Характеристика деревини як матеріалу для тари

РОЗДІЛ 1

Природні джерела деревини

 

 

1.1 Утворення  деревини

 

Деревина є однією із складових частин судинно-волокнистого пучка і протиставляється зазвичай іншій складовій частині пучка, що походить з того ж прокамбію або камбію – лубу або флоеми. При утворенні судинно-волокнистих пучків з прокамбію спостерігаються 2 випадки: або всі прокамбіальні клітини перетворюються в елементи деревини і лубу – виходять так звані замкнуті пучки (вищі спорові, однодольні та деякі дводольні рослини), або ж на границі між деревиною і лубом залишається шар діяльної тканини – камбію і виходять пучки відкриті (дводольні і голонасінні рослини).

У першому випадку кількість деревини залишається сталою, і рослина не здатна збільшувати товщину, у другому, завдяки діяльності камбію, з кожним роком кількість деревини прибуває, і стовбур рослини помалу потовщується. В українських деревних порід деревина лежить ближче до центру (осі) дерева, а луб – ближче до периферії. У деяких інших рослин спостерігається інше взаємне розташування деревини і лубу.

До складу деревини входять вже відмерлі клітинні елементи з задерев'янілими, в основному товстими оболонками; луб же складений, навпаки, з живих елементів: з живої протоплазми, клітинного соку і тонкої неодеревілої оболонки. Хоча і в лубі трапляються мертві елементи, товстостінні і здерев'янілі, а в деревині, навпаки, живі, але від цього, загальне правило істотно не змінюється. Обидві частини судинно-волокнистого пучка відрізняються ще один від одного і за фізіологічною функцією: по деревині піднімається вгору з ґрунту до листя так званий сирий сік, тобто вода з розчиненими в ній речовинами, по лубу же спускається вниз утворений пластичний сік. Явища ж одеревіння клітинних оболонок обумовлюються просякненням целюлозної оболонки особливими речовинами, що об'єднуються зазвичай під загальною назвою лігнін.

Присутність лігніну й разом з тим одеревіння оболонки легко розпізнається за допомогою деяких властивостей. Завдяки дерев'янінню рослинні оболонки стають міцнішими, твердими і пружними; разом з тим попри легкій проникності для води вони втрачають здатність вбирати воду і розбухати.

 

 

1.2 Будова деревини

 

Розрізняють первинну деревину, що утворюється клітинами прокамбію, і вторинну деревину, що виникає внаслідок діяльності камбію. На поперечному розрізі стовбура деревних і кущових порід добре помітні річні кільця, які утворюються внаслідок періодичної діяльності камбію протягом року. У багатьох дерев, особливо в південних широтах, у деревини, крім світлої зовнішньої частини – заболоні, є ще внутрішня, темніша (ядро деревини), в клітинах якої відкладаються смоли, дубильні речовини, олії, камеді, ароматичні та барвні речовини тощо.

Поперечний розріз стовбура поданий на рис. 1.2.1.

1 – кора

2 – луб

3 – камбій

4 – заболонь

5 – ядро

6 – серцевина

 

 

Рис. 1.2.1. Поперечний розріз стовбура

Кора складається з двох шарів: зовнішнього, оберігає зростаюче дерево від різких коливань температури, і внутрішнього – лубу, має трубки, по яких рухаються поживні речовини від листя або хвої в камбіальний шар.

 Камбіальний шар – м'яка соковита тканина, яка отримує з крони дерева живильні речовини для розмноження своїх клітин. Основна маса нових клітин, вироблених камбієм, відкладається всередині стовбура, утворюючи найціннішу його частина – деревину, і лише незначна кількість цих клітин йде на освіту кори. Таким чином,  камбій є життєвою артерією зростаючого дерева. Досить видалити невелику смугу камбію по колу дерева, щоб викликати його загибель.

Деревина утворюється шляхом відкладення клітин камбію у вигляді річних шарів-кілець. Такі відкладення клітин відбуваються два рази на рік – навесні й наприкінці літа. Весняний, внутрішній, шар річного кільця більш світлий, широкий і пухкий. Літній шар темніший і менший весняного, але має більшу твердістю. Звідси випливає висновок, що чим більший процентний вміст літніх шарів, тим цінніша деревина.

Вік дерева легко визначити неозброєним оком за кількістю річних шарів на торцевому зрізі окоренкові частини стовбура. Щоправда, не у всіх порід деревини ясно видно річні шари. Якщо у хвойних порід вони добре помітні, то у деяких листяних, наприклад у берези, клена, липи, річні шари майже неможливо помітити. Дуб, ясен, бук мають чітко виражені річні шари.

 Заболонь – зовнішня і найбільш молода за віком частина деревини, за якою поживні речовини у вигляді водних розчинів солей рухаються від коренів до гілок, тому вологість заболоні свіжозрубаного дерева завжди вища, ніж у наступного за ним шару – ядра.

Ядро темніше заболоні, з меншою вологістю і тому менше схильне до гниття. Не у всіх порід дерева є ядро. Наприклад, вільха, береза, клен, липа не мають ядра.

 Серцевина розташована в центрі стовбура і проходить по всій його довжині у вигляді серцевинної трубки діаметром до 0,5 см. За якістю це найгірша частина деревини, що складається з тонкостінних клітин, які утворюють пухку тканину. Її наявність знижує якість пиломатеріалу і зменшує відсоток корисного виходу деревини.

 

 

1.3 Хімічний склад деревини

 

Деревина складається в основному з органічних речовин, до складу яких входять вуглець, кисень, водень і в невеликій кількості азот.

У середньому абсолютно суха деревина, незалежно від породи, містить 49,5% вуглецю, 44,2%  кисню, 6,3% водню.

Відсоткове співвідношення основних органічних речовин подане на рис.1.3.1

Рис 1.3.1. Відсоткове співвідношення органічних речовин деревини

 

Азоту в деревині міститься близько 0,12%. Стінка клітини має сітчасту структуру із взаємопов'язаних ланцюгових молекул целюлози, наповнену іншими вуглеводнями (геміцелюлозами), а також лігніном і різними екстрактивними речовинами. Цементуючою міжклітинною речовиною є в основному пектати кальцію і магнію, а в клітинних порожнинах, особливо в деревині листяних порід, накопичуються смоли, камеді, жири, таніни, пігменти і мінеральні речовини. До складу деревини входить 45-60% целюлози, 15-35% лігніну і 15-25% геміцелюлози. Кількість чужорідних, екстрактивних речовин значною мірою залежить від породи і є неоднаковим в заболоні і ядрі деревини. Вміст мінеральних речовин (зольність) деревини зазвичай значно менший за 1%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2

Фізичні властивості деревини

 

До фізичних властивостей деревини відносять властивості, що проявляються під час взаємодії деревини з навколишнім середовищем і не зв'язані із зміною її хімічного складу. Фізичні властивості деревини характеризуються її зовнішнім виглядом, густиною, відношенням до вологи, дією механічних зусиль, проникністю для різних рідин і газів, теплопровідністю, акустичними властивостями, реакцією на дії електричних і магнітних полів.

Зовнішній вигляд деревини визначається:

– кольором (певним зоровим відчуттям, що залежить від спектрального складу відбитого світлового потоку);

– блиском (здатністю деревини спрямовано відбивати світловий потік);

– текстурою (малюнком, що утворюється на поверхні деревини і залежить від ширини річних шарів, відмінності в забарвленні між ранньою і пізньою деревиною, спрямованості волокон, напряму розрізу).

Колір деревини залежить від породи дерева і клімату, в якому воно росло. Кожна порода має характерне забарвлення деревини. У помірних поясах деревина порівняно блідого кольору, в тропіках вона яскрава.

Деревина деяких порід має природний блиск. Добрий блиск мають у радіальному розрізі дуб, клен, бук, біла акація.

Щільність деревини, що чисельно дорівнює масі на одиниці об'єму, практично не залежить від породи і в середньому дорівнює 1540 кг/м3   (1,54 г/см3).

До властивостей, що характеризують реакцію деревини на вологу, належать: вологість, водопоглинання, вологопровідність, усушка, розбухання, жолоблення і розтріскування.

Під вологістю деревини розуміють виражене у відсотках відношення маси вологи, що міститься в даному об'ємі, до маси сухої деревини того самого об'єму. Ступені вологості деревини подані у табл.2.1

Таблиця 2.1

Ступені вологості деревини

Класифікація деревини	Вологість, %
Мокра	понад 100
Свіжозрублена	50-100
Повітряно-суха	15-20
Кімнатно-суха	8-10
Абсолютно-суха	близько 0

 

Вологопровідність зумовлює швидкість висихання деревини, випаровування вологи з поверхні та переміщення її з внутрішніх, вологіших шарів до зовнішніх. Вологопровідність залежить від вологості й температури, а також від густини деревини.

Водопоглинання – здатність деревини вбирати вологу з навколишнього середовища. Процес зволоження відбувається поступово, аж до межі гігроскопічності. Волога, що відповідає границі гігроскопічності, для різних порід коливається (у відсотках) від 23 (для ясеня) до 31 (для бука). Водопоглинання деревини є її негативною властивістю. Інтенсивність водопоглинання залежить від породи дерева, виду деревини, ступеня її вологості і відносного положення до поверхні води. Тверда й щільна деревина поглинає вологу менше і повільніше, ніж м'яка і легка, ядрова – менше, ніж заболонна, суха – більше, ніж волога, з бічних поверхонь – менше, ніж з торців. Внаслідок поглинання вологи і насичування нею стінок клітин і міжклітинних просторів збільшуються розміри і вага зразка. Ця властивість називається розбуханням деревини. Так само, як і усушка, найбільше розбухання спостерігається в тангентальному напрямі, а найменше – уздовж волокон.

Усушка – зменшення лінійних розмірів і об'єму деревини під час висихання. Зменшення розмірів у тангентальному напрямі становить від 6 до 10%, у радіальному від 3 до 5%, уздовж волокон від 0,1 до 0,3%. Повна об'ємна усушка в середньому становить від 12 до 15%. Величина усушки залежить від об'ємної маси деревини (деревина з більшою об'ємною масою всихає скоріше), а у хвойних порід – також від частки пізньої деревини (чим вища частка пізньої деревини, тим більша усушка). Розмір усихання деревини в основному залежить від її щільності. Щільна деревина усихає більш, ніж м'яка. Сильно усихають граб, бук, модрина, береза, груша, акація. Менше усихають сосна, ялина, кедр, дуб, в'яз, волоський горіх, осика, клен. До дерев, що мало усихають, належать яловець, вільха, тополя, каштан, тис.

Властивість деревини деформуватися внаслідок різного усихання в різних частинах перерізу стовбура називається жолобленням. Чим далі розташований елемент деревини від серцевини, тим більше він деформується. Тому пожолоблена дошка завжди має опуклість у бік серцевини. Крім поперечного, є ще поздовжнє жолоблення внаслідок неоднорідності будови деревини.

При великому і нерівномірному усиханні деревина розтріскується. Тріщини здебільшого спрямовані вздовж серцевинних променів, а іноді і вздовж річних шарів. При повільному висиханні деревини волога випаровується рівномірніше і матеріал не розтріскується.

Механічні властивості характеризують здатність деревини чинити опір дії зовнішніх механічних зусиль. До основних механічних властивостей деревини належать: міцність, твердість, пружність, пластичність, крихкість, в'язкість, розколюваність і гвоздимість.

Міцністю називається властивість матеріалу чинити опір руйнівній дії зовнішніх сил. Залежно від характеру дії сили поділяються на розтягувальні, стискальні, згинальні, сколюючі, перерізуючі і скручувальні.

Характерною особливістю деревини є чітко виявлена анізотропія – відмінність механічних та інших властивостей матеріалу в різних напрямах. Опір розтягування вздовж волокон для деревини сосни при вологості 15% становить, в середньому, від 1100 до 1150 кг/см2, а впоперек – у З0 – 50 разів менше. Опірність деревини розривові впоперек волокон у радіальному напрямі в півтора рази більша, ніж у тангентальному. Дерев'яні деталі найчастіше бувають навантажені на стискання. При цьому найвищу міцність має деревина вздовж волокон. Наприклад, деревина сосни витримує до 440 кг/см2, а деревина модрини і дуба – 520 кг/см2. Коли навантажувати на стискання упоперек волокон, міцність деревини знижується в 5 – 10 разів. Деформація згину зовні виражається прогином зразка. При цьому на його опуклому боці волокна розтягуються, а на угнутому стискаються. Руйнування починається на угнутому боці і виражається в появі своєрідних складок, лише після цього починають розриватися або відщеплюватись елементи деревини на опуклому боці. Зсування елементів деревини в напрямі волокон без перерізання називається сколюванням, а впоперек волокон з перерізанням – зрізуванням.

У сучасній практиці дуже рідко зустрічаються дерев'яні деталі, навантажені скручувальними силами, бо опірність деревини невелика. Проте серед основних порід найкраще такі зусилля витримує береза.

Твердістю називається властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього інших тіл. Твердість деревини визначають удавлюванням в неї стальної загартованої кульки з площею поперечного перерізу 1 см2. Сила в кілограмах, потрібна для вдавлювання кульки на глибину, що дорівнює її радіусу, називається коефіцієнтом твердості. Практично встановлено зв'язок між об'ємною вагою і твердістю: чим більша об'ємна вага, тим вища твердість деревини. В свою чергу твердість є характеристикою зносостійкості. Чим вища твердість і об'ємна вага, тим вища зносостійкість, тим краще деревина працює на стирання.