Posted on

Строение и свойства древесины

Дерево издавна было одним из самых распространённых поделочных материалов, доступных для домашнего умельца. Изделия из дерева ценятся за прочность, красивый вид, лёгкость обработки, «теплоту» и даже приятный запах. Природный рисунок и окраска древесины многих пород дерева столь привлекательны, что они сами по себе определяют ценность изделий из древесины в зависимости от сохранности их естественного внешнего вида. Древесина — материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Её свойства во многом зависят как от породы дерева, так и от строения древесины, а также от того, к какой части ствола она относится (рис. 1): вершинной, средней или нижней (комлевой).

Рис. 1. Схема разделки стволов деревьев хвойных пород: 1 — вершинная часть (дрова и промышленная древесина); 2 — вершинный отруб (очень сучковатый, используют для получения брусков); 3 — серединный отруб (умеренно сучковатый, идёт на изготовление брусьев, пластин, досок); 4 — нижний (комлевый) отруб (наиболее ценная древесина, практически без сучков, используют для получения высококачественных пластин и досок); 5 — пень.

Для столярных работ используют древесину в виде досок, брусков и брусьев, получаемых после распиловки средней и нижней (комлевой) частей ствола, причём нижний отруб даёт самую ценную древесину.

Чтобы лучше понять свойства древесины, следует хорошо представлять себе её строение. Обычно строение древесины рассматривают на трёх главных разрезах ствола: поперечном, радиальном и тангенциальном (по касательной к годичным кольцам) (рис. 2). В центральной части ствола расположена сердцевина из рыхлой ткани. Сердцевину окружают годичные кольца — слои прироста древесины за один год жизни дерева (на поперечном разрезе они имеют вид концентрических колец, на радиальном — продольных полос, а на тангенциальном — извилистых линий). В годичном кольце различают внутренние слои из крупных светлых клеток, которые появляются весной и ранним летом, и наружные слои из мелких толстостенных клеток более тёмного цвета – область поздней древесины. В древесине некоторых пород различают ядро и заболонь. Ядро отличается наибольшей плотностью, стойкостью против загнивания и более тёмным цветом. Породы дерева, имеющие ядро, называют ядровыми. В древесине лиственных пород заболонь по качеству значительно уступает ядру. Поэтому, например, заболонь дуба в столярном деле не используют. На поперечном разрезе иногда также видны сердцевинные лучи, по которым смола, соки, дубильные и красящие вещества проникают из поздних (наружных) слоёв в более ранние (внутренние) слои. Рисунок, открывающийся на поверхности древесины после прорезания волокон годичных колец и сердцевинных лучей, называют текстурой древесины. Чем разнообразнее этот рисунок по конфигурации и цветовым оттенкам, тем ценнее древесина как отделочный материал.

Рис. 2. Главные разрезы древесного ствола и его структура: П — поперечный; Р — радиальный; Т — тангенциальный; 1 — сердцевина; 2 — годичные слои; 3 — сердцевинные лучи; 4 — заболонь; 5 — ядро; 6 — кора.

Одно из важных свойств древесины — плотность, определяющая многие другие её свойства, в особенности прочность (способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок). Чем больше плотность, тем тяжелее и твёрже древесина, тем выше её прочность и сложнее обработка. Самое «лёгкое» дерево — бальзовое (плотность его древесины всего 0,15 т/м3); самые «тяжёлые» деревья — самшит и бакаут (их плотность 1,1 т/м3). По убывающим значениям плотности древесины основные хвойные породы, используемые в столярном деле, располагаются в следующем порядке: лиственница, сосна, ель, кедр, пихта.

Лиственница обладает высокой прочностью, упругостью, долговечностью и стойкостью к загниванию, но склонна к сильному растрескиванию. Из-за обильной смолистости и резкой разницы в плотности ранней и поздней древесины годичного слоя она трудно обрабатывается. От усушки на её ровной поверхности может образоваться гофристость. Древесину лиственницы используют в кораблестроении, для изготовления элементов подводных сооружений, мебели.

Древесина сосны имеет среднюю плотность, достаточно высокую прочность и стойкость против загнивания, сравнительно легко и чисто обрабатывается. Это один из лучших строительных и поделочных материалов.

Ель по прочности и стойкости к загниванию несколько уступает сосне. Древесина белая, лёгкая и мягкая, но из-за обилия сучков обрабатывается сложнее и менее чисто, чем древесина сосны; применяют в строительстве, для изготовления музыкальных инструментов и различных поделок.

Кедр отличается от ели более высокой стойкостью к загниванию. Древесина желтоватая или красноватая, мягкая, легко и чисто режется; используется как отделочный материал.

Отличительная особенность пихты — прямой стройный ствол. Но из-за отсутствия смоляных ходов менее, чем ель, стойка к загниванию.

Древесина ели, пихты и кедра обладает резонансной способностью, поэтому её широко используют для изготовления музыкальных инструментов.

Лиственные породы по хозяйственному значению уступают хвойным, однако в столярном деле именно древесина лиственных пород является зачастую наиболее ценным материалом. По убывающей плотности древесины лиственные породы располагаются в таком порядке: граб, груша, яблоня, дуб, ясень, бук, вяз, клён, берёза, ольха, осина, липа.

Древесина граба очень твёрдая и износостойкая, но при высыхании часто коробится и растрескивается; применяют в производстве столярных инструментов (угольников, рубанков), музыкальных инструментов, как поделочный материал.

У дуба древесина прочная, стойкая против загнивания, хорошо гнётся, имеет красивую текстуру. Стволы дуба, долго пролежавшие в воде, приобретают сквозную чёрную окраску; такой дуб называется морёным. Широко используют в производстве мебели, как отделочный материал.

Древесина ясеня близка по свойствам и внешнему виду к древесине дуба. Сердцевинные лучи не заметны. Древесина прочная, хорошо обрабатывается, легко гнётся, обладает высокой ударной вязкостью, а потому часто идёт на изготовление ручек молотков, топоров, др. ударных инструментов.

Древесина бука плотная, легко гнётся и обрабатывается, имеет красивую текстуру, хорошо полируется; широко используется для изготовления музыкальных инструментов, мебели, паркета, фанеры и пр.

Вяз, а также ильм и берест относятся к ильмовым породам. Их древесина обладает примерно одинаковыми свойствами — они достаточно твёрдые и отличаются высокой гибкостью; применяют для изготовления мебели.

Клён имеет плотную твёрдую древесину, хорошо обрабатывается. Из его древесины делают детали мебели, музыкальных инструментов, колодки рубанков и пр.

Древесина берёзы однородная, средней плотности; используется в мебельном производстве, как поделочный материал. Очень ценится древесина карельской берёзы; применяется главным образом для отделки мебельных гарнитуров.

Ольха имеет светлую, краснеющую на воздухе древесину, хорошо противостоящую увлажнению; применяют для изготовления мебели, тары, фанеры, а также как строительный материал в подводных и подземных сооружениях.

У осины древесина желтовато-белая, мягкая, однородная, легко пропитывается, хорошо колется; использует ся как строительный и как поделочный материал.

Древесина липы мягкая однородная, легко поддаётся обработке, в частности резанию стамеской, ножом, резаками; идёт на изготовление деревянной посуды, музыкальных инструментов, кадок, фанеры, различных поделок.

Грушаяблонявишнябелая акация относятся к редким лиственным породам. Их древесина по плотности превышает древесину бука и дуба, имеет красивый цвет, легко режется и хорошо полируется; в столярном деле используют как поделочный материал.

В качестве отделочных материалов, например для облицовки мебели, широко применяют многочисленные краснодеревные и чёрнодеревные породы (махагони, палисандр, эбеновые и др.) в виде отдельных кусков строганого шпона.

Из-за неоднородности строения дерева (его волокнистости) прочность древесины на растяжение (разрыв) вдоль волокон в 10…20 раз выше, чем поперёк волокон. Поэтому древесина практически всех пород дерева сравнительно легко раскалывается (расщепляется). Наиболее легко колется древесина осины, ели, сосны, дуба, ясеня, ольхи, бука. Труднее поддаётся раскалыванию древесина клёна, берёзы, вяза, липы, конского каштана, тополя, самшита.

К важным свойствам древесины относятся её пластичность и упругость. Упругая древесина способна восстанавливать свою первоначальную форму сразу после снятия нагрузки. Очень упруги эвкалипт, ясень, гикори (американский орех) и липа. Древесина считается пластичной, если после снятия нагрузки она не возвращается к первоначальному виду, а сохраняет форму, полученную при изгибе. Хорошо сгибаются и сохраняют заданную форму бук и берёза, поэтому их древесина часто используется для изготовления гнутой мебели. Свежая древесина изгибается лучше, чем сухая.

Сухая древесина обладает низкой теплопроводностью. Благодаря этому деревянные предметы на ощупь кажутся тёплыми. Влажная древесина быстро загнивает, плохо склеивается; изделия, изготовленные из влажной древесины, непрочные, часто коробятся, растрескиваются и рассыхаются. Лучше всего работать с древесиной той влажности, которую она будет иметь в готовой конструкции. Для Европейской территории России, например, среднее значение влажности у изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе, составляет 12…16%, а в отапливаемых помещениях — 8…10%. Древесина живых деревьев имеет максимальную влагонасыщенность. Поэтому свежесрубленное дерево рекомендуется перед использованием высушить. В процессе естественной сушки влага испаряется очень медленно. В свежесрубленном дубе, напри мер, она составляет от 50 до 70% от массы древесины, через 6 месяцев влаги остаётся около 43%, после 12 месяцев — 39% и через 18 месяцев — 27%. Древесина, используемая для столярных изделий, должна иметь влажность не выше 18%. Влажность древесины, идущей на изготовление внутренних дверей, чистого пола, оконных переплётов, не должна превышать 12%, а для мебели — 10%. Чтобы получить древесину, годную для столярных работ, её выдерживают на открытом воздухе под навесом от 1 года до 3 лет. Влажность древесины определяют специальным прибором — электровлагомером. Опытные столяры отличают сухую древесину от сырой по стружкам: стружка сухой древесины хрупкая, легко ломается в руке, а стружка сырой древесины мнётся, как мочало.

Если влажность древесины выше влажности окружающего воздуха, то избыток влаги в стенках клеток выделяется в атмосферу и древесина усыхает. Если же влажность воздуха выше влажности древесины, то она впитывает влагу из атмосферы и при этом разбухает. Поскольку влажность воздуха непрерывно меняется, то и влажность древесины не бывает постоянной — древесина то усыхает, то набухает. Наиболее заметно усыхает древесина липы, бука, ольхи, берёзы; в меньшей степени усыхает древесина ели, лиственницы, пихты; умеренно усыхает древесина сосны, дуба, осины, ясеня, клёна, тополя.

Вследствие того, что скорость усыхания различных участков древесины из-за разной их плотности неодинакова, древесина во время сушки коробится (деформируется). На рис. 3 показано, как изменяется форма брусьев, круглых лесоматериалов и досок при усушке (усадке) древесины. Воспрепятствовать усадке древесины (её деформации) невозможно — дерево «дышит», но можно несколько уменьшить её последствия, если ствол, брусья, доски распилить вдоль волокон на несколько частей и затем склеить требуемые заготовки с учётом неравномерности усушки древесины в разных направлениях. Так, в частности, поступают при изготовлении щитов из отдельных досок (рис. 4).

Рис. 3. Изменение формы (деформация) пиломатериалов при усыхании древесины (для разных ориентаций годичных колец в ней): а — брус; б — круглый лесоматериал; в — доски.

Рис. 4. Изменение формы поверхности щита, собранного из досок с разной ориентацией годичных колец, при усушке древесины: а — сердцевинных (предпочтительно); бв, г, д — боковых; е — боковых с сердцевинными.

Древесине, как и любому другому материалу, свойственны недостатки, ухудшающие её качество и ограничивающие практическое применение. Эти недостатки принято называть пороками древесины. Самыми распространёнными пороками древесины, оказывающими существенное влияние на её обрабатываемость, являются сучки, наклон волокон, трещины, свилеватость, червоточины, гниль.

Сучки — наиболее распространённый порок. Сучки представляют собой основания ветвей, заключённые в древесине. Они, нарушая однородность строения древесины, снижают её прочность, усложняют и затрудняют обработку режущими инструментами, т.к. твёрдость их в 2-3 раза выше твёрдости окружающей древесины. На сучках резец быстро затупляется, а его режущая кромка (лезвие) иногда выкрашивается. Степень вредности сучков зависит от их размеров, формы, расположения, от состояния древесины сучка и её связи или срастания с окружающей древесиной.

Сучок вызывает местное искривление годичных слоёв, которое называется завитком. Завиток даже без сучка усложняет обработку древесины. Следы от неразвившихся в побег спящих почек, которые обнаруживают в древесине берёзы и клёна, называют глазками. Диаметр глазков не более 5 мм (сучком называют порок диаметром более 5 мм).

Сучки в лесоматериалах могут быть открытыми и заросшими. Открытый сучок выходит на боковую поверхность материала. Такой сучок обрубают вровень (заподлицо) с боковой поверхностью. Заросший сучок обнаруживают по вздутиям или другим признакам зарастания на боковой поверхности ствола.

Сучки в пиломатериалах подразделяют: по форме разреза (круглые, овальные и продолговатые), по положению (пластевые, кромочные, ребровые, торцевые и сшивные), по степени срастания с окружающей древесиной (сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся), по состоянию древесины сучка (здоровые, загнившие и гнилые). Отрицательное влияние сучков на обрабатываемость древесины зависит от её породы. Например, при отёсывании топором и строгании рубанком сосновые сучки обрабатываются легче, чем еловые. При обработке древесных материалов с сучками необходимо следить за тем, чтобы направление движения режущего инструмента совпадало с направлением волокон древесины сучка. Это устранит образование выколов при работе топором и крупных задиров при работе строгальным инструментом.

Наклон волокон (косослой) — это отклонение направления волокон от продольной оси пиломатериала. Раньше этот порок называли косослоем. Различают тангенциальный и радиальный наклоны волокон (рис. 5). Тангенциальный (рис. 5, а) наклон (природный) обусловлен спиральным расположением волокон в растущем дереве. Он обнаруживается на поверхности круглых лесоматериалов, с которых снята кора, и по направлению трещин в коре. Кромки доски, полученной из такого дерева, надо обрабатывать (строгать, тесать) в противоположных направлениях, чтобы обработка была по слою. При раскрое широкой доски с наклонными волокнами на узкие заготовки неизбежно перерезание большого числа волокон древесины, что снижает прочность деталей. В этом случае целесообразно раскроить доску по направлению волокон древесины. Широкая доска, полученная из такого ствола, при усушке подвержена поперечно-продольному или спиральному короблению (образованию крыловатости) (рис. 5, в). Радиальный (рис. 5, б) наклон (искусственный) выявляется при перерезании волокон древесины закомелистых стволов. Кромки доски, полученной из такого дерева, надо обрабатывать в одном направлении. Чтобы уменьшить прорезание волокон и улучшить использование древесины, длинную доску предварительно раскраивают на два отрезка. Отрезок доски от закомелистой части раскраивают так, чтобы направление пропилов было параллельно её кромкам (по сбегу). Широкая и длинная доска, заготовленная из такого ствола, при усушке принимает желобчатую форму (без продольного коробления).

Рис. 5. Доски, полученные из лесоматериала с косослоем: а — тангенциальным; б — радиальным; 1 — ствол дерева; 2 — доска (стрелками обозначены правильные направления строгания и тесания); в — крыловатость (скручивание доски после усушки).

Трещины появляются как в растущем дереве, так и в срубленном. В растущем дереве различают трещины метиковые, отлупные и морозные. Метиковые трещины — это внутренние трещины, начинающиеся от комля и идущие вдоль ствола к вершине, разделённые перемычками цельной древесины. Отлупные трещины — это отслоения по годичному слою; снаружи ствола они не видны. Морозные трещины представляют собой наружные разрывы, идущие в глубь ствола в радиальном направлении. В срубленной древесине трещины возникают главным образом под действием внутренних напряжений при сушке. Трещины облегчают раскалывание круглых лесоматериалов, но ограничивают их использование.

Свилеватость — извилистое (волнистое) или беспорядочное (путаное) расположение волокон. Волнистая свилеватость с извилисто изогнутыми волокнами чаще встречается в комлевой части ствола берёзы и клёна; путаная свилеватость бывает преимущественно в древесине наростов типа капов. Свилеватость древесины затрудняет её обработку топором и рубанком, снижает прочность при растяжении, сжатии и изгибе, но повышает сопротивление раскалыванию. Свилеватость создаёт красивую текстуру, поэтому её можно считать условным пороком древесины. Во многих случаях свилеватость является достоинством древесины.

Червоточины — повреждения, которые наносят древесине насекомые, проделывающие в ней ходы различной глубины и формы.

Гниль вызывается вредоносной жизнедеятельностью в теле дерева или в древесине низших растений — грибков.

Для изготовления столярных изделий используется как натуральная древесина — необработанные лесоматериалы и пиломатериалы, так и древесные материалы  шпон, фанера, столярные плиты, древесно-стружечные плиты (ДСП), древесно-волокнистые плиты (ДВП).

Необработанные лесоматериалы (кругляки), или сортаменты, получают из спиленных деревьев после очистки их от ветвей и раскряжёвки (разделения) ствола на части требуемой длины и толщины. Пиломатериалы получают распиловкой или фрезерованием брёвен, стволов вдоль волокон. Основные виды пиломатериалов: брусья, бруски, шпалы, доски, обаполы. Шпон — тонкие листы древесины, срезаемые с брёвен на специальных станках. Фанера — древесный материал, склеенный из 3 и более листов шпона; бывает необлицованная и облицованная шпоном древесины ценных пород или синтетической плёнкой. Столярные плиты состоят из узких реек, оклеенных с обеих сторон шпоном. Фанерная плита — древесный материал, склеенный из 7 и более листов шпона. ДСП изготовляют посредством горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим (синтетической смолой); ДВП — путём горячего прессования (твёрдые плиты) или сушки под давлением (мягкие плиты) «ковра» из древесных волокон, полученных при размоле древесины.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.