Характеристика древесины

Дерево - это сложный материал, чьи характеристики обусловлены не только строением, но и структурой, то есть тем, как расположены между собой его элементы. Именно эти элементы порой сказываются на, казалось бы, алогичном поведении дерева. Однако важно помнить, что дерево - не творение рук человеческих, но дитя природы, со своими особенностями и характером.

Дерево нельзя назвать однородным материалом. Оно состоит из множества разнообразных клеток, которые и формируют его ткани. Эти ткани выполняют основные функции дерева, например, доставляют сок, преобразуют и накапливают полезные вещества и в то же время отвечают за его структуру, которая сказывается на прочности дерева. В этой главе вы найдете описание составных частей. Ствол дерева в поперечном сечении позволяет оценить, насколько различаются по цвету области заболони и ядра дерева.

Составные части и структура древесины. Древесина состоит из волокон, произведенных живым организмом - самим деревом. Разнообразное качество древесины, многочисленные способы ее применения, зависят от особенностей определенной породы, от структуры, состава клеток, из которых и формируется дерево.

Ствол платана, на котором можно наблюдать тесно соседствующие между собой прожилки.

Кора каменного дуба с характерными прожилками.

1. ЯДРО. Центральная часть дерева, которую обрамляют годовые кольца. Эта часть дерева тверже сердцевины, но она легко ломается и подвержена воздействию вредоносных грибов. Вот почему эту часть дерева никогда не выбирают для изготовления строительных досок.

2. ПРОЖИЛКИ формируются из клеток, расположенных по кругу под прямым углом к годовым кольцам. Они отвечают за накопление полезных веществ.

3. ЛУБ - внутренняя часть коры, отвечающая за нисходящую циркуляцию древесного сока. Луб состоит из нескольких слоев, расположенных вдоль внутренней части камбия.

4. КОРА - внешняя оболочка дерева, защищающая его от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Она состоит из омертвевших клеток, выработанных камбием.

5. ГОДОВЫЕ КОЛЬЦА. Это концентрические области темного и светлого цвета, которые можно наблюдать на поперечном сечении дерева. Они соответствуют слоям, образованным камбием в период естественного роста дерева: весной (светлого цвета, с крупными клетками-сосудами) и поздним летом (более темного цвета с узкими, мелкими клетками). Ширина колец зависит от породы дерева и климатических условий региона произрастания. Годовые кольца могут дать представление о жизни дерева и поведать о событиях, повлиявших на его рост и развитие. Кольца состоят из крупных клеток весеннего периода и более мелких, образованных поздней древесиной.

6. КАМБИЙ. Это тонкий слой клеток, находящийся между корой и заболонью. Именно этот слой ответственен за рост всего дерева. Он отвечает за формирование темных клеток коры с одной стороны, и за образование светлой заболони - с другой.

7. ЗАБОЛОНЬ. Новая материя, чьи клетки с влагой переносят и накапливают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности дерева. Ввиду того что заболонь богата влагой и питательными веществами, она становится желанной добычей насекомых, а также легко разлагается под воздействием различных микроорганизмов. Не рекомендуется использовать заболонь для работ, где требуется стойкость к механическим воздействиям и износостойкость.

8. СЕРДЦЕВИНА. Старая древесина находится в самом центре ствола, образуя его основу. Эта часть суше и темнее и жестче заболони. Она состоит из старых годовых колец и занимает большую часть ствола. Со временем поры, которые раньше служили для транспортировки сока, забиваются другими веществами. Эта часть дерева наиболее ценна, так как ее отличительной особенностью является твердость и прочность.

Физические свойства древесины. Анизотропия. Дерево анизотропно, потому что оно состоит из волокон, расположенных в одном направлении. Это означает, что дерево не сохраняет одни и те же физические и меха­нические свойства, если на него воздействовать в разных направлениях. Эти свойства меняются в зависимости от направления приложения силы.

Вот три основных направления и их характеристики.

ОСЕВОЕ: сила прикладывается параллельно оси дерева. Именно вдоль этого направления дерево приобретает наиболее ценные характеристики с точки зрения продажи.

РАДИАЛЬНОЕ: перпендикулярно волокнам и параллельно прожилкам (лучеобразно).

ПО ОКРУЖНОСТИ, ПО КАСАТЕЛЬНОЙ также перпендикулярно волокнам дерева, но параллельно годовым кольцам.

Содержание воды. Вода - отличный проводник полезных веществ. Влажность - основная характеристика дерева, так как именно она сказывается на прочих характеристиках, как физических, так и механических. С другой стороны, влага позволяет противостоять биологическим атакам древесных вредителей, грибов и заболеваний. Вот почему необходимо иметь представление об относительной влажности древесины наравне с ее гигроскопическими характеристиками перед непосредственным использованием дерева в работе. А все из-за того, что содержание влаги в древесине может как положительно, так и отрицательно сказаться на физико-меха­нических свойствах. Подобные характеристики могут повлиять на выбор древесины в зависимости от цели ее использования.

Содержание воды в древесине. Влажность или содержание воды в древесине подсчитывается следующим образом: разница между весом влажного и сухого дерева делится на вес высушенной древесины и умножается на 100. Подобные расчеты позволяют узнать процентное содержание влаги в древесине. Важно понимать, что влага в дереве распределена неравномерно. Древесина гигроскопична, что означает, что уровень содержания влаги в нем зависит от ее содержания в атмосфере. Дерево может как забирать, так и отдавать влагу. Со временем постоянное количество влаги достигается автоматически, оно обуславливается содержанием влаги и температурой воздуха. Если какой-то из параметров изменяется, то меняется и содержание влаги в самом дереве, чтобы восстановить баланс с окружающей средой.

Древесина отдает влагу во время процесса сушки. Потеря влажности никак не отражается на физических или механических свойствах древесины. Даже при испарении воды остаточная жидкость сохраняется в клетках дерева. Только когда испаряется остаточная вла_­га, можно говорить об изменениях физико-механических свойств древесины. В этом случае повышается прочность и твердость древесины и сопротивляемость механическому воздействию, в то время как само дерево дает усадку вследствие сужения клеточных оболочек. Влажность древесины зависит от внешних климатических условий: температуры и влажности воздуха. Любое повышение температуры или изменение влажности воздуха влияет на содержание воды в древесине от О до 30% (приблизи­тельный предел гигроскопичности древесины или ПГД - англ. FSP). Этот показатель также известен как гигроскопическое равновесие содержания влаги. Предельная насыщенность клеток влагой указывает на максимальный объем влаги после испарения первичной влаги. Если эти показатели ниже данной отметки, то дерево будет способно лишь поглощать воду, если его погрузить в жидкость.

Предел гигроскопичности волокон - важный параметр. Это состояние, после которого дальнейшие изменения в объеме или сопротивлении больше невозможны. Предел насыщенности волокон достигается, когда в де реве остается 30% влаги, однако этот параметр может слегка варьироваться в зависимости от породы дереве.

Древесина с низким уровнем гигроскопичности имеет стабильные показатели механических свойств во время применения в условиях повышенной влажности. Если влажность воздуха мала, древесина деформируется, как только влажность изменяется. Если показатель гигроскопичности древесины высок, такое дерево используется в условиях низкой влажности, которая много ниже самого показателя влаги в дереве, если речь не идет об использовании в воде. Подобная древесина практически не деформируется и не трескается от скачков влажности. Когда равновесное содержание влаги составляет 12%, его называют нормальным. Именно такое содержание влаги принято считать нормальным, потому что оно соответствует древесине деревьев, выросших в умеренной зоне при средней температуре воздуха 20 градусов Цельсия и при средней влажности воздуха в 65%.