Влияние строения пороков влажности древесины на ее свойства реферат

Обновлено: 05.07.2024

Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью, которая легко сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность).

Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влажностью, называется равновесной. Она достигается в тот момент, когда упругость паров над поверхностью древесины оказывается равной упругости паров окружающего ее воздуха.

По содержанию влаги различают

мокрую древесину— с влажностью до 100%;

свежесрубленную — 35 % и выше;

воздушносухую —15. 20 %;

комнатносухую — 8. 12 % и

абсолютно сухую древесину.

Стандартной принято считать влажность древесины 12 %.

Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют пределом гигроскопической влажности.

Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35 % от массы сухой древесины. Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших элементов в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличивается, а прочность снижается. Свободная вода в полостях клеток, существенно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу, теплопроводность и теплоемкость.

Усушка, разбухание и коробление. Как уже отмечалось, изменение влажности древесины от нуля до предела гигроскопической влажности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и направления волокон.

Вдоль волокон линейная усушка для большинства древесных пород не превышает 0,1 %, в радиальном направлении — 3. 6 %, а в тангенциальном — 7. 12 %. Разница в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерность высыхания сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может вызвать ее коробление и растрескивание. Боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев, а наибольшему короблению подвержены доски, выполненные из древесины, расположенной ближе к поверхности бревна, и широкие доски.

Влажность - свойство древесины, характеризуется содержанием влаги в древесине. Влажность древесины существенно влияет на ее физические и механические свойства, а в ряде случаев определяет ее пригодность для тех или иных строительных целей.

В зависимости от степени влажности древесина делится на: мокрую — длительное время находившуюся в воде, ее влажность выше 100%; свежесрубленную — влажность 50—100%; воздушно-сухую — долгое время хранившуюся на воздухе, влажность 15—20%; комнатно-сухую — влажность 8—12%; абсолютно сухую — влажность 0%. Влажная древесина труднее поддается отделке, но лучше гнется.

В древесине различают две формы воды: связанную и свободную.
Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины.
Свободная вода, удерживаемая токмо механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

С увеличением влажности уменьшается прочность древесины. Существенное влияние на прочность древесины оказывает токмо связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). А электропроводность древесины, наоборот, значительно повышается при насыщении ее влагой. При полном удалении влаги из деревянных изделий (усушке) может произойти их растрескивание и потеря формы. В качестве защитных мероприятий, предупреждающих негативное влияние влаги, древесину пропитывают антисептиками, а изделия из нее покрывают лаками, красками, тонкими полимерными пленками.

Влияние влажности на механические свойства

Количество свободной влаги (т. е. выше 30%). находящейся в древесине, мало влияет на ее прочность. С уменьшением количества связанной влаги прочностные показатели древесины улучшаются. Так, предел прочности сосны при статическом изгибе в условиях комнатной температуры увеличивается с 50 до 110 МПа (с 500 до 1100 кгс/см2) при уменьшении влажности с 30 до 8%.

Прн влажности ниже 30% увеличивается также прочность на сжатие вдоль н поперек волокон, сопротивление скалыванию, а также твердость древесины. Однако изменение влажности древесины в любом диапазоне почти не влияет на прочность при ударном изгибе, а также на сопротивление выдергиванию гвоздей немедленно после их забивания.

Влияние нагревания на механические свойства

Пороки древесины, связанные с формой стволы

Пороки формы ствола

Переработку древесины всех пород очень часто осложняют встречающиеся пороки формы ствола: сбежистость, овальность, наросты, кривизна и закомелистость.

Сбежистость выражается в уменьшении диаметра бревна или ширины необрезной доски, превышающих нормальный сбег, который равен 1 см на 1 м длины сортимента. Как правило, она больше у лиственных пород, особенно у деревьев, выросших на просторе, а по длине ствола – в вершинной части. Этот вид порока формы ствола увеличивает количество отходов при распиловке и лущении круглых лесоматериалов и обусловливает появление в шпоне радиального наклона волокон. Овальность ствола представляет собой эллипсовидную форму поперечного сечения торца, у которого больший диаметр в 1,5 и более раза превышает меньший.

Осложняют переработку древесины наросты в виде местного утолщения ствола различных форм и размеров. Наросты образуются в результате разрастания тканей под воздействием различных раздражителей – грибов, низких или высоких температур и т. д., а также при пожарах, механических повреждениях и по другим причинам.

Рис. 27.1. Наросты: а) гладкий, б) бугристый

Гладкие наросты (рис. 2а) часто возникают на стволах сосны и березы. Годичные слои в местах наростов обычно шире, чем в стволе. Бугристые наросты, или капы (рис. 2б), образуются в основном на стволах березы, ореха, а также клена, ольхи черной, ясеня, бука, тополя и др. Древесина в зоне капов имеет неправильное строение со свилевато—волнистым направлением волокон и с темноокрашенными включениями в виде небольших пятен, черточек и точек. В разрезах капы имеют красивую текстуру, поэтому они применяются как материал для художественных поделок и изготовления строганного шпона.

Такой порок ствола, как его кривизна, также затрудняет использование круглых лесоматериалов и увеличивает количество отходов при распиловке. Кривизна ствола – это отклонение продольной оси от прямой линии, причем она может быть с одним изгибом и сложной – с двумя и более изгибами.

Часто встречается такой вид порока ствола, как закомелистость, который выражается в резком увеличении диаметра комлевой части круглых лесоматериалов, т. е. когда диаметр комлевого торца в 1,2 раза больше, чем диаметр на расстоянии метра от этого торца. При распиловке и лущении древесины наличие такого порока приводит к увеличению количества отходов и, кроме того, обусловливает появление в шпоне радиального наклона волокон. Закомелистость также затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению и осложняет переработку древесины.

При переработке древесины часто встречаются пороки строения древесины, связанные с неправильным строением ствола. Различают следующие виды пороков строения древесины:

1) косослой, или наклон волокон, представляющий собой отклонение волокон от продольной оси ствола;

2) крень – сплошная или местная в виде резкого утолщения древесины поздних годичных слоев;

3) свилеватость – резко волнистое или путаное расположение древесных волокон (заготовки древесины с таким пороком используются при изготовлении художественных изделий, мебели, топорищ и различных поделок);

4) завиток – местное искривление годичных слоев около сучков или проростей (древесина с таким пороком используется в мебельном производстве и художественных промыслах);

5) кармашки смоляные. Встречаются в древесине хвойных пород, особенно у ели, представляют собой полости между годичными слоями, заполненные смолой;

6) засмолок – участок древесины хвойных пород, обильно пропитанный смолой;

7) двойная сердцевина – две сердцевины в одном поперечном сечении бревна, которые образуются в месте раздвоения ствола;

8) пасынок – отставшая в росте и отмершая вторая вершина, которая обычно располагается под острым углом;

Рис. 27.3. Пороки строения древесины:

1 – разновидности наклона волокон: а – тангенциальный наклон в круглых лесоматериалах; б – местная; 2 – крень: а – сплошная; б – местная; 3 – волокнистая свилеватость у березы; 4 – завиток односторонний; 5 – кармашек; 6 – двойная сердцевина в стволе сосны; 7 – пасынок; 8 – сухобокость; 9 – рак сосны; 10 – прорость: а – открытая; б – закрытая; 11 – ложное ядро: а – округлое; б – звездчатое; в – лопастное

9) сухобокость. Возникает в результате повреждения коры растущего дерева в виде омертвевшего участка ствола;

10) прорость. Представляет собой заросшую рану, как правило, заполненную остатками коры и омертвевшими тканями;

11) рак, который является раной дерева и возникает на поверхности ствола в результате деятельности паразитных грибов и бактерий, при этом изменяются строение древесины и форма ствола;

12) ложное ядро, которое напоминает настоящее ядро, но отличается более неоднородным строением и менее правильной формой, выделяется как темная, неравномерно окрашенная зона в центральной части ствола, отделяется от заболони темной, а иногда светлой полосой, появляется от воздействия грибов, сильных морозов, как реакция на раны и по другим причинам, при этом древесина ложного ядра более хрупкая и менее прочная, а внешний вид, как правило, хуже;

13) внутренняя заболонь – наличие нескольких годовых слоев в ядровой древесине, которые по цвету и свойствам похожи на заболонь, причем она имеет пониженную стойкость к загниванию и повышенную проницаемость для жидкостей;

14) водослой – порок древесины в виде участков, имеющих повышенную влажность в результате действия бактерий, грибов, проникновения дождевой воды через раны или от перенасыщенности почвы влагой.

Файлы: 1 файл

Влажностные свойства древесины.docx

Министерство и образование и науки РФ

Северо-восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова

Кафедра ТДО и ДК

Влажностные свойства древесины

Выполнила: студентка 3 курса

Проверил: Лавров М.Ф.

Влажностные свойства древесины.

защитныесредства, снижающее влаго и водопоглощение древесины.Гидрофобизаторы

предназначены для придания водоотталкивающих свойств материалам в целях

предотвращения их водонасыщения. Они не изменяют внешнего вида материала, препятствуют загрязнению,длительно сохраняются. Вода, попадая на обработанную поверхность, скатывается, не сцепляясь с поверхностью, и не оставляет мокрых следов. Одновремен но гидрофобизаторы препятствуют возникновениюплесени, грибков и других биоразрушителей, могут придавать материалу морозостойкость. Особенно важна гидрофобизация древесины зимой.При попадании влаги в поры деревянных изделий и конструкций и ее последующем замерзании при низких температурах очень вероятно образование поверхностных и глубоких трещин. Для их предотвращения и проводятся мероприятия по защите древесины. Зимой их осуществляют путем нанесения составов – не замерзающих,не деформирующихся, способных высыхать при низких температурах. К ним относятся водорастворимые, масляные покрытия, а также специальные пасты.Гидрофобизатор может вводиться принудительной пропиткой в автоклавах и камерах тепловой обработки, методом инъекций (закачивания под давлением)через отверстия, просверленные в материале или конструкции.Поверхностная гидрофобизация предусматривает нанесение на обрабатываемую поверхность рабочего
Защитным эффектомобладают водостойкие лаки (битумные, алкидные идр.) и краски.
Для предварительной гидрофобизации древесиныприменяют грунтование и адгезионную обработку составами на основе алкидной и синтетической смол с последующим покрытием составами на основе тонированных воднодисперсионных лазурей.Обрабатываемую поверхность очищают от пыли,грязи, жировых и масляных пятен. Наносят гидрофобизатор кистью, валиком, пневмораспылителем
за один раз при температуре не ниже +5 °С без пропусков, до полного насыщения материала. Гидрофобный эффект наступает через 12–24 ч. До наступления гидрофобного эффекта рекомендуется не допускать прямого воздействия воды.

Почему влажность — важнейшая характеристика?

Основа жизнедеятельности растущего дерева, как и любого биологического объекта, — вода. Ее много в его тканях. Однако она же (наряду с кислородом) необходима для существования грибов и микроорганизмов, разрушающих древесину. Если в естественных условиях этот процесс можно назвать положительным (утилизируется отмирающая древесина), то при использовании древесины как материала для изготовления различных изделий просто необходимо свести к минимуму деструктивные процессы.

Снижение до определенного уровня содержания воды в древесине (сушка) позволяет защитить ее от гниения, существенно улучшить ее механические, технологические и эксплуатационные свойства, превращая ее в весьма ценный материал. И наоборот, для сохранения сырой древесины часто ее дополнительно увлажняют. Известно, что подводные части свай, затопленные бревна и т.п. сохраняются десятки, сотни лет.

Затопление сырья для сезонного хранения используется в фанерном производстве, искусственное дождевание штабелей бревен — в лесопильном. Дело в том, что вода вытесняет из древесины воздух, потребный для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов. Пределом влажности, обеспечивающим биостойкость древесины, считается 22%. При доувлажнении масса воды должна быть больше массы самого материала (свыше 100%).Особенно быстро — за один-два месяца! — биологически портятся срубленные, но не разделанные, а следовательно, не просушенные бревна березы, бука, осины. Примерно то же происходит с ясенем, кленом, ольхой и липой. Гниют и сырые доски, уложенные в плотные стопы. Необходимо сырые бревна срочно распиливать и немедленно высушивать с максимально возможной интенсивностью.Главные условия гниения — умеренная температура (от 5 до 40°С), кислород воздуха и значительное, но не близкое к максимальному значению для данной породы, влагосодержание древесины.

Основные показатели содержания влаги

От количества влаги в древесине существенно зависят ее прочность и качество отделки. По разным причинам на всех стадиях производства необходимо контролировать содержание воды в обрабатываемом материале. Тут не обойтись без такого показателя, как влажность.Под нею понимают выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в образце, к массе сухой древесины образца: W =( m- m_0/ m₀) * 100%

где m — начальная масса образца, г; m₀ — масса того же образца после полного удаления из него влаги.Древесина гигроскопична, она из тех материалов, которые изменяют свою влажность в соответствии с состоянием окружающей среды. Различают два состояния воды в древесине. Свободную — содержащуюся в полостях клеток и межклеточном пространстве. Она поглощается из окружающей среды (при прямом контакте древесины с водой) в жидком состоянии за счет сил капиллярного взаимодействия. Свободная вода удаляется из материала сравнительно легко. Гораздо ощутимее влияет на его свойства связанная вода. Ее еще называют гигроскопической. Она включает в себя адсорбционную и микрокапиллярную воду (по виду удерживающих ее физико-химических связей).

Связанная вода содержится в стенках клеток, способных поглощать пары из воздуха. Удалить ее (особенно адсорбционную фракцию) значительно труднее, чем свободную воду.Обезвоживание древесины происходит последовательно. Сначала уходит свободная вода и лишь затем (ниже предела около 30%) начинает испаряться связанная влага из клеточных стенок (десорбция). Максимальное количество связанной влаги примерно одинаково для всех пород и составляет при нормальной температуре около 30%. Все, что свыше, — свободная вода. По мере десорбции расстояние между мицелиями клеток сокращается— идет усушка древесины. Она приводит не только к изменению физических размеров образца, но и к повышению его прочностных свойств.Сорбция (поглощение) воды приводит к обратному — разбуханию. Помимо влажности используют еще несколько показателей, имеющих определенную практическую ценность.

При длительном воздействии воды на древесину (например, при сплаве) насыщение ею клеточных стенок достигает максимального равновесного значения — влажности предела насыщения клеточных стенок - Wп.н.

Вторая характеристика — влажность предела гигроскопичности — Это максимальная влажность клеточных стенок при сорбции воды (водяного пара) из окружающего воздуха, состояние которого приближается к насыщенному (относительная влажность (q=0,995), при полном отсутствии свободной воды. Процессы десорбции и сорбции воды в силу своей обратимости и постоянного наличия в воздухе водяных паров продолжаются до достижения некоторых устойчивых значений влажности: W_yд. и W_y.c. (для десорбции и сорбции соответственно). Эти значения для одних и тех же внешних условий различны. Инымы словами, если взять два одинаковых образца древесины, отличающихся только по влажности (один влажный, другой сухой) и поместить их в одинаковые температурно-влажностные условия на длительный срок, то W_yд (влажного образца) окажется больше, чем W_yc. (сухого образца). Это явление получило названия гистерезиса сорбции и характеризуется соответствующим показателем: AW = W_yд. -W_yc.

Показатель гистерезиса сорбции зависит в основном от размеров образца. Скажем, для сортиментов крупных сечений (бруски, доски, заготовки) он составляет примерно 2,5%, а для измельченной древесины (опилки, стружки) — 0,2-0,3%, что в расчет не принимается. Для крупных сортиментов вводят среднее равновесное значение. Для средних равновесных значений влажности разработаны диаграммы в координатах: относительная влажность — температура окружающего воздуха. Определив равновесное значение влажности по диаграмме (зная температуру и относительную влажность воздуха), можно рассчитать устойчивые значения влажности древесины при десорбции (сушке) и сорбции:

Эти зависимости справедливы, если древесина не подвергалась воздействию высокой (более 50°С) температуры. Для древесины, прошедшей камерную сушку:

Можно рассчитать, например, какую влажность будет иметь древесина, прошедшая камерную сушку до влажности 6% и хранящаяся в помещении при температуре 15°С и относительной влажности Методы измерения влажности

Пороки древесины – особенности строения, недостатки, отрицательно влияющие на характеристики, ограничивающие возможности использования всего ствола и его частей.

Подобные отклонения могут проявляться в естественных изменениях внешней формы или внутреннего строения самого ствола, а также это могут быть различные повреждения, обусловленные неправильной заготовкой, хранением. Раннее выявление пороков очень важно. Определенные виды пороков легко определяются при простом осмотре дерева в лесу. Другие, а таких большинство, выявляются после рубки, распиловки или обработки.

Пороки древесины и их влияние на качество

Подробная характеристика недостатков, полная классификация всех пороков древесины описываются в ГОСТ 2140-81. Данный нормативный документ выделяет девять типов дефектов:

Сучки.
Трещины.
Пороки формы.
Пороки строения древесины.
Химические окраски.
Грибные поражения.
Биологические повреждения.
Инородные включения, механические повреждения и пороки обработки.
Покоробленности.

ГОСТ 2140-81 Видимые пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения

Пороками строения древесины называются видоизменения внешних характеристик, структуры, порядка расположения тканей, а также различные повреждения, влияющие на механические свойства древесины, затрудняющие её обработку. Они понижают сортность лесоматериала, качество деревянных изделий, их стоимость, способность долго и без потерь хранится. Также наличие и вид дефектов влияют на методы и приемы обработки, применяемые к конкретному дереву.

Пороки строения древесины

Выделяют 48 пороков строения древесины. Ниже дана характеристика дефектов древесины значительно влияющих на качество дерева и наиболее часто встречающихся:

Наклон волокон. Несовпадение направления сосудов древесины и ориентации главной продольной оси ствола. Угол схождения (косослой) определен винтообразным расположением волокон вокруг центральной оси. Выделяют два типа наклона древесных волокон.
- Тангенциальный наклон. Проявляется в пиломатериале непараллельностью лучей сердцевины, смоляных ходов, других элементов.
- Радиальный наклон. Проявляется на округлых поверхностях деревянных изделий. Определяют по наличию непараллельных годичных колец. Проявляется в деталях, шпоне, выполненном из лесоматериала с такими пороками как сбежистость, кривизна, закомелистость. Причиной может быть некачественный распил прямослойной древесины.

Местная крень. Или прожилковая. Дуги, полоски, проходящие через годовые кольца.
Сплошная крень. Пятна сплошного потемнения, захватывают более 50 процентов по площади, располагаются слева или справа от центра поперечного спила.

Волокнистая свилеватость. В ходе волокон можно наблюдать некоторую упорядоченность.
Путаная свилеватость. Древесные волокна располагаются абсолютно неупорядоченно.

Пороки формы ствола

ГОСТ определяет следующие пороки формы:

Сбежистость. Сбег – плавная убыль радиуса ствола. Сбег в норме — снижение диаметра ствола на 1 см на одном метре его длины. Если величина сбега выше нормативной, говорят о высокой сбежистости.
Овальность. Этот порок определяют у лесоматериалов, если соотношение меньшего и большего диаметра поперечного сечения ствола меньше, чем 1:1,5.
Нарост. Локальное изменение толщины ствола. В тканях нароста определяются рельефные разводы разнообразной формы.
Кривизна. Степень отклоненности продольной оси ствола (пиломатериала) от прямой. Практически не бывает у елей, тополей, дубов, пихты.

Трещины

Растрескивание древесины параллельно волокнам.

Метиковая. Располагается радиально от центра ствола, протяжена по всей его длине. Могут быть простыми и сложными.
Морозная. Идет по радиусу из заболони в ядро. Появляется в живом дереве при низких температурах. Протяженная.
Отлупная. Возникнув в ядре, проходит между слоями ежегодного прироста.
Трещина усушки. Может появиться при некачественной сушке, менее протяженная, чем морозные и метиковые трещины.
Боковая трещина. Выходит либо только на боковую поверхность изделия, либо на боковую поверхность и торец.
Торцевая трещина. Выходит только на торец, боковые поверхности не задеты.
Неглубокая трещина. Для лесоматериала: не превышает 1/10 диаметра торца и 7 см. Для пиломатериала: не больше 5 мм. Насквозь не проходит.
Глубокая трещина. Превышает параметры неглубокой трещины, несквозная.
Сквозная трещина. Имеет два выхода.
Сомкнутая трещина. Меньше либо равна 1 мм.
Разошедшаяся трещина. Её ширина больше 1 мм.

Сучки на стволе

Сучок – часть ветки, проходящая через ствол. Существует множество типов сучков. Их можно классифицировать по следующим признакам:

форма сечения (сучок в сечении может быть круглым, овальным, продолговатым);
место выхода (выход расположен в кромке, ребре, торце изделия, либо в пласте материала);
расположение относительно друг друга (отдельно разбросанные, собранные в группы);
соединение с окружающими тканями (разветвленный, сросшийся частично или полностью, несросшийся, выпадающий);
состояние (здоровый, загнивший, гнилой, табачный);
количество выходов на поверхность изделия, материала (односторонний, сквозной, заросший)

Пороки от вредителей и грибные поражения

Биологические повреждения возникают как результат деятельности живых организмов.

Лесоматериал поражают самые разные животные и растения, относящиеся к разнообразным классам и отрядам. Такие повреждения могут привести лесоматериал в полную негодность.

Пороки, являющиеся результатом деятельности животных и растений:

Червоточины. Ходы, отверстия, оставленные насекомыми и их личинками.
Повреждения от растений-паразитов.
Повреждения позвоночными. Дупла, оставленные птицами, дефекты, оставленные млекопитающими.

Грибками вызывается множество дефектов. Наиболее часто встречаются:

Плесень. Поверхностные плесневые пятна, плесневый налет.
Пятна и полосы. Вызваны деятельностью грибков в неспиленном дереве.
Окраска заболони. Появляется в уже срубленном стволе, на твердость не влияют, меняется только цвет растительной ткани.
Побурение. Бурые пятна и полосы в лиственной древесине, возникают после рубки. Несколько понижают твердость материала.
Гниль. Проявление деятельности грибков, разрушающих структуру дерева. Значительно понижает твердость.
Дупло. Полость, образовавшаяся в растущем дереве, при местном разрушении тканей.

Химические окраски

Области и пятна, резко отличающиеся по окраске от нормальной древесины. Причина возникновения — химические и биохимические процессы окисления дубильных веществ. Чаще всего располагаются на глубине поверхностно (1-5 мм в глубину). При сушке выцветают.

Покоробленность

Коробление древесины, то есть изменение её формы, происходит во время её обработки, сушке, хранении.

Методы измерения покоробленности в пиломатериалах:

Продольные типы покоробленности и поперечный тип покоробленности определяют величиной стрелы прогиба материала.
Крыловатость определяют по наивысшему отклонению поверхности от общей плоскости.
Сложная покоробленность определяется величиной стрелы прогиба самого большого искривления в нее входящего.

Некоторые пороки древесины определяются визуально, но все же наиболее точно и корректно они выявляются и замеряются аппаратными методами. В настоящее время для этих целей используется гамма-дефектоскопия, фотоэлектрические, магнитные, рентгеноскопические, акустические методы.

Читайте также: