Влагопоглощение древесины

Влагопоглощение из окружающего воздуха древесиной не зависит от породы. Способность к влагопоглощению это отрицательная характеристика древесины. Поэтому изделия и постройки из дерева покрывают различными пленочными и лакокрасочными материалами.

Увлажненная древесина становится хуже, ухудшаются ее механические характеристики и биостойкость.

Разбухание древесины

При повышении в древесине связанной воды происходит изменение объема и линейных размеров, которое происходит при нахождении древесины в воде или на влажном воздухе.

Поперек волокон древесина разбухает больше, чем вдоль волокон. Разбухание, в целом, отрицательное свойство, но полезно для обеспечения плотности соединений элементов, например в бочках, судах.

Водопоглощение древесины

Древесина способна увеличивать свою естественную влажность при непосредственном контакте с водой. Количество свободной воды зависит от объема полостей. Чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность и тем больше у нее водопоглощение.

Для получения целлюлозы и при пропитке древесины растворами антисептиков и протрав, способность поглощать влагу является важным и весьма полезным.

Бумажная фабрика

Плотность древесины

Плотность древесины выражается в кг/м3 или г/см, характеризуется массой единицы объема материала.

Для оценки качества сырья в деревообработке, основным показателем плотности является базисная плотность. Базисная плотность выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения стенок клеток древесины.

По плотности древесину разделяют на три группы (при 12 процентной влажности):

• Малая (менее 540 кг/м3)
• Средняя (550-740 кг/м3)
• Высокая (более 740 кг/м3)

Проницаемость древесины

Степень проницаемости определяют, выявляя способность древесины пропускать газы или жидкости под давлением

Тепловые свойства древесины

Тепловые свойства древесины складываются из трех показателей:

• Теплоемкость удельная это количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма древесины на один градус. Это показатель способности древесины аккумулировать тепло.
• Теплопроводность характеризует свойство, которая определяет интенсивность переноса тепла в древесине.
• Тепловое расширение-это увеличение объема и линейных размеров древесины при нагревании

Звукопроводность древесины

Скорость распространения звука в древесине определяет ее звукопроводность. Самая низкая звукопроводность в тангентальном направлении волокон. Самая высокая звукопроводность у древесины наблюдается вдоль волокон, средняя – в радиальном направлении.

В 16 раз звукопроводность древесины в продольном направлении превышает звукопроводность воздуха. В поперечном в 4 раза. Это свойство называют резонированием звука. Используется при изготовлении музыкальных инструментов

Электропроводность древесины

Способность древесины проводить электрический ток. Эта способность древесины находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

Сухую древесину относят к диэлектрикам. Сопротивление уменьшается с повышением влажности древесины.

В десятки миллионов раз снижается сопротивление при увеличении связанной воды в древесине.

Диэлектрические свойства древесины

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле.

Диэлектрическая проницаемость равна отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами

Под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды проявляются пьезоэлектрические свойства древесины.

Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

• Для определения качества древесины используют ультрафиолетовые лучи, которые вызывают свечение.
• Для выявления скрытых пороков используют рентгеновские лучи
• Для определения плотности, обнаружения гнилей в рудничной стойке, строительных конструкциях используют гамма-излучения
• Для выжигания деталей сложной конфигурации используют световое лазерное излучение
• По характеру отражения инфракрасных лучей определяют наличие видимых пороков древесины

Вам будет интересно

drevologia.ru

Характеристики древесины, свойства и характеристики пород древесины

Дуб

Древесина дуба отличается прочностью, крепостью, плотностью 720 кг/м3, твёрдостью и тяжестью.

Дуб живёт в среднем 1000 лет. Диаметр ствола может превышать 2 м. Чем больше возраст дерева, тем выше качество его древесины.

Из древесины дуба наши предки возводили срубы колодцев – вода в них не «цвела», была студёной и чистой. В крестьянском хозяйстве считались самыми лучшими дубовый стол, дубовая ступа. Из дуба гнули ободья, полозья, делали бочонки, кадки, дежки. Сваи в реку тоже забивали дубовые.

Древесина дуба очень прочная, режется с трудом. Хорошо гнётся. Имеет красивую крупную текстуру. Легко окрашивается. В радиальном распиле текстура дубовой доски очень красива. В обработке резцом хрупка, требует твёрдого и острого инструмента и осторожности, хорошо выдерживает крупную резьбу. Для столярных изделий необходимо использовать дуб в возрасте 150-200 лет.

---

Ясень

Плотность древесины составляет 690 кг/м3.

Ясень – род листопадных растений семейства маслиновых, который насчитывает около 70 видов. Растёт ясень одиночно или группами в смешанных лесах, часто вместе с дубом, реже с хвойными.

Это скромный сосед дуба, который почему-то не стал таким знаменитым, хотя заслуживает всяческих похвал. Не уступая ему по прочности и твёрдости, богатству текстуры, он существенно превосходит его по длительной стойкости к деформациям и ударной вязкости.  Поэтому он идеально подходит для изготовления лестниц, напольных покрытий и для других деталей интерьера. В настоящее время ясень всё больше входит в моду у мебельщиков и производителей паркета. О потребительских качествах можно сказать, что ясень при стандартном уходе служит долго и не преподносит никаких сюрпризов. Стоимость изделий из него близка  к стоимости изделий из дуба и бука.

Древесина ясеня, имеющая высокие физические и механические свойства, находит самое широкое применение. Из неё изготавливают облицовочный шпон, гнутую и резную мебель, перила и паркет, обшивку, рамы окон и диваны, охотничьи и боевые луки, спортивный инвентарь.

---

Бук

Плотность 660 кг/м3.

Бук  – второй по распространённости и ценности для человека род семейства буковых после дуба. Это листопадные деревья, стройные, колонновидные, высотой 45-50 м, диаметром ствола до 2 м. Буки растут до 350 лет, наиболее интенсивно  в возрасте 40-100 лет. Продолжительность жизни – свыше 500 лет.

Древесина бука белая с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои хорошо видны. Старые деревья иногда имеют окрашенную в красно-коричневый цвет спелую древесину. Это не сказывается на качестве, напротив, такие деревья особенно ценятся мастерами-краснодеревщиками, но встречаются они достаточно редко. Цветовая гамма древесины бука довольно разнообразна – от розовой до белой. Чтобы убрать эту разноцветность и придать древесине более равномерный оттенок, а также сделать её более стабильной, для бука нужна предварительная пропарка. Если этого не делать, фактура древесины будет очень пёстрой.  По времени эта процедура занимает около трёх суток.

Бук обладает, пожалуй, самой высокой способностью к загибу, что широко использовалось при производстве гнутой мебели. Древесина хорошо обрабатывается, прекрасно отделывается, принимает различные лакокрасочные материалы.

Благодаря высокой износостойкости бук широко применяется для изготовления деревянных лестниц. Приятный тёплый оттенок является причиной того, что её часто используют и для раздельных мелких изделий.

Лёгкий розоватый оттенок бука вызывает ощущение тепла. Простая и благородная структура этого покрытия является прекрасным завершением любых интерьеров.

---

БЕРЁЗА

Плотность древесины составляет 650 кг/м3.

Берёза получила своё название за белую кору. Это безъядровая порода. Древесина белая, с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои заметны плохо. Сердцевинные лучи видны лишь на строго радиальных разрезах.

Область распространения берёзы очень широка – 2/3 площади всех лиственных лесов нашей страны.

Применяется берёза для изготовления фанеры и столярных плит, мебели, инвентаря, фурнитуры, токарных изделий, шпона. Древесина берёзы прекрасно тонируется, открывая практически неограниченные возможности для дизайна.

---

Лиственница

Плотность сибирской лиственницы составляет 620-725 кг/м3 при влажности до 12%.

Лиственница – род древесных растений семейства сосновых, одна из наиболее распространённых пород хвойных деревьев. Это единственный род  хвойных, у которых хвоя опадает на зиму.

Древесина  лиственницы характеризуется повышенной по сравнению с дубом прочностью. Кроме особой прочности и стойкости к внешним воздействиям она характеризуется хорошим цветом и структурой.

Обладая высокими физико-механическими свойствами, вместе с тем требует определённого технологического подхода при её обработке. Пильные полотна при пилении сильно засмаливаются. Она трудно обрабатывается обычным инструментом, но хорошо шлифуется и окрашивается. Длительное воздействие воды приводит к заметному повышению твёрдости.

Стоимость изделий или конструкций из лиственницы выше, чем из сосны, но изделия значительно долговечнее.

---

Сосна

Плотность сосны 520кг/м3.

Сосна распространена по всему северу России и большей части Сибири и образует как чистые леса, так и леса в смеси с елью и другими деревьями.

Живёт сосна до 600 лет и в зрелом возрасте достигает высоты 30-40 м. Ствол у неё прямой, ровный, его легко строгать и пилить. Древесина сосны ядровая, смолистая, малоупругая. В зависимости от особенностей условий произрастания дерева плотность и удельный вес древесины могут меняться. Сосна обыкновенная отличается широкой заболонью, снять которую не представляется возможным. Поэтому при тёплой погоде и сокотокев заболони,  который  идёт с весны по осень, бревно может посинеть. Поверхностная синева может наблюдаться даже в хорошо проветриваемых штабелях леса. Синева не изменяет механических свойств дерева, поэтому с ней можно успешно бороться. Для этих целей промышленностью выпускается ряд препаратов.

Древесина сосны мягкая и легко обрабатывается, не растрескивается при высыхании. Благодаря своему красивому цвету и чётко выраженной текстуре она находит широкое применение в производстве столярных изделий, в изготовлении художественных резных и токарных изделий.

---

Ель

Среднее значение плотности древесины ели при стандартной влажности 12% — 445 кг/м3.

Общая площадь еловых лесов в России составляет около 70 млн. га. Живёт ель 250-300 лет.

Древесина ели белая, со слабым желтоватым оттенком, малосмолистая.  Ель относится к породам малой плотности. По прочностным свойствам несколько уступает сосне. Гнётся несколько лучше, чем древесина сосны.

Ель – дерево исключительное по своим свойствам. Одним из таких свойств является музыкальность.  Из ели с древнейших времён делаю музыкальные инструменты, в том числе струнные. Новгородские гусли средневековой Руси чаще всего делали из ели. Древесина мягкая, лёгкая, употребляется как строительный материал (доски, брусья), для мелких поделок, для переработки в древесную массу. Используется для производства продуктов лесохимического производства – бумага, картон, целлюлоза. Применяется также в декоративном садоводстве и паркостроении.

www.woodtraid.ru

Древесина: физические свойства

Внешний вид древесины

Он характеризуется следующими физическими свойствами древесины: цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.

Под цветом древесины понимают определённое зрительное ощущение, которое зависит, в основном, от спектрального состава отражённого ею светового потока. Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе породы дерева для внутренней отделки помещений, изготовлении мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок и т.д.

Окраска изделий зависит от породы, возраста дерева, климата района произрастания. Древесина может изменять цвет при выдержке под влиянием воздуха и света, при поражении грибами, а так же при длительном нахождении под водой. Тем не менее, цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании.

Блеск — это способность направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском из отечественных пород деревьев отличается древесина дуба, бука, белой акации, бархатного дерева; из иноземных — древесина атласного дерева и махагони (красного дерева).

Текстурой называется рисунок, образующийся на поверхности древесины вследствие перерезания анатомических элементов (годичных слоев, сердцевинных лучей, сосудов).

Для оценки качества древесины по внешнему виду используют такие характеристики, как ширина годичных слоёв и содержание

поздней древесины. Ширина годичных слоёв — число слоёв, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцевой поверхности образца. Содержание поздней древесины определяется соотношением (в процентах) между суммарной шириной зон поздней древесины и общей протяжённостью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоёв.

Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением

Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель — влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины: W = (m — m0) / m0 * 100, где m — начальная масса образца древесины, г, а m0 — масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Измерение влажности осуществляется прямыми или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но имеют недостаток — довольно продолжительную процедуру. Этого недостатка лишены косвенные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. Однако и эти способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания в диапазоне от 7 до 30% и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную и свободную. Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

При испытаниях с целью определения показателей физико-механических свойств древесины её кондиционируют, приводя к нормализованной влажности. Если нет особых примечаний, то показатель равен 12%.

На практике по степени влажности различают древесину:

• мокрую, W = 100%, длительное время находившуюся в воде;
• свежесрубленную, W = 50-100%, сохранившую влажность растущего дерева;
• воздушно-сухую, W = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе;
• комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении;
• абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.

Усушка древесины

Уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды называется усушкой. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка. Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 — 2 раза больше, чем в радиальном.

Под полной усушкой, или максимальной усушкой Bmax понимают уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды. Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

Bmax = (amax — amin) / amax * 100

где amax и amin — размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

Полная линейная усушка древесины наиболее распространённых отечественных пород в тангенциальном направлении составляет 8-10 %, в радиальном 3-7 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11-17 %. Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

Внутренние напряжения возникают в древесине без участия внешних нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке — сушильные напряжения, пропитке и в процессе роста дерева. Полные сушильные напряжения удобно как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений.

Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски — сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Коробление древесины

Изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и неправильном хранении называется короблением. Чаще всего коробление происходит из-за различая усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Продольная покоробленность: бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

На рисунки ниже изображены виды покоробленности: А — поперечная: а — желобчатая, б — трапециевидная, в — ромбовидная, г — овальная; Б — продольная: д — по кромке, е — по пласти, ж — крыловатость.

Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

Влагопоглощение

Способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха называется влагопоглощением. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Способность к поглощению влаги является отрицательным свойством древесины. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики, снижает биостойкость и т.д. Чтобы защитить древесину от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают различными лакокрасочными и плёночными материалами.

Разбухание древесины

Увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды называется разбуханием. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это — свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Полное разбухание, %, вычисляют по формуле: amax = (amax — amin) / amin * 100, где amax и amin — размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок, и в абсолютно сухом состоянии, мм (мм3). Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее — вдоль волокон.

Разбухание — отрицательное физическое свойство свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах и т.д.).

Водопоглощение

Способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой называется водопоглощением. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Очевидно, что количество свободной воды зависит от объёма полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины. Тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости имеет значение в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве лесоматериалов и в других случаях.

Плотность древесины

Это свойство характеризуется массой единицы объёма материала, и имеет размерность в кг/м3 или г/см3.

1. Плотность древесинного вещества pд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: pд.в. = mд.в./vд.в.где mд.в. и vд.в. — соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества. Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.

2. Плотность абсолютно сухой древесины p0 равна: p0 = m0/v0 где m0, v0 — соответственно масса и объём древесины при W=0%.

Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненнве воздухом). Относительный объём полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (v0 < — vд.в.) / v0* 100где v0 и vд.в. — соответственно объём образца и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

3. Плотность влажной древесины: pw = mw/vw, где mw и vw — соответственно масса и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от её влажности. При влажности W Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.

4. Парциальная влажность древесины p`w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма влажной древесины: p`w = m0/vw, где m0 — масса абсолютно сухой древесины, г или кг; vw — объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.

5. Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца m0 к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax:pБ = m0 / vmax. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

Величина плотности древесины изменяется в очень широких пределах. Среди пород России и ближнего зарубежья древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (345), ива белая (415), а наиболее плотную — самшит (1040), ядро фисташка (1100). Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).

По плотности древесины при 12% влажности породы делят на 3 группы: с малой (Р12 < 540), средней (550 < P12 < 740) и высокой (P12 > 740) плотностью древесины.

Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных.

Тепловые свойства древесины

К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

Теплоёмкость — способность древесины аккумулировать тепло является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того чтобы нагреть 1 кг массы древесины на 1 (0) С. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова и для абсолютно сухой древесины составляет (ФОРМУЛА). С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.

Теплопроводность — свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности ( ФОРМУЛА), с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон (СИМВОЛ) в 2 раза больше, чем поперёк.

Температуропроводность характеризует способность древесины выравнивать температуру по объёму.

Тепловое расширение — способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.

Электрические свойства

Электропроводность — способность древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления. Сухая древесина относится к диэлектрикам.

С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше Wпн.

Электрическая прочность — способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле. Показатели: диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь.

Диэлектрическая проницаемость равна отношению ёмкости конденсатора с прокладкой из древесины к ёмкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Этот показатель для сухой древесины равен 2-3.

Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует долю подведённой мощности тока, которая поглощается древесиной и превращается в тепло.

Пьезоэлектрические свойства проявляются в том, что под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды.

Звуковые свойства древесина

Одно из этих свойств — звукопроводность, показателем которой являются скорость звука. Скорость звука С, м/с, в древесине можно определить по формуле: C = (E / p)½ где Е — динамический модуль упругости, Н/м2; р — плотность древесины, кг/м3.

Другой важный показатель, характеризующий способность древесины отражать и проводить звук, — акустическое сопротивление, Па*с/м: R = p * C.

Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений.

Поверхностные зоны древесины могут эффективно прогреваться с помощью невидимых инфракрасных лучей. Значительно глубже — до 10-15 см — проникают в древесину лучи видимого света. По характеру отражения световых лучей можно оценивать наличие видимых пороков древесины. Световое лазерное излучение прожигает древесину и в последнее время успешно используется для выжигания деталей сложной конфигурации.

Ультрафиолетовые лучи проникают гораздо хуже в древесину, но вызывают свечение — люминесценцию, которое может быть использовано для определения качества древесины.

Рентгеновские лучи используются для определения особенностей тонкого строения древесины, выявления скрытых пороков и в других случаях.

Из ядерных излучений можно отметить бета-излучения, которые используются при денсиметрии растущего дерева. Гораздо шире могут применятся гамма-излучения, которые глубже проникают в древесину и используются при определении её плотности, обнаружении гнилей в рудничной стойке, конструкциях и т.д.

http://www.wood.ru/ru/lpsfiz.html

pihtahvoya.ru

Химические и физические свойства древесины — Мастерская Донцовых

Химические свойства древесины

Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остаётся её неорганическая часть — зола. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы.

Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы.

Целлюлоза — природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C6h20O5)n, где n — степень полимеризации, равная 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы — тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцеллюлозы, а также вода.

Лигнин — полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснения молодой клеточной стенки. Лигнин химически нестоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и её кислых солей.

Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C5H8O4)n и гексозаны (C6h20O5)n. Формула гексозанов на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации у всех гемицеллюлоз гораздо меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более коротких цепочках молекул и меньшей стойкости этих веществ по сравнению с целлюлозой.

Кроме основных органических веществ, в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннидов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире.

В качестве сырья древесину потребляют три отрасли химической промышленности: целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая.

Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает целлюлозу для изготовления бумаги, картона и целого ряда целлюлозных материалов (производных целлюлозы), а также древесноволокнистых плит.

Основываясь на высокой химической стойкости целлюлозы, путём воздействия различных агентов на древесину переводят в раствор сопровождающие её менее стойкие вещества. Различают три группы способов промышленного получения целлюлозы: кислотные, щёлочные и нейтральные. Выбор того или иного способа зависит в основном от породного состава перерабатываемого древесного сырья.

К группе кислотных способов относятся сульфитный и бисульфитный. При сульфитном способе в качестве сырья используется древесина малосмолистых хвойных (ели, пихты) и ряда лиственных пород. Бисульфитный способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород.

К группе щёлочных способов относятся сульфатный и нейтральный. Наибольшее распространение получил сульфатный метод. Варка щепы ведется в растворе едкого натра и сернистого натрия. Сульфатный способ позволяет получать более прочные волокна. К достоинствам этого способа относится меньшая продолжительность варки, а также возможность осуществлять процесс по замкнутой схеме (путем регенерации щелока), что уменьшает опасность загрязнения водоемов. Этим способом получают более половины производимой в мире целлюлозы, так как он позволяет использовать древесину любых пород.

Нейтральный — способ получения целлюлозы из древесины лиственных пород, при котором варочный раствор содержит вещества (моносульфиты), имеющие реакцию, близкую к нейтральной.

Широкое применение находят производные целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с растворами едкого натра, азотной и серной кислот или уксусным ангидридом можно получить искусственные ткани (штапель, вискозный и ацетатный шёлк), кордонное волокно для изготовления автомобильных и авиационных шин, целлофан, целлулоид, кино- и фотоплёнки, нитролаки, нитроклеи и другие продукты.

При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, которые превращаются в простые сахара (глюкозу, ксилозу и др.) Эти сахара можно подвергать химической переработке, получая ксилит, сорбит и другие продукты. Однако гидролизная промышленность в основном ориентируется на последующую биохимическую переработку сахаров.

Реакция гидролиза происходит при довольно высокой температуре (150-190°С). При охлаждении гидролизата (водного раствора простых сахаров) образуются пары, из конденсата которых получают фурфурол. Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон (нейлона), смол, изготовления медицинских препаратов (фурацилина и др.), красителей и других продуктов.

При дальнейшей переработке гидролизата получают кормовые дрожжи, этиловый спирт (этанол), углекислый газ. Этанол получают только из хвойной древесины, используют как растворитель и, всё больше, как топливо.

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит пиролиз. В результате пиролиза образуется уголь, жижка и газы.

Древесный уголь, отличающийся высокой сорбционной способностью, применяют для очистки промышленных растворов, сточных вод, в производстве сахара, при выплавке цветных металлов, при изготовлении медицинских препаратов, полупроводников, электродов и для многих других целей.

Жижка — раствор продуктов разложения, используется в производстве антисептиков, фенолов, уксусной кислоты, метилового спирта, ацетона. Газы, образующиеся при пиролизе древесины, используют в качестве топлива.

Сырьём для лесохимической промышленности помимо низкокачественной древесины являются экстрактивные вещества. Добыча смолы (живицы) из хвойных пород достигается путём подсочки. Для этого на поверхности стволов сосны или кедра осенью наносят специальную рану (карру), из которой живица вытекает в конический приёмник. Переработка живицы осуществляется на лесохимических предприятиях, где происходит отгонка с водяным паром летучей части — скипидара и уваривание канифоли.

Скипидар широко применяется как растворитель в лакокрасочной промышленности для производства синтетической камфары. Камфара используется в производстве целлюлозы, лаков и киноплёнки. Канифоль применяют в производстве каучука, бумаги, нитролаков, электроизоляционных материалов и др.

Дубильные вещества (танниды), используемые при выделке кож получают из коры ивы, ели, лиственницы, пихты, а также из древесины дуба и каштана.

Физические свойства древесины

Свойства древесины, обнаруживаемые при испытаниях, не приводящих к изменению химического состава, называются физическими.

1. Внешний вид древесины

2. Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением

3. Тепловые свойства

4. Электрические свойства

5. Звуковые свойства

6. Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

1. Внешний вид древесины

Он характеризуется следующими свойствами: цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.

Под цветом древесины понимают определённое зрительное ощущение, которое зависит, в основном, от спектрального состава отражённого ею светового потока. Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе пород для внутренней отделки помещений, изготовлении мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок и т.д.

Окраска древесины зависит от породы, возраста дерева, климата района произрастания. Древесина может изменять цвет при выдержке под влиянием воздуха и света, при поражении грибами, а так же при длительном нахождении под водой. Тем не менее, цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании.

Блеск — это способность древесины направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском из отечественных пород отличается древесина дуба, бука, белой акации, бархатного дерева; из иноземных — древесина атласного дерева и махагони (красного дерева).

Текстурой называется рисунок, образующийся на поверхности древесины вследствие перерезания анатомических элементов (годичных слоёв, сердцевинных лучей, сосудов).

Для оценки качества древесины по внешнему виду используют такие характеристики, как ширина годичных слоёв и содержание поздней древесины.

Ширина годичных слоёв — число слоёв, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцевой поверхности образца.

Содержание поздней древесины определяется соотношением (в процентах) между суммарной шириной зон поздней древесины и общей протяжённостью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоёв.

2. Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением

Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель — влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины: W = (m — m0) / m0 * 100, где m — начальная масса образца древесины, г, а m0 — масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Измерение влажности осуществляется прямыми или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но имеют недостаток — довольно продолжительную процедуру. Этого недостатка лишены косвенные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. Однако и эти способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания в диапазоне от 7 до 30% и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную и свободную. Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

При испытаниях с целью определения показателей физико-механических свойств древесины её кондиционируют, приводя к нормализованной влажности. Если нет особых примечаний, то показатель равен 12%.

На практике по степени влажности различают древесину:

мокрую, W > 100%, длительное время находившуюся в воде;

свежесрубленную, W = 50-100%, сохранившую влажность растущего дерева;

воздушно-сухую, W = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе;

комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении;

абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.

Усушка. Уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды называется усушкой. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.

Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 — 2 раза больше, чем в радиальном.

Под полной усушкой, или максимальной усушкой Bmax понимают уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды.

Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

Bmax = (amax — amin) / amax * 100,

где amax и amin — размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

Полная линейная усушка древесины наиболее распространённых отечественных пород в тангенциальном направлении составляет 8-10 %, в радиальном 3-7 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11-17 %.

Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

Внутренние напряжения возникают в древесине без участия внешних нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке — сушильные напряжения, пропитке и в процессе роста дерева.

Полные сушильные напряжения удобно как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений.

Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски — сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Коробление. Изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и неправильном хранении называется короблением. Чаще всего коробление происходит из-за различая усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Продольная покоробленность бывает: бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

На рисунки ниже изображены виды покоробленности: А — поперечная: а — желобчатая, б — трапециевидная, в — ромбовидная, г — овальная; Б — продольная: д — по кромке, е — по пласти, ж — крыловатость.

Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

Влагопоглощение. Способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха называется влагопоглощением. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Способность к поглощению влаги является отрицательным свойством древесины. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики, снижает биостойкость и т.д. Чтобы защитить древесину от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают различными лакокрасочными и плёночными материалами.

Разбухание. Увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды называется разбуханием. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это — свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Полное разбухание, %, вычисляют по формуле: amax = (amax — amin) / amin * 100, где amax и amin — размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок, и в абсолютно сухом состоянии, мм (мм3). Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее — вдоль волокон.

Разбухание — отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах и т.д.).

Водопоглощение. Способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой называется водопоглощением. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Очевидно, что количество свободной воды зависит от объёма полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины. Тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости имеет значение в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве лесоматериалов и в других случаях.

Плотность. Это свойство характеризуется массой единицы объёма материала, и имеет размерность в кг/м3 или г/см3.

а) Плотность древесинного вещества pд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: pд.в. = mд.в. / vд.в., где mд.в. и vд.в. — соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества.

Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.

б) Плотность абсолютно сухой древесины p0 равна: p0 = m0 / v0, где m0, v0 — соответственно масса и объём древесины при W=0%.

Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненнве воздухом).

Относительный объём полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (v0 — vд.в.) / v0 * 100, где v0 и vд.в. — соответственно объём образца и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

в) Плотность влажной древесины: pw = mw / vw, где mw и vw — соответственно масса и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от её влажности. При влажности W < Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.

г) Парциальная влажность древесины p`w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма влажной древесины: p`w = m0 / vw, где m0 — масса абсолютно сухой древесины, г или кг; vw — объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.

д) Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца m0 к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax: pБ = m0 / vmax. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

Величина плотности древесины изменяется в очень широких пределах. Среди пород России и ближнего зарубежья древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (345), ива белая (415), а наиболее плотную — самшит (1040), ядро фисташка (1100). Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).

По плотности древесины при 12% влажности породы делят на 3 группы: с малой (Р12 < 540), средней (550 < P12 < 740) и высокой (P12 > 740) плотностью древесины.

Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных.

3.Тепловые свойства

К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

Теплоёмкость. Показателем способности древесины аккумулировать тепло является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того чтобы нагреть 1 кг массы древесины на 1 (0) С. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова и для абсолютно сухой древесины составляет (ФОРМУЛА). С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.

Теплопроводность — свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности ( ФОРМУЛА), с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон (СИМВОЛ) в 2 раза больше, чем поперёк.

Температуропроводность характеризует способность древесины выравнивать температуру по объёму.

Тепловое расширение — способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.

4.Электрические свойства

Электропроводность — способность древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

Сухая древесина относится к диэлектрикам. С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше Wпн.

Электрическая прочность — способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле. Показатели: диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь.

Диэлектрическая проницаемость равна отношению ёмкости конденсатора с прокладкой из древесины к ёмкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Этот показатель для сухой древесины равен 2-3.

Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует долю подведённой мощности тока, которая поглощается древесиной и превращается в тепло.

Пьезоэлектрические свойства проявляются в том, что под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды.

5. Звуковые свойства

Одно из этих свойств — звукопроводность, показателем которой являются скорость звука. Скорость звука С, м/с, в древесине можно определить по формуле: C = (E / p)½, где Е — динамический модуль упругости, Н/м2; р — плотность древесины, кг/м3.

Другой важный показатель, характеризующий способность древесины отражать и проводить звук, — акустическое сопротивление, Па*с/м: R = p * C.

6. Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

Поверхностные зоны древесины могут эффективно прогреваться с помощью невидимых инфракрасных лучей. Значительно глубже — до 10-15 см — проникают в древесину лучи видимого света. По характеру отражения световых лучей можно оценивать наличие видимых пороков древесины. Световое лазерное излучение прожигает древесину и в последнее время успешно используется для выжигания деталей сложной конфигурации.

Ультрафиолетовые лучи проникают гораздо хуже в древесину, но вызывают свечение — люминесценцию, которое может быть использовано для определения качества древесины.

Рентгеновские лучи используются для определения особенностей тонкого строения древесины, выявления скрытых пороков и в других случаях.

Из ядерных излучений можно отметить бета-излучения, которые используются при денсиметрии растущего дерева. Гораздо шире могут применятся гамма-излучения, которые глубже проникают в древесину и используются при определении её плотности, обнаружении гнилей в рудничной стойке, конструкциях и т.д.

Плотность

Плотность древесины — это отношение массы древесины к ее объему. Выражается плотность в кг/м3 . Плотность древесины зависит от ее влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяются при влажности 12%. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется количеством древесинного вещества в единице объема.

По плотности при влажности 12% древесину можно разделить на 3 группы:

Порода/ Плотность, г/куб.см

Легкая

Бальса 0.15

Пихта сибирская 0.39

Ель 0.45

Ива 0.46

Осина 0.51

Сосна 0.52

Липа 0.53

Средняя плотность

Конский каштан 0.56

Орех грецкий 0.64

Береза 0.65

Вишня 0.66

Лиственница 0.66

Тиковое дерево 0.67

Бук 0.68

Дуб 0.69

Свитения (махагони) 0.70

Платан 0.70

Плотные породы

Ясень 0.75

Слива 0.80

Пекан (кария) 0.83

Самшит 0.96

Хурма эбеновая 1.08

Плотность древесины имеет большое практическое значение. Более плотная древесина хуже пропитывается антисептиками, менее подвержена истиранию на таких местах как полы, лестницы, перила.

Твердость

Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. На величину твердости оказывает влияние влажность древесины.

По степени твердости все древесные породы при 12%-ной влажности можно разделить на три группы:

мягкие — сосна, ель, тополь, липа, осина

твердые — лиственница, береза, бук, вяз, клен, ясень

очень твердые — акация белая, эбен, эвкалипт, кизил, самшит

Твердые породы древесины более износостойки по сравнению с мягкими. Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, распиловке.

doncov.ru

Химический состав древесины дубовой бочки

Химический состав древесины дуба, применяемого в виноделии

Химический состав древесины дуба, применяемого в виноделии и коньячном производстве, сильно колеблется. Это видно из таблицы.

Таблица Химический состав древесины дуба

№	Основные компоненты древесины дуба	Содержание в древесине дуба компонентов, % к массе абсолютно сухой древесины
1 2 3 4 5	Дубильные вещества Смолистые вещества Целлюлоза Гемицеллюлоза Лигнин	2,0…10,0 0,3…0,6 23,0…50,0 17,0…30,0 17,0…30,0

Дубовая тара широко применяется в виноделии и коньячном производстве, главным образом, потому, что в ней относительно небольшое содержание смолистых веществ (0,3…0,6 %) по сравнению с тарой, изготовленной из дерева других пород, например, в сосне 3…8 %. Следует также отметить, что древесина дуба имеет повышенную плотность и прочность.

В зависимости от времени заготовки, места выращивания дуба и его вида, химический состав, а также физические свойства дерева, изменяются, что отражается на качестве коньячных спиртов, выдерживаемых в бочках из разной клепки. Согласно этим показателям характеристики дуба изменяется и цена при его заготовке. В бочках из дуба, имеющих наибольшее количество лигнина и меньше всего танидов, коньячный спирт имеет более высокие качественные показатели, чем при выдержке в бочках, изготовленных из дуба, содержащего меньше лигнина и больше танидов. Также в бочках, изготовленных из дуба с высоким содержанием лигнина и танидов и высоким общим объемом пор, после четырех лет выдержки получали спирт значительно высшего качества, чем в бочках с низким содержанием лигнина, танидов и общим объемом пор.

Следует отметить, что валовое содержание того или другого компонента в дереве дуба еще не определяет его способность экстрагироваться коньячным спиртом. Все компоненты дерева дуба делятся на легко добываемые фракции (легко гидролизируемые) и трудно добываемые (трудно гидролизируемые).

Химический состав и важнейшие свойства компонентов древесины дуба, имеющие определенное значение при выдержке коньячных спиртов, рассмотрим ниже.

Лигнин. Лигнин состоит, главным образом, из ароматических соединений, соединенных между собой, а также с углеводами. При нагревании со спиртом в присутствии каталитического количества НCl дает смесь продуктов этанолиза – кетонов. Лигнин дерева дуба представляет собой разветвленный полимер с молекулярной массой около 7000…10000. Основными цепями ароматической части лигнина дуба являются β-оксиконифриловый и 4-окси 3, 5-диметоксикоричный (сирингиловый) спирт.

Лигнин имеет ряд характерных цветных реакций – это появление красно-фиолетовой окраски с флюроглюцином в концентрированной соляной кислоте. Лигнин может давать синий цвет со смесью хлорного железа и железосинеродистого калия, а с ортофосфорной кислотой – оранжевый.

В лигнине находится сравнительно высокое содержание углерода (58…65 %), водорода содержится 4,5…6,5 %. Количество метоксильных групп колеблется от 13 до 22 %.

Из разных химических свойств лигнина следует выделить его легкую, по сравнению с целлюлозой, окисляемость (некоторые фракции лигнина окисляются перманганатом калия). При окислении лигнина дуба нитробензолом в щелочной среде был выделен ванилин и сиреневый альдегид.

Одним из методов выделения лигнина из дуба является метод получения растворимого естественного лигнина, характеризуемого очень тонким помолом дерева в вибрационной мельнице со следующей экстракцией диоксаном. Очень мягким методом выделения лигнина является экстракция опилок дерева дуба этиловым спиртом при комнатной температуре (выход лигнина при этом методе очень низкий – до 3 %). Интенсификация выделения лигнина в спиртовой среде усиливается при добавлении небольших количеств кислот со следующим подогревом. Еще одним способом выделения лигнина выступает нагревание с диоксаном опилок дуба, содержащих небольшие количества кислоты. При этом образуется диоксан-лигнин.

Чистый лигнин может быть выделен при повышении температуры тонкого помола древесины дуба с фенолами, некоторыми кислотами, разными спиртами, щелочными реактивами, бисульфитом, гидротропными растворителями, мягким гидрированием и другими методами.

Распространенным методом химического определения лигнина является метод, основанный на гидролизе всех углеводных компонентов концентрированной серной кислотой (72 %), а также сверхконцентрированной соляной кислотой(42 %).

Дубильные вещества (таниды). Они находятся в клетках древесинной паренхимы и паренхимных клетках сердцевинных лучей, а также в межклеточных ходах, из которых таниды легче всего вымываются. Количество легкоизвлекаемых дубильных веществ с возрастом дуба увеличивается, а трудноизвлекаемых – снижается. Значительная часть танидов может быть выделена из дерева дуба при его обработке горячей водой. Их добывание интенсифицируется при подкислении и, особенно, при добавлении щелочи. Максимальное количество танидов дуба добывают водно-спиртовые растворы при содержании спирта 45…55 % об.

По данным Скурихина И. М., элементарный состав танидов дуба следующий: углерод – 41,43; водород – 4,08; кислород – 54,49 при 0,5%-ном содержании метоксильных групп.

Таниды дуба содержат около 25 % пирогаловых гидроксильных групп и не содержат пирокатехиновых и флорглюциновых гидроксильных групп. В целом дубильные вещества дуба характеризуются кислыми свойствами – 1 %-ий экстракт дерева дуба имеет рН 3,36. Таниды дуба являются довольно кислыми соединениями. Они по силе близки к уксусной кислоте. Эквивалентная масса танидов дуба равняется 250…300. На нейтрализацию 1 г танидов дуба тратится 40…45 мл 0,1 н NaОН.

По результатам многоразовых исследований учеными-виноделами было установлено, что таниды дуба представляют собой ароматический полимер, содержащий гидроксильные и карбоксильные группы. Этот полимер включает в себя трудновыделяемые примеси лигнина и сахаров.

Таниды дуба имеют такие красящие реакции: с FeCl3 они дают синюю окраску; с ортофосфорной кислотой образуют интенсивно синий цвет; с сульфаниловой кислотой – желтую. Таниды восстанавливают феллинговую жидкость, и потому их осаждают при определении сахаров в коньячных спиртах. Они легко окисляются кислородом воздуха и другими окислительными агентами. При этом следует отметить, что скорость окисления кислородом воздуха сильно возрастает с увеличением рН (особенно после рН 4). При окислении танидов растворы темнеют. Легко окисляет таниды дуба перманганат, аммиачный оксид серебра и бихромат.

Дубильные вещества дуба хорошо растворяются в ацетоне, этиловом спирте и воде. С солями металлов образуют танаты, которые могут быть нерастворимыми (свинца, ртути, цинка и кальция), растворимыми (калия и натрия) и частично растворимыми (железа и меди). Почернение выдержанных коньячных спиртов объясняется образованием танатов железа.

Таниды дуба довольно активно вступают во взаимосвязь с белками, осаждаются на кожаном порошке и желатином. При взаимодействии с желатином осаждаемость танидов зависит от их молекулярной массы. Сначала осаждаются более высокомолекулярные таниды, а потом дубильные вещества с меньшей молекулярной массой.

Самыми распространенными методами определения танидов дуба являются определение с кожаным порошком и определение путем окисления перманганатом. Таниды дуба, как и другие полифенолы, имеют горький вкус, исчезающий при окислении, а также Р-витаминное действие.

Гемицеллюлозы. Это углеводный комплекс дерева, в состав которого входят пентозаны, гексозаны и полиурониды. Гемицеллюлозы в дереве дуба представлены, главным образом, пентозанами (до 23 % от массы дерева). Основную массу пентозанов составляет ксилан – цепочка остатков α-ксилопиронозы, связанной β-связью между 1 и 4 углеводными атомами.

Из пентозанов в дубе найден арабан — 0,4…2 % от массы дерева, представляющий собой цепь L-арабофуранозы, соединенной α-гликозидной связью между 1-3 и 1-5 углеводами. Из гексозанов в дубе найден галактан в количестве 0,3…1,3 % от массы дерева. Глюкан, находящийся в дереве дуба (до 10 %), при гидролизе переходит в глюкозу. Вся эта фракция углеводов относится к легкогидролизируемой части целлюлозы. Количество крахмала в дереве дуба не превышает 1,3 % от его массы.

До 5 % в дереве дуба составляют полиураниды, представленные глюкуроновой кислотой. Пентозаны в дереве дуба связаны с урановой кислотой, на одну молекулу которой приходится от 4 до 6 молекул ксилозы.

Молекулярная масса гемицеллюлоз колеблется от 1500 до 2300 и больше.

Очень важным свойством гемицеллюлоз, отличающим их от других веществ углеводного характера, например целлюлозы, является способность легко гидролизироваться под действием разных кислот и щелочей. В этом направлении гемицеллюлозы делятся на две фракции: легкогидролизируемые, способные выделяться под действием слабых (0,5…2,5 %) минеральных кислот, и трудногидролизируемые, которые выделяются концентрированными (до 80 %) минеральными кислотами. Обе эти фракции в древесине представлены приблизительно равными количествами.

Сравнительно легко протекает гидролиз гемицеллюлоз в присутствии таких слабых кислот как уксусная. Доказано, что и при водном гидролизе дерева дуба без применения дополнительных катализаторов происходит заметный гидролиз гемицеллюлоз. При этом сначала гидролизируемые полисахариды растворяются и переходят в декстрины, и только потом декстрины гидролизируются до моносахаридов.

Целлюлоза. В дереве дуба целлюлоза представлена длинными цепями молекул, образованными двумя β-D-глюкозидными остатками, связанными между 1 и 4 углеродом. Молекулярная масса целлюлозы колеблется от 75000 до 6000000. Молекулы целлюлозы соединяются между собой сложноэфирными и водородными или глюкозидными связями.

Из всех различных компонентов дерева дуба целлюлоза является наиболее инертной. Для того чтобы расщепить ее до глюкозы, необходимо применить сильные минеральные кислоты и высокие температуры.

Зольные, смолистые и другие вещества дуба. В состав смолистых веществ входят жирные алифатические кислоты (как насыщенные, так и ненасыщенные), терпены и жиры (смоляных кислоты не найдено). Смолистые вещества связаны с дубильными веществами по месту их локализации, так как при разных приемах, связанных с удалением дубильных веществ (кислотой, содой, паром, водой) наблюдается резкое снижение количества и смолистых веществ. Как в виноделии, так и в коньячном производстве смолистые вещества нежелательны.

В дереве дуба найдено 2…3 % уксусной кислоты, которая легко выделяется, и заметные количества молочной кислоты, а в дубовых экстрактах – полифенолы типа галловой кислоты (до 10 % от количества дубильных веществ).

В дереве дуба содержится небольшое количество (до 1,3 %, учитывая азот) азотистых веществ (белки и аминокислоты), входящих в состав клеточного сока и протоплазмы. В серединном слое дуба найдены небольшие количества пектина и крахмала.

Зола составляет от 0,3 до 1 % от массы абсолютно сухого дерева. Состав золы включает в себя К2О, Na2О, MgО, СаО, Р2О5, SО3, SiО2

Добавить комментарий

vinograd-vino.ru

Вопрос № 2 Физические свойства древесины. Свойства древесины

К физическим относятся такие свойства, которые, проявляясь при взаимодействии с окружающей средой, не изменяют химического соста­ва древесины. К физическим свойствам древесины относятся ее внешний вид, плотность, отношение к влаге, подверженность механическим усилиям, проницаемость для различных жидкостей и газов, теплопровод­ность, взаимодействие со звуковыми волнами, электрическим и магнитным полями.

Цвет, Основное вещество, из которого построена древесина, — цел­люлоза. Цвет древесины очень разнообразен, он изменяется от почти белого (осина, пихта) до черного (черное дерево) и зависит от климата, возраста дерева и условий его про­израстания.

Блеск. Блеск зависит от плотности древесины, количества и разме­ров сердцевинных лучей, занимающих на радиальном разрезе значитель­ную площадь. Это свойство учитывают в тех случаях, когда древесину применяют в неокрашенном виде. Путем полирования и лакирования древесине можно придать искусственный блеск.

Текстура. Текстура зависит от строения пород древесины. Среди пород, произрастающих в нашей стране, красивую текстуру имеют дуб, орех, ясень и другие деревья с хорошо развитыми сердцевинными луча­ми. Породы со слабо развитыми сердцевинными лучами и неявно выра­женными годичными слоями не обладают красивой текстурой (береза, осина, липа).

Запах. Запах древесины зависит, главным образом, от присутствия в ней смол, дубильных веществ. У свежесрубленной древесины запах сильнее; при высыхании он ослабевает, а иногда и меняется.

Плотность. По плотности при влажности 12% древесину можно раз­делить на три группы: породы с мягкой плотностью (сосна, ель, пихта) породы со средней плотнос­тью (лиственница, береза, бук, вяз, дуб,), породы с высокой плотностью (акация белая, груша). Плотность древесины имеет большое практическое значение. Древе­сину с высокой плотностью ценят за прочность и хорошую обрабаты­ваемость.

Влажность. Под абсолютной влажностью древесины понимают от­ношение массы удаленной влаги к единице массы древесины в абсолют­но сухом состоянии. Небольшие образцы абсолютно сухой древесины можно получить путем высушивания ее в специальных шкафах. В ос­тальных случаях древесина всегда содержит в себе влагу.

Для столярно-строительных изделий древесина должна составлять влажность 18-20 %

Теплопроводность. Теплопроводностью называют способность материала передавать теплоту от одной поверхности к другой.. Плотная дре­весина проводит тепло несколько лучше рыхлой. Влажность повышает теплопроводность древесины,

Звукопроводность. Звукопроводностью называют свойство мате­риала проводить звук. Широко используется при изготовлении музыкальных инструментов. Наилучшим материалом для них являются ель, пихта, кавказский и си­бирский кедр.

Электропроводность. Электропроводностью называют способность материала проводить электрический ток.

studfile.net