Строение древесины

ЛЕКЦИЯ №8

СТЕКЛО И ПЛАВЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Минеральные расплавы в зависимости от вида и исходного сырья можно разделить на стеклянные, каменные, шлаковые, ситаллы и шлакоситаллы.

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплавов, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладающие в результатепостепенного увеличения вязкости способностью формоваться с последующим упрочнением, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Признаки стеклообразного состояния – отсутствие четко выраженной температуры плавления, гомогенность и изотропность.

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ.

Россия самая богатая страна в мире по запасам древесины. Огромные территории заняты хвойными и лиственными лесами. Древесина обладает замечательными свойствами посравнению с другими материалами и что особенно важно: она является самовостанавливающимся природным ресурсом, которым располагает также большинство географических районов мира.

Древесина – это один из самых красивых строительных материалов с широким диапазоном рисунков и текстур. С помощью простейших инструментов из нее можно получить изделия любой формы. Древесина характеризуется сравнительно высокой прочностью (при низкой средней плотности), низкой тепло и звукопроводностью, способна легко обрабатываться и соединяться в детали и конструкции при помощи врубок, шпонок, гвоздей, болтов и клеев. Древесина обладает высокой коррозионной стойкостью и долговечностью. При благоприятных условиях эксплуатации дерево выветривается со скоростью 6 мм в столетие. К недостатку древесины можно отнести АНИЗОТРОПНОСТЬ – следствие неоднородности строения, ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ и способность к набуханию и усадке, сгораемость, подверженность при определенных условиях загниванию и другие свойства.

Макроструктуру или строение видимое невооружунным глазом, можно увидеть на разрезах ствола: торцевом, радиальном и тангенциальном (рис). На торцевом разрезе видны: 1- кора; 2- луб; 3- камбий; 4- заболонь; 5- ядро; 6- сердцевина. Все древесные породы можно разделить на ядровые (имеющие заболонь и ядро) и заболонные – лишенные ядра.

На торцевом разрезе ствола невооруженным глазом или при небольшом увеличении, можно различить большое количество концентрически расположенных слоев. Каждый слой соответствует году жизни дерева и поэтому называются годовыми слоями или годичными кольцами. Каждое кольцо имеет плотную(зимнюю) и рыхлую(летнюю) часть.

При сильном увеличении можно увидеть микроструктуру древесины. Она состоит из большого числа живых и отмерших клеток, имеющих различную форму и размеры. Каждая живая клетка имеет оболочку, находящиеся внутри нее протоплазма, клеточный сок и ядро.

Макро и микроструктура, а также влажность оказывают решающее влияние на свойства древесины.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Свойства древесины в значительной степени зависят от ее влажности. А так как древесина является гигроскопичным материалом, то ее влажность зависит от влажности окружающей среды. Для сравнительной оценки свойств принято использовать древесину с условно-нормативной влажностью 12%.

УСУШКА и НАБУХАНИЕ древесины имеет практическое значение. При увлажнении сухой древесины стенки ее клеток уплотняются (набухают), что приводит к увеличению их наружних размеров и, в целом, размеров изделия из древесины. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает или разбухает в различных направлениях неодинаково: - вдоль волокон полная линейная усушка не превышает 0,1-0,3%; - в радиальном направлении она составляет 3-6%; - в тангенциальном - 7-12%.

Усушка плотных (тяжелых) пород древесины больше усушки древесины рыхлых (легких). В результате неоднородной усушки в различных направлениях происходит коробление древесины и возникаюттрещины усадки.

СРЕДНЯЯ ПЛОТНОСТЬ древесины зависит от влажности и объема пор. У большинства древесных пород она меньше 1 г/см3. Истинная плотность древесного вещества (целлюлозы) в среднем составляет 1,55 г/см3.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – древесинызависит от влажности, температуры, направления волокон, средней плотности и породы дерева и в среднем равна 0,17 – 0,31 вт/моС.

ПРОЧНОСТЬ древесины неодинакова в различных направлениях и ее характеристики определяют при стандартной влажности 12%. Предел прочности при сжатии вдоль волокон колеблется у лиственных пород древесины в пределах 35-77 МПа, у хвойных – 30-51 МПа. Предел прочности при сжатии древесины поперек волокон (смятие) составляет 3-15 МПа. Предел прочности при растяжении вдоль волокон для древесины разных пород составляет 80-190 МПа, поперек волокон 1,5-10 МПа. Предел прочности при растяжении на изгиб составляет 50-100 МПа.

ТВЕРДОСТЬ древесины имеет большое практическое значение при обработке ее режущими инструментами. Различают твердость ударную и статическую; она неодинакова даже для одной породы, поэтому ее измеряют в трех направлениях – торцевом, радиальном и тангенциаьном.

ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ

Пороками древесины называют отклонения в строении от нормального, нарушение внешней формы ствола, а также различные повреждения понижающие ее качество.

К числу пороков относятся сучки, трещины, сбежистость, косослой, свилеватость, крень, повреждения насекомыми и древесными грибами (гниль).

Древесина влажностью менее 20% не гниет, не гниет и древесина погруженная в воду и на морозе.

ВИДЫ ДРЕВЕСИНЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В строительстве чае всего применяют хвойные породы древесины, значительно в меньших обемах лиственные.

К хвойным породам относятся: сосна, ель, кедр, лиственница и пихта. Эти породы имеют белый(ель) или красновато бурый цвет древесины со смоляными ходами. Основной породой применяемой в строительстве является сосна. Древесина сосны обладает высокими физико-механическими свойствами и стойкостью против гниения, хорошо поддается обработке. Применяется для несущих конструкций, в деревянном домостроении, для изготовления шпал, столбов линий связи, и т.д. Остальные породы применяются реже.

Лиственные породы древесины разнообразны и многочисленны. Свойства их сильно отличаются, и более различны чем у хвойных пород. Наибольшее значение в строительстве имеет древесина дуба и ясеня. Она имеет белый или желтовато-белый цвет с хорошо различимыми годовыми слоями и сердцевинными лучами. Древесина дуба и ясеня имеет красивый рисунок, обладает большой твердостью и прочностью, хорошо обрабатывается, стойка против гниения. Используют древесину дуба и ясеня для изготовления столярных изделий (рамы, двери,и т.д.), паркета, для отделочных работ, а также для изготовления мебели. Другие лиственные породы: бук, береза, клен, ольха, осина, тополь, липа - применяют реже, но все равно их применение достаточно ощутимо ввиду особенности их строения и свойств.

Сортамент древесины: Все материалы и изделия из древесины, применяемые в строительстве, разделяют на следующие виды: круглый лес, пиломатериалы, погонажные изделия, фанера, сборные деревянные дома заводского изготовления, строительные детали и конструкции из клееной древесины. Строительные конструкции из клееной древесины – один из важнейших эффективных путей использования древесины в строительстве. Склеиванием деревянных заготовок из маломерных по длине и сечению материалов можно изготовлять дверные полотна, оконные и дверные коробки, щиты для полов, а также крупные конструктивные элементы: балки различного профиля, прогоны перекрытий, фермы, арки, сваи и т.д.

СРОК СЛУЖБЫ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Повысить долговечность древесины в конструкциях и сооружениях достигается ее сушкой, антисептированием, нанесением стойких от возгорания покрытий, и конструктивными мерами по предотвращению увлажнения конструкций в процессе эксплуатаций.

Сушка – естественная и искутвенная до влажности 10-15%.

Антисепртирование – защита от гниения элементов и конструкций подвергающихся попеременному высыханию и увлажнению. Антисептики- это высокотоксичные вещества, ядовитые по отношению к дереворазрушающим грибам. Они должны быть стойки во времени, безвредны для человека, хорошо проникать в древесину и не иметь неприятного запаха. Четыре группы: водорастворимые, маслянистые, растворимые в органических веществах и пасты.

Защита от возгорания – в основном это пропитка огнезащитными веществами антипиренами. (Бура, хлористый аммоний, и др.) Огнезащитное действие антипиренов основано на создании оплавленной пленки на поверхности древесины, закрывающей доступ кислорода к древесине, а также на выделении при высоких темпертурах газов препятствующих горению древесины.

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Наиболее широко применяют в строительстве доски и бруски. Для улучшения качества и для плотного соединения доски строгают и с одной стороны выстрагивают шпунт с другой гребень (половые доски, вагонка, и др.). Для отделочных работ используют фрезерованные изделия - плинтусы, галтели, раскладки, поручни перил, наличники и др. Простота обработки древесины позволяет получать детали и изделия различной по сложности конфигурации (детали оконных рам, дверей, элементы декора).

Паркет - выпускают планочный и щитовой. Планочный паркет в виде мелких досок. Изготовляют из твердых пород – дуба, бука, ясеня и др. Две грани паркетной доски имеют шпунт, две – гребень, что обеспечивает плотное соединение перкетных досок с о всех четырех сторон. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которые наклеены паркетные планки. Паркетные доски состоят из реечного основания _ во избежание коробления, на которое наклеены паркетные планки. На кромках паркетных досок имеются также паз и гребень для плотного соединения при настилке пола. Применение щитового паркета и паркетных досок позволяет ускорить процесс настилки паркета при этом изготовляют их в заводских условиях, что обеспечивает их высокое качетво и готовность.

Фанера – представляет собой листовой материал, склеенный из трех или более слоев лущеного шпона. Шпон это тонкий срез полученный строганием или лущением древесины. Наружние слои шпона в фанере называются рубашками, внутренние – серединками. Лицевая рубашка не должна иметь пороков древесины – сучков, трещин и др., а также дефектов обработки, чем серединки и оборотная рубашка. При нечетном числе слоев шпона уменьшается коробление фанеры. Обычно фанеру склеивают из листов шпона так, чтобы волокна смежных слоев были взаимно перпендикулярны.

Лущеный шпон – получают из коротких – до 2 м бревен, предварительно пропаренных или выдержанных в горячей воде, чтобы придать древесине пластичность. Затем на лущильных станках с поверхности бревна, вращающегося вокруг своей оси, снимается тонкая стружка – шпон. Строганный шпон применяют для производства декоративной фанеры. Клеевую фанеру изготовляют из березы, бука, дуба, сосны, ели, кедра, лиственницы. Клеевая фанера набранная определенным образом поступает под пресс, плиты которого обогреваются паром при Т=120-160оС и Р=1,5-2 МПа в теч. 20-30 мин. В зависимости от вида клея фанера может быть повышенной, средней и ограниченной водостойкостью. По виду обработки поверхности фанера может быть шлифованной и нешлифованной. По числу слоев фанера может быть 3-х, 5-и и многослойная, толщиной 1,5-18 мм, размеры листа 1,525х1,525 м, 2,4х1,525 м. Применяют фанеру для устройства перегородок, подготовки для паркетных полов, обшивки стен и потолков.

Древесностружечные плиты – изготовляют путем горячего прессования специально приготовленных древесных стружек с тармореактивными жидкими полимерами (карбамидными или фенолоформальдегидными). Расход полимера составляет 8-121% ро массе. Стружку получают на специальных стружечных станках, используя сырье в виде отходов деревообработки, фанерного и мебельного производства, а также неделовую древесину. Средний слой трехслойных плит состоит из относительно толстых стружек (толщина до 1 мм), наружные слои выполняются из тонких стружек (толщина до 0,2 мм), которые повышают прочность изделий. Иногда поверхность плит покрывают водостойкими фенольными или эпоксидными лаками. Выпускают ДСП различной плотностью: очень высокой - 0,8-1,0 г/см3, высокой - 0,66-0,8, средней 0,51-0,65, малой 0,36 – 0,5, очень малой – менее 0,35. Плиты ДСП средней и высокой плотности применяют как конструкционный и отделочный материал. Плиты малой плотности служат тепло и звукоизоляционым материалом. Для придания биостойкости в сырьевую смесь добавляют антисептики (фторид и кремнефторид, буру) В качестве антипиренов сульфат аммония и диаммонийфосфат. Для снижения набухания плит на влажном воздухе в сырьевую смесь вводят гидрофобизирующие добавки. Размеры плит 1,8х3,5 м, 1,22х1,75 м, толщина от 4до 100 мм.

Древесноволокнистые плиты – изготовляют путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и специальных добавок. Древесные волокна получают из неделоой древесины и отходов. Древесные стружки проваривают в растворе едкого натра для нейтрализации смолистых и сахаристых веществ. Затем щепу размельчают в дефибраторах до состояния тонких волокон, смешивают с водой и добавками, обрабатывают паром при 150оС. Затем массу обезвоживают, вакуумируют и уплотняют на прессах. Горячее прессование ускоряет твердение термореактивного полимерного связующего. Изменяя давление прессования можно получать плиты разной плотности и разными физико-механическими свойствами. ДВП выпускают плотностью – сверхтвердые – 950 кг/м3 и проч. Более 50 МПа, твердые – более 850 и более 40МПа, полутвердые – более 450 и более 15МПа, теплоизоляционно-отделочные – 250-350 и более 2 МПа, изоляционные до 250 и более 1,2 МПа. Размеры 1200-3600 х 1000-1800 мм. Толщина твердых – 3-8 мм, изоляционных 8-25 мм.

Применяют для перегородок, полов, стен, потолков. Дверные полотна, мебели. Отделочные плиты с пленочным покрытием. МДФ,

Столярные плиты. Склееные из брусков и реек. Щиты обклеенные шпоном. Применяют для изготовления дверных полотен.

Древесно-слоистые пластики. – из лущеного шпона пропитанного исклеенного резольным фенолоформальдегидным полимером.