какие физико механические свойства имеют древесные материалы

Свойства древесины: механические, физические, технологические

Еще с древнейших времен, человек не мог обходиться без древесины. Не растратила она своего значения и на сегодняшний день, невзирая на то, что пришло на смену много современных и передовых материалов, которые вытеснили лесоматериалы из некоторых сфер ее применения. Однако, появились другие направления и сферы применения, новые технологии, где изделия из дерева просто незаменимы.

Основные свойства древесины

Как и многие стройматериалы, древесный материал отличается по характерным свойствам и особенностям. Свойства могут быть как позитивными, так и негативными показателями. Эти свойства обусловлены породой лесоматериалов.

Свойства древесины подразделяется на:

Никакой строительный материал не располагает такими технологическими и декоративными свойствами, как изделия из дерева. Она податлива при обработке. Прочный и лёгкий материал, долгое время сохраняющий тепло и нежный запах. Но, как и всякий материал она имеет положительные и отрицательные свойства.

Свойства, определяющие общий вид древесины

К таким свойствам относятся:

Строение древесины

Технологические свойства древесины

Технические свойства характеризуют следующие показатели:

Плотность древесины

Соразмерность веса пиломатериала к его объёму и есть плотность. Устанавливается плотность в кг/м3, и напрямую подчиняется влажности.

Плотность подразделяют на:

Твёрдость древесины

На твёрдость влияют следующие показатели:

Твердость у одного ствола может быть разной: в зависимости от того, какой применяется распил. Торцы твёрже чем тангентальная и радиальная поверхность.

Износостойкость и гибкость древесины

Тепловые свойства

К таким свойствам относятся следующие показатели:

Влажность древесины

Влажность — это процентное соотношение количества влаги в определённом объёме древесного материала, к такому же объёму совершенно сухого материала. Свойства по влажности у каждой породы индивидуальные.

Влажность подразделённая по степеням:

Усушка, разбухание и коробление пиломатериала

Разбухание — одно из негативных свойств древесины. Хотя в отдельных случаях разбухание играет существенную роль: создает уплотнение соединениям в лодках, бочонках и кадках.

Физические свойства древесины

Абсолютное значение, измеряемое соотношением веса к объему. Плотность напрямую зависит от разновидности породы и количества влаги. Чем меньше влажность, тем ниже плотность.

Свойство древесины пропускать тепло от корней до кроны. На качество теплопроводности влияют такие факторы:

Особенное свойство лесоматериалов — пропускать звук. Звукопроницаемость у древесины повыше, чем у некоторых материалов. Этот показатель необходимо принимать во внимание в строительстве, где крайне важна звукоизоляция стен и столярных изделий.

Положительное свойство пиломатериалов пропускать ток. На электропроводность влияют влажность, порода, направление волокон и температура. Сухая древесина не пропускает электроток, что даёт возможность использовать ее как изоляционный материал.

Степень увлажненности пиломатериалов, это — показатель качества и износостойкости изделий из древесины. Отличительное свойство: чем меньше содержание влажности, тем дольше она не подвергается гниению.

6. Коррозионная стойкость.

Отсутствие коррозии — немаловажное свойство у изделий, изготовленных из древесины. Особенно это касается тех изделий, которые подвергаются эксплуатации на открытом воздухе.

7. Цвет, блеск, запах и текстура.

Данные свойства позволяют зрительно определять породу древесины и имеют чисто художественное значение.

Механические свойства древесины

Важные свойства, влияющие на устойчивость и надёжность строений и деревянных изделий.

Сопротивление древесных материалов к разрушениям под воздействием механических усилий.

Это свойство зависит от сопротивления древесного материала к проникновению твердых тел. Чем тверже древесина, тем сложнее она поддаётся обработке.

Поглощение ударов без нарушений целостности.

Трещины

Это продольные разрывы, возникающие под воздействием внутренних напряжений.

Трещины подразделяют по следующим свойствам:

Радиальные трещины внутри ствола дерева. Наблюдаются у всех пород, особенно этим страдает перестоялый древостой. Трещины появляются по мере роста дерева и представляют прерывающиеся разломы по длине сортамента.

Отслаивание древесного волокна внутри ядра и отслоение спелой древесины у растущего дерева. Отлупные трещины можно встретить у каждой породы. До конца не установлены причины возникновения таких трещин.

Продольные разрывы извне на стволе молодого дерева. В основном, морозные трещины преобладают у лиственных пород и очень редко у хвойных. Трещины появляются при резких перепадах зимних температур.

Появляются под воздействием неравномерной усушки и выявляются при распиловке сортамента.

Трещины — основная причина понижения прочности лесоматериалов, используемых в строительстве. Кроме того, трещины содействуют вторжению грибных заболеваний и попаданию влаги внутрь материала.

Пороки формы ствола

Стволы деревьев также обладают определёнными пороками:

Ствол дерева, во время роста, постепенно уменьшается в диаметре от нижней части к кроне. Когда, при каждом метре роста, диаметр ствола убывать больше чем на 1 см, то это — сбежистость.

Лиственные породы больше подвержены такому пороку нежели хвойные породы Сбежистость больше всего проявляется у деревьев растущих на свободе или в мелколесье. Чем гуще лес, тем поменьше на деревьях сбежистости. Данный порок повышает величину отходов и снижает прочность.

Если диаметр ствола в нижней части дерева превышает диаметр того же ствола на высоте не менее метра в 1,2 раза, то это называется закомелистостью.

Ствол дерева имеет форму эллипса, а максимальный диаметр больше минимального в 1,5 раза. Овальность вызывает у дерева крен и изменяет строения древесины.

Локальное утолщение появляется в результате негативного воздействия:

Все древесные породы страдают искривлением стволов. Простая кривизна имеет один изгиб, сложная — несколько изгибов ствола.

Кривизна относится к отрицательным свойствам древесины.

Пороки строения древесины

Пороки подразделяются на группы. В группе находятся определённые виды пороков.

Искаженное месторасположение древесного волокна и годичных слоёв

Наклонное положение волокон значительно понижает прочность древесины, усиливает усушку сортамента вдоль и является поводом появления винтовой искривлённости и закручивания пиломатериалов. Наклон волокон существенно усложняет обработку пиломатериала и уменьшает потенциал древесины к изгибу.

Это волнистое и хаотичное распределение волокон.

Свилеватость уменьшает прочность на растяжение, повышает ударную вязкость и противодействие раскалыванию. Механическое воздействие на свилеватый материал очень затруднён. Однако, у этого порока есть и свои положительные свойства — красивая текстура.

Искажение годичных слоёв около сучков и наростов.

В склонённых и кривых стволах формируется редкостная древесина, которая получила название реактивной. Этот изъян происходит под воздействием силы тяжести, которая вызывает переназначение веществ и подавляет процесс роста.

Крен ухудшает уровень качества древесного сырья, используемого в целлюлозно-бумажной промышленности.

Тяговая древесина усложняет обработку материалов. Во время обработки, образуются мохнатые и замшелые поверхности, которые, отделившись во время резания, заполняют углубление и препятствуют вращению пил.

Сучки

Нерегулярные анатомические образования

Тёмная внутренняя часть ствола дерева — это ложное ядро. Кромка ложного ядра не соприкасается с границей годичных колец. От заболони ядро отгорожено тёмной каёмкой.

Источником возникновения порока являются:

Ложное ядро портит наружный вид изделия и уменьшает возможность лёгкого загиба. Ядро устойчиво к гниению.

В районе сердцевины может сформироваться несколько прилегающих годичных слоёв, схожих с заболонью по цвету и иным свойствам. Внутренняя заболонь появляется из-за нарушения естественной деятельности клеток, вызванное морозами.

У некоторых деревьев из-за повреждения структуры, влияния химических факторов, грибковых заболеваний и засилья насекомых появляются небольшие темноокрашенные зоны на древесине.

Пятнистость особого воздействия на какие — либо свойства не оказывает.

В круглых лесоматериалах существование сердцевины — обычное свойство и явление неотвратимое. Сердцевина значительно снижает прочность деталей с небольшим сечением. В крупных распиленных заготовках нахождение сердцевины нежелательный фактор. Сердцевина быстро поддаётся загниванию.

Это — беспорядочное месторасположение сердцевины, препятствующее массовому использованию материалов. Данное свойство относится к отрицательным показателям.

В раскроенном материале можно обнаружить две сердцевины. Каждая сердцевина обладает своими личными годичными слоями. По краю ствола обе сердцевины окружены единой системой годичных слоёв.

Выпиленные заготовки с двойной сердцевиной, чаще и посильнее коробятся, кроме того могут возникнуть трещины.

Это — внешнее частичное омертвение ствола. Данный порок появляется в результате содранной коры, солнечного ожога или перегревания коры. Сухобокость нарушает форму деревьев, образует завитушки, ухудшает цельность древесины и понижает выход.

Это — заживающая или уже зажившая рана.

Прорость разрушает цельность древесины, что влечёт за собой кривизну и искажение годичных слоёв.

Рана, появившаяся в результате грибковых заболеваний и присутствия бактерий.

При раке меняется правильная форма деревьев.

Необычные отложения в древесине

Это — щедро напитанный смолой участок древесины, образованный после ранения хвойного дерева.

Засмолок имеет незначительную влагопроницаемость и лёгкое впитывание воды. Положительным свойством такой древесины является увеличенная стойкость к гнили, но при этом — плохо поддаётся отделке и приклеиванию.

Это — углубление в глубине годичных слоёв, наполненное смолой.

Стекающая из полости смола затрудняет отделку и склейку заготовок. Такое свойство лесоматериалов считается отрицательным.

Водослойная древесина различается от здоровой увеличенной усушкой и разбуханием. Свойство характеризуется как отрицательное.

Диэлектрические свойства древесины

Древесина может выражать диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя признаками.

Первый – магнитная пропускаемость.

Второй – поглощение релаксации дипольной поляризации и превращение её в тепло.

Источник

Физико-механические свойства древесины

Главным критерием качества древесины разных пород есть ее физико-механические свойства. Среди механических свойств древесины прочность является наиважнейшим показателем ее качества.

Так, древесина лучше выдерживает действие сил вдоль волокон, при действии сил поперек волокон прочность ее резко снижается. Способность древесины к расщеплению даже при небольших нагрузках необходимо учитывать на всех этапах ее обработки.

Существенным показателем качества древесины является и ее твердость, то есть способность сопротивляться обработке режущими инструментами и вообще проникновению в массив древесины других тел.

Так, в нижней части ствола твердость больше, чем в верхней. Годичные кольца имеют значительно большую твердость, чем межкольцевые образования. Кроме этого, древесина имеет более твердую структуру в корневище, сучьях и наростах (капах).

Рис. 6. Червоточина: а-червогочина; б-жук-древесинник; в-мебельный точильщик

Упругость-способность древесины изменять свою форму

под воздействием внешних сил и принимать первоначальную форму после прекращения этого воздействия.

Таблица 1. Показатели прочности древесины

Для использования древесины в строительстве нужно, чтобы она обладала нормальным строением, не имела недопустимых пороков, легко поддавалась обработке, не изменяла приданной ей формы, хорошо сопротивлялась внешним усилиям и противостояла атмосферным и другим климатическим воздействиям.

Таблица 2. Физические свойства древесины (среднее значение)

По плотности ( кг/ м) при влажности 12 % древесные породы разделяют на группы:

малой плотности 540 и менее

средней плотности 550- 740

высокой плотности 750 выше.

Значения плотности основных пород приведены в таблице 2.

Рис. 7. Усушка и коробление: a-продольное коробление; б-поперечная усушка и коробление; в,г-деформация бруска с различным расположением годовых слоев; д-деформация бруска с сердцевинным расположением годовых слоев; е-продольная покоробленность без крыловатости; ж-поко-робленность с крыловатостью

Таблица 3. Показатели средней влажности древесины в све-жесрубленном состоянии

Влажная древесина имеет более низкий коэффициент влажности. Объемный вес древесины зависит от породы.

Хвойные породы имеют меньшую плотность древесины, а следовательно, и меньшую теплопроводность. Очевидно превосходство по теплопроводности дерева над кирпичом, поскольку кирпичные стенки толщиной 510 мм (в два кирпича) обладают такими же термоизоляционными свойствами, как и стена из деревянного бруса толщиной 100 мм. Понятно, что по стоимости эти материалы несравнимы. Кроме того, деревянные стены «накапливают» тепло и равномерно распределяют его по всему помещению. Поэтому в таком доме будет тепло даже в самый лютый мороз. Последнее обстоятельство становится решающим при выборе вида древесины для строительства деревянных домов.

К недостаткам древесины относят высокую гигроскопичность, благодаря которой древесина хорошо впитывает влагу из воздуха, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают. Избыток влаги в древесине резко ухудшает ее физико — механические свойства.

В процессе сушки влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает качество конструкции.

Кроме того, древесина обладает естественными пороками (сучки, трещины, смоляные карманы), а высокая ее горючесть

снижает пожароустойчивость здания. Столярные изделия из натуральной древесины нуждаются в постоянном обновлении защитного покрытия.

Лесоматериалы

Бревна

Таблица 4. Сортамент бревен, применяемых без продольной распиловки

Бревна должны быть очищены от сучьев вровень с поверхностью, опилены под прямым углом к продольной оси, окорены и иметь припуск по длине в соответствии с действующими стандартами. Влажность бревен для несущих конструкций, пролетных строений, а также бревен, поставляемых на пропиточные заводы для антисептирования под давлением, не должна превышать 25%.

Влажность бревен, предназначенных для конструкций, длительно находящихся в увлажненном состоянии, а также для свай
и бревен, поставляемых сплавом, не ограничивается (см. таблицу 5).

Таблица 5. Определение объема одного бревна,

Для Сруба предпочтительнее всего кедр, но не во всяком регионе нашей страны можно прибрести древесину этой породы. Поэтому его часто заменяют сосной или даже елью. Круглый лес в зависимости от толщины в верхнем отрубе подразделяется на мелкий (8-13 см), средний (14-24 см) и крупный (25 см и более). При строительстве сруба обычно применяют бревна диаметром 18-20 см (в средней части), а длина их составляет от 4 до 6 м. Идеальным является вариант применения оцилин-дрованных бревен, которые в настоящее время можно приобрести в розничной и оптовой торговле. Оцилиндрованными называются бревна, которые пропущены через специальное оборудование и имеют постоянный диаметр по всей длине. Сооружение сруба из таких бревен значительно упрощается,
не говоря уже о качестве. Если же для строительства дома приобретен обычный круглый лес, то его следует сортировать по диаметру при покупке.

Немаловажен факт времени года, когда рубится лес. За зиму питательные вещества накапливаются в стволе, чтобы весной в виде сахарного сиропа подняться до каждой набухшей почки. В начале лета интенсивность влагодвижения также велика и активна. Лишь в августе процессы жизнедеятельности дерева начинают затихать. Дерево приостанавливает Свое развитие и к концу осени засыпает.

Поэтому в старину лес валили только в зимнее время, когда все замирает и не дает возможности «работать» древесине после спила. Отсюда меньше изломов и ненужных деформаций. Застывшая древесина в пору отдыха становится легкой, что в значительной степени сказывается на качестве материала. В старину у нас были созданы простые правила, запрещающие Рубку леса в неназначенный день.

Считалось, что самое сильное дерево, способное сопротивляться огню, можно получить только в один день в году, 1 марта, и лучше всего после захода солнца. Рубку леса, предназначенного для изготовления мебели, проводили в первые восемь дней после новолуния в декабре. Материал остается крепким, менее влагопроницаем, сохраняет объем, что важно для стыковочных граней.

Древесину для поделок следует рубить в новолуние ноября. Стволы тут же нужно освободить от коры, пока жук-короед не отложил свои личинки в пористые ложбинки срубленной мякоти.

Для строительства мостов и лодок лучше брать лес в марте и, желательно, при убывающей луне. Такие бревна более устойчивы к гниению.

Дерево может расти прямо, вертикально вверх или закручиваться вправо или влево. Замечено, что срубленное дерево, закручивающееся влево, крепче, чем закручивающееся вправо или растущее прямо. И молния почему-то ударяет в дерево с левой закруткой.

Рис. 8. Виды пиломатериалов: а-пластина; б-двухкантный брус; в-необрезная доска; г-четвертина; д-четырехкантный брус с обзолом; е-подуобрезная доска с обзолом; ж-чистообрезной брус; з-горбыль; и-обрезная доска; к-строганные шпунтованные доски; 1-пласть; 2-кромка; 3-ребро; 4-торец; 5-обзол

Таблица 6. Норматив выхода обрезных пиломатериалов на 1 м 3 бревен

1) При увеличении сорта круглого леса до l-го, норматив выхода пиломатериалов повышается на 3%.

3) При смешанной поставке крупных и средних бревен норматив выхода пиломатериалов принимается как среднеарифметическое между средними и крупными бревнами.

конце не менее одной трети стороны бруса. Основные виды пиломатериалов показаны на рис. 8. Изготавливают их различного сортамента, размеров и качества

Пиломатериалы хвойных пород по качеству делятся на шесть сортов: отборный, I, II, III, IV и V. Доски высшего сорта применяют в судо- и вагоностроении.

Таблица 7. Толщина и ширина пиломатериалов хвойных
пород в мм

Ширина обрезной доски измеряется по широкой пласти в месте, где нет обзола, но не ближе 1500 мм от торца. Ширина необрезной доски измеряется на расстоянии от торца, равном размеру ширины доски. В местах замера ширины доски не должно быть вмятин, зарубок и сколов.

Если пиломатериалы готовят из бревен, то нужно знать, как правильно распилить бревно. Если распиливать бревна поперечным способом, пиломатериалы окажутся резко отличающимися друг от друга по качеству и внешнему виду. Те, что взяты из середины ствола, называются сердцевинными. На них годичные кольца расположены к плоскости спила как бы под прямым углом. Древесина этих досок наиболее прочна и устойчива.

«Боковыми» называют доски, полученные из крайних частей ствола. Они красивы по текстуре, поэтому их лучше использовать для отделочных работ. В несущих конструкциях их применять не следует, так как такие доски легко деформируются.

Массив таких пиломатериалов прочен, равномерен и необходим для тяжелых конструкций или особо важных несущих деталей.

Выбирая пиломатериал, нужно обращать внимание на поверхность вдоль всей его длины. Только так можно четко увидеть, все ли кромки абсолютно ровные. Если перекосы или искривления небольшие, такой пиломатериал можно пускать в работу.

Если искривление двустороннее, использовать доску для конструкций, где требуется точность, нежелательно. Годичные кольца не должны «выпадать» из доски, так как в процессе эксплуатации этот край начнет расслаиваться И задираться.

Таблица 8. Толщина и ширина пиломатериалов лиственных
пород в мм

Источник