Что такое твердость древесины определение кратко
Обновлено: 02.07.2024
Чтобы деревянная лестница получилась качественной, следует учитывать свойства древесины. У каждого вида дерева есть определенные параметры, которые характеризуют пригодность материала для использования в разных работах. К таким параметрам относятся твердость, износостойкость, прочность, влажность.
Твердость древесины – уровень сопротивления воздействию твердых тел на ее структуру. Этот параметр полностью зависит от показателя плотности древесины. Она не одинакова по направлениям ствола дерева. К примеру, торцовая поверхность лиственных деревьев имеет большую твердость чем тангентальная или радиальная.
За счет этого показателя выделяют следующие группы древесины.
- Мягкие – чаще всего относят хвойные породы, но также в этой группе есть и лиственные породы: тополь, каштан, ива и другие.
- Твердые – самыми распространенными представителями являются: дуб, бук, лиственница, крен, ясень.
- Очень твердые – белая акация, граб, фисташковое дерево и другие.
От чего зависит твердость дерева?
На твердость древесины могут влиять несколько факторов. К ним относится влажность, содержание поздней древесины в годичных слоях, район произрастания, период заготовки.
Незначительное повышение влажности сказывается на торцовой твердости. Например, снижение влажности на 1% уменьшает твердость на 3%. Тоже происходит и с тангентальной и радиальной твердостью. Поздняя древесина наоборот повышает плотность дерева и делает его тверже.
Место произрастания влияет за счет разных климатических условий. Сосна, выросшая в сухом климате будет намного прочнее дерева, которое произрастала в болотистой местности. Время года, когда срубают древесину также влияет на свойства. Срубленное дерево в декабре будет тверже, чем в феврале.
Применение твердой древесины
Твердая древесина лучше поддается механической или машинной обработке. Точение, резьба, фрезеровка легко производить с большим качеством, чего не сделаешь с мягкой древесиной. Ее обработка требует ручной работы, при которой используют ножи, резаки и стамески.
Материал с повышенной твердостью применяется для изготовления паркета, панелей, инструментов. Также часто используют для создания деревянной мебели и лестниц. Этот показатель гарантирует отсутствие вмятин на поверхности изделия.
Измерение твердости дерева
Чтобы измерить твердость древесины по методу Бринелля используют стальной шарик в 10 миллиметров. Его вдавливают в поверхность на какой-то промежуток времени с определенной силой. После этих действий специалисты измеряют вмятину по длине и глубине. На основе этих величин измеряют показатель твердости. Классификация деревьев по твердости пород:
Стандартно древесина 12%влажности делится на три группы по твердости. К мягким относят сосну, ель, осину, липу, к твердым- береза, бук, ясень, клен, и очень твердым акация белая, эвкалипт, самшит.
Таблица твердости древесины различных пород
Название породы
Плотность, кг/м 3
Твердость (коэффициент Бринелля)
Цвет
Свойства
Акация
заболонь светло-коричневая, ядро-красно-коричневое с черными прожилками
существует много видов акации, которые используются в производстве паркета, мебели, предметов обихода, музыкальных инструментов (гитар), ружейных прикладов
Амарант
фиолетовая, фиолетово-красная (однотонная)
произрастает в Центральной и Южной Америке; амарант ценится за насыщенный пурпурный (фиолетовый) цвет; поставки на российский рынок крайне ограничены
Афрормозия
желтовато-коричневый (коричнево-золотистый), с темными прожилками
красивая, декоративная порода; афрормозия зачастую применяется в качестве вставных элементов мозаичных полов
Балау (бангкирай)
от светло-коричневого до темно-коричневого с красноватым оттенком
произрастает в Юго-Восточной Азии; рисунок едва различим; древесина практически не подвержена гниению; используется в качестве террасной доски (декинга), пола для ванной, садовой мебели
Бамбук
золотисто-соломенный, перемежающийся более темными поперечными полосами в местах расположения узлов стебля
одревесневший стебель бамбука обладает всеми свойствами высококачественной древесины твердолиственных пород
Береза карельская
светло-желтоватый с более темными волнистыми переливами
карельская береза - совершенно уникальное дерево с рисунком напоминающим мрамор; множество волнистых переливов светло-желтых оттенков с темными полосками, одним словом, это надо видеть; паркет и мебель из карельской березы смотрятся восхитительно, но материал очень редкий и дорогой
Береза черная
нежная цветовая палитра: темные лучи как русла рек врезаются в желтое золото текстуры
паркет из этого вида даевесины будет "бросаться" в глаза, что нужно учитывать при выборе интерьера; массив этого дерева не обладает высокой плотностью и твердостью, следовательно его не стоит использовать в помещениях с очень высокой нагрузкой
Билинга
от золотисто-желтого до оранжево-красного
произрастает билинга в экваториальной Африке; древесина крайне устойчива к влаге, гниению, воздействиям вредителей благодаря высокому содержанию танинов и натуральных масел; мебель и паркет из билинги высоко ценятся за золотистый цвет и приятную текстуру древесины
Бубинга
бубинга - редкое африканское дерево, текстура неровная волокнистая; красота древесины проявляется после нанесения покрытия; поставки на наш рынок очень редки
Бук
светлый, с красноватым оттенком
за счет однородной структуры древесины буковый пол зрительно выглядит спокойным, теплым, даже мягким, хотя бук – твердое прочное дерево; бук хорошо обрабатывается режущим инструментом, хорошо шлифуется
Венге
от золотисто-коричневого до очень темно-коричневого с черными прожилками
крупная, ровноволокнистая, очень декоративная порода; тяжелая, устойчивая к давлению, изгибу; в порах древесины венге содержится много минеральных и маслянистых веществ, затрудняющих обработку, например, покрытие лаком
Вишня
розово-коричневый, иногда розово-серый
ровноволокнистая с относительно равномерной текстурой древесина; очень декоративная, имеет красивый теплый оттенок, но со времени темнеет; вишня существенно мягче дуба, хорошо поддается всем видам обработки
Вяз
от серо-коричневого до темно-коричневого с красными прожилками
вяз имеет широкое распространение в Северной Америке и Европе; годичные кольца древесины ярко выражены, благодаря чему вяз считается одной из красивейших европейских пород; из вяза изготавливают мебель, предметы обихода, бумагу
Гонкало (тигровое дерево)
коричневые, темно-коричневые нерегулярные полосы, продолговатые пятна на общем бежевом или желтовато-оранжевом фоне
очень необычная, крайне декоративная древесина с резкими переходами от светлых тонов к темным (как полосы у тигра, благодаря чему и названо тигровым деревом)
Граб
блестящий, жемчужно-белый (или цвета тающего снега),с тонкими песочными нитями
граб - родственник березы, имеет скрученные волокна (свилеватость), что мешает его обработке; годичные кольца выражены слабо; древесина тяжелая, вязкая
Гикори
(хикори, пекана)
коричневый, с гармонично сменяющими друг друга светлыми и темными участками
прочная, упругая древесина; прекрасно переносит большие перепады температур; в старину использовалась для производства колес
Груша
имеет розоватый оттенок
текстура древесины тонкая, поры и рисунок годовых колец выражены слабо; сильная тенденция к короблению, поэтому сушка должна производиться достаточно медленно
Дару
золотисто-бежевый или золотисто-розовый
древесина дару обладает приятным устойчивым запахом, особенно на срезе
Доуссия (дуссия)
красно-коричневый или желтовато-коричневый
очень декоративная порода; доуссия содержит значительное количество маслянистых веществ, что необходимо учитывать при выборе лаков; хорошо шлифуется, полируется; устойчива к внешним воздействиям
Дуб
от светло-коричневого до желтовато-коричневого с красивой текстурой на срезе
древесина широко используется для изготовления паркета и досчатых полов; прочная, долговечная, устойчивая к внешним воздействиям древесина; высыхает сравнительно медленно, при ускоренной сушке склонна к трещинообразованию; со временем дуб немного темнеет, что придает оттенок благородной старины длительное время находящемуся в эксплуатации
Зебрано
выраженный двойной цвет: на общем фоне от серо-коричневого до желто-коричневого ярко выделяются частые темно-коричневые полосы, расположенные в продольном направлении
порода декоративна; хорошо шлифуется, полируется; покрытие из данной породы яркое, солнечное, энергичное, получило название благодаря полоскам, прямо как у зебры:) поставки в Россию производятся крайне ограниченными партиями, так как дерево находится на грани исчезновения
Ироко (камбала)
порода устойчива к изменениям микроклимата и различным вредителям; ироко нередко используется как заменитель тика, так как крайне устойчива к воздействию влаги
Каштан
заболонь - светлая, ядро - темно-коричневое
каштан распространен по всей Европе; текстура древесины напоминает дуб, с четкими тонкими годичными кольцами; однако по физико-механическим свойствам каштан значительно уступает дубу
Кекатонг
розово-коричневый, с лилово-рыжими прожилками; рисунком напоминает орех
редкая порода древесины, которая обладает высокой твердостью и стабильностью; не боится влаги, поэтому часто используется в качестве палубного покрытия и террасной доски
Кемпас
яркий, от золотисто-красноватого до темно-оранжевого
равномерная, плотная древесина, довольно тяжелая, твердая; низкая устойчивость к деформациям при воздействии влаги
Керанжи
от золотисто-оранжевого до красного
произрастает керанжи на побережье Индийского океана; текстура древесины - волнисто-полосатая, выражена довольно ярко, поверхность - блестящая, благодаря чему из керанжи получаютя очень красивые паркет и мебель
Клен
белый, иногда со слегка желтоватым оттенком; со временем желтеет
клен - изысканный материал для внутренней отделки помещений, создающий подчеркивающе контрастный светлый фон для темной мебели; клен склонен к трещинообразованию, поэтому он требует тщательного соблюдению режима сушки
Кокоболо
заболонь - светлая, ядро - от оранжево-красного до красно-коричневого
экзотическая порода древесины, произрастающая вдоль побережья Тихого океана; обладает уникальной текстурой - множество волнистых черных линий на бордовом или темно-красном фоне; используется для изготовления мебели, паркета, музыкальных инструментов (барабан, гитара), статуэток, бильярдных киев и др.
Кокосовая пальма
от оранжево-красного до темно-коричневого - чем старше дерево, тем темнее
древесина кокоса вся испещрена мелкими темными прожилками, что придает ей оригинальный внешний вид (она как будто покрыта шерстью); важная особенность - чем темнее древесина кокоса, тем выше ее качество
Кулим
от красно-коричневого до темно-пурпурного
произрастает в лесах Таиланда, Индонезии и Малайзии; текстура древесины кулим умеренно ровная с плавными переходами от светлых тонов к более темным; хорошо поддается столярной обработке
Кумару
золотисто-коричневый с темными, слегка волнистыми продольными прожилками
мелкопористая, очень плотная древесина; устойчивость к внешним воздействиям – высокая; благодаря прекрасному внешнему виду может использоваться для покрытия дорожек в саду, площадок у бассейна, беседок и т.п.
Кумьер (кумье)
от золотисто-красного до красно-коричневого
кумьер произрастает в Юго-Восточной Азии, по свойствам близок к кемпасу, имеет ярко выраженную текстуру; используется, как правило, в виде инкрустаций в художественном паркете
Лапачо (ипе)
оливково-серый, местами с чередованием светлых и темных участков; с течением времени темнеет
тяжелая, прочная древесина, содержит маслянистые вещества; лапачо легко поддается сушке, но имеет значительную поддатливость короблению
Мербау
коричневый, от светлого до темно-коричневого, местами с вкраплениями желтых прожилок
очень твердая, устойчива к воздействию влаги древесина, мало рассыхается; мербау используется, например, для устройства палуб, отделки помещений на морских судах и яхтах; в паркетных полах мербау отлично сочетается с дубом
Мутения
от бледно-кофейного до оливково-коричневого с яркими лиловыми лучами
мутения словно специально создана для того, чтобы стать паркетом или мебелью: блестящая, эффектная
Олива
желто-белый, иногда с красноваты оттенком, c характерными нерегулярными темными лучами
тонкая текстура; очень декоративная, плотная, мало подверженная усыханию порода; олива отлично шлифуется, дает красивую гладкую поверхность
Ольха
древесина мало деформируется при сушке, благодаря чему паркет из нее стабилен к перепадам влажности; ольха не слишком тверда, имеет тонкую структуру
Орех
коричнево-серый, с более темными вкраплениями
порода очень декоративна, давно широко применяется для отделки интерьеров и изготовления мебели; орех сравнительно тверд, но достаточно легко обрабатывается; орех устойчив к деформации, трещинообразованию при сушке
Падук африканский
падук несет эстетическую ценность
Палисандр
темно-коричневый, с фиолетовым или сиреневым оттенком, а также отдельными включениями розового, желтого и даже зеленоватого
древесина палисандра содержит много маслянистых веществ; считается, что палисандр обладает особой положительной энергетикой; сушка палисандра связана со значительными трудностями, т.к. при ускорении этого процесса возникает интенсивное трещинообразование
Панга-Панга
от золотисто-коричневого до очень темно-коричневого с черными прожилками
крупная, ровноволокнистая древесина, очень декоративна; тяжелая, устойчивая к давлению, изгибу; в порах древесины содержится много минеральных и маслянистых веществ, затрудняющих обработку, например, покрытие лаком
Пинкадо
красновато-коричневый с прожилками от темно-коричневого до фиолетово-коричневого
древесина тонковолокнистая, перевитая, плотная, вследствие чего она достаточно устойчива к деформации; пинкадо не колется, не расслаивается при обработке
Сапеле
красно-коричневый, с красивым золотистым блеском
очень декоративная древесина; сапеле хорошо поддается шлифовке, полировке
Сукупира
шоколадно-малиновый, испещренный охристыми желтыми прожилками
древесина обрабатывается тяжело, зато легко шлифуется, полируется
Тауари (бразильский дуб)
светло-соломенный с желтым оттенком
древесина стойкая, долговечная; тауари применяется для изготовления паркета, декоративных деталей мебели, музыкальных инструментов; ровный рисунок массива доски тауари идеально подходит для отделки пола в спальных помещениях
Тигровое дерево (гонкало)
коричневые, темно-коричневые нерегулярные полосы, продолговатые пятна на общем бежевом или желтовато-оранжевом фоне
древесина тигрового дерева очень декоративна и эффектна
Тик
золотисто-коричневый с темными вкраплениями или участками
текстура тика хорошо выраженная, направление волокон ровное или слегка волнистое; имеет высокое содержание маслянистых веществ, поэтому практически не гниет и может сохраняться при благоприятных условиях сотни лет; тик хорошо поддается всем видам механической обработки; тик очень устойчив к нагрузкам, внешним воздействиям, поэтому издавна применяется в судостроении
Че
темно-коричневый с более темными прожилками
очень плотное и тяжелое дерево, износостойкость крайне высокая, из-за чего дерево че тяжело шлифуется; но, вместе с тем, столярная обработка че не является таким затруднительным процессом; обычно че используется как инкрустация в художественном паркете
Эбен
глянцево-чёрный с более светлыми продольными прожилками темно-серого цвета
древесина очень декоративна и эффектна, особенно в хорошо отполированном виде
Ярра
все оттенки красного цвета, преимущественно от клубничного до темно-красного
древесина очень твердая, прочная, устойчивая против всех видов вредителей; ярра трудно обрабатывается, но хорошо шлифуется, полируется; при быстром высыхании древесина коробится, закручиваясь в направлении волокон, поэтому процесс сушки материала должен строго отслеживаться
Ясень
светлый, слегка желтоватый, с хорошо выраженным характерным рисунком текстуры на срезе
ясень по твердости превосходит дуб, но при этом очень эластичен, поэтому часто используется для спортивных объектов; ясень хорошо поддается механической обработке; древесина склонна к трещинообразованию, поэтому сушка должна поводиться достаточно медленно и тщательно
Ятоба (курбарил)
от оранжево-коричневого до фиолетового и темно-коричневого
древесина тяжелая, прочная, твердая, при этом относительно эластичная; ятоба трудно обрабатывается, но шлифуется и полируется почти до зеркального блеска; при шлифовке в отдельных случаях может проявляться окраска пор древесины от почти белой до желтовато – лимонной; сушка должна проводиться достаточно медленно, чтобы избежать образование трещин
Твёрдость древесины зависит, главным образом, от сорта дерева. В этой статье мы рассмотрим различные породы древесины и выясним, какая древесина тверже других.
Твердость пород древесины
Твёрдость лесоматериалов — это их способность сопротивляться внедрению более твёрдых тел, к примеру, гвоздей, саморезов.
Твёрдость дерева различается в разных направлениях среза. Выделяют такие типы твёрдости:
- торцовая. Этот тип твердости определяется при помощи вдавливания металлического штока, который имеет полусферический конец диаметром 11,28 мм. Шток вдавливают на глубину радиуса 5,64 мм постепенно на протяжении 2-х минут. Размер отпечатка равен 1 квадратному сантиметру и, поэтому твёрдость измеряется в кг/см2
- радиальная
- тангенциальная.
Боковая твёрдость у хвойных сортов лесоматериалов, чаще всего, на 40% ниже торцовой, а у лиственных сортов, примерно на 30%. Тангенциальный тип твёрдости, к примеру, дубовых, буковых или ильмовых лесоматериалов выше торцевого почти на 5 -10 %. Большая часть сортов древесины имеет примерно одинаковую тангенциальную и радиальную твёрдость.
Для того, чтобы создать из древесины изделие высокого качества необходимо определить твердость используемого сорта дерева. Чаще всего для определения твердости пользуются методом Бриннеля. Смысл этого способа состоит во вдавливании металлического шарика диаметром 10 мм в поверхность заготовки с силой 100 кг. По типу деформации и диаметру получившегося углубления определяется величина твердости.
Кроме этого опытные мастера обязательно принимают во внимание изменения в твердости, которые могут произойти во время работы с заготовками. К примеру, показатель твердости лесоматериалов изменяется в зависимости от типа его распила.
Твердые породы древесины
Самая твердая древесина у дерева ятоба, которое растет во влажных тропических лесах Южной и Центральной Америки. Твердость древесины этого дерева составляет 7 баллов по шкале Бриннеля. Лесоматериалы довольно светлые, с сероватой заболонью. При этом сердцевина окрашена в красный, красно-коричневый или темный оранжевый цвета. Распил ствола становится темнее на протяжении 6 -7 дней, после чего приобретает кирпично-красную окраску. Дерево вырастает до 40 метров в высоту. Из лесоматериалов создают мебель, паркет, а также декоративные элементы отделки интерьера.
Показатель твердости ярры амазонской составляет почти 6 баллов, растет она в Южной Америке. Древесина темно красного или сливового цвета в сердцевине. Заболонь при этом имеет светлый желтоватый или коричневый оттенок. Лесоматериалы этого дерева становятся темнее при действии влажности и доступа воздуха. Ярра амазонская сложно поддается обработке, однако отлично полируется и гнется. Из такого материала строят лодки и здания, создают различные предметы мебели и сувениры.
Орех европейский или грецкий произрастает на южной территории Европы и в Малой Азии. Твердость этого дерева также составляет 5 баллов. У ореха дорогостоящая древесина, ее очень ценят любители натуральных материалов. Структура волокон ровная и параллельная, иногда наблюдаются волнообразные искривления. Из древесины делают дорогую мебель, паркет и шпон, а также сувенирную продукцию. Готовые изделия поражает жук древоточец.
Лесоматериалы мербау имеют твердость 4.9 балла по шкале Бриннеля. Растет это дерево во влажных тропиках Папуа и Новой Гвинеи, а также в лесах юго-востока Азии. Вырастает дерево до 30 метров. Лесоматериалы достаточно плотные, один кубический метр такого материала весит порядка 800 кг. Сердцевина имеет светлый оранжевый оттенок или желтый цвет. Заболонь отличается светло-желтым цветом. Древесина со временем становится темнее, приобретает бронзовый или коричневый оттенок, с серебристым переливом. Древесина имеет привлекательную текстуру за счет наличия прямых и извилистых волокон. Мербау не боится влажности, его можно использовать в ванных комнатах.
Ясень имеет показатель твердости около 4. Он очень распространен на территории Европы и Азии, а также в Америке. Взрослое дерево достигает свыше 35 м в высоту. Лесоматериалы из молодых стволов однородные, светлые, слегка сероватые. А взрослые деревья имеют бурый, коричневый цвет сердцевины. Несколько видов ясеня отличаются красноватым ядром. Структура древесины схожа с дубовой. Хорошо выделяются годичные кольца, они формируют полосчатый узор. Из этих лесоматериалов делают доски разных размеров, фанерные листы, предметы мебели, шпон. Несколько столетий назад из ясеня создавали оружие, охотничьи инструменты, и катапульты.
Твердость дуба достигает 3.8 балла. Существует около 600 видов этого дерева. Лесоматериалы не подвергаются гниению под действием влаги. Древесина белого, желтоватого оттенков. Годичные кольца отлично выражены. Заболонь имеет более светлый цвет, чем ядро. Дуб, пролежавший пару веков на дне водоема, не гниет и не разлагается. Наоборот он становится более прочным и твердым, приобретает темно-коричневый оттенок. Дуб является достаточно ценной породой. Очень популярны дубовые бочки и детали автотранспорта из этого материала.
Из хвойных лесоматериалов самым твердым является лиственница. Ее твердость - 2.6 балла по шкале Бриннеля. Древесина отличается темно красным ядром. Заболонь имеет более светлый желтовато-красный цвет. Заболонь отделена от ядра четкой границей. Здания из такой древесины не гниют на протяжении сотен лет. Древесина лиственницы имеет высокую вязкость, потому ее обрабатывают медленно. Действие влаги только увеличивает показатель твердости древесины. Вымоченные лесоматериалы по твердости можно сравнить с камнем.
Очень важную роль в строительстве играет качество материалов. Как и другие строительные материалы, древесина (любые пиломатериалы) различается по свойствам и характеристикам. Зависят эти характеристики от породы дерева, применяемого в качестве используемого материала. Для тех или иных задач и назначений подбирают соответствующие породы древесины, способные выполнять поставленные перед ними задачи.
Свойства относящиеся к древесине:
Плотность древесины
Что такое плотность древесины
Плотность древесины - это отношение массы древесины к объёму древесины, то есть плотность определяется массой древесного вещества в единице своего объёма. Выражается плотность в кг/м³.
Плотность древесины зависит от её влажности. Как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, она определяется при влажности 12 %. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. При определении плотности древесинного вещества его массу определяют взвешиванием, а объем рассчитывают по разнице объема образца древесины и объема жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.
По плотности древесины при влажности 12 % все породы делят на три группы:
- с малой плотностью (540 кг/м³ и меньше-) — бальза, ель, пихта, сосна, кедр, можжевельник, тополь, осина, ива, липа, ольха, каштан;
- средней плотности (540. 740 кг/м³) — лиственница, берёза, бук, дуб, клён, ясень, орех грецкий, рябина, яблоня, груша, вяз (карагач), лещина;
- высокой плотности (750 кг/м³ и более+) — акация, граб, береза железная, дуб, ясень, самшит, фисташка.
Необходимо отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.
Твёрдость древесины
Твёрдость древесины, в первую очередь, зависит от породы. Условия роста дерева также влияют на этот показатель (одна порода древесины может иметь различную твердость в зависимости от окружающих природных условий, в которых росло конкретное дерево). Также на величину твердости влияет влажность древесины. В европейских странах и в России принято измерять твердость по методу Бринелля, в США - по методу Янка (Janka). Твердость древесины в пределах одной породы может отличаться в зависимости от распила (У торцовой поверхности твердость выше, чем у тангенциальной и радиальной в среднем на 30 % у лиственных и на 40 % - у хвойных пород.).
Суть метода Бринелля заключается в способности древесины сопротивляться внедрению (вдавливанию) в неё более твёрдого тела (индентора). При измерениях по Бринеллю используются инденторы в виде шариков из закалённой стали. Первоначально индентор устанавливают на проверяемом образце древесины, следом прилагается основная нагрузка. Спустя определенное время после приложения, нагрузку снимают и измеряют глубину оставшегося на дереве отпечатка. Рассчитывают твёрдость древесины по Бринеллю таким образом: приложенную нагрузку делят на площадь поверхности отпечатка, при этом соответствующими нормативными документами определены диаметры индентора и время экспозиции.
При методе Янка также используется индентор в виде металлического шарика, однако оценивается не глубина вдавливания, а сила, которую надо приложить, чтобы вдавить шарик в древесину на половину диаметра.
Все древесные породы по твёрдости делят на три группы:
- мягкие породы (торцовая твёрдость равна или меньше 38,5 Мпа). К мягкой древесине относят: ель, сосну, кедр, пихту, тополь, липу, осину, ольху.
- твёрдые (торцовая твёрдость породы древесины от 38,5 до 82,6 МПа). К этой группе относятся: берёза, лиственница сибирская, бук, клён, карагач, ясень, яблоня.
- очень твёрдые (торцовая твёрдость более 82,6 МПа). В эту группу входят: акация белая,керуинг, берёза железная, самшит, кизил.
Влажность древесины
Влажность это соотношение массы влаги (воды), находящейся в данном объёме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах ( % ). В древесине вода пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной.
Различают следующие степени влажности древесины:
Мокрая - длительное время находящаяся в воде. Влажность мокрой древесины выше 100 %.
Свежесрубленная (свежепил) - влажность такой древесины от 50 до 100 %.
Воздушно-сухая - к этой категории относится древесина долгое время хранившаяся на воздухе. Её показатели влажности зависят от влажности окружающего воздуха, но в среднем находятся в пределах от 20 до 35 %.
Базовая (влажность 15 - 20 %) в зависимости от климатических условий и времени года, такая древесина показывает содержание влаги от 15 до 20 %.
Комнатно-сухая влажность 8 - 12 %
Абсолютно сухая влажность 0 %, древесина высушена при температуре t = 103°C.
Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Например, влажность заболони сосны в 3 раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.
Влажность у молодых деревьев выше и её колебания в течение года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь-февраль), минимальное – в летние месяцы (июль-август).
КОЭФФИЦИЕНТЫ УСУШКИ ДРЕВЕСИНЫ, %
| Порода | Усушка | ||
|---|---|---|---|
| объёмная | в тангенциальном направлении | в радиальном направлении | |
| Лиственница | 0,52 | 0,35 | 0,19 |
| Сосна | 0,44 | 0,28 | 0,17 |
| Ель | 0,43 | 0,28 | 0,16 |
| Пихта | 0,39 | 0,28 | 0,11 |
| Кедровая сосна | 0,37 | 0,26 | 0,12 |
| Берёза | 0,54 | 0,31 | 0,26 |
| Бук | 0,47 | 0,32 | 0,17 |
| Ясень | 0,45 | 0,28 | 0,18 |
| Осина | 0,41 | 0,28 | 0,14 |
Усушка, разбухание и коробление древесины
Усушка - это уменьшение объёма древесины и линейных размеров при удалении из неё связанной влаги. Удаление свободной влаги не вызывает усушки. Она начинается только после полного удаления свободной влаги в момент начала удаления влаги связанной. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 - 2 раза больше чем в радиальном.
В среднем линейная усушка древесины наиболее большинства пород в тангенциальном направлении составляет 8 - 10 %, в радиальном 3 - 7 %, а вдоль волокон 0,1 - 0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11 - 17 %. Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.
При сушке в древесине, вне зависимости от участия внешних нагрузок, возникают внутренние напряжения. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке (сушильные напряжения), пропитке и в процессе роста дерева. Полные сушильные напряжения удобно представить, как совокупность двух составляющих - влажностных и остаточных напряжений.
Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных слоях древесины, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а во внутренних - сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения, в отличие от влажностных, не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.
Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.
Наличие различных напряжений внутри древесины может привести к её короблению.
Коробление - это изменение формы древесины при сушке, хранении, и выпиловке. Чаще всего коробление происходит из-за различной степени усушки по разным структурным направлениям. Коробление может возникать и при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.
Разбухание - это увеличение линейных размеров и объёмов древесины при повышении содержания связанной влаги. Оно происходит при увлажнении древесины и представляет собой явление, обратное усушке. Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела гигроскопичности. Наибольшее разбухание происходит по ширине волокон (тангенциально), наименьшее – вдоль волокон.
Разбухание, также как и усушка - отрицательные свойства древесины. Однако в некоторых случаях оно играет положительную роль, например, обеспечивает плотность соединений в лодках или винных бочках.
Раскалываемость древесины
Раскалываемость - это способность древесины под воздействием ударной нагрузки через клин разделяться на части вдоль волокон. Так как ряд сортов древесины заготавливают путём раскалывания, это свойство древесины имеет положительное практическое значение. Раскалываемость имеет и отрицательное значение при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.
Износостойкость и гибкость древесины
Износостойкость - это способность древесины называется противостоять разрушению в процессе трения. Износ у одной и той же древесины больше с боковой стороны, чем с торцевой. Чем выше твёрдость и плотность древесины, тем меньше её изнашиваемость. Влажная древесина больше подвержена износу – вот почему для декоративных панелей или натуральной половой доски специалисты рекомендуют сухую уборку.
Гибкость - это способность древесины деформироваться под воздействием внешних сил. Технологически операция гнутья (загиба), основана на способности древесины сравнительно легко деформироваться при воздействии изгибающих устройств, особенно в нагретом и влажном состоянии. При охлаждении и сушке под нагрузкой значительная часть упругих деформаций переходит в остаточные, фиксируется новая форма детали. У влажной древесины способность к гнутью выше чем у сухой.
Наибольшей способностью к гнутью (загибу) обладают лиственные кольце-сосудистые породы деревьев (дуб, ясень) и рассеянно сосудистые (бук, берёза). У хвойных пород эта способность очень невысока.
Способность к гнутью широко используется при изготовлении мебели, предметов интерьера.
Ударная вязкость - это способность древесины поглощать работу при ударе (ударном изгибе) без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше чем у древесины хвойных пород.
Тепловые свойства
К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.
Теплоёмкость - это способность древесины аккумулировать тепло. Она увеличивается с увеличением влажности.
Теплопроводность - свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Теплопроводность увеличивается с увеличением влажности и плотности. Вдоль волокон теплопроводность в среднем в 2 раза больше, чем поперёк.
Температуро-проводность - способность древесины выравнивать температуру по объёму.
Тепловое расширение - это способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.
Деформативность
При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.
Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.
С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в "замороженные" остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.
Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.
Что такое твёрдость мы все интуитивно понимаем. Но, чтобы сравнивать между собой различные материалы по их твёрдости, необходимо определить твёрдость как понятие, как физическую величину, ввести единицы и разработать методы измерения твёрдости.
Твёрдость как понятие формулируется достаточно просто: это способность материала оказывать сопротивление внедрению в него более твёрдого тела.
А вот с единицами измерения твёрдости всё гораздо сложнее. Дело в том, что материалы настолько сильно различаются по своей твёрдости, что оказалось невозможным использовать единый метод и, соответственно, ввести единую единицу твёрдости для всех материалов.
В настоящее время применяются несколько различных методов измерения, и в каждом из них используется своя единица твёрдости. Поэтому, когда приводят численное значение твёрдости какого-либо материала, всегда указывают, каким методом оно определено.
Для определения статической твёрдости древесины согласно ГОСТ-16483.17-81 используется методика, основанная на методе Бринелля. Однако, в ней имеются отличия от классического метода Бринелля. В качестве индентора используется пуансон с полусферическим наконечником радиуса r = 5,64 мм. Пуансон медленно нагружают до тех пор, пока полусферический наконечник не погрузится полностью в образец, и измеряют величину F нагрузки, которая для этого потребовалась. Твёрдость определяют как отношение величины F к площади основания полусферического наконечника, которая равна 100 квадратным миллиметрам.
Т.к. древесина – не изотропный материал, твёрдость определяют на поверхностях тангентального, радиального и поперечного разрезов древесины.
ГОСТ-16483.17-81 предусматривает и такие случаи, когда образцы раскалываются при внедрении индентора. В случае раскалывания образцов наконечник пуансона погружают на половинную глубину (2,82 мм), а полученный результат умножают на 4/3.
Древесина – гигроскопичный материал, и её твердость существенно зависит от влажности. Поэтому согласно ГОСТ-16483.17-81 испытания на твёрдость обязательно сопровождаются определением влажности образцов. Твёрдость, определённую при влажности в момент испытаний, затем приводят к твёрдости при стандартной влажности 12% с помощью формулы приведения (ГОСТ-16483.17-81).
Читайте также: