6.1. Строение и свойства древесины

Преимущества натуральной древесины - сравнительно вы­сокая прочность при небольшой объемной массе, малая тепло­проводность и звукопроницаемость, легкая обрабатываемость; недостатки - изменчивость формы и объема при колебаниях влажности, возгораемость, подверженность загниванию, анизотропность как следствие неоднородности строения.

Из-за анизотропности необходимо различать три разреза ствола: поперечный (торцевой), радиальный (через ось ствола), и тангентальный (по хорде поперечного сечения вдоль ствола). На поперечном разрезе ствола различают следующие части: кору, луб, камбий (слой клеток способных к размножению и росту), собственно древесину и сердцевинную трубку. Ежегодно в результате деления клетки камбия откладывают в сторону луба клетки нового камбия, а в сторону ствола - клетки древесины: весной светлый слой тонкостенных клеток, а летом и осенью - темный слой более мелких толстостенных; так образуются концентрические годичные кольца, хорошо видимые на торцовом разрезе ствола.

Сердцевинная трубка имеет рыхлое строение, низкую прочность и легко загнивает. В древесине всех пород имеются клетки для перемещения питательных веществ от луба в поперечном направлении и запаса этих веществ на зимнее время. Такие клетки в лиственных породах образуют сердцевинные лучи, идущие от сердцевины к лубу. У некоторых лиственных пород они имеют отличительный цвет, блеск и в сочетании с годичными слоями образуют красивые текстуры на радиальном (клен, бук) или тангентальном (дуб, орех) разрезах. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, в частности, при высыхании.

Внутренняя часть ствола, примыкающая к сердцевине, состоит из отмерших клеток. В случае темного цвета эту часть называют ядром, а при обычном цвете - спелой древесиной. Потемнение ядровой части вызвано пропитыванием ее у хвойных пород смолами, а у лиственных - дубильными веществами. Периферийную часть древесины ствола, состоящую из живых клеток, называют заболонью. Она менее прочна, имеет высокую влажность, обладает большой усушкой и склонностью к загниванию.

Породы без значительного различия между центральной и периферийной древесинной ствола носят название заболонных (береза, клен, ольха, липа); если древесина этих частей отличается лишь влажностью, то породы называют спелодревесными (ель, пихта, бук, осина). К ядровым породам относят дуб, ясень, сосну, кедр, лиственницу.

Основная масса древесины состоит из веретенообразных клеток, ориентированных вдоль оси ствола. Оболочки древесных клеток состоят преимущественно из природного полимера целлюлозы

(C6H10О5)n, где п = 2500...3100, содержат другие высокомолекулярные углеводы и соли щелочноземельных металлов.

Пористость древесины обусловливает ее гигроскопичность - способность поглощать парообразную влагу из воздуха. Влагообмен древесины с воздухом сопровождается заметным изменением ее объема, (усушкой и набуханием) напряжениями, вызывающими коробление и появление трещин, а также изменением механических свойств.

Вдоль волокон линейная усушка не превышает 0,1...0,3 %,_в радиальном направлении - 3...6 %, а тангетальном - 7... 12 %. Поэтому боковые края досок стремятся выгнутся в сторону выпуклости годовых слоев. Доска, выпиленная из середины бревна, не коробится, но получает клинообразную форму, так как усушка краев больше, чем в средней части. Если высыхание с поверхности происходит быстро, то поверхностные слои испытывают растяжение, и могут появиться трещины.

Физико-механические свойства древесины зависят от ее влажности:

W = (m1 -m2)100/m1,%, где m1 и m2 - масса образца до и после высушивания до постоянной массы. В древесине различают влагу капиллярную, заполняющую полости клеток и межклеточное пространство, и влагу гигроскопическую, находящуюся в стенках живых и отмерших клеток. При высыхании вся древесина сначала теряет капиллярную влагу, что практически не сказывается на объеме и прочности, а затем - гигроскопическую, с заметным изменением объема и прочности (рис.6.1).

Влажность, соответствующая предельному количеству гигроскопической влаги, называется точкой насыщения волокон (ТНВ) и колеблется в пределах 23...31 %. Различают древесину комнатно-сухую с W = 8... 13 %, воздушно-сухую с W - 15...20 % и сырую c W >20%. Условно нормальной считается W = 12 %. При определении предела прочности (сигма)пч при сжатии, изгибе и скалывании их значения приводят к стандартной влажности по формуле: (сигма)12=(сигма)w[1+ a(W- 12)], где (сигма)12 -это (сигма)пч при W=12%, (сигма)w- предел прочности, полученный при влажности W, а - поправочный коэффициент из ГОСТ.В таблице 6.1 приведены средние значения (сигма)12 некоторых пород.