Механические свойства

Целлюлозные цепочки всегда представляют собой нитевидные молекулы. Растительная клетка имеет форму трубки, стенки которой образованы длинными, уложенными приблизительно параллельно нитевидными молекулами целлюлозы.

Таким образом, с инженерной точки зрения любую древесину можно считать пучком параллельных трубок. Поскольку материал этих трубок по существу для всех пород одинаков, то прочность дре­весины зависит от толщины стенок и, следовательно, от средней плотности древесины.

Механические свойства древесины не отличаются от свойств, ко­торые можно ожидать от пучка трубок или волокон.

Прочность древесины определяют путем испытания малых, чис­тых (без видимых пороков) образцов древесины. Прочность древеси­ны характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.

Прочность древесины как анизотропного волокнистого материала в большей степени зависит от того, под каким углом к волокнам на­правлена сила. В области растяжения диаграмма растяжения-сжатия практически линейна, а дерево при этом ведет себя как хрупкий материал.

Прочность древесины зависит также от породы дерева, средней плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, на­личия пороков и влажности Прочность дре­весины понижается, когда ее влаж­ность возрастает от 0 до 30% (до предела гигроскопической влажности), при этом в интервале влаж­ности 8-20% понижение прочности прямо пропорционально приросту влажности:

Статическая твердость численно равна нагрузке, которая не­обходима для вдавливания в образец древесины половины метал­лического шарика радиусом 5,64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 см²). Твердость древесины по торцу на 15-50% выше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35-50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) - 50-100 МПа, очень твердые (кизил, самшит) - более 100 МПа. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износо­стойкостью и лучше удерживают шурупы.

Твердость древесины понижается при увлажнении.

Ударную твердость рассчитывают по массе стального шарика диаметром 2,5 мм, падающего на об­разец древесины; и вычисляют по диаметру отпечатка, вычисляемый по определенным формулам. Ударную и статическую твердость пересчитывают к влажности 12%.

Модуль упругости воздушно-сухой сосны и ели - 10000-15000 МПа, он возрастает с увеличением плотности древесины, а увлажне­ние его снижается. Известно, что гнуть сырую древесину легче, чем сухую. Еще больше облегчает гнутье древесины пропаривание - это удобный способ нагрева древесины без ее высушивания.

Особенностью древесины является ползучесть, проявляющаяся особенно во влажных условиях. Следствием ползучести является по­степенное увеличение деформаций (прогибов балок, провисание те­совых крыш и т.д.) при длительном действии нагрузки.

Факторы, влияющие на механические свойства древесины. Общая тенденция состоит в том, что, чем плотнее древесина, тем большую прочность она имеет. Плотность и прочность древесины возрастает, если лес растет на возвышенных местах и песчаных поч­вах.

Прочностные характеристики древесины несколько снижаются с повышением температуры.

АЙРАПЕТОВ

3. Лесные материалы ______________

Лесные материалы получают механической обработкой в основ­ном ствола срубленного дерева, у которого отделены сучья и корни. Такие стволы называются древесными хлыстами.

В зависимости от размеров и наличия пороков хлысты и их об­резки относятся к двум товарным категориям: деловой и дровяной (низкокачественной) древесине. В совокупности с отходами лесоза­готовок, лесопиления и деревообработки перерабатывается на цен­ные лесопродукты, используемые в производстве разнообразных по виду и назначению композиционных материалов и изделий на их

основе.

По способу механической обработки все лесоматериалы подраз­деляются на шесть классов:

1. Круглые лесоматериалы, получаемые поперечным делением

хлыста на отрезки различной длины.

2. Пиленые лесоматериалы, изготовляемые продольным пиле­нием круглого леса с последующей поперечной распиловкой

полученного полуфабриката. 3. Лущеные лесоматериалы, получаемые резанием древесины по спирали (лущением).

4. Строгание лесоматериалы, изготавливаемые резанием дре­весины ножами, формирующими плоскую поверхность раздела.

5. Колотые лесоматериалы, производимые продольным разделением древесины клиновидными инструментами.

6. Измельченные лесоматериалы, получаемые переработкой древесины на специальном оборудовании (рубильном, строгальном, размольном).

Разновидности материалов первых пяти классов называются сортиментами.

Круглые деловые лесоматериалы хвойных и лиственных пород используются в различных отраслях промышленности, строитель­стве и сельском хозяйстве. При разделке хлыстов получают следую­щие разновидности круглых сортиментов:

бревна, предназначенные для использования в круглом виде или в качестве сырья для выработки пиломатериалов и загото­вок;

кряжи, используемые для выработки специальных видов ле­соматериалов — лущеного и строганого шпона, шпал и др. Отрезки кряжей, соответствующие по длине рабочим разме­рам деревообрабатывающего оборудования, называется чураками;

балансы — сортименты, перерабатываемые на целлюлозу и древесную массу.

В соответствии с ГОСТ 9463-88 и ГОСТ 9462-88 в зависимости от качества древесины круглые лесоматериалы как хвойных, так и ли­ственных пород изготавливаются трех сортов. По толщине (диамет­ру в верхнем отрубе) они подразделяются на три группы:

1) мелкие — толщиной от 6 до 13 см с градацией 1 см;

2) средние — толщиной от 14 до 24 см с градацией 2 см;

3) крупные — толщиной от 26 см и более с градацией 2 см. Длина лесоматериалов зависит от их назначения и колеблется в широких пределах от 0,5 до 17 м. Наиболее распространенные дли­ны находятся в диапазоне З—6,5 м.

Лущеный шпон изготавливается из хвойных (сосна, листвен­ница, кедр, ель, пихта) и лиственных (дуб, клен, ясень, ильм, бере­за, бук, граб, ольха, осина, тополь, липа) лесоматериалов 1-го и 2-го сортов. При толщине хвойных кряжей 18 см и более они должны иметь 1,3; 1,6 и кратную им в метрах длину, а при толщине 20 см и более длина сортиментов должна соответствовать 1,91; 2,23; 2,54 и кратным им размерам в метрах.

Для выработки лущеного шпона из лесоматериалов лиственных пород используются кряжи толщиной 16—18 см и более с градацией по длине, соответствующей хвойным сортиментам диаметром 18 и 29 см.

Пиленые лесоматериалы (пилопродукция) по возрастающей сте­пени готовности к дальнейшему использованию подразделяются на собственно пиломатериалы, пиленые заготовки и пиленые детали.

Пиленые материалы получают раскроем бревен; заготовки выра­батываются из пиломатериалов, а детали — из заготовок или непос­редственно из круглого леса. В отличие от собственно пиломатериа­лов пиленые заготовки по размерам и качеству соответствуют буду­щим деталям с припусками на усушку и механическую обработку. Пиленые детали дальнейшей механической обработки не требуют.

Обрезные же пиломатериалы изготавливаются либо пропиленными со всех четырех сторон, либо с кромками, имеющими тупой или острый обзол — сохранившуюся часть поверхности бревна.

Односторонне обрезные пиломатериалы — с пропиленными пластью и одной кромкой выпиливаются только из лиственных пород.

Лущеные, строенные и колотые лесоматериалы Путем лущения — срезания слоя древесины в виде непрерывной ленты с вращающегося предварительно окоренного и нагретого (рас­паренного) отрезка ствола (чурака) — получают шпон толщиной от 0,55 до 1,5 мм.

Чураки размером 1,5 — 2м подвергаются обработке на специаль­ных лущильных станках. После выхода из этого станка лента шпона до или после сушки разрезается на форматные листы.

Шпон изготавливается из березы, ольхи, бука, дуба, ясеня, иль­ма, липы, сосны, лиственницы, кедра в виде листов толщиной 0,55; 0,75; 0,95; 1,15, 1,5 мм, шириной (поперек волокон древесины) от 150 до 800 мм с градацией через 50 мм и от 800 до 1600 мм с града­цией через 100 мм. Длина листов шпона в направлении вдоль воло­кон — от 800 до 2200 мм с градацией через 100 мм. В зависимости от толщины шпона допускаемые отклонения от этого размера составля­ют ±0,05 или ±0,1 мм.

Измельченные лесоматериалы

К этой категории материалов относятся технологическая щепа, технологические опилки, стружка и древесная мука. Технологичес­кая щепа, получаемая в виде товарной продукции из низкокачествен­ной древесины и круглых отходов лесопиления, широко использует­ся в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит, а также в качестве исходного сырья для изготовления древесных за­полнителей в таких композиционных материалах и изделиях на их основе, как арболит, фибролит, цементно-стружечные плиты.

Опилки лесопиления являются основным органическим запол­нителем в производстве ксилолита.