64

УДК 630*81

Киселева А.В. Древесиноведнические аспекты в инновационных технологиях деревопереработки [Текст]: методические указания по организации самостоятельной работы магистров очной формы обучения по направлению 35.03.02 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств [Электронный ресурс] / А. В. Киселева; Мин. по образованию, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 22 с. [Электронный ресурс]

Введение

Предмет «Древесиноведнические аспекты в инновационных технологиях деревопереработки» содержит комплекс сведений о строении дерева и древесины, ее химических, физических и механических свойствах, их изменчивости и взаимосвязи; пороках древесины, природной стойкости и способах ее повышения, характерных особенностях древесины различных пород. Сведения о древесине как растительном сырье и промышленном материале применяются при разработке различных технологических процессов деревопереработки, а также основных направлений переработки отходов деревоперерабатывающих производств.

1. Группы сведений о древесине и сортиментах из неё

По отдельным группам сведений о древесине и сортиментах из неё цели сводятся к следующему:

1.1При изучении строения древесины:

-строение древесины хвойных пород на макроскопическом уровне;

-строение древесины лиственных пород на макроскопическом уровне;

-образование и строение клеточной стенки на молекулярном и надмолекулярном уровнях;

-отличия в строении хвойных и лиственных пород на микроскопическом уровне.

1.2При изучении химических свойств древесины:

- свойства основных химических веществ, образующих клеточную стенку(целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин);

-экстрактивные вещества, их свойства и получение;

-древесина как сырьё для целлюлозно-бумажной, гидролизной и лесохимической промышленности.

1.3При изучении физических свойств древесины:

-внешний вид древесины как декоративного и конструкционного материала;

- влажность древесины, формы влаги в древесине, способы их определения, предел насыщения клеточной стенки;

- гигроскопичность древесины, предел гигроскопичности, усушка древесины, разбухание и способы их определения;

-внутренние напряжения и коробление древесины при сушке;

-плотность древесины, факторы влияющие на плотность древесины и идентификация древесных пород по плотности;

-тепловые, электрические и звуковые свойства древесины.

1.4При изучении механических свойств:

-особенности проведения механических испытаний;

-прочность и деформативность древесины при воздействии внешних

сил;

-реологические свойства древесины при длительных статических и переменных нагрузках;

-показатели технологических свойств древесины;

-удельные характеристики механических свойств древесины, и ее свойства как конструкционного материала;

-факторы влияющие на механические свойства древесины.

1.5При изучении пороков древесины:

-причины возникновения пороков древесины и их влияние на качество материала и полезный выход деловых сортиментов;

-классификация пороков древесины по группам, по подгруппам и разновидностям;

-основные сортообразующие пороки круглого леса и способы их измерения;

-основные сортообразующие пороки пилопродукции и способы их измерения.

2. Общие указания к изучению курса

Исследования фундаментальных свойств древесины необходимы для усовершенствования существующих и создания новых инновационных, ресурсосберегающих технологических процессов и древесных материалов.

Для успешного изучения настоящего курса магистр должен знать химию высокомолекулярных соединений, физику, сопротивление материалов, теплотехнику и электротехнику.

Общий объем курса составляет по учебному плану – 108 часов, из

них:

89 ч – на самостоятельное обучение;

2 ч – лекций;

8 ч – лабораторных занятий.

Примерное содержание лекций и количество часов, отведенных на них в период экзаменационной сессии.

1.Строение дерева, ствола и древесины– 0,5 час.

2.Микроскопическое строение древесины, химические свойства древесины – 0,5 часа.

3.Физические свойства древесины - 0,5 часа.

4.Механические свойства древесины – 0,5 часа.

Содержание лабораторных занятий определяется программой:

1.Идентификация древесных пород по макростроению – 2 часа.

2.Виды клеток, тканей и анатомических элементов древесины -1 час.

3.Свойства древесины, зависящие от влажности - 3 часа.

4.Особенности механических испытаний древесины - 2 часа.

Курс изучается путем:

-самостоятельной проработки учебника и учебных пособий согласно программе;

-лекций во время ссесии;

-проведения лабораторных занятий.

Одновременно с самостоятельным изучением курса магистр заочной формы обучения подготавливает рефераты по разделам дисциплины, вынесеным на самостоятельное обучение.

В течение учебной ссесии магистр слушает лекции, участвует в проведении лабораторных занятий, сдает экзамен по курсу.

3 Указания к отдельным главам курса

3.1 Введение

Древесина - основная продукция лесов, которая находит самое широкое и многообразное использование. Запасы древесины РФ составляют

около 82 млрд. м3, в том числе 64 млрд. м3 – это ценнейшая древесина хвойных пород. Несмотря на значительный ежегодный прирост древесины около 951 млн. м3, необходимо изыскивать возможности комплексного и рационального ее использования, что является частным решением общей проблемы охраны окружающей среды.

Для осуществления поставленной задачи, необходимы, прежде всего, всесторонние знания о строении древесины на микро и макроскопическом уровне, знание ее физических и механических свойств в зависимости от различных лесоводческих и других факторов, знание пороков древесины и причины их появления, а также способов улучшения качества древесины. Все эти сведения рассматриваются в дисциплине «Древесиноведческие аспекты в инновационных технологиях деревопереработки».

Изучение курса «Древесиноведческие аспекты в инновационных технологиях деревопереработки» дает магистрам знания о свойствах древесины как растительного сырья и материала, применяемого в различных технологических процессах деревопереработки.

Настоящие указания составлены на основании программы дисциплины «Древесиноведческие аспекты в инновационных технологиях деревопереработки» учебно-методического объединения по лесоинженерным специальностям.

Дисциплина «Древесиноведческие аспекты в инновационных технологиях деревопереработки» изучается магистрами по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств по профилю на 2 курсе.

Магистры изучают курс самостоятельно, прорабатывая учебный материал по учебникам и дополнительной литературе.

В целях обобщения и углубления знаний, а также дополнения некоторых недостаточно освещенных в учебниках вопросах магистры в течениие учебной ссесии слушают лекции по основным разделам курса и участвуют в проведении лабораторных занятий, предусмотренных учебным планом.

Все возникающие в процессе проработки курса вопросы выясняются у преподавателя в часы индивидуальных и групповых консультаций.

После прохождения курса магистры сдают экзамен. К экзамену допускаются только те магистры, которые отчитались по лабораторным занятиям.

3.2 Строение дерева, древесины и коры

Древесные растения, их жизнь, рост и развитие. Части растущего дерева: корни, ствол, крона, их относительный объем, функциональное и промышленное значение. Главные разрезы ствола. Части ствола: сердцевина, древесина и кора. Перспективы комплексного использования биомассы дерева.

Макроскопическое строение древесины. Заболонь, ядро, спелая древесина. Годичные слои. Ранняя и поздняя древесина годичных слоев. Сердцевинные лучи. Сосуды. Смоляные ходы. Прожилки (сердцевинные повторения). Различия в макростроении древесины хвойных, лиственных кольцесосудистых и рассеяннососудистых пород. Иноземные породы. Идентификация породы по макростроению древесины.

Микроскопическое строение древесины. Способы и средства изучения микростроения древесины. Растительные клетки. Ткани древесины. Камбий. Образование и строение клеточных стенок. Живые и мертвые клетки древесины. Анатомические элементы древесины. Анатомические элементы древесины хвойных пород: ранние и поздние трахеиды, сердцевинные лучи, смоляные ходы, древесная паренхима. Анатомические элементы древесины лиственных пород: волокна либриформа, сосуды, сосудистые и волокнистые трахеиды, горизонтальная (сердцевинные лучи) вертикальная паренхима. Строение древесины корней.

Микроскопическое строение сердцевины и коры. Сердцевина и первичная древесина. Строение коры: ситовидные клетки (у хвойных пород) и ситовидные трубки (у лиственных пород), лубяные лучи, лубяная паренхима, пробковый камбий, пробковые клетки.

Изменения в микростроении древесины под действием различных внешних факторов.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные части ствола.

2.Какие основные разрезы необходимы для изучения строения и свойств древесины?

3.Назовите элементы макроскопического строения древесины.

4.Дайте характеристику основных макроэлементов хвойных, лиственных кольцесосудистых и рассеянососудистых пород.

5.Назовите какие древесны породы имеют наобольшее применение в промышленности и как это можно объяснить.

6.Назовите виды клеток и тканей в древесине по строению и выполняемым функциям.

7.Образование и строение клеточной стенки. Из скольких слоев состоит клеточная стенка и какое строение каждого из слоя?

8.Что такое поры в клеточной стенке, их виды у хвойных и лиственных

пород.

9.Чем отличается микростроение древесины хвойных пород от лиственных? Укажите строение и расположение элементов, выполняющих проводящие, механические и запалающие функции в древесине хвойных и лиственных пород.

10.Назовите особенности микростроения коры.

11.Укажите отличие и сходство в строении древесины ствола и корней.

12.Укажите какие внешние факторы могут повлиять на изменение микростроения древесины. В чем может проявляться это изменение.

13.Как влияет микроскопическое строение древесины на ее физические и механические свойства?

3.3 Химические свойства древесины и коры

Химический состав древесины и коры. Элементарный химический состав. Содержание основных органических веществ в древесине хвойных и лиственных пород, а также в коре.

Характеристика основных органических веществ. Целлюлоза, ее строение и свойства. Гемицеллюлозы: пентозаны и гексозаны. Лигнин. Суберин. Экстрактивные вещества: танниды, камеди, красящие вещества, смолы, алкалоиды и др.

Древесина, кора и древесная зелень как химическое сырье. Получение и использование целлюлозных материалов. Гидролиз древесины. Термическое разложение древесины и коры (пиролиз и энергохимическая переработка). Теплота сгорания древесины и коры. Энергегическое использование древесной боимассы. Биологически активные вещества из древесной зелени (витамины, фитонциды и др.) и их использование.

Контрольные вопросы

1.Какие основные химические элементы входят в состав древесины?

2.Какие органические вещества образуют клеточную стенку?

3.Основные экстрактивные вещества древесины, их получение и использование.

4.Где используется древесная зелень?

5.Как используется кора?

6.Способы получения целлюлозы.

7.Какие основные продукты получают при пиролизе?

8.Что такое гидролиз древесины?

9.Каковы особенности энергетического использования древесной биомассы?

10.Что понимают под теплотой сгорания древесины?

11.Какова величина плотности древесинного вещества?

3.4Физические свойства древесины и коры

Общие положения. Определения понятия «Физические свойства древесины». Классификация физических свойств. Особенности физических испытаний древесины.

Свойства, характеризующие внешний вид древесины. Цвет древесины: колорометрические характеристики и способы их определения. Блеск древесины. Текстура древесины. Понятие о декоративной древесине. Показатели макроструктуры: ширина годичных слоев, степень равнослойности, процент поздней древесины, равноплотность и величина структурных неровностей. Способы определения показателей макроструктуры.

Влажность древесины и коры; свойства, связанные с ее изменением. Показатели влажности. Связанная (гигроскопическая) и свободная (капиллярная) влага. Предел насыщения клеточных стенок и предел гигроскопичности. Способы определения влажности: прямые и косвенные. Закономерности распределения влажности в стволе растущего дерева, сезонные колебания влажности. Влажностные состояния древесины. Высыхание древесины. Усушка древесины: показатели и методы их определения. Понятия о внутренних напряжениях и методы их измерения. Коробление и растрескивание древесины. Влагопоглощение древесины.

Разбухание древесины: показатели и методы их определения. Давление набухания. Водопоглощение древесины.

Плотность древесины и коры. Плотность древесинного вещества. Плотность абсолютно сухой и влажной древесины. Пористость древесины. Плотность коры. Способы определения плотности древесины и коры.

Проницаемость древесины жидкостями и газами. Способы определения водопроницаемости древесины. Показатели водо- и газопроницаемости древесины разных пород; зависимость показателей от анатомических зон и структурных направлений древесины.

Тепловые свойства древесины. Теплоемкость. Теплопроводность. Температуропроводность. Тепловое расширение. Зависимость теплофизических характеристик древесины от ее плотности, влажности, температуры, структурных направлений.

Электрические свойства древесины. Электропроводность. Способы определения электрического сопротивления древесины. Электрическая прочность древесины. Диэлектрические свойства древесины. Пьезоэлектрические свойства древесины.

Звуковые свойства древесины. Показатели, характеризующие распространение звука в древесине: скорость звука, акустическое сопротивление, логарифмический декремент колебаний и методы их определения. Звукоизоляционная и звукопоглощающая способность древесины; показатели и методы их определения. Резонансная способность древесины, константа излучения. Использование ультразвука для исследования свойств древесины.

Свойства древесины, появляющиеся при воздействии электромагнитных излучений.

Контрольные вопросы

1.Влияние ширины годичного слоя на качество древесных пород.

2.Связь между плотностью, прочностью и содержанием поздней древесины.

3.Что такое абсолютная и относительная влажность древесины?

4.Достоинства и недостатки прямых и косвенных методов определения влажности.

5.Какие формы влаги различают в древесине?

6.Какими связями удерживается в древесине свободная и связанная