Физические и механические свойства древесины
Одним из важнейших свойств древесины является ее усадка. Линейные размеры древесины уменьшаются в процессе сушки, а противоположный процесс – так называемое растрескивание – идет при поглощении влаги из воздуха. Эти явления происходят при изменении содержания связанной воды (насыщающей), а содержание свободной (капиллярной) воды не влияет на изменение объема древесины. Величина объемной усадки приблизительно равна объему связанной (насыщающей) воды, отданной древесиной при сушке. Линейная усадка различных пород древесины приведена в табл. 6.
Неодинакова величина усадки при сушке в направлениях оси, лучей и по окружности. Эти величины наименьшие в направлении оси древесины (0,12–0,36 %), выше в направлении лучей (3–8 %) и самые высокие по окружности (6–13 %). Разная линейная усадка в направлении лучей и по окружности вызывает коробление досок и изменение формы поперечного сечения. Более быстрая и большая усадка по окружности, чем вдоль лучей, при сушке является главной причиной растрескивания древесины.
Таблица 6.
Физические свойства различных пород древесины
| Вид древесины | Плотность г/см3 | Линейная усадка древесины, %, в направлении | ||
| оси | лучей | окружности | ||
| Липа | 0,45 | 0,20 | 7,79 | 11,50 |
| Пихта | 0,45 | 0,12 | 2,91 | 6,72 |
| Ель | 0,45 | 0,14 | 2,41 | 6,18 |
| Ольха | 0,54 | 0,36 | 2,91 | 5,07 |
| Сосна | 0,50 | 0,12 | 3,04 | 5,72 |
| Береза | 0,65 | 0,27 | – | – |
| Бук | 0,65 | 0,16 | – | – |
| Дуб | 0,70 | 0,16 | – | – |
| Орех | 0,66 | 0,21 | 3,82 | 10,50 |
| Груша | 0,725 | 0,22 | 3,94 | 21,70 |
| Ясень | 0,74 | 0,19 | 3,35 | 6,50 |
| Клен | 0,70 | 0,21 | – | – |
| Акация | 0,77 | – | – | – |
| Эбеновое дерево | 1,16 | – | – | – |
Плотность древесины (собственная масса) зависит от степени ее влажности и пористости. В связи с этим различают плотность свежесрубленной, воздушно-сухой и полностью сухой древесины. В зависимости от плотности древесины в воздушно-сухом состоянии различают шесть классов древесины:
| Плотность, г/см3 | Породы | |
| Очень тяжелая | > 0,80 | Граб, тис, гваяк, эбен, эвкалипт |
| Тяжелая | 0,71–0,80 | Белая акация (акация), бук, дуб, ясень, орех, груша, слива |
| Умеренно тяжелая | 0,61–0,70 | Береза, клен, явор (белый клен), лиственница, вяз |
| Легкая | 0,51–0,60 | Каштан, красное дерево |
| Умеренно легкая | 0,41–0,50 | Сосна обыкновенная, ель, пихта, липа, ольха, осина, кедр, тик |
| Очень легкая | < 0,40 | Тополь, белая сосна |
Механические свойства древесины зависят от направления действия силы по отношению к волокнам. Различают прочность древесины вдоль и поперек волокон. Наиболее существенными являются прочность при сжатии, изгибе и растяжении. Разница в прочности отдельных пород древесины является следствием их различной плотности. Несмотря на то, что прочность при растяжении древесины значительна, близка к прочности некоторых цветных металлов, например некоторых бронз и латуней, в практике избегают применять деревянные элементы, работающие на растяжение, учитывая малую прочность древесины, вызванную напряжениями среза и сжатия в месте закрепления. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 3 раза меньше, чем при растяжении.
Одной из важных характеристик, определяющих пригодность древесины для использования в промышленности, является ее твердость. Твердость древесины растет по мере роста ее плотности. На основе определения твердости по методу Бринелля древесина разделена на пять классов твердости (табл. 7).
Таблица 7.
Классификация древесины по твердости
| Класс твердости | Порода дерева | Твердость | sв*, МПа |
| Очень мягкая | Верба, бальза, тополь, осина, пихта, ель, белая сосна | До 3,5 | 80–100 |
| Мягкая | Береза, ольха, явор (белый клен), липа, лиственница, обыкновенная сосна, красное дерево, платан | 3,6-4,9 | 90-140 |
| Средней твердости | Вяз, орех, черная сосна | 5,0-5,9 | 90-140 |
| Твердая | Дуб, ясень, яблоня, груша, вишня, тик | 6,0-6,5 | 100-140 |
| Очень твердая | Дуб, граб, бук, тис, белая акация (акация), палисандр | 6,6-14,6 | 120-160 |
| Твердая, как кость | Эбонитовое дерево, гваяковое дерево, кокос | Более 15,0 | |
| * Прочность при растяжении вдоль волокон. |
Изделия из древесины
Торговая древесина делится на:
– круглую древесину (окоренную) необработанную, например кругляки лесопилки, строительные, шахтные столбы, балансовая древесина;
– круглую обработанную древесину, например пиломатериалы (доски, бревна, брусы), паркет и клепки, шпалы и др.;
– дровяную древесину.
Из древесины производят следующие группы материалов.
– Фанеры – тонкие древесные плиты (толщиной 0,4-3,0 мм), полученные при внецентренном или окружном срезании различных пород круглой древесины, благодаря чему обычно получаются материалы с эффектными послойными узорами, цветом и блеском.
– Клееные фанеры – плиты, склеенные из нечетного количества фанерных листов, причем волокна в прилегающих слоях находятся под прямым углом. Физические и механические свойства клееной фанеры зависят от породы древесины, качества фанерных слоев, толщины и состава фанеры, вида клея и способа склеивания. По стандарту различают сухостойкие, полуводостойкие и водостойкие. Толщина краевой клееной фанеры составляет 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 и 20 мм, длина 1120-2440 мм, а ширина 650–2440 мм.
– Древесноволокнистые плиты – плиты, изготовленные из древесных волокон с добавлением или без добавления химических веществ. Они делятся на мягкие (пористые) плотностью менее 400 кг/м3, полутвердые плотностью 400–800 кг/м3, твердые плотностью более 800 кг/м3 и очень твердые плотностью более 900 кг/м3. Мягкие плиты имеют толщину 9,5–25 мм, остальные – толщину 2,4–6,4 мм. По применению древесноволокнистые плиты делятся на плиты общего назначения и специального назначения (водостойкие, грибостойкие, насекомостойкие и негорючие). Применяются также как декоративные или звукозащитные материалы.
– Костровые плиты – стружечно-костровые, полученные при склеивании синтетическим клеем под давлением льняных и конопляных костров, а также древесной стружки или опилок. Толщина плит составляет 8–50 мм, а плотность 300–740 кг/м3. В зависимости от способа изготовления и окончательной обработки различаются прессованные, штампованные, одно-, двух- и пятислойные, полные и пустотелые, с натуральной, облагороженной и фанерной поверхностью.
– Плиты стружечно-цементные – это строительные плиты, получаемые из непромокаемой пропитанной (например, хлоридом кальция) древесной стружки и цемента, размерами 2000´500 мм и различной толщины.
– Древесностружечные плиты – плиты из мелкой древесной стружки толщиной 0,05–0,6 мм, шириной 1–6 мм и длиной 200–500 мм, полученной из округлой древесины или еловых, пихтовых, сосновых, тополиных, осиновых и липовых щепок. Древесностружечные плиты характеризуются легкостью, мягкостью, эластичностью, воздухопроницаемостью, имеют также хорошие теплоизоляционные свойства. В зависимости от назначения плиты делятся на упаковочные и строительные. Применяются также в качестве обоев.
– Другие материалы, например лигнофол (слоистый материал в виде плит, изготовленный из водостойкой фанеры, склеенной синтетическим клеем под давлением), лигностон (древесина, упрочненная прессованием под давлением до 40 Мпа при температуре 70–160 °С), щепки (размельченная древесина или отходы лесопильного производства) и мягкая древесина, применяемые в производстве пластмасс и взрывчатых материалов.