Древесина
Древесина является одним из основных материалов, применяемых для изготовления модельных комплектов. Она отличается малой плотностью, хорошей обрабатываемостью режущими инструментами, невысокой стоимостью.
Дерево состоит из тесно сросшихся между собой клеток, разнообразных по своей форме и величине. Клетки образуют волокна, представляющие собой трубки — сосуды, по которым протекают питательные соки. Ствол дерева состоит из конусообразных оболочек неправильной формы, сросшихся между собой и нарастающих каждый год снаружи. Схема строения дерева представлена на рис. 1, а, б.
Кора 1 предохраняет дерево от внешних климатических воздействий. Внутренняя часть коры 2 называется лубом, проводящим питательные вещества. Между корой 1 и древесиной 4 находится камбий 3 — тонкий слой ткани, он служит для питания древесины и образования (отложения) годичного слоя ее.
Древесина состоит из концентрических (иногда извилистых) годичных колец (это ткань, находящаяся между камбием и сердцевиной). Древесина некоторых пород не имеет равномерной окраски: во внутренней части ствола она имеет более темный цвет, чем в периферической. В этих случаях темноокрашенная часть древесины называется ядром, а периферическая, более светлая — заболонью. Такие породы называются ядровыми. К ним принадлежат сосна, лиственница, ясень, дуб и др. Например, у сосны и лиственницы ядро образуется лишь в возрасте 25—30 лет. Некоторые породы не имеют ядра (например, ель, пихта, береза, осина, липа и др.). Они состоят только из заболони.
Низкокачественной частью дерева является сердцевина 5, б, у одних пород она выгнивает (липа, береза), а у других отделяется в виде стержня (ель). Для ответственных частей модели сердцевину удаляют при раскрое пиломатериала.
На торцовом разрезе ствола хорошо видны узкие радиальные полоски — сердцевинные лучи, проводящие питательные вещества.
Представление о строении древесины дает микроструктура. При рассматривании тонких срезов древесины под микроскопом оказывается, что она состоит из разнообразного рода клеток, образованных отложениями камбиального слоя. Живые клетки камбия состоят из нежной оболочки, наполненной жидким веществом — протоплазмой (жидкое прозрачное вещество, содержащее кислоты, неорганические соли, воду, белки и др.). По достижении определенной зрелости протоплазма высыхает, клетка умирает и сохраняется лишь отвердевшая оболочка ее — годичный слой. Из таких мертвых клеток разнообразной величины и формы и состоит вся древесина, формирующаяся из годовых колец. Группа клеток, имеющих одинаковое назначение, называется тканью. Ткани древесины подразделяются на три вида: запасающую, проводящую (сосудистую) и опорную (механическую).
Рис. 1. Схема строения дерева:
а — годичные нарастания на стволе, показанные в долевом разрезе ствола дерева по оси; б — разрезы ствола: П — поперечный (торцовый), Р — радиальный, Т — тангенциальный
Запасающая ткань состоит из коротких запасающих клеток и служит для накопления и хранения питательных веществ (рис. 2, а, б).
Проводящая ткань состоит из вытянутых тонкостенных клеток с широкими внутренними просветами. Длина сосудов в зависимости от породы дерева в среднем составляет от 100 мм и более, а диаметр до 0,5 мм (рис. 2,в).
Опорная ткань состоит из длинных толстостенных клеток с малыми внутренними просветами и заостренными концами. Чем больше этой ткани, тем древесина плотней (рис. 2, г). Длина таких клеток составляет более 1 мм, ширина до 0,2 мм. Концы опорных клеток прочно соединяются друг с другом и оказывают надлежащее сопротивление разрыву, сжатию и изгибу. В лиственных деревьях они довольно равномерно распределены по годичному слою. В хвойных они заменяются толстостенными подводящими клетками.
Чем уже годовые слои у хвойных пород, тем древесина плотнее. У лиственных пород, наоборот: чем шире годовые слои, тем древесина плотнее, тверже (ясень, дуб и др.).В хвойных породах главную роль играют правильно расположенные вдоль ствола древесины радиальными рядами замкнутые удлиненные клетки (волокна), служащие для проведения воды и растворенных в ней неорганических солей (рис. 2, д, е). Такие клетки называются трахеидами, их находится в хвойных породах до 95% объема древесины. Длина трахеид до 10 мм, толщина — до 0,05 мм.
Тонкостенные трахеиды заменяют собой сосуд, а толстостенные— волокна опорной (механической) ткани. У ряда деревьев хвойных пород имеются смоляные ходы, в которых накапливается смола, увеличивающая стойкость древесины против загнивания. Диаметр смоляных ходов в среднем 0,1 мм, которые составляют около 1% объема древесины.
Строение лиственных пород более сложное, чем у хвойных. Сердцевинные лучи развиты больше и достигают 160 мм в высоту, а ширина лучей изменяется от 0,015 до 0,6 мм. Микроструктура древесных пород показана на рис. 3, а — в.
Рис. 2. Микроэлементы древесины:
а — волокно из коротких запасающих клеток, б — запасающие клетки, в — членик сосуда, г — клетка механической ткани, д — тонкостенная трахеида, е — толстостенная трахеида
Рис. 3. Микроструктура древесных пород:
а — лиственных пород, б— хвойная древесина в поперечном разрезе, в — хвойная древесина в долевом разрезе; разрезы: H — поперечный, Р — радиальный, Т — тангенциальный, 1 — сердцевинный луч, 1 — мелкие сосуды, 3 — крупные сосуды, 4 — годичный слой, 5 — смоляной ход
ДРЕВЕСИНА | Энциклопедия Кругосвет
Содержание статьиДРЕВЕСИНА, сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.
Источники.
Хотя древесная ткань имеется и у папоротников, почти всю древесину люди получают из деревьев двух главных отделов царства высших растений – голосеменных и покрытосеменных. Голосеменные растения – очень древняя форма, представленная исключительно древесными видами, к которым относятся хвойные деревья («мягкие породы»), а именно сосна, ель, кедр, поставляющие основную часть древесины, используемой человечеством. Отдел же покрытосеменных отличается большим разнообразием и делится на два класса – однодольные и двудольные. Лишь некоторые из однодольных (бамбук, пальмы, юкка) дают древесную ткань, которая имеет ограниченное, в основном местное значение. Что же касается двудольных, то к этому классу относятся важные лиственные («твердые») породы – дуб, эвкалипт, клен, древесина которых особенно ценна для мебели, отделки интерьеров и пр.
Структура.
Клетки древесины, как и клетки коры, возникают из многократно делящихся клеток прокамбия и камбия, которые составляют почти непрерывный слой образовательной ткани между корой и древесиной. Камбий возникает из клеток, отделившихся от конуса нарастания стебля или корня. Последний же берет начало в клеточно-образовательном центре зародыша в семени. В древесине имеются два класса клеток – паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки обычно тонкостенные с простыми (неокаймленными) порами. В заболони они выполняют функцию физиологически активной живой ткани (обеспечивают хранение питательных веществ). Прозенхимные же клетки – толстостенные с окаймленными порами. Они теряют свой протопласт, когда вырастают и достигают окончательной толщины стенок, после чего превращаются в среду, проводящую жидкость и обеспечивающую опору.
Для древесины характерны годичные кольца, обусловленные изменениями размеров клеток и толщины их стенок в связи с изменениями условий роста. В зонах умеренного климата контраст колец связан с отличием «летней» древесины одного года от «весенней» следующего. По числу колец на уровне земли можно определить возраст дерева.
Химический состав.
В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинноцепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующим межклеточным веществом являются в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, таннины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45–60% целлюлозы, 15–35% лигнина и 15–25% гемицеллюлоз. Количество инородных, экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.
Физические свойства.
Относительная плотность древесины лежит в пределах от 0,1 (бальза) до ~1,3 (железное дерево и некоторые другие тропические породы). Относительная плотность большей части деловой древесины составляет 0,2–0,75, плотность – 190–850 кг/м 3. Относительная плотность древесинного вещества равна приблизительно 1,5. Следовательно, лишь около 1/6 объема легкой деловой древесины составляет твердое вещество, тогда как в более тяжелых сортах на него приходится около половины объема. Относительная плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 (среднее значение 0,53).
И древесина дерева на корню, и деловая древесина сильно поглощают воду, что обусловлено ее капиллярным строением. Свободная вода заполняет клеточные полости, а связанная удерживается за счет адсорбции в промежутках между волокнами. Когда вся свободная вода при сушке удалена, так что всю сосудистую систему заполняет связанная вода, древесина достигает точки насыщения волокон, что для большинства пород соответствует содержанию влаги около 28%. Дальнейшее удаление воды приводит к усадке, так как при десорбировании адсорбированной воды волокна сжимаются и просвет сосудов уменьшается.
В зависимости от наличия влаги древесина усаживается или разбухает. Усадка от точки насыщения волокон до состояния после сушки в печи максимальна (4–14%) в тангенциальном направлении (параллельно годичным кольцам), примерно вдвое меньше (2–8%) в радиальном направлении (поперек годичных колец) и практически отсутствует (0,1–0,2%) вдоль волокон. Тангенциальная, радиальная и объемная усадки приблизительно пропорциональны изменению влагосодержания древесины.
Механические свойства древесины тесно связаны с ее волоконно-клеточной структурой. Ее прочность максимальна вдоль и довольно низка поперек волокон. Предел прочности (отнесенный к единице массы) древесины при растяжении вдоль волокон в 40 раз, а при сжатии – в 3–4 раза больше, чем у стали. Предел прочности при сжатии вдоль волокон примерно в 6 раз, а при сдвиге – примерно в 4 раза больше, чем поперек волокон. Поскольку усилия сжатия и изгиба типичны для сооружений, древесина особенно подходит для использования в строительных конструкциях в качестве колонн и коротких балок. Почти все прочностные характеристики древесины изменяются пропорционально плотности и обратно пропорционально влагосодержанию ниже точки насыщения волокон. Наклон волокон, т.е. отклонение их направления от продольной оси, снижает прочность деревянного конструктивного элемента. Точно так же она снижается при наличии в досках и бревнах сучков, включенных частей ветвей, нарушающих или полностью прерывающих ход волокон. Однако в отсутствие растягивающих и изгибающих нагрузок небольшие сучки допустимы. Прочность древесины снижается также из-за повреждений гнилостными микроорганизмами и насекомыми.
Применение древесины.
Применение в строительстве.
Древесина применяется в строительстве в таких формах, как пиломатериалы прямоугольного сечения (брус, доски), шпон, фанера, железнодорожные шпалы, столбы, сваи, стойки, гонт и древесноволокнистые плиты. Больше всего потребляется пиломатериалов прямоугольного сечения. Их производят распиловкой бревен, затем отделывают до стандартной ширины и длины, сортируют по качеству, сушат и поставляют потребителям в необработанном с поверхности, обработанном или формованном виде. Фанеру изготавливают, склеивая нечетное число тонких слоев древесины (шпона) так, чтобы волокна соседних слоев были взаимно перпендикулярны. Фанерные панели отличаются от обычных пиломатериалов тем, что (наряду с отсутствием ограничений по ширине) их прочность более равномерна в разных направлениях, они лучше сопротивляются раскалыванию, а их размеры меньше изменяются в условиях переменной влажности.
Топливо и древесная масса.
Применение древесины как топлива в масштабах всего мира имеет все еще очень важное значение. В высокоразвитых промышленных странах топливное потребление древесины на протяжении последних десятилетий непрерывно уменьшалось в связи с переходом на уголь, газ, нефть и электричество. Такая тенденция, по-видимому, сохранится и в будущем по мере того, как с дальнейшим развитием техники будут все более доступны другие виды топлива и источники тепла. Применение же древесины в виде древесной массы в последнее время, наоборот, непрерывно увеличивалось и, по прогнозам, будет продолжать увеличиваться в обозримом будущем. Древесина превращается в древесную массу механическим истиранием с применением воды или путем обработки химикатами, разрушающими лигниновую связь и освобождающими волокна. Затем древесная масса переделывается в различные виды бумаги, коробочный картон, древесноволокнистые плиты. После специальной обработки она используется как целлюлозное сырье для изготовления синтетических тканей и пластиков.
Усовершенствования технологии.
Благодаря новым технологическим разработкам древесина стала шире использоваться в традиционных областях и нашла новые области применения. К таким достижениям относятся усовершенствования в технологии сушки, противогнилостная и противопожарная обработка, слоистые конструкции, сборные конструкции заводского изготовления, высокоэффективные столярные клеи. Достигнуты большие успехи в целлюлозно-бумажной промышленности, а также в производстве таких материалов на основе химической переработки древесины, как синтетическое волокно, целлофан, спирт, дрожжи, древесноволокнистые плиты, древесина с полимерной пропиткой, древесный слоистый пластик и различные формованные изделия. Прогресс в области переработки и применения древесины явился стимулом к дальнейшему развитию лесного хозяйства.
Значение древесины, состав, свойства, особенности и строение. Древесина – это что такое?
Человек использует древесину с незапамятных времен. Топливо, строительные материалы, мебель, музыкальные инструменты – изделия из нее сопровождают нас всю жизнь. Кроме этого, деревья – это природные календари и живые исторические памятники.
Существует целая отрасль науки – дендрохронология, которая позволяет узнать возраст изделия, а также в какой области было срублено дерево, из которого оно было изготовлено. Изучая срезы годовых колец, можно узнать о природе и атмосфере давних времен. Достоинства и недостатки, строение, древесина как строительный материал, свойства – все эти вопросы заслуживают внимания.
Как все устроено
Свойства и характеристики материала невозможно понять, предварительно не изучив строение и состав древесины. Само понятие зависит от того, кто его употребляет. Для обычного человека и строителя это исключительно часть дерева под корой, которую можно употреблять в быту или производстве. Для ботаника строение дерева и древесины – это весь комплекс, включающий в себя все элементы от корней до кроны.
Крона в промышленности используется незначительно, а ветви идут как сырье для древесноволокнистых плит и картона. Основное значение имеет ствол. На поперечном разрезе взору открывается строение ствола древесины. Самый верхний слой – кора, защищает живые клетки от внешних воздействий. Между корой и телом ствола располагается слой живых клеток – кадмий. В самом центре через весь ствол проходит сердцевина. Рыхлые ткани, из которых она состоит, делают ее непригодной для утилитарных нужд.
Ядро дерева состоит в основном из омертвевших клеток, отложений смолы, красящих и дубильных веществ. Ядро окружает заболонь – часть дерева, которая отвечает за проведение воды к листьям от корней. Соответственно, в ней много влаги, она больше пропускает воду и сильнее подвержена гниению. Ярко выраженное ядро есть не у всех деревьев. В некоторых из них нет разницы между центральной и окраинной частью ствола. Такие породы называются заболонными.Микроскопическое строение древесины
Применяя микроскоп, можно глубже изучить строение. Древесина состоит в целом из омертвевших клеток. Молодые растительные клетки состоят из оболочки и внутренней части – цитоплазмы и ядра. Основой тонкой прозрачной мембраны является целлюлоза или клетчатка. С течением времени растительные клетки претерпевают метаморфозу и, в зависимости от заложенной функции, превращаются в своей массе либо в кору (пробкование), либо в древесину (одревеснение).
В клетках постоянно образуется лигнин. Он и служит причиной одревеснения. Разделяют два вида древесных клеток – прозенхимные и паренхимные. Первый вид составляет основную массу древесины, в зависимости от породы – от 85% до 99%. В свою очередь, они разделяются по своим функциям. Проводящие клетки отвечают за доставку питательных веществ и влаги от корней к листве, механические – за прочность и устойчивость дерева. Паренхимные клетки выполняют функцию кладовой для растения. Они накапливают питательные вещества (жиры, крахмалы) и отдают их по мере надобности в трудный период.
Хвойные породы
В зависимости от вида деревьев различается и их строение. Породы древесины делят на хвойные и лиственные. Строение хвойных пород отличается большей простотой. Основную массу составляют трахеидные клетки. К особенностям хвойных пород можно отнести наличие клеток, вырабатывающих смолу. У разных видов они могут быть как хаотично разбросаны, так и объединены в систему смоляных ходов.
Лиственные породы
Более сложны деревья лиственных пород и их строение. Древесина состоит из сосудов, волокон либриформа и паренхимных клеток. Так как лиственные деревья сбрасывают осенью листву, зимой они нуждаются в большом запасе пищи. Отсюда и большее количество паренхимных клеток, отвечающих за накопление питательных веществ, чем у хвойных пород. Это можно увидеть по ярко выраженной сердцевине.
Свойства
Целым рядом характерным свойств обладает древесина. Особенности строения тому причина. Прочность у древесины довольно высока, и среди строительных материалов по этому показателю она занимает промежуточное положение. А учитывая небольшой удельный вес, она сравнима в этом плане с металлом. Слабым местом древесины является то, что она – анизотропный материал. Способность сопротивления к разрушению зависит от направления силы относительно расположения волокон. Самые лучшие показатели прочности видны при воздействии на материал вдоль волокон.
Жесткость древесины мала, причина этому – специфическое строение. Древесина – пористый, гибкий материал. Балки способны восстановить свою форму после кратковременной нагрузки. Но остаточные деформации, вследствие длительного воздействия, остаются навсегда. Деревянная балка не сможет восстановить свою форму после долгой эксплуатации.
Твердость строительных материалов определяется тем, какая нагрузка необходима для вдавливания стального шарика с определенными размерами. Для самых жестких пород древесины она составляет всего 1000 Н. При этом низкая твердость – это и одно из главных достоинств материала. Дерево легко обрабатывается, в нем прочно удерживаются гвозди, шурупы, самонарезающиеся винты.
Влажность древесины определяется удельным содержанием влаги в порах. В только что срубленном дереве оно достигает 100%. В зависимости от назначения свежесрубленную древесину подвергают сушке до необходимых показателей от 40 до 15%.
Достоинства
Древесина обладает малым значением теплопроводности. Ее можно с успехом применять в качестве теплоизолирующего материала. Простота в обработке позволяет использовать широкий круг инструментов. Невозможно представить любой оркестр без музыкальных инструментов, изготовленных из дерева. Чарующие звуки скрипки – результат такого свойства древесины, как способность к резонансу. Древесина легко изгибается, открывается большой выбор для изготовления различных гнутых конструкций. Также деревянные изделия отличаются хорошими звукопоглощающими характеристиками. Красивая поверхность открывает простор для фантазии при дизайне помещений.
Недостатки
Способность деревянных изделий воспринимать нагрузки зависит от направления приложения силы. Это объясняется анизотропным строением древесины. Кроме того, характеристики прочности зависят еще и от близости к центру ствола, влажности, наличия сучков, трещин. Это заставляет тратить много времени на отбор пригодного материала для работы.
Являясь органическим материалом, древесина беззащитна для насекомых, плесени, грибков. Для долговечной эксплуатации требуется проводить дорогостоящую химическую обработку. Стоит отметить, что деревянные конструкции без предварительной обработки – легкая добыча для огня.
Переработка древесины
В целом можно выделить три вида обработки древесины:
- Самый распространенный – механический способ. Дерево пилят, строгают, раскалывают.
- При химико-механической обработке материал подвергают промежуточной подготовке. Щепу, стружку смешивают со связующим веществом и нагревают. Происходит химическая реакция полимеризации, и на выходе получают такие материалы, как фанера, древесностружечные плиты, фибролит.
- При химической обработке на древесину воздействуют кислотами, щелочами, солями, подвергают нагреву. Из продуктов такой обработки можно назвать древесный уголь, канифоль, камедь, дубильные вещества, целлюлозу.
Деревья старше человека на сотни миллионов лет. Все когда-либо существовавшие цивилизации основаны на применении древесины. Книги, мебель, музыкальные инструменты – все это возможно благодаря этому уникальному природному материалу.
Клён (древесина) — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 января 2018; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 января 2018; проверки требует 1 правка.| Клён | |
|---|---|
| Виды деревьев | Клён |
| Происхождение | Евразия, Северная Америка |
| Цвет | желтовато-белая, белая, розоватая |
| Средняя плотность | явор 623 кг/м³ клён остролистный 653 кг/м³ |
| Пределы плотности | явор 530–790 кг/м³ клён остролистный 560-810 кг/м³ |
| Продольная усадка | 0,4–0,5 % |
| Радиальная усадка | явор 3,3–4,4 % клён остролистный 3,2–4,9 % |
| Тангенциальная усадка | явор 8,0–8,5 % клён остролистный 8,4–9,0 % |
| Прочность на изгиб | клён остролистный 114–137 Н/мм² |
| Прочность на сжатие | явор 82 Н/мм² клён остролистный 100–155 Н/мм² |
| Предел прочности | явор 58 Н/мм² клён остролистный 59-62 Н/мм² |
| Теплопроводность | явор 0,16–0,18 Вт/м клён остролистный 0,14 Вт/м |
| Теплота сгорания | 3,75[1] до 4,1 кВт•ч/кг |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Клён — древесина деревьев рода Клён (лат. Acer), включающего в себя до 200 видов деревьев и кустарников, распространённых в Евразии и Северной Америке. Используется прежде всего как строительная древесина или для изготовления мебели, значительно реже в качестве топлива. Экономически значимой является древесина высокорослых видов клёна, в Евразии это такие виды как Явор (лат. A. pseudoplatanus) и Клён остролистный (лат. A. platanoides). В Северной Америке к таким видам относятся Клён сахарный и Клён чёрный (лат. A. nigrum), называемые «американский твёрдый клён» (англ. American hard maple), а также Клён красный и Клён серебристый, древесина которых носит название «американский мягкий клён» (англ. American soft maple). В Восточной Азии для получения кленовой древесины используют Клён мелколистный. Кроме того, некоторое использование находит древесина Клёна полевого.
Древесина клена считается одной из ценных пород древесины. Как заболонь так и ядровая древесина клёна окрашены в желтоватый или белый цвет, древесина клёна остролистного имеет розоватую окраску. Заболонь и ядро не отличаются по цвету или отличаются незначительно. Годичные кольца ясно различимы, между кольцами имеются неравномерно расположенные поры и часто видны лучи в виде пятен или полос.
Эта древесина имеет среднюю плотность от 623 (явор) до 653 кг/м³ (остролистный клён) и относится к древесным породам средней тяжести, эластичная и вязкая, но одновременно твёрдая и слабо подвержена короблению. Прочность на сгиб хорошая. В карточке приведены физические свойства древесины двух важнейших видов клёна.
В высушенном виде древесина клёна очень устойчива, прежде всего при использовании её внутри помещений. Поверхность кленовой древесины хорошо обрабатывается, легко полируется, окрашивается и покрывается морилкой, также без проблем может покрываться лаком. Эту древесину можно раскалывать. При сушке древесина клёна склонна к изменению цвета, поэтому стволы рекомендуется после валки отрезать и хранить вертикально.
-
-
Поперечный спил явора
-
Кленовая древесина «птичий глаз» (изменение структуры волокон из-за нарушений роста камбия)
Скамья из древесины сахарного клёнаДревесина клёна применяется в первую очередь в интерьерах и для изготовления мебели. Шпон из этой древесины, как с ровным так и с волнистым (свилеватым) рисунком волокон, особенно в 1950-х и до середины 1960-х годов из-за своего естественного цвета был излюбленным материалом для оформления спальной мебели, шкафов, столов, буфетов и мелкой мебели. Часто используется также как контрастное дерево в виде кантов и декоративных реек. Однако из-за склонности к пожелтению её употребление в качестве лицевых панелей мебели быстро пошло на убыль. В наши дни кленовую древесину применяют для внутренней отделки высококачественной мебели. Эту древесину применяют краснодеревщики для изготовления мебели ручной работы, также для интарсий.
Особым видом использования кленовой древесины является изготовление столешниц из одного куска дерева. Мебельная промышленность использует клён в виде пиломатериалов или шпона для оформления. Кленовый паркет считается особо ценным и отличается высокой стойкостью к истиранию. Также клён прекрасно подходит для изготовления лестниц.
Издавна находит применение при изготовлении струнных и духовых музыкальных инструментов отборная древесина явора, которую применяют как декоративную и резонансную древесину. Эта древесина часто используется при изготовлении грифов гитар. Также очень востребованы деки из волнистой древесины явора. Корпуса высококачественных барабанов также часто сделаны из клёна.
Резчики и скульпторы также охотно применяют для своих работ клён. Эта светлая древесина находит использование для бытовых и кухонных приборов и для спортивных снарядов. Клён используется для изготовления различных игрушек, таких как домики и фигурки.
- Eberhard Thun: Nutzholzarten. Verlag V. Thun, Vechte 1993; S. 52-53. ISBN 3-9803347-0-8.
- Josef Fellner, Alfred Teischinger, Walter Zschokke: Holzspektrum. Ansichten, Beschreibungen und Vergleichswerte. proHolz — Arbeitsgemeinschaft der österreichischen Holzwirtschaft zur Förderung der Anwendung von Holz, Wien 2006; S. 12. ISBN 3-902320-31-1
- D. Grosser, W. Teetz. Einheimische Nutzhölzer (Loseblattsammlung). — Bonn: Informationsdienst Holz, Holzabsatzfond – Absatzförderungfonds der deutschen Forstwirtschaft, 1998. — ISSN 0446-2114.
Строение и свойства древесины
Древесина является наиболее распространенным природным полимером, состоящим из целлюлозы– высокомолекулярного углевода (С6Н10О5)п и лигнина, которые связаны друг с другом.
С физической точки зрения древесина состоит из следующих слоев: кора – луб – камбий – заболонь – ядро – сердцевина.
Кора защищает дерево от механических повреждений и состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества, от кроны в ствол и корни.
Камбий – тонкий кольцевой слой живых клеток. Камбий откладывает в сторону центра клетки древесины и в меньшей мере в сторону коры клетки луба.
Заболонь — живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне.
Ядро – полностью отмершие клетки.
Сердцевина состоит из тонких клеток с низкой прочностью, слабо связанных между собой.
Свойства древесины.
Истинная плотность древесины всех деревьев изменяется незначительно, так как древесина состоит в основном из одного вещества – целлюлозы. Среднее значение истинной плотности древесины можно принять равным 1,54 г/см3.
Средняя плотность древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и др. факторов.
Пористость древесины изменяется в широких пределах (от 30 до 80%).
Гигроскопичность и влажность. Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью, которая легко сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность). Изменение влагосодержания древесины влечет за собой изменение объема в результате набухания либо усушки материала. Кроме того, изменение влагосодержания приводит к изменению прочности древесины.
По содержанию влаги различают мокрую древесину – с влажностью до 100% и более; свежесрубленную – 35% и выше; воздушно-сухую – 15…20%; комнатно-сухую – 8…12% и абсолютно сухую древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103С. стандартной принято считать влажность древесины 12%.
Вода в древесине может находиться в трех состояниях – свободном, физически связанном и химически связанном. Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточные пространства. Физически связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток.
Теплофизические свойства.
Теплопроводность и коэффициент температурного расширения древесины – материала высокопористого и волокнистого строения вследствие анизотропности строения вдоль и поперек волокон отличается. Например, для сосны вдоль волокон – λ=0,35 Вт/(мК), а в поперечном направлении – 0,17 Вт/(мК). Для других сортов древесины может составлять в пределах 0,17…0,31 Вт/(мК). Коэффициент температурного расширения: α древесины поперек волокон = 3,5…6∙10-5К-1; α древесины вдоль волокон = 0,3…0,6∙10-5К-1. Коэффициент теплоемкости с древесины = 2,51 Дж/кг∙К.
1 Понятие о древесине. Состав и строение древесины
5
1.1 Понятие о древесине
Термином древесина обозначают несколько различающихся понятий.
В обыденной жизни и технике древесиной называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой.
В анатомии и химии древесины под древесиной понимают ткань или совокупность тканей древесных растений – освобожденную от коры ткань ствола, ветвей и корней.
Древесина состоит из клеток с одревесневшими оболочками. Материал, образующий оболочки клеток (вещество древесины), называют древесинным веществом и часто в краткой форме просто древесиной.
В механической технологии под древесиной понимают материал, состоящий целиком из натуральной древесины и используемый в качестве строительного, конструкционного, поделочного материалов и т.п.
В химической технологии древесина служит сырьем для химической переработки в целлюлозно-бумажном производстве, гидролизных и лесохимических производствах и для химико-механической переработки в производстве древесных плит и пластиков.
Для химической переработки с целью получения бумаги и в гидролизных производствах кроме древесины используют и другие виды растительного сырья, но в значительно меньшей степени.
Древесина является уникальным сырьем, постоянно возобновляемым в процессе фотосинтеза, и комплексное использование всей ее биомассы представляет собой важную экономическую и экологическую задачу.
Роль древесины особо возросла в связи с сокращением запасов традиционного сырья химической промышленности – угля, нефти и газа. Это и определяет перспективность ее многостороннего использования, а также исследований в области химии и химической технологии древесины.
Как известно, древесина является сложным органическим продуктом природного происхождения. Она состоит, в основном, на 99% из органических веществ. Примерно 70% органических веществ древесины составляют углеводы, из них в среднем 50% приходится на целлюлозу и 20% составляют нецеллюлозные полисахариды, называемые гемицеллюлозами. Около 30% древесины приходится на вещества ароматической природы.[2]
Эту часть древесины называют лигнином.Небольшую часть древесины составляют экстрактивные вещества, т.е. вещества, способные извлекаться из древесины нейтральными растворителями. Это, в основном, низкомолекулярные вещества, такие как терпеноиды, таниды, сахара и т.д.
Комплекс содержащихся в древесине природных органических полимеров (целлюлоза, нецеллюлозные полисахариды, лигнина), а также низкомолекулярных соединений (экстрактивные вещества) позволяет подвергать ее химической переработке.
Ценные физические свойства (большая прочность при малой плотности, низкие тепло- и электропроводность, легкость обработки, внешний вид и т.д.) делают древесину незаменимым конструкционным и поделочным материалом для изготовления разнообразных изделий, необходимых в промышленности, строительстве, производстве мебели и пр.
1.2 Строение дерева
Наибольшую долю в дереве составляет ствол (60–90%), затем крона и корни (5–20%). Соотношение между частями дерева меняется в зависимости от древесной породы (см. таблицу 1.1), возраста деревьев и условий их произрастания.[4]
Таблица 1.1 – Относительный объём частей дерева, %
Порода | Ствол * | Корни | Ветви |
Лиственница | 77–82 | 12–15 | 6–8 |
Сосна | 65–77 | 15–25 | 8–10 |
Дуб | 50–75 | 15–20 | 10–20 |
Берёза | 78–90 | 5–12 | 5–10 |
* При лесозаготовках от ствола отделяют пень и вершину
Части дерева играют разную роль при его жизни и находят разное промышленное применение (рисунок 1.1).
Через корни из почвы поступает вода с минеральными веществами. Корни придают дереву устойчивость. Совокупность всех корней дерева составляет его корневую систему. У деревьев в корневой системе хорошо выражен главный корень, который по мере роста ветвится, образуя боковые корни. Диаметр корневой системы в 2–5 раз превышает диаметр кроны и составляет в среднем от 6 до 18 метров. В состав кроны входят ветви, хотя фактически они являются продолжением ствола и его проводящей системы. В зелёных частях дерева – листве, хвое идут процессы фотосинтеза.
Ствол при жизни дерева служит для проведения воды и питательных веществ, хранения резервных питательных веществ и поддержания кроны. У большинства хвойных пород основная ось дерева хорошо выражена, а у лиственных деревьев главная ось теряется среди боковых ветвей. Форма ствола взрослого дерева ниже кроны близка к цилиндрической, а в самой кроне ствол имеет форму конуса. Форма ствола и кроны определяется генетически, но зависит от условий произрастания. В соответствии с этими особенностями ствол разделяют на комлевую (нижнюю) часть, или комель, среднюю часть и вершину. Эти части несколько различаются по физико-механическим свойствам.
Рисунок 1.1 – Функции частей дерева
Основное промышленное значение для механической и химической переработки имеет древесина ствола. Практическое использование кроны и корней пока еще ограничено. Они образуют основную массу отходов при лесозаготовках. Общую массу вещества всех частей дерева – ствола, корней и кроны – называют биомассой дерева. Её выражают в единицах массы или объёма. Лесонасаждения в условиях умеренного климата дают 400–200 т/га общей биомассы, из которой на крону приходится 30–20 т/га и на корни – 75–65т/га.[4]
ДРЕВЕСИНА — это… Что такое ДРЕВЕСИНА?
ДРЕВЕСИНА вторичная ксилема. Характеризуется ежегодными приростами. В каждом приросте различают раннюю (весеннюю) и позднюю (летнюю) Д. У листв. пород Д. может быть рассеянно-сосудистой, если сосуды распределены более или менее равномерно по всему годичному приросту (липа, яблоня, тополь), и кольпесосудистой, если широко-просветные сосуды находятся в ранней Д., а немногочисленные, очень мелкие сосуды приурочены к поздней Д. (дуб, ясень). (см. КСИЛЕМА)..(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 2-е изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)
древеси́на (ксилема), проводящая ткань сосудистых растений, т.е. всех высших растений, за исключением мхов. Основная функция древесины осуществляется проводящими элементами – сосудами и трахеидами, представляющими собой отмершие полые клетки. Проводящие элементы образуют в растении разветвлённую систему, доставляющую воду и растворённые в ней соли от корней к листьям. Стенки проводящих элементов имеют поры или отверстия, через которые идёт транспорт веществ. Проводящие элементы окружены клетками паренхимы, выполняющими разнообразные функции (ближний транспорт и запасание веществ и др.), и древесинными волокнами, или волокнами либриформа, придающими древесине механическую прочность.
Основная масса древесины живого растения состоит из отмерших клеток. Клетки камбия обеспечивают прирост молодой древесины, который происходит посезонно. Ежегодные слои прироста видны на поперечном срезе ствола дерева в виде годичных колец. Молодую древесину называют заболонной или заболонью. Внутрь от заболони расположена древесина, почти не принимающая участия в проведении воды. У одних пород (осина, бук, ель, пихта и др.) она внешне похожа на заболонь и называется спелой, у других (сосна, дуб, ясень, вяз и др.) она более тёмной окраски и называется ядровой или ядром. Древесина – ценный материал, имеющий множество разнообразных применений. Технологические и декоративные качества древесины определяются её анатомическим строением, различным у разных видов древесных растений.
.(Источник: «Биология. Современная иллюстрированная энциклопедия.» Гл. ред. А. П. Горкин; М.: Росмэн, 2006.)
.