Твердость, деформативность и ударная вязкость древесины

Твердость. Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел (ГОСТ 16483.17 — 81). Твердость торцовой поверхности выше тангенциальной и радиальной на 30% у лиственных пород и на 40% — у хвойных.

По степени твердости все древесные породы при 12%-ной влажности можно разделить на три группы:

мягкие (торцовая твердость 38,5 МПа и менее) — сосна, ель, кедр, пихта, тополь, липа, осина, ольха;

твердые (торцовая твердость от 38,6 до 82.5 МПа) — лиственница сибирская, береза, бук, вяз, ильм, карагач, клен, яблоня, ясень;

очень твердые (торцовая твердость более 82.5 МПа) — акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит.

 

Ударный способ определения твердости заключается в том, что на древесину с высоты 0,5 м падает стальной шарик; ударяясь о поверхность древесины, он оставляет отпечаток. Величину твердости получают путем деления работы (Дж), затраченной на удар, на площадь отпечатка(м2).

Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц, перил.

Деформативность. Деформативностью называют способность древесины изменять свои размеры и форму при воздействии усилий. Деформации, исчезающие после прекращения действия силы, называются упругими, а сохраняющиеся после снятия нагрузки — остаточными.

Ударная вязкость. Ударная вязкость, характеризующая способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения, определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше величина работы, потребной для излома образца древесины, тем выше его вязкость. Если древесина хрупкая, то для разрушения образца необходимо затратить меньшую величину работы. Древесина лиственных пород в среднем имеет ударную вязкость в 2 раза (мягкие в 1,5 раза, твердые в 2,5 раза) большую, чем у хвойных пород.

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Способность древесины удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам они частично перерезаются, частично изгибаются; волокна древесины раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине. При испытании древесины определяют усилие в Н или удельное усилие в МПа, необходимое для выдергивания гвоздя или шурупа данных размеров.

Влажность древесины облегчает забивание гвоздей в нее, однако при высыхании способность древесины удерживать гвоздь уменьшается. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов Примерно в два раза больше, чем гвоздей. Удельное сопротивление древесины выдергиванию гвоздей и шурупов определяют в соответствии с ГОСТ 16483.33 — 77.

Способность древесины к гнутью. Стандартного метода для определения способности древесины к гнутью нет. Испытания проводят следующим образом. Образцы древесины в форме брусков размерами 10х30х500 мм последовательно изгибают на сменных шаблонах; сначала шаблон имеет радиус 50 см и планка изгибается до соприкосновения с выпуклой поверхностью шаблона. Затем планку загибают на шаблоне с радиусом выпуклой стороны 45 см. Величину радиуса шаблона уменьшают до тех пор, пока в образцах появятся следы разрушения (излом, отщеп).

Износостойкость древесины. Износостойкость древесины характеризуется ее способностью противостоять износу, т. е. разрушению в процессе трения. Метод испытания (ГОСТ 16483.39 — 81) создает условия, подобные реальным условиям истирания полов и настилов. Для этих испытаний используют специальную машину, которая обеспечивает истирание древесины при возвратно-поступательном движении образца с одновременным его поворотом. Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцовой. Износ уменьшается с повышением твердости и плотности древесины. Влажная древесина более подвержена износу.

Сопротивление древесины раскалыванию. Раскалываемостью называют способность древесины под действием клина разделяться на части вдоль волокон. Раскалывание древесины по действию силы и характеру разрушения напоминает растяжение поперек волокон и объясняется малым сцеплением волокон по длине ствола. Это свойство древесины имеет практическое значение, так как ряд сортиментов древесины заготовляют путем раскалывания (клепка, обод, спицы, дрань). Для испытания используют образец, напоминающий бельевую прищепку.

В настоящее время испытания на раскалывание почти потеряли свое значение, так как большая часть колотых сортиментов заменена пилеными. Способность древесины раскалываться надо учитывать при креплении деревянных элементов гвоздями, болтами и т. п. Сопротивление древесины раскалыванию определяют в соответствии с ГОСТ 16483.22 — 81.

 

ГЛАВА IV ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ

Изменения внешнего вида древесины, нарушение целостности тканей и клеточных оболочек, правильности ее строения и повреждения древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность ее использования, называют пороками. Пороки древесины механического происхождения, возникающие в ней в процессе заготовки, транспортирования, сортировки и механической обработки, называют дефектами.

Влияние порока на качество древесины зависит от его вида, размера, расположения в сортименте и назначения сортимента. Как правило, пороки снижают прочность и декоративность лесоматериалов, поэтому сортность древесины определяют с обязательным учетом имеющихся в ней пороков.

Пороки древесины (ГОСТ 2140 — 81) подразделяются на следующие группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, биологические повреждения, инородные включения, механические повреждения и пороки обработки, покоробленное. Каждая группа пороков подразделяется на виды и разновидности.

 

СУЧКИ

Сучок — часть ветви, заключенная в древесине ствола.

Разновидности сучков. По виду сучки бывают открытые, выходящие на боковую поверхность круглого лесоматериала, и заросшие — не выходящие на боковую поверхность круглого лесоматериала, обнаруживаемые по следам зарастания (вздутие, раневое пятно, бровка). По форме разреза на поверхности сортимента различают сучки круглые (рис. 13, а) —отношение большего диаметра к меньшему не превышает 2; овальные (рис. 13,6) —отношение большего диаметра к меньшему больше 2, но небольше 4; продолговатые (рис. 13, в) —отношение большего диаметра к меньшему больше 4.

Рис. 13. Разновидности сучков (схема):

а — круглый,  б — овальный, в — продолговатые, г — пластевой, д — кромочный, е — ребровый,

 ж — сшивные, з — групповые, и — разветвленные

 

По положению в сортименте сучки,выходящие на пласть, называются пластевыми (рис. 13, г), выходящие на кромку — кромочными (рис. 13,5), выходящие на ребро— ребровыми (рис. 13, е), выходящие на торец — торцовыми. Сучки, выходящие одновременно на два ребра одной и той же стороны сортимента, называют сшивными (рис. 13, ж).

По взаимному расположению различают сучки разбросанные, групповые и разветвленные. Сучки, расположенные одиночно и отстоящие один от другого на расстоянии, превышающем ширину пилопродукции, а при ширине пилопродукции или детали более 150 мм — на расстоянии более 150 мм, называют разбросанными. Круглые, овальные и ребровые сучки, находящиеся в количестве двух или более на расстоянии, равном ширине пилопродукции, а при ширине пилопродукции или детали более 150 мм — на расстоянии более 150 мм, называют групповыми (рис. 13, з). Два продолговатых сучка одной мутовки или один продолговатый в сочетании с овальным или ребровым сучком той же мутовки, независимо от наличия между ними третьего (круглого или овального), называют разветвленными (рис. 13, и). Чаще всего они встречаются у хвойных пород.

По степени срастания сучки подразделяют на сросшиеся, годичные слои которых срослись с окружающей древесиной на протяжении не менее 3/4 периметра разреза сучка; частично сросшиеся, годичные слои которых срослись с окружающей древесиной на протяжении от '/4 до 3/4 периметра разреза сучка; несросшиеся, годичные слои которых не имеют срастания с окружающей древесиной или срослись с ней на протяжении не более ‘/4 периметра разреза сучка. Несросшиеся сучки, не имеющие срастания с окружающей древесиной и держащиеся в ней неплотно, называют выпадающими. К ним относят и отверстия от выпавших сучков.

По состоянию древесины сучки делятся на здоровые, имеющие древесину без гнили; светлые здоровые (рис. 14,а), древесина которых светлая и близка по цвету к окружающей древесине; темные здоровые (рис. 14,6), древесина которых обильно пропитана смолой, дубильными и ядровыми веществами, она значительно темнее окружающей древесины и зачастую неравномерно окрашена.

Здоровые сучки, имеющие одну или несколько трещин, называют здоровыми сучками с трещинами. Сучки с гнилью, занимающей не более ’/з площади разреза сучка, называют загнившими (рис. 14, в), а занимающие более 1 / 3 площади разреза сучка — гнилыми (рис. 14, г). Загнившие или гнилые сучки, в которых древесина полностью или частично превратилась в рыхлую массу ржаво-бурого (табачного) или белесого цвета, называют табачными (рис. 14, д на вклейке).

По выходу на поверхность сучки бывают односторонние, выходящие на одну или две смежные стороны пилопродукции или детали, и сквозные — выходящие на две противоположные стороны сортимента.

Рис. 14. Виды сучков по состоянию древесины:

а — сучок светлый здоровый,

б — сучок темный здоровый,

в —загнивший сучок,

г — гнилой сучок,

д — табачный сучок

Влияние сучков на качество пиломатериалов и деталей изделий. Наиболее качественная бессучковая древесина находится в нижней части ствола дерева (комлевые бревна).

Сучки — наиболее распространенный и неизбежный порок древесины, они ухудшают внешний вид древесины, нарушают однородность ее строения, а иногда целостность, вызывают искривление волокон и годичных слоев (рис. 15 на вклейке), затрудняют механическую обработку.

Древесина сучков отличается более темным цветом и имеет самостоятельную систему годичных слоев. Она тверже древесины ствола в 2—3 раза, а при строгании сучков поперек волокон усилия увеличиваются в 3—4 раза по сравнению со строганием древесины ствола вдоль волокон.

Отрицательно сказываются на качестве лесоматериалов размеры сучков, их форма, положение в сортименте, взаимное расположение, степень срастания с окружающей древесиной и т. д. Сучки, особенно ребровые, продолговатые, сшивные и групповые, снижают прочность пилопродукции и деталей при растяжении вдоль волокон и изгибе. При поперечном сжатии и продольном скалывании сучки повышают прочность древесины. Табачные сучки указывают на наличие в древесине ядровой гнили.

Сучки являются одним из основных сортообразующих пороков как хвойных, так и лиственных пиломатериалов (ГОСТ 8486 — 66).

Рис. 15. Строение годичных слоев вокруг групповых (а) и разветвленных (б) сучков

В бытовой мебели (ГОСТ 16371 — 77) для поверхностей брусковых деталей, предназначенных под прозрачное покрытие, сучки сросшиеся здоровые светлые и темные на лицевой поверхности…

Здоровые сучки с трещинами, частично сросшиеся, несросшиеся и выпадающие на лицевых поверхностях не допускаются.

Измерение сучков. Пороки в круглых лесоматериалах, в пилопродукции и деталях, в шпоне измеряют в линейных мерах или долях соответствующих размеров сортимента.

Круглые, овальные, продолговатые и разветвленные сучки, не выходящие на ребро, в пилопродукции и строганом шпоне измеряют: по расстоянию между касательными к контуру сучка, проведенными параллельно продольной оси сортимента (рис. 16, а, размеры а, и а2); по наименьшему диаметру сучка (рис. 16, а, размеры d, и d2).

Сшивные сучки, а также выходящие на ребро продолговатые и разветвленные сучки в пилопродукции измеряют: по расстоянию между ребром и касательной к контуру сучка, проведенной параллельно ребру; при этом измерение выполняют на той стороне сортимента, куда выходит поперечное сечение сучка (рис. 16,6, размер а); по наименьшему диаметру продольного сечения сучка (рис. 16,6, размеры d, и d2).

Выходящие на ребро продолговатые и разветвленные сучки в пилопродукции можно измерять также по расстоянию между ребром и касательной к контуру сучка, проведенной параллельно ребру; при этом измеряют на той стороне сортимента, куда выходит продольное сечение сучка (рис.16,6, размер А2).

Разветвленные сучки (рис. 16,6) в пилопродукции и строганом шпоне допускается измерять и по сумме размеров составляющих сучков с измерением каждого сучка по способу, соответствующему его разновидности (za = a; Zb = dt+d2; 1а = At+ A2).

Ребровые сучки в пилопродукции и строганом шпоне измеряют: по расстоянию между ребром и касательной к контуру сучка, проведенной параллельно ребру (рис, 16, в, размеры а4 и а6); по протяженности сучка на ребре (рис, 16, в, размер d4).

Групповые сучки (рис. 16, в) в пилопродукции и строганом шпоне измеряют суммой размеров составляющих сучков, выходящих на одну сторону сортимента, с измерением каждого сучка по способу, соответствующему его разновидности (za - а, + а2 + а3 + а4; zb = dx + d2 + d3 + d4).

Рис. 16. Измерение сучков на пилопродукции:

а — круглых и овальных, б — продолговатых и разветвленных, в — ребровых и групповых

 

ТРЕЩИНЫ

Трещины представляют собой разрывы древесины вдоль волокон. Разновидности трещин. По типу трещины бывают: метиковая, простая метиковая, сложная метиковая, отлупная, морозная, усушки.

Метиковые трещины — это радиально направленные трещины в ядре, отходящие от сердцевины и имеющие значительную протяженность по длине сортимента (рис. 17, 18, а). Такие трещины возникают в растущем дереве и увеличиваются в сруб ленной древесине при сушке. В круглых лесоматериалах трещины бывают на торцах; в пилопродукции или деталях — как на торцах, так и на боковых поверхностях, где обычно имеют вид длинных цепочек прерывистых трещин, разделенных узкими перемычками.

Метиковая трещина, состоящая из одной или двух трещин и расположенная на обоих торцах сортимента в одной плоскости, называется простой метиковой трещиной (рис. 17,а). Метиковая трещина, состоящая из одной или нескольких трещин и расположенная на торце сортимента в разных плоскостях, называется сложной метиковой трещиной (рис. 17,6).

Радиально направленная трещина, проходящая из заболони в ядро и имеющая значительную протяженность по длине сортимента, называется морозной (рис. 17, в и 18,б). Возникает она в растущем дереве под воздействием низких температур и сопровождается образованием на стволе характерных валиков и гребней разросшейся древесины и коры.

Радиально направленная трещина, возникающая в срубленной древесине при сушке, называется трещиной усушки (рис.17, г и 18,в). От метиковых и морозных трещин отличается меньшей протяженностью по длине сортимента (обычно не более 1 м) и меньшей глубиной.

Трещина, проходящая между годичными слоями, возникающая в ядре растущего дерева, называется отлупной. Эти трещины увеличиваются в срубленной древесине при сушке. Наблюдаются на торцах в виде дугообразных и кольцевых трещин, на боковых поверхностях в виде продольных трещин (рис. 17,5 и 18, г).

По положению в сортименте трещины бывают боковые, пластевые, кромочные, торцовые. Трещины, выходящие на боковую поверхность сортимента или на боковую поверхность и торец, называют боковыми; боковые, выходящие на пласть или на пласть и торец, — пластевыми (рис. 18,I); выходящие на кромку или кромку и торец— кромочными (рис. 18, II); выходящие только на торцы сортимента и не имеющие выхода на боковую поверхность — торцовыми (рис. 18,III)

 

Рис. 17. Разновидности трещин в круглых лесоматериалах:

а — простая метиковая, б — сложная метиковая, в — морозная, г — трещина усушки, д — отлупная

Рис. 18. Разновидности трещин в пилопродукции:

I - пластевые, II — кромочные, III — торцовые;

а — метиковые, б — морозные, в усушки, г — отлупные трещины

 

По глубине распространения трещины делятся на несквозные, неглубокие, глубо кие и сквозные. Трещина, выходящая на боковую поверхность сортимента или на од ну боковую поверхность и торец, называется несквозной.

Несквозная трещина в круглых лесоматериалах глубиной не более 1/10 диаметра соответствующего торца, но не более 7 см, а в пилопродукции или деталях — глубиной не более      5 мм, в пилопродукции или деталях толщиной более 50 мм — не более 1/10 ее толщины называется неглубокой.

Несквозная трещина в круглых лесоматериалах глубиной более '/10 диаметра соответствующего торца и в круглых лесоматериалах толще 70 см — более 7 см, а в пилопродукции или деталях — глубиной более 5 мм, в пилопродукции или деталях толще 50 мм — более 7,о ее толщины называется глубокой.

Боковая трещина, выходящая на две боковые поверхности или имеющая два выхода на одну боковую поверхность сортимента, называется сквозной.

Трещины шириной не более 0,2 мм называются сомкнутыми, шириной более 0,2 мм — разошедшимися.

Все разновидности трещин, особенно сквозные, нарушают целостность лесоматериалов и пилопродукции, а в некоторых случаях снижают их механическую прочность.

Измерение трещин. Измеряют трещины в линейных мерах или долях диаметров сортимента. Торцовые трещины метиковые и отлупные в лесоматериалах измеряют по наибольшей ширине трещины; по наименьшему диаметру круга, в который они могут быть вписаны, или по наименьшей ширине неповрежденной периферической зоны торца.

В пилопродукции торцовую трещину измеряют по глубине и протяженности на торце в миллиметрах или в долях ширины той стороны сортимента, на которой ее проекция больше. Если это обусловлено спецификой сортимента, допускается измерять один из указанных параметров. Торцовую отлупную трещину измеряют по хорде, если ее длина менее полуокружности годичного слоя, или по диаметру, если ее длина равна или больше полуокружности годичного слоя в миллиметрах или долях ширины той стороны сортимента, на которой ее проекция больше.

В лесоматериалах боковые трещины (морозную, трещину усушки) измеряют по глубине и длине. Глубину боковых трещин в пилопродукции, не имеющей выхода на торцы, измеряют щупом толщиной 0,3 мм.

В шпоне сомкнутые трещины измеряют по длине и учитывают в штуках на 1 м ширины листа. Разошедшиеся трещины измеряют по длине и наибольшей ширине и учитывают в штуках на 1 м ширины листа.

 

  14. ПОРОКИ ФОРМЫ СТВОЛА

Сбежистость представляет постепенное уменьшение диаметра круглых лесоматериалов или ширины необрезной пилопродукции на всем их протяжении, превышающее нормальный сбег, равный 1 см на 1 м длины сортимента. Сбежистость увеличивает количество отходов при распиливании и лущении круглых лесоматериалов и раскрое пилопродукции.

Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой части круглых лесоматериалов или ширины необрезной пилопродукции, когда диаметр (или ширина) комлевого торца не менее чем в 1,2 раза превышает диаметр (или ширину) сортимента, измеренный на расстоянии 1 м от этого торца.

Овальность ствола — это форма поперечного торца круглого лесоматериала, у которого больший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший. Овальность затрудняет использование круглых лесоматериалов, увеличивает количество отходов при лущении, является внешним признаком присутствия в стволе крени и тяговой древесины.

Наросты — резкое местное утолщение ствола различной формы и размеров; имеют свилеватую древесину. Наросты встречаются на всех породах древесины, чаще на лиственных. Наличие нароста затрудняет применение круглых лесоматериалов по назначению и осложняет их переработку.

Кривизна — искривление продольной оси сортимента. Она бывает простой и сложной. Простая кривизна характеризуется только одним изгибом сортимента, а сложная — несколькими изгибами сортимента.