Древесные материалы.

Древесина– ярко выраженный анизотропный волокнистый материал. Механические характеристики у всех пород вдоль и поперек волокон значительно отличаются.

Древесина находит широкое применение в промышленности и быту. Она недефицитна, дешева, легко обрабатывается и сочетает в себе небольшую плотность с достаточно высокой плотностью.

Основная структурная единица древесины любых пород – клетка, в начальной стадии развития имеющая достаточно эластичную и легко проницаемую для воды и водных растворов оболочку. С возрастом прочность оболочки резко повышается, а проницаемость снижается вследствие превращения ее в высокомолекулярные органические соединения: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин.

Различают клетки механические, проводящие (сосуды) и запасающие.

Породы деревьев, у которых крупные полости (сосуды) расположены в ранней зоне годичных слоев и образуют сплошное кольцо на поперечном срезе, относятся к кольцесосудистым (клен, ясень и др.), а породы, у которых сосуды расположены по годичному слою равномерно, - к рассеянно-сосудистым (береза, осина, ольха, граб и т.п.). Наибольший интерес для создания машиностроительных материалов представляет древесина рассеяно-сосудистых лиственных пород вследствие возможности равномерного распределения модификатора по всему объему при наполнении.

По химическому составу древесина различных пород практически одинакова и содержит: углерода – 50,9 %, кислорода - 43 %, водорода – 6,4 %, азота – 0,1 %.

Сосна обладает хорошими физико-механическими свойствами при относительно небольшой объемной массе, сравнительно малым количеством сучков и содержит много смолистых веществ, оказывающих консервирующее воздействие на деревянные детали. Сосна хорошо поддается обработке режущими инструментами.

Ель по физико-механическим свойствам и стойкости против гниения только немного уступает сосне, но имеет значительно больше сучков, затрудняющих механическую обработку еловой древесины. Условия переменной влажности способствуют загниванию древесины.

Лиственница - одна из самых твердых и прочных пород деревьев. Древесина лиственницы устойчива против воздействия воды и влажного воздуха.

Дубобладает высокой твердостью и прочностью, стойкостью против гниения и способностью к загибу. При низких температурах дубовая древесина сравнительно хрупка и склонна к растрескиванию.

Береза отличается хорошей упругостью, вязкостью и достаточной твердостью. В условиях переменной влажности березовые материалы, особенно тонкие, склонны к короблению. Береза является основным материалом для производства фанеры.

Физико-механические свойства древесины. Влажность – количество содержащейся в древесине воды, выраженное в процентах от массы абсолютно сухой древесины.

Воздушно-сухое состояние древесины, достигнутое при сушке на воздухе в течение летних месяцев, соответствует 15-18 %, комнатно-сухое – 8-9 %.

Испарение из древесины воды вызывает изменение ее размеров (усушку). Усушка вызывает растрескивание древесины обычно в радиальном направлении, а также ее коробление.

Механические свойства древесины неодинаковы в различных направлениях приложения деформирующей силы и зависят от породы деревьев, их возраста, наличия пороков, влажности и температуры. С увлажнением механическая прочность древесины снижается.

Наибольшей прочностью древесина обладает при растяжении вдоль волокон (110-130 МПа при влажности 15 % ), а наименьшей – при скалывании в том же направлении (7-10 МПа при той же влажности). Приведенные цифры относятся к древесине, не имеющей сучков, трещин и других пороков, а так же не пораженной заболеваниями, вызывающими появление трухлявости, изменения цвета и тд. Разрушение древесных материалов и изделий из них вследствие гниения и других поражений усиливается при высокой влажности и отсутствии вентиляции. К наиболее доступным средствам защиты древесины от заболеваний относятся пропитка антисептиками (растворами хлористого цинка, фтористого натрия, каменноугольное креозотовое масло и битумная паста), антипиринами (в качестве антипиринов используют красочные огнезащитные составы на основе жидкого стекла, содержащие пигменты и наполнители, соли различных металлов, разлагающиеся при повышенной температуре с образованием бескислородной газовой среды) и поддерживание в ней по возможности нормальной влажности.

При наполнении древесины синтетическими смолами с последующей их полимеризацией увеличиваются ее стойкость к гниению, сопротивление сжатию, твердость.

Эффективным приемом улучшения физико-механических характеристик древесины является ее механическое уплотнение с помощью различных устройств. Уплотненная древесина – лигностон («каменное дерево») – находит применение в машиностроении.

В промышленности широко используются как заготовки на основе натуральной древесины (лесоматериалы), так и древесные материалы на основе дисперсных и слоистых композиций.

К заготовкам на основе натуральной древесины можно отнести бревно, под которым понимают очищенную от сучьев часть ствола дерева диаметром по наименьшему сечению не менее 150 мм. При распиливании бревна вдоль его оси получают пластины, четвертины и пиломатериалы. К последним относятся брусья (ширина и толщина более 100 мм), бруски (с отношением ширины к толщине не более 2) и доски, у которых ширина более двойной толщины (Рис.68.).