Структура и основные свойства древесины. Пороки древесины.

Один из самых древних строительных материалов является древесина. Древесина самовосстанавливается. 1/3 России покрыта лесами. 30% мировых запасов приходится на Россию. Ценные породы – хвойные. На одного жителя России приходится 350 м³.

Древесина подразделяется на две группы:

1)Хвойные: сосна, ель, лиственница, пихта, кедр

2)Лиственные: береза, дуб, бук, граб, тисс, ольха, осина, тополь, орех.

Применяются до 10% лиственных деревьев от объема хвойных. Древесина сосны отличается ярко – выраженного желтоватого или красноватого ядра. r_с=470-540 кг/м³. Стандартная плотность древесины r=500 кг/м³. Древесина лиственницы наиболее прочная r=630-790 кг/м³. Но легко колется.

Ель по запасам занимает 2-ое место после сосны. Недостаток – большая сучковатость, содержит меньше смолистых веществ чем в сосне. Используется в бочарном производстве.

Кедр используется в производстве карандашей и т.п. r=400-450 кг/м³.

Крона: витаминная мука.

Куски: изготовление строительных материалов.

Ствол: распиливают на круглые лесоматериалы:

1)Подтоварник. Диаметр < 12 см.

2)Бревна. Диаметр в вершине >12 см.

3)Из пней и кряжа вырабатывают скипидар.

Физико – механические свойства древесины.

1)Цвет, текстура характерные признаки той или иной породы (текстура – рисунок).

2)Блеск зависит от породы, от плотности. Чем прочнее дерево, тем блеск больше. А также от степени механической обработки.

3)Запах.

4)Плотность r_{истинная}=1,54 г/см³. В зависимости от средней плотности различают легкую (r=460-610 кг/м³), очень легкая (r<450 кг/м³), средняя (r=650- 750 кг/м³), тяжелая (r=750- 900 кг/м³, граб, тисс, железное дерево), тяжелое (r>900 кг/м³, кизит)

5)Влажность:

а)Капиллярная – влага находится в сосудах, в клетках (свободная).

б)Гигроскопическая – влага находится в стенках сосудах и в стенках клеток. Max гигроскопическая влажность 30% (связанная влага).

Стандартная влажность древесины 12%. Для изготовления столярных изделий влажность 10-13%. Для изготовления мебели 8-10%. Для несущих конструкций до 15%.

Древесина материал неоднородный. Плотность различна как по высоте дерева так и по перечному сечению. Древесина в радиальном и тангенсальном направлении имеет разную усушку, что приводит к короблению пиломатериалов.

1)Теплопроводность зависит от плотности, влажности, породы. Теплопроводность в продольном направлении l=0,31 Вт/м*⁰С. Теплопроводность в поперечном направлении l=0,15-0,17 Вт/м*⁰С

2)Акустические. Хорошая звукопроводимость вдоль волокон в 14 раз выше чем у воздуха.Поперек волокон в 10-16 раз выше.

Пороки древесины

Порок древесины — отклонение от нормы в строении ствола дерева, внешнего вида и формы. Нарушение физического состояния и повреждение древесины снижают ее качество и возможность применения.

Все эти отклонения в основном образуются в растущем дереве из-за неблагоприятных климатических условий, случайных механических повреждений и естественного старения. При выполнении резьбы по дереву необходимо учитывать и знать пороки, которые осложняют работу, а иногда делают древесину вообще непригодной для дальнейшего использования. Но, как говорится, "нет худа без добра", — человек с давних времен научился использовать разные пороки дерева для своих нужд и целей.

Характерными пороками ствола являются: кривизна, закомелистость, ройки, наросты. К основным порокам древесины относятся: сучки, косослой, свилеватость, крень, двойная сердцевина, внутренняя заболонь, ложное ядро, прорость, трещины, смоляные кармашки, засмолок, рак, червоточины, гнили.

Кривизна — это искривление продольной оси ствола. Она может быть простой и сложной (ствол имеет несколько изгибов в разном направлении). Кривизна в круглых лесоматериалах затрудняет их использование, увеличивает количество отходов в деревообрабатывающей промышленности. Но при индивидуальном строительстве, устройстве оград и заборов, изготовлении всевозможных инструментов и инвентаря, мебели, посуды, резьбе по дереву и еще во многих других случаях человек все-таки находит применение кривому стволу дерева. А некоторые изделия или конструкции в строительстве выполняют исключительно из кривых деревьев.

Закомелистость — это утолщение или увеличение диаметра комля по отношению к стволу дерева. При изготовлении досок из этой части ствола неизбежны большие отходы, полученный материал при распиловке — невысокого качества, так как появляется большое количество перерезанных волокон. Закомелистость можно частично использовать в строительстве, при изготовлении мебели, посуды и др.

Ройки — продольные углубления в комлевой части ствола. Поперечный распил торца бревна выглядит звездообразным с волнистым расположением годичных колец. При распиле на доски большую часть ствола выбраковывают в отходы, поскольку такие доски сильно коробятся и имеют пониженную прочность.

Но в индивидуальном хозяйстве и такие пиломатериалы можно удачно использовать. На поперечном разрезе ствола, при соответствующей обработке ярко выявляется красивый рисунок годичных колец дерева. Разрезы различной формы и толщины можно применить в оформлении интерьера жилища.

Наросты — резкое местное утолщение ствола, имеют свилеватую древесину. В большинстве случаев встречаются на лиственных породах: березе, клене, ольхе, дубе и некоторых других, а иногда и на хвойных. Наросты бывают двух видов - наплывы и капы.

Наплывы — внутреннее заболевание дерева, сопровождающееся наростами с гладкой поверхностью, чаще бывают на комлевой части дерева.

Капы — выражены более рельефной поверхностью; при очистке от коры рельеф выглядит в виде капель. Возникают они на месте интенсивно появляющихся на дереве спящих почек.

Древесина наростов очень плохо поддается обработке, но зато отличается красивой свилеватой текстурой. Широко используется при изготовлении художественных изделий, при облицовке мебели шпоном.

Сучки — это части ветвей, заросшие в древесину. Сучки имеются во всех древесных породах. Сучки имеют темный цвет и повышенную прочность по сравнению с самим деревом. Это наиболее распространенный порок древесины. Этот порок ухудшает качество, внешний вид, строение древесины, затрудняет механическую обработку. Очень много сучков у деревьев хвойных пород

Рис. 2. Прорость 1 - открытая; 2 - закрытая

по сравнению с самим деревом. Это наиболее распространенный порок древесины. Этот порок ухудшает качество, внешний вид, строение древесины, затрудняет механическую обработку. Очень много сучков у деревьев хвойных пород.

Древесина с сучками мало пригодна для резьбы. При изготовлении резного изделия сучок может раскрошиться, выпасть из древесины. Место, где находится сучок, всегда заметно, и этим снижается художественная ценность резьбы, поэтому древесина с сучками для изготовления мелких работ нежелательна. Но и этот порок многие мастера используют во всевозможных поделках.

Наиболее качественная безсучковая древесина находится в комлевой части ствола. Здоровые сучки без гнили в древесине при определенных разрезах и длительной обработке имеют живописную текстуру и могут служить фоном для изделия или же материалом для работы.

Рис. 3. Использование древесины с открытой проростью

Очень красивы бывают одиночные разбросанные сучки и мутовчатые (сгруппированные по три и более по окружности ствола на одной высоте).

Косослой — винтообразное расположение волокон в древесине ствола. В бревне косослой не является серьезным пороком, но вызывает коробление (скручивание) досок, снижает механические свойства древесины, плохо поддается обработке. Резать изделия из косослойной древесины очень трудно, требуется определенный навык, но часто в руках мастера по обработке дерево-косослой становится отличным материалом для различных изделий.

Особая, эффективная фактура косослоя хорошо видна при расколе ствола на части.

Свилеватость — это волнистое и перепутанное расположение волокон. Чаще всего встречается на лиственных породах в комлевой части ствола. Свилеватость повышает прочность древесины, красоту еефактуры, но затрудняет обработку, резьбе поддается с большим трудом. Волнистая свилеватость часто бывает у березы, клена, ореха, на наростах, наплывах и капах.

Очень большой свилеватостью отличается карельская береза, именно за это так высоко ценят ее древесину, незаменимую в производстве уникальной мебели и художественных изделий.

Крень — изменение строения древесины хвойных пород в сжатой зоне ствола и ветвей. Наблюдается в виде дугообразных участков. Часто образуется в древесине искривленных и наклонно стоящих стволов. При поперечном разрезе, особенно у хвойных пород, хорошо видно смещение сердцевины в одну сторону. Крень нарушает однородность строения древесины, понижает прочность, способствует сильному продольному короблению досок и брусьев.

Поперечные разрезы ствола с кренью могут служить материалом для поделок, оформления жилища, так как после хорошей обработки выявляется красивый рисунок годичных слоев.

Двойная сердцевина. Она ярко выражена при поперечном распиле ствола в месте раздвоения. Торец дерева в этом месте обычно имеет овальную форму. Часто между двумя сердцевинами бывает закрытая прорость (заросшая кора).

Затрудняет обработку, увеличивает отходы, способствует растрескиванию. Необычная форма распила вместе с текстурным рисунком могут дать интересный декоративный эффект.

Внутренняя заболонь — группа годичных колец-слоев, расположенных в ядровой древесине, имеющая окраску, свойства и строение заболони. На торце ствола она ярко выражена в виде одного или нескольких колец разной ширины, более светлых, чем ядро древесины. Такой порок наблюдается в стволах лиственных пород, особенно у дуба и ясеня. Работу резчика он не затрудняет. Декоративный эффект нескольких полос различного цвета помогает создать интересное решение оформления интерьера.

Рис. 4. Трещины а - метиковые: 1 - простая в круглом лесоматериале; 2-е выходом на пласть, кромку, торец; б - отлупные: 1 - в круглом лесоматериале; 2 - в пиломатериале (пластовая, кромочная, торцевая); в _ морозобой: 1 - в круглом лесоматериале; 2 - в пиломатериале; г _ от сушки: 1 - в круглом лесоматериале; 2 - в пиломатериале

Ложное ядро — внутренняя часть ствола с темной окраской различных оттенков. Форма ложного ядра может быть круглой, эксцентричной, звездчатой, лопастной. От заболони ложное ядро отличается более темной окраской. Ложное ядро в безъядровых породах может стать хорошим декоративным элементом в отделке изделия.

Прорость — это зарастающая или заросшая рана в виде полости, заполненной остатками коры. Возникает в результате наружных повреждений дерева и значительно снижает прочность древесины. Она может быть открытой и закрытой. Этот порок ухудшает качество древесины и может сделать ее вообще непригодной для резьбы (рис. 2,3).

Трещины — разрывы древесины вдоль волокон. Образуются при росте дерева воздействием низких и высоких температур, высыхании. Трещины бывают: метиковые, морозные, отлупные, от сушки. Снижают механическую прочность, ухудшают внешний вид, увеличивают отходы, снижают сортность древесины и могут даже перевести сортамент в разряд дров. При резьбе трещины нежелательны, поэтому их состругивают или заделывают однородной сухой древесиной, после чего можно приступать к работе (рис. 4).

Кармашек — полость внутри годичных слоев, заполненная смолой или камедями. Смоляной кармашек портит поверхность изделий, плохо поддается отделке и склеиванию, пачкает инструменты, снижает прочность древесины.

Засмолок — это участок древесины, обильно пропитанный смолой. Возникает на месте ранения ствола деревьев хвойных пород. Засмоленные участки выделяются более темной окраской. Древесина в месте порока тяжелее основной. Засмолок снижает ударную вязкость, уменьшает водопроницаемость древесины, затрудняет склеивание и отделку.

Рак — это рана на поверхности ствола дерева, возникшая в результате заражения паразитическим грибом и бактериями (рис. 5). На хвойных породах по границам зараженного места происходит сильное смолотечение. На месте заражения древесина не нарастает, а с противоположной стороны ствола ввиду усиленного прироста образуется характерное вздутие (опухоль). В резьбе не применяется.

Червоточина — разрушение древесины личинками и жуками. При очистке древесины от коры хорошо видны следы деятельности насекомых в виде ходов и бороздок различной формы и конфигурации. Червоточина может быть поверхностной, когда жуки проделывают ходы в коре и лубяном слое; глубокой и неглубокой, когда ходы жуков-древесников проникают на несколько сантиметров в глубину или даже пронизывают древесину насквозь.

Дерево, поврежденное червоточиной, непригодно для резьбы, но некоторые окоренные участки ствола представляют собой целые художественные композиции из ходов и бороздок. Глаз мастера должен заметить этот рисунок. Искусно обработанные куски могут стать прекрасными поделками и сувенирами.

Гнили — дереворазрушающее влияние грибов. Возникают в срубленной, валежной и сухостойной древесине. В начальной стадии гниения появляется ненормальная для древесины окраска, меняется механическая прочность и постепенно дерево разрушается, превращаясь в труху. Внутренняя трухлявая гниль развивается в сердцевинной части ствола растущего дерева. Инфекция в виде бактерий и грибов проникает в ствол и корни через сломанные сучки и другие раны, разрушая дерево. Внутренняя трухлявая гниль поражает древесину настолько, что онапревращается в порошок или выдирается пучками волокон. Трухлявая гниль встречается в древесине всех пород.

Дерево с гнилью для резьбы непригодно, но пустотелые (очищенные от гнили) стволы деревьев используют с давних пор. Наибольшее применение находят пустотелые стволы лиственных пород (липы, ивы, осины и других).

Для декоративных целей и нехитрых изделий утилитарного характера "пустотелки" вполне подходят.

Завиток — местное искривление годичных слоев, вызванное влиянием сучков или проростей. Снижает прочность древесины, ухудшает качество ручного строгания и фрезерования.