Механические свойства древесины

Раньше ни одно хозяйство, производство, строительство не могло обойтись без использования древесины. И в настоящее время этот материал не потерял своего значения. Более того, появилось только больше областей, в которых стали применять дерево. К ним относится и медицина, и химическая промышленность, текстильная, деревообрабатывающая и т.д.

Ни для кого не секрет, что качество материала оказывает огромное влияние при его использовании. Но ни один из строительных материалов не имеет таких же качеств, что и древесина. Какими же все-таки свойствами обладает этот материал?

К свойствам древесины относятся:
1. Плотность;
2. Твердость;
3. Влажность;
4. Коробление;
5. Тепловые свойства;
6. Деформативность.

Плотность древесины – это отношение самой массы древесины к объему.

ρ – плотность тела, кг/М3
m – масса тела, кг
V – объем тела, М3
Единицы изменения – килограмм на метр кубический.
Данный показатель зависит от следующих факторов: порода древесины, влажность, возраст, условия роста. Плотность определяется при влажности 12%.
Самым основным является то, что чем большей плотностью обладает древесина, тем дольше она способна прослужить, а также тем меньше она подвержена отрицательным изменениям.
Существует 3 группы древесины по плотности:
1. Древесина малой плотности – до 540 кг/М3. Сюда входят ель, сосна, пихта, кедр, тополь, осина, ива, ольха, каштан, бальза, можжевельник, липа.
2. Древесина средней плотности (541 – 740 кг/М3). Это орех, береза, лиственница, бук, конский каштан, вишня, тик, дуб, клен, ясень, рябина, лещина, вяз.
3. Древесины высокой плотности: слива, акация, фисташка, береза железная, самшит, граб. Их плотность составляет 750 кг/М3 и более.
Однако, чем больше плотность древесины, тем хуже она пропитывается антисептиками.

Твердость древесины – это сопротивляемость древесины внедрению в нее более твердых тел. В большей степени твердость зависит от породы дерева. Существуют методы определения твердости древесины:
1. По Бринеллю;
2. По Роквеллу;
3. По Виккерсу.
Также, при 12%-ной влажности, древесные породы делятся на 3 группы:
1. Мягкие породы. Торцевая твердость равна или меньше 40 МПа. К такой древесине относятся сосна, ель, осина, ольха, кедр, тополь, пихта, липа.
2. Твердые породы. Торцевая твердость находится в пределах от 40,1 до 80 МПа. Это бук, дуб, клен, яблоня, ясень, лиственница, вяз, рябина, орех грецкий, береза.
3. Очень твердые породы. Их торцевая твердость более 80 МПа. В эту группу входят акация белая, кизил, береза железная, граб, фисташка, тис, самшит.
Твердые породы древесины являются более износостойкими. Это важно при обработке режущими инструментами.

Влажность является показателем качества и долговечности древесины. Она оказывает большое влияние на то, в каких работах можно применять данной влажности древесину. Уровень влажности указывается в процентах.
Влажность древесины – это отношение массы воды, находящейся в дереве, к ее сухой массе.
Влажность древесины бывает двух типов:

Существуют следующие степени влажности древесины:
1. Мокрая древесина – это древесина, которая длительное время находилась в воде. Ее влажность составляет более 100%.
2. Свежесрубленная древесина или свежепил – древесина, влажность которой находится в диапазоне от 50 до 100%.
3. Воздушно-сухая древесина – это древесина, долго хранившаяся на открытом воздухе, то есть высушенная естественным путем. Ее влажность составляет от 15 до 20%.
4. Комнатно-сухая древесина – влажность 8-10%.
5. Абсолютно-сухая древесина – влажность составляет 0%. Температура сушения = 103°С.
Можно отметить, что чем меньше влажность древесины, тем меньше она подвергается гниению. Тем не менее, не стоит рваться использовать древесину наименьшей влажности. Причина в том, что структура древесины весьма гигроскопична: она также легко отдает свой переизбыток влаги при увеличении температуры, как и впитывает влагу при падении температуры и повышении власти окружающей среды. В первом случае это приводит к усушке древесины, во втором – к разбуханию.
Усушка древесины – это процесс уменьшения ее объема при сушке в результате испарения влажности. Усушка древесины может проходить в трех направлениях:
1. Радиальное направление. От 3 до 6% на 1 м.
2. Тангенциальное направление. На 1 м усушка составляет от 6 до 12%.
3. Вдоль волокон. Усушка составляет около 1 мм на 1 м, поэтому обычно ее не учитывают.
Разбухание представляет собой процесс увеличения объема и размера древесины при насыщении ее водой. Разбухание также неодинаково в разных направлениях.

Коробление – процесс изменения формы древесины при сушке, выпиловке и хранении. Причины коробления:
1. Чрезмерное внутреннее напряжение дерева
2. Несоблюдение правил сушки
3. Повышенная влажность и разбухание
4. Несоблюдение правил механической обработки (например, несимметричное строгание)

Теплоемкость – способность древесины поглощать тепло. В качестве меры используют удельную теплоемкость. Она означает то количество теплоты, которое необходимо для нагрева 1 кг древесины на 1°С. Единицы измерения – кДж/(кг·°С).
Чем больше температуры, тем больше теплоемкость древесины. Удельная теплоемкость не зависит от породы древесины. Для абсолютно сухой древесины (0%) при температуре 0°С теплоемкость составляет 1,55 кДж/(кг·°С). Влияет на теплоемкость увлажнение древесины. Если влажность увеличится от 0 до 130%, то теплоёмкость повысится примерно в два раза.
Теплопроводность – способность древесины проводить тепло. Данный показатель характеризуемся коэффициентом теплопроводности λ. Он представляет собой то количество тепла, которое способно пройти в течение одного часа через плоскую стену, площадью 1 м2 и толщиной в 1 м при разности температур в 1°С на противоположных сторонах стены. При увеличении температуры возрастает теплопроводность древесины. Больше всего увеличение выражается у древесины с большей влажностью. Также еще вдоль волокон теплопроводность намного больше, чем поперек.
Тепловое расширение древесины – это способность древесины увеличивать свой объем и размеры при нагреве. Однако, у древесины коэффициент теплового расширения примерно в 3-10 раз меньше, чем у таких материалов, как бетон, стекло или металл.

Деформативность – способность древесины изменять ее форму и размеры при внешнем воздействии (температура, влажность, нагрузка). Основной показатель деформативности – это коэффициент пропорциональности – модуль упругости Е. Модуль упругости зависит от породы дерева. Вдоль волокон модуль упругости Е = 12-16 ГПа. Это в 20 раз больше, чем поперек волокон.
Также более тяжелая древесина имеет больший модуль упругости.

Leave a Reply

Your email address will not be published.