Характеристики, които имат видовете дървета. Механични свойства на дървото

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Печат
• електронна поща

Свойства, които определят външен виддърво.

Те включват цвят, блясък, мирис и текстура .

Цвят зависи от вида, възрастта, площта и условията на отглеждане и състоянието (наличието на дефекти) на дървесината. Дървото може да има различни нюанси. Например, дъбът има до 20 цветови нюанса, а орехът - до 40. Цветът се взема предвид при производството на мебели и произведения на изкуството.

блясък зависи от плътността, броя и размера на лъчите на сърцевината и равнината на разреза. Дъб, бук, бряст, клен и други дървесни видове имат красив блясък. Разпадът води до загуба на блясък. При производството на продукти без тониране се взема предвид блясъкът на дървесината.

Мирис зависи от съдържанието на смолисти етерични масла, танини и ароматни вещества в дървесината. Дърветата имат най-силна миризма иглолистни дървета(бор, кедър), съдържащ смола, от широколистни - дъб. Заразяването с гъби, както и гниенето и дългосрочното съхранение причиняват изветряне на ароматните вещества и загуба на естествена миризма. Миризмата на дърво се взема предвид при производството на контейнери за хранителни продукти. За целта се използва основно дървесина от липа и топола, която няма мирис.

Текстура - естествен модел, получен върху повърхността на дървото в резултат на изрязване на неговите влакна, годишни слоеве и сърцевини. Естеството на шарката зависи от посоката на среза, разположението на влакната, големината на сърцевинните лъчи, ширината на годишните слоеве и разликите в цвета между ранната и късната дървесина. Дървото с красива текстура има дъб, ясен, орех, махагон. Химическите петна и гъбичните инфекции причиняват промяна в това свойство. Текстурата на дървото е от съществено значение при производството на мебели и в произведенията на изкуството.

влажност . Характеризира се със съдържанието на влага в дървесината. Наличието на влага е свързано с растежа на дървото. Съдържанието на влага в отсечената дървесина и неправилните условия на съхранение са причините за нейното гниене. В зависимост от степента на влажност дървесината се разделя на: мокър - дълго време във водата, нейната влажност е над 100%; прясно нарязан - влажност 50-100%; сухо на въздух - дълго време на съхранение на въздух, влажност 15-20%; сухо помещение - влажност 8-12%; абсолютно суха - влажност 0%. Мокрото дърво се обработва по-трудно, но се огъва по-добре.

Физични свойства на дървото.

Плътност. Това е физическо количество, определено от съотношението на масата на пробата към нейния обем. Плътността на дървесината зависи от нейния вид и влажност. С намаляване на съдържанието на влага в дървесината плътността му намалява и става по-лека почти 2 пъти. Плътността на късната дървесина на едногодишния слой е 2-3 пъти по-висока от тази на ранната дървесина.

Топлопроводимост . Това е способността на дървесината да провежда топлина през своята дебелина от един слой на друг. Зависи от редица фактори, основните от които са температурата, влажността и плътността на дървесината, както и посоката на топлинния поток спрямо влакната. Дървото е лош проводник на топлина поради своята пореста структура. Топлопроводимостта на дървесината по протежение на влакната е 1,5-2,0 пъти по-висока, отколкото през влакната.

Звукопроводимост . Свойството на дървото е да провежда звук. Звукопроводимостта на дървото е малко по-висока от тази на други материали, което трябва да се има предвид при жилищно строителство, където е необходима звукоизолация на прегради, врати и стени.

Електропроводимост . Това е способността на дървото да провежда електричество. Електрическата проводимост на дървесината зависи главно от съдържанието на влага, вида, посоката на зърното и температурата. Сухата дървесина не води електричествот.е. е диелектрик, което позволява да се използва като изолационен материал.

Механични и технологични свойства на дървесината

Механични свойства дърво. Те включват здравина, твърдост и якост на удар (виж таблицата). Тези свойства характеризират способността на дървото да устои на външни сили (опън, огъване, срязване и усукване).

Показатели за физико-механичните свойства на дървесината.

Сила - това е способността на дървото да устои на разрушаване (разделяне на части) под въздействието на механични сили. Здравината на дървесината зависи от посоката и скоростта на натоварване, вида на дървесината, нейната плътност, влажност и наличието на дефекти: дефектите, особено възли и пукнатини, значително намаляват здравината на дървото; с увеличаване на плътността на дървесината, силата му също се увеличава; влагата намалява здравината на дървото. Силата зависи от естеството и посоката на натоварванията. Например якостта на дървесината по протежение на влакната под действието на натоварвания на опън е около 130 MPa, а под действието на натоварвания на натиск - около 50 MPa; якост под действието на сили на огъване - около 100 MPa, якост на счупване - около 0,5 MPa.

Твърдост характеризиращ се със способността на дървото да устои на въвеждането на по-твърдо тяло в него. Твърдостта на дървото в крайна посока е по-висока от твърдостта в тангенциална и радиална посока средно с 30-40%. Твърдостта на дървесината, изсушена до 12% съдържание на влага, е 1,5-2,0 пъти по-голяма от твърдостта на дървесината с 30% съдържание на влага. Колкото по-висока е твърдостта на дървото, толкова по-трудно е да се обработва.

сила на удар е способността на дървото да поема работа при удар, без да се счупи. Вискозитет на дървесината твърда дървесинаприблизително 1,5-2,0 пъти по-висок от вискозитета на иглолистната дървесина (виж таблицата).

Технологични свойства на дървесината . При оценката на свойствата на дървото като конструктивен материал се взема предвид способност за задържане на метални крепежни елементи (пирони, винтове и др.), устойчивост на износване, способност за огъване на дърво и устойчивост на разцепване.

Помислете за способността на дървото задръжте метални опори (пирони, винтове, скоби и др.). За да се извадят пирони, забити напречно на влакната, е необходима сила 1,5 пъти по-висока от гвоздеите, забити в дупето. Издърпването на винтове изисква много повече сила от издърпването на пирони, тъй като трябва да преодолеете триенето и да разрушите влакната, между които е разположена резбата на винта. Въпреки това, задвижен винт държи фугата по-слаба от пирон. Следователно, връзката с винтове трябва да се извърши правилно, т.е. винтовете трябва да бъдат завинтени. Способността на дървото да държи метални крепежни елементи се увеличава с увеличаване на плътността.

износоустойчивост характеризиращ се със способността на дървото да устои на разрушаване в процеса на триене. Крайните повърхности имат най-висока устойчивост на износване. Износването намалява с увеличаване на твърдостта и плътността на дървото (виж таблицата), както и с намаляване на влажността.

Разделяне - способността на дървото под действието на клин да се разделя на части по протежение на влакната. Устойчивостта на дървесината на разцепване се увеличава с увеличаване на нейния вискозитет. Наличието на дефекти, като възли, влошава разцепването на дървесината.

Цвятдървесината зависи от климатичните условия на дървото. В умерен климат дървесината на почти всички видове е бледа на цвят, а в тропически климат има ярък цвят. Влиянието на климатичния фактор засяга и в рамките на същия пояс, например скалите, растящи в по-топлите зони - дъб, орех, тис и други, имат интензивен цвят, а тези, които растат на север - смърч, бор, трепетлика, бреза и др. други са бледи. Интензивността на цвета зависи и от възрастта на дърветата – с нарастване на възрастта интензитетът се увеличава. Промяната в цвета на дървесината настъпва под въздействието на въздух и светлина, както и от ефектите на гъбични лезии; при задържане на дърво във вода или в специални разтвори; по време на пара и сушене при висока температура.

Цветът на дървото е важна характеристика и се взема предвид при избора на видове за производство на мебели, интериорна декорация, при производството на художествени занаяти, музикални инструменти и др.

блясък- това е способността на дървото да отразява светлинния поток насочено. Гладките огледални повърхности имат най-голям блясък, тъй като дават насочено отражение. По правило блясъкът на дървото се оценява по белота: колкото по-голяма е белотата на дървото, толкова по-висок е индексът на блясък. Отблясъците и отраженията също дават основни лъчи при радиални разрези.

Текстура- Това е естествен модел върху тангенциални и радиални разрези на дърво, образувани от годишни слоеве и анатомични елементи. Колкото по-сложна е структурата на дървото, толкова по-богата е неговата текстура. В иглолистната дървесина структурата е проста и текстурата е еднаква, определя се главно от ширината растежни пръстении разлика

оцветяване на ранна и късна дървесина. Твърдата дървесина има сложна структура и по-богата текстура. Естеството на текстурата до голяма степен зависи от посоката на разреза. Много видове, като орех, ясен, бряст, дъб и други, имат красива и интересна текстура на тангенциален разрез. Дървото на радиалния разрез също има красива, оригинална текстура.

Дървесината от бури, образувана върху стволовете на дървета от твърда дървесина, има високи декоративни свойства. Текстурата на кленова дървесина от птичи поглед, която се създава от „спящи“ пъпки, които не са се развили в издънка, е много оригинална. Една особена и красива текстура се създава и изкуствено с неравномерно пресоване на дърво и последващото му рендосване, или при белене с вълнообразен нож, или под ъгъл спрямо посоката на влакната. С прозрачно дървесно покритие текстурата му е по-изразена. Текстурата е най-важният показател, който определя декоративната стойност на дървото.

Видове дървесна текстура:

1) без ясно изразен модел - липа, круша;

2) ситно изпъстрен модел - дъб, бук, чинар;

3) моарен модел - сив клен, вълнообразна бреза, махагон;

4) рисуване "птиче око" - ясен, клен, карелска бреза, украинска топола;

5) модел на черупката - кавказки орех, ясен, бряст - дупена част;

6) възел модел - смърч, бор.

Прясно изсечената дървесина, като правило, съдържа голямо количество вода и в бъдеще, в зависимост от условията на съхранение, може да се увеличи или намали, или да остане на същото ниво. Но в повечето случаи е необходимо да се вземат мерки за отстраняване на водата, тоест за изсушаване на дървесината. Показател за съдържанието на вода в дървесината е влажността, която се дели на абсолютна и относителна. На практика те използват предимно абсолютни

люта стойност на влажността, която се определя по формулата:

W абс. \u003d [(m - m 0) / m 0]? 100 %,

където ме теглото на мократа дървесна проба, g;

м 0 - масата на същата абсолютно суха проба, г. Индикаторът за относителна влажност се използва рядко, главно като индикатор за съдържанието на влага в дървата за огрев. Определя се по формулата:

W отн. \u003d (m - m 0 / m)? 100 %.

Има два начина за определяне на влажността - пряк и косвен. Директният метод се основава на извличане на вода от дърво. За да направите това, почистената дървесна проба се изсушава в пещ при температура 103 ° C, докато влагата се освободи напълно. По време на процеса на сушене пробата се претегля - първия път след 6-10 часа след началото на сушенето, а след това на всеки 2 ч. Сушенето се спира след като теглото на пробата вече не намалява. Директният метод ви позволява да определите съдържанието на влага в дървесината с голяма точност.

Вторият метод е индиректен, базиран на измерване на електрическата проводимост на дървесината с помощта на електрически влагомер. С това измерване скалата на устройството показва количеството влажност. Този метод дава възможност за бързо определяне на влажността. Но неговият недостатък се крие в грешката на измерване, която е 2-3%, а при съдържание на влага в дървесината над 30% - дори по-високо.

Водата в дървесината е в свързано и свободно състояние. Свързаната вода се намира в клетъчните стени и се държи здраво. Отстраняването на такава вода е трудно и има значителен ефект върху промяната на повечето свойства на дървесината. Максималното количество свързана вода съответства на границата на насищане на клетъчните стени, което се взема предвид при изчисленията: W b.p. = 30%.

Свободната вода се намира в клетъчните кухини и междуклетъчните пространства, така че е по-лесно да се отстрани от дървото.

Прясно отсечената дървесина има съдържание на влага от порядъка на 50-100%, а при дълъг престой във вода - повече от 100%.

След изсушаване на открито влажността се намалява до 15-20%. Нарича се влажност 20-22%. транспорт,и влагата, която дървесината има през периода на експлоатация, - оперативен.

Сушенето на дърва е от два вида - атмосферно,при температура на околната среда и изкуствен,или камера, когато температурата може да бъде до 100 ° C и повече. По време на камерно сушене се получава свиване на дървесината, тоест намаляване на линейните размери в радиална посока с 3-7%, а в тангенциална - с 8-10%, по протежение на влакната - 0,1-0,3%. Общото обемно свиване е 11-17%.

При сушене на дървесина механичните му свойства се променят с намаляване на влажността - еластичността намалява, но якостта на натиск се увеличава и електрическата проводимост също намалява.

плътност на дървесината- това е масата на единица обем материал, изразена в g / cm 3 или kg / m 3. Има няколко индикатора за плътност на дървесината, които зависят от влажността. Плътността на дървесното вещество е масата на единица обем на материала, който образува клетъчните стени. Тя е приблизително еднаква за всички скали и е равна на 1,53 g / cm 3, тоест 1,5 пъти по-висока от плътността на водата.

Плътността на абсолютно суха дървесина е масата на единица обем дървесина при липса на вода в нея. Определя се по формулата:

0 \u003d m 0 / V 0,

където p 0 е плътността на абсолютно суха дървесина, g / cm 3 или kg / m 3;

м 0 - тегло на дървесна проба при съдържание на влага 0%, g или kg; V 0 - обемът на дървесната проба при съдържание на влага 0%, cm 3 или m 3.

Плътността на дървесината е по-малка от плътността на дървесната субстанция, тъй като има кухини, пълни с въздух, тоест порьозност, която се изразява като процент и характеризира съотношението на кухините в абсолютно суха дървесина. Колкото по-голяма е плътността на дървото, толкова по-малка е порьозността му.

Плътността на дървесината значително зависи от влажността.С увеличаване на влажността плътността на дървесината се увеличава.Според плътността всички видове се разделят на три групи (при влажност на дървесината 12%):

1) скали с ниска плътност - 540 kg / m 3 или по-малко - това са смърч, бор, липа и др .;

2) породи средна плътност- от 550 до 740 кг / м 3 - това е дъб, бреза, бряст и др .;

3) скали с висока плътност - 750 kg / m 3 и повече - това са дрян, габър, шам фъстък и др.

Топлинни свойства на дървотоса топлинен капацитет, топлопроводимост, топлопроводимост и топлинно разширение. Топлинен капацитет - способността на дървесината да акумулира топлина. Като показател за топлинен капацитет се приема специфичният топлинен капацитет C - количеството топлина, необходимо за загряване на 1 kg дървесна маса с 1 °C. Измерва ли се в kJ/kg? t °С.

Сухата дървесина е дървесна субстанция и въздух, като масовата част на въздуха в нея е незначителна. Следователно топлинният капацитет на сухата дървесина е почти равен на топлинния капацитет на дървесното вещество. Специфичният топлинен капацитет на дървесината е практически независим от вида и при температура от 0°C за абсолютно суха дървесина е 1,55 kJ. С повишаване на температурата специфичният топлинен капацитет леко се увеличава и при температура от 100 °C се увеличава с около 25%. Когато дървесината се навлажни, нейният топлинен капацитет се увеличава.

Процесът на пренос на топлина в дървесината се характеризира с два показателя - коефициент на топлопроводимост и коефициент на топлопроводимост. Коефициент на топлопроводимост? числено равно на количеството топлина, което преминава за единица време през стена от дърво с площ ​​​1 m 2 и дебелина 1 m при температурна разлика от противоположните страни на стената от 1 ° C. Измерва се в W / (m? °C).

Коефициентът на топлопроводимост характеризира скоростта на промяна в температурата на дървесината при нагряване или охлаждане. Той определя топлинната инерция на дървото, тоест способността му да изравнява температурата. Коефициентът на топлопроводимост се изчислява по формулата:

където? – плътност на материала, kg/m3;

? - коефициент на топлопроводимост, W / (m? ° С);

c - специфичен топлинен капацитет на дървесината, kJ / (kg? ° С).

Както показват многобройни изследвания на електрическите свойства на дървото, неговата електрическа проводимост, тоест способността да провежда електрически ток, е обратно пропорционална на електрическото му съпротивление. Съществуват повърхностни и обемни съпротивления, които заедно дават общото съпротивление на дървена проба, поставена между два електрода. Обемното съпротивление характеризира препятствието за преминаване на ток през дебелината на пробата, а повърхностното съпротивление - по повърхността. Показателите за електрическо съпротивление са специфичен обем и специфично повърхностно съпротивление.

Проучванията показват, че сухото дърво провежда лошо електричество, но с увеличаване на влажността му съпротивлението му намалява. Това се вижда от данните, получени по време на проучванията (Таблица 1).

маса 1

Намаляването на повърхностното съпротивление настъпва с повишаване на влажността. Например, с увеличаване на съдържанието на влага в бука от 4,5 на 17%, повърхностното електрическо съпротивление намалява от 1,2? 10 13 към 1? 10 7 ома.

Освен това, в резултат на изследвания е установено, че намаляването на електрическото съпротивление на дървесината настъпва при нагряване, особено при ниската й влажност. По този начин повишаването на температурата от 20 до 94 ° C намалява съпротивлението на абсолютно суха дървесина с 10 6 пъти.

акустични свойства.При изследване на акустичните свойства на дървесината беше установено, че скоростта на разпространение на звука в дървесината е толкова по-голяма, колкото по-ниска е нейната плътност и по-висок е модулът на еластичност. Средните стойности на скоростта на звука по влакната за стайно-суха дървесина са: дъб - 4720 m/s, ясен - 4730 m/s, бор - 5360 m/s, лиственица - 4930 m/s. Допълнителни проучвания показват, че скоростта на звука през влакната е 3-4 пъти по-малка, отколкото по протежение на влакната. Скоростта на разпространение на звука зависи от свойствата на материалите и преди всичко от плътността, например в стоманата звукът се разпространява със скорост 5050 m/s, във въздуха - 330 m/s, а в каучука - 30 г-ца. Въз основа на данните, получени при изследване на акустичните свойства на дървото, е изграден ултразвуков метод за определяне на здравината и вътрешните скрити дефекти.Съгласно съществуващите строителни норми звукоизолацията на стените и преградите трябва да бъде най-малко 40, а между подове - 48 dB Според проучванията, звукопоглъщащият капацитет на дървото е нисък, като звукоизолация борова дървесинас дебелина 3 см е 12 dB, а дъбът с дебелина 4,5 см е 27 dB. Както е установено от изследванията, най-добрите акустични свойства по отношение на най-голямото звуково излъчване са дървесината от смърч, ела и кедър, която се използва за производството на много музикални инструменти: скубални, лъкови, клавишни и др. Както показва практиката, дългогодишният Дървесината с дългосрочно излагане има най-добрите акустични свойства - за 50 години или повече.

Механичните свойства включват здравината и деформируемостта на дървото, както и някои технологични свойства. Силата на дървото е способността му да устои на разрушаване под въздействието на външни натоварвания. Якостта на опън на дървесината се определя чрез изпитване на проби за натиск, опън, огъване, срязване.

При тестване на дървесина за компресия натоварването се извършва по протежение на влакната, след това напречно и на едно място. Якостта на опън се определя в МРа по формулата:

b czh \u003d P max / a? б,

където P max е максималното натоварване на скъсване, N;

аи б- размери на дървената проба, мм.

Според данните от изпитването е установено, че когато дървото се опъне напречно на влакната, якостта е приблизително 1/20 от якостта на опън по дължината на влакната. Следователно при проектирането на продукти и конструирането на различни строителни конструкции не се допускат случаи на натоварвания на опън да бъдат насочени през влакната.

На практика в повечето случаи изделията от дърво работят с натоварвания на огъване. Следователно пробите от дърво трябва да бъдат тествани за огъване, като същевременно се определя пределната якост в MPa по формулата:

b out = 3P max ? л/2? б? h2,

където l е разстоянието между опорите, mm;

бе ширината на пробата в радиална посока, mm;

зе височината на пробата в тангенциална посока, mm.

Когато образецът е огънат от изпъкналата страна, възникват напрежения на опън, а от вдлъбнатата страна възникват напрежения на натиск. При натоварвания над граничната стойност, разрушаването на дървесината става под формата на разкъсване на опънати влакна от изпъкналата страна на счупването на пробата.

Силата на срязване е от голямо значение. Този индикатор се определя при тестване на три вида срязване: за срязване по протежение и напречно на влакната; за рязане на дърва напречно. В същото време якостта на опън на дървесината за раздробяване - bsk, MPa се определя по формулата:

b sk \u003d P max / b? л,

б,лса дебелината и дължината на пробата в равнината на срязване, mm. Тестовете за рязане на дървесина напречно на влакната се извършват върху проби с помощта на подвижен нож. В този случай якостта на опън в МРа се определя по формулата:

Pmax / 2 ? а? б,

аи бса размерите на сечението на пробата, mm (напречно). Както показват резултатите от теста, здравината на дървесината при рязане напречно на влакната е 4 пъти по-голяма, отколкото при нарязване по дължината на влакната.

Както показаха тестовете, модулите на еластичност при натиск и опън на дървесината са приблизително еднакви и възлизат на 12,3 GPa за бор, 14,6 GPa за дъб и 16,4 GPa за бреза при съдържание на влага 12%. Модулът на еластичност напречно на влакната е около 20-25 пъти по-малък, отколкото по дължината, а в радиална посока е по-висок, отколкото в тангенциална посока с около 20-50%.

При тестване на дървесината се определя и модулът на еластичност:

E = 3? R? l / (64b ? h 3 ? f),

където Р- натоварване, равно на разликата между горната и долната граница на измерване, N;

л- разстояние между опорите (на които е разположена дървената проба), mm;

би зса ширината и височината на пробата, mm;

е-отклонение, равно на разликата между средноаритметичните стойности на отклонението при горната и долната граница на натоварване, mm.

Технологични свойства: якост на удар, твърдост, износоустойчивост, способност за задържане на винтове, пирони и други крепежни елементи, както и обработваемост с режещи инструменти.

Ударна якост на дървото- това е способността му да поема усилие (работа) при удар без разрушаване. Колкото по-голямо е количеството работа, необходимо за разбиване на пробата, толкова по-висок е нейният вискозитет. Якостта на удар се определя по формулата:

А = Q/b x h, J / cm 2,

където Ве работата, изразходвана за счупване на образеца, J;

би зса ширината и височината на пробата.

твърдост на дървото- това е способността му да издържа на вдлъбнатина на тяло, изработено от по-твърд материал - стоманен поансон с полусферичен връх с радиус r== 5,64 мм до дълбочина 5,64 мм. В същото време, в края на натоварването, натоварването P се отчита по скалата на силомера на машината. След теста в дървото остава отпечатък с площ 100 mm 2. Статичната твърдост на пробата се определя в N/mm по формулата:

H \u003d P / ? ? r2,

където ? ? r2е площта на отпечатъка в дървото, когато в него се натисне полусфера с радиус г,мм

Ако има разцепване на пробите по време на изпитването, тогава поансонът се притиска до по-малка дълбочина - 2,82 mm, а твърдостта се определя по формулата:

H \u003d 4P / (3? ? r 2).

Всички скали са разделени на три групи според твърдостта на крайната повърхност: меки - с твърдост 40 N / mm 2 и по-малко, твърди - 41–80 N / mm 2 и много твърди - повече от 80 N / mm 2 .

износоустойчивостдървото характеризира способността му да издържа на износване при триене в повърхността на абразивни елементи или микрограпавини на по-твърдо тяло. При тестване за абразия се създават условия, които имитират реалния процес на абразия на дърво, използвано за подове, стълби, палуби. Абразирането се извършва на специална машина. В същото време степента на износване тизчислено в мм по формулата:

t=h? (m 1 - m 2) / m 1,

където з– височина на пробата преди абразия, mm;

м 1 и м 2 е масата на пробата преди и след изпитването, съответно, g.

Специфичното съпротивление на издърпване на пирон или винт се определя по формулата:

Р уд. \u003d P max / l (N / mm),

където P max е максималното натоварване при издърпване на пирони или винтове;

л- дължината на забиване на пирон или завинтване на винт. Способността на дървото да държи крепежни елементи зависи от неговия вид, плътност и съдържание на влага. Съпротивлението на издърпване на пирони, забити в радиална и тангенциална посока, е приблизително същото, но е по-високо, отколкото при забиване на пирони в края на пробата.

Способността на дървото да се огъва- най-доброто в бук, дъб, ясен, по-лошо - в иглолистни дървета. За да се подобри гъвкавостта на дървесината, тя се запарва преди огъване, след което след огъване се охлажда и изсушава във фиксирано състояние, в резултат на което придобива стабилна извита форма.

Способността на дървесината да се цепи- това е процесът на отделянето му по влакната под действието на натоварването, предавано на клина. Това е отрицателно свойство на дървото при забиване на пирони близо до ръба, както и на патерици, винтове при завинтване, но положително при цепене на дърва за огрев или добив на цепени трупи.