Определение числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое
ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ
Лабораторный практикум для студентов очного и заочного обучения по направлению подготовки бакалавров 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профиль подготовки «Технология деревообработки, дизайн мебели и интерьеров»
Брянск 2016
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Брянский государственный инженерно-технологический университет»
(БГИТУ)
Кафедра технологии деревообработки
Утверждены научно-методическим
советом БГИТУ
протокол № 7 от 6.10.2016 года
ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ
Лабораторный практикум для студентов очного и заочного обучения по направлению подготовки бакалавров 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профиль подготовки «Технология деревообработки, дизайн мебели и интерьеров»
Брянск 2016
УДК 674.03
Физика древесины: Лабораторный практикум для студентов очного и заочного обучения по направлению подготовки бакалавров 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профиль подготовки «Технология деревообработки, дизайн мебели и интерьеров» / Брянск. гос. инж.-технол. ун-т. Сост. В.М. Меркелов. – Брянск: БГИТУ, 2016. - 36 с.
Даны методические указания по выполнению 10 лабораторных работ по определению основных наиболее важнейших свойств древесины. Основной целью всех работ является ознакомление с методами определения тех или иных показателей.
Для студентов очной и заочной форм обучения.
Рецензент:
кандидат техн. наук, доц. Лукаш А.А.
Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями института лесного комплекса, транспорта и экологии БГИТУ.
Протокол № 1/09 от 6 сентября 2016 года.
Содержание
| Введение | |
| 1 Определение числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое | |
| 2 Определение влажности древесины весовым методом | |
| 3 Определение влажности древесины электрическим методом | |
| 4 Определение усушки древесины | |
| 5 Определение сорбции и десорбции древесины | |
| 6 Определение разбухания различных древесных материалов | |
| 7 Определение плотности древесины | |
| 8 Определение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон | |
| 9 Определение предела прочности при скалывании вдоль волокон | |
| 10 Определение предела прочности древесины при статическом изгибе | |
| Список использованных источников |
Введение
Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений и природы, свойства и строение материи и законы ее движения.
В соответствии с многообразием исследуемых обьектов физика подразделяется на ряд дисциплин (разделов), в той или иной мере связанных друг с другом. По изучаемым обьектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику твердого тела, физику полимеров.
Древесина – природный полимер (целлюлоза - С6 Н10 О5) с своеобразными физическими, механическими, термодинамическими и многими другими свойствами. Это позволяет отнести древесину к обьектам, изучаемым в физике полимеров.
В то же время древесина является твердым телом. Это, в свою очередь позволяет отнести древесину к обьектам, изучаемым в физике твердого тела.
Таким образом, можно констатировать, что древесину можно отнести к обьектам, изучаемым в двух разделах физики.
Физика древесины является базовой дисциплиной для последующих технологических дисциплин профиля «Технология деревообработки». Поэтому в данном практикуме представлены лабораторные работы по определению основных физических свойств древесины.
Основной целью всех работ является ознакомление с методами определения тех или иных показателей.
Практически все показатели определяются в соответствии с ГОСТами.
При выполнении работы каждым студентом оформляется отчет, в котором отражаются следующие пункты: цель, применяемая аппаратура и материалы, краткая теория, журнал наблюдения, результаты и выводы.
Краткая теория
Макроструктура древесины – особенности строения, выявленные простейшими оптическими средствами или даже невооруженным глазом.
Число годичных слоев в 1 см и содержание поздней древесины в годичном слое являются основными характеристиками макроструктуры.
Для определения этих показателей должны быть хорошо видны годичные слои и четкие границы между ранней и поздней древесиной в пределах каждого годичного слоя. Этому условию соответствует древесина хвойных и кольцесосудистых пород. У части рассеянно-сосудистых пород можно определить только ширину годичных слоев, а у некоторых пород затруднено определение и этого показателя. Ширина годичных слоев и содержание поздней древесины у различных пород различны, изменяются по высоте и радиусу ствола, зависят от условий произрастания.
Число годичных слоев в 1 см n, шт, определяют по формуле
(1.1)
где N – общее число целых годичных слоев;
l – протяженность годичных слоев по радиальному направлению в см.
Содержание поздней древесины m, % , определяют по формуле
(1.2)
где σ – ширина поздней древесины в каждом годичном слое, мм;
l – протяженность годичных слоев по радиальному направлению, мм.
Как правило, большое количество годичных слоев и большой процент поздней древесины соответствует более высоким показателям механических свойств. В целом ряде стандартов на древесные материалы (авиационные пиломатериалы, резонансная древесина и др.) содержатся требования определенных допустимых величин числа годичных слоёв в 1 см (или ширины годичных слоев) и процента поздней древесины.
Аппаратура и материалы
При выполнении работы применяют: лупу с измерительной линейкой, обеспечивающей точность измерения 0,1 мм, линейку, образцы древесины различных пород следующих размеров, мм: длина – 10…20; ширина и толщина - …20. Допускается применять образцы, предназначенные для других видов испытаний, при наличии торцевой поверхности размером не менее 20 мм в радиальном направлении.
Порядок проведения работы
Подготавливают журнал наблюдения (табл. 1.1);
Таблица 1.1 – Протокол определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое
| Марки-ровка образ-ца | Общее число годичных слоев N, шт. | Протяжение годичных слоев по радиальному направлению, см, l | Общая ширина поздней древесины Σσ, мм | Число годичных слоев в 1 см, n | Содержание поздней древесины m,% | Примечание |
- нумеруют полученный образец двумя большими буквами, характеризующими фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;
- на торцевой поверхности проводят карандашом по линейке линию в радиальном направлении (рис.1.1);
- отмечают на этой линии границы целых годичных слоев на участке примерно в 20 мм;
- измеряют линейкой расстояние l;
- подсчитывают число годичных слоев N на измерительном участке;
- измеряют в каждом годичном слое ширину поздней зоны σ измерительной линейкой.
Рисунок 1.1 – Схема определения числа годичных слоев в 1 см и содержание поздней древесины
Обработка результатов
Обработку результатов проводят в следующей последовательности:
- определяют по формуле 1.1 число годичных слоев в 1 см;
- определяют по формуле 1.2 содержание поздней древесины;
- формулируют выводы.
1.6 Контрольные вопросы
1 В чем отличие ядра от заболони?
2 Что представляют собой годичные слои?
3 Ранняя древесина годичного слоя
4 Поздняя древесина годичного слоя
5 Функции ранней древесины
6 Функции поздней древесины
7 Типы сердцевинных лучей
8 Породы древесины с широкими сердцевинными лучами
9 Породы древесины, имеющие сосуды
10 Породы древесины, имеющие смоляные ходы
2 Определение влажности древесины весовым методом
2.1 Цель и содержание работы
Целью работы является ознакомление с весовым (классическим) методом определения влажности древесины
Содержание работы включает:
- изучение метода;
- определение начальной влажности древесины;
- обработку результатов и формулирование выводов.
Краткая теория
В физике влажные материалы по характеру взаимодействия с влагой делятся на три основных вида: коллоидные, капиллярно-пористые и капиллярно-пористые коллоидные.
Древесину относят к последнему виду.
Вода является основным компонентом древесины, который необходимо постоянно контролировать. Во-первых, это основной фактор, способствующий ее разрушению. Так, при температуре более 6°С и ее влажности более 22 % активизируется деятельность дереворазрушающих грибов. Во-вторых, проявляются такие явления как усушка и разбухание, приводящие к изменению ее размеров, что негативно отражается на эксплуатационных свойствах изделий из древесины.
Для количественной оценки содержания воды в древесине используют понятие «влажность».
Влажностью древесины называется процентное содержание в ней воды.
Различают абсолютную и относительную влажность древесины. В деревообрабатывающей промышленности используется показатель абсолютной влажности.
Абсолютная влажность W, % рассчитывается по формуле
(2.1)
где m – масса пробы (образца секции) влажной древесины, г;
mо – масса пробы в абсолютно сухом состоянии, г.
Весовой метод используется для определения влажности многих материалов: зерна, сена, торфа, сахара и т.д. Этот метод самый точный. Однако он длителен и неудобен, т.к. требует применения вспомогательного оборудования. Его используют при проведении научных исследований, определении физико-механических испытаний древесины и изделий из неё, контроле влажности пиломатериалов во время их сушки методом контрольного образца, проверке электрического метода определения влажности древесины.
Его особенности:
- весы должны обеспечивать точность до второго (третьего) знаков;
- сушильная камера должна поддерживать температуру на 1 °С выше уровня кипения воды.
Аппаратура и материалы
Для проведения работы применяют: образцы древесины различной влажности размером 20 х 20 х 30 мм, сушильный шкаф, электронные весы с точность взвешивания 0,1 г, эксикатор с безводным хлористым кальцием.
Порядок поведение работы
Подготавливают журнал наблюдения (таблица 2.1).
Таблица 2.1 – Журнал определения влажности заготовок
| № секции | Масса секции, г | Начальная влажность W, % | ||
| Начальная mнач. | Промежуточная mci | В абсолютно сухом состоянии mс | ||
- нумеруют образец двумя большими буквами, характеризующими фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;
- взвешивают образец на электронных весах с точность взвешивания 0,1 г;
- помещают секции в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы (первое взвешивание производят через 1,5 часа, а последующее через каждые 0,5 часа).
Обработка результатов
Определяют по формуле (2.1) влажность образца и формулируют выводы.
2.6 Контрольные вопросы
1 Влажность древесины
2 Достоинства весового метода определения влажности древесины
3 Недостатки весового метода определения влажности древесины
4 Формула для определения абсолютной влажности древесины
5 Классификация влажных тел
6 К какой группе влажных тел относится древесина
7 Виды влаги в древесине
8 Где находится свободная влага в древесине?
9 Где находится свободная влага в древесине?
Краткая теория
В лабораторной работе № 2 показаны необходимость определения влажности древесины и области применения весового метода. Однако в практике широкое применение находят косвенные (электрические) методы ее контроля, хотя они и менее точны.
Принцип действия электровлагомеров основан на зависимости электрической проводимости древесины от ее влажности. Эти приборы дают наиболее точные показания при влажности менее 30%, т.е. в области особенно сильного влияния влажности древесины на ее электрическую проводимость.
Электрические методы контроля позволяют определить влажность древесины дистанционно (на расстоянии и выводить данные на компьютер, ответственный за принятие технологических решений). Особенно это необходимо в процессах сушки древесины.
Находят более широкое применение и другие методы, основанные на электрических явлениях: диэлькометрический, метод ядерного магнитного резонанса и др. При этом влажность древесины может достигать 100 %.
Аппаратура и материалы
Для проведения работы применяют: электровлагомеры ИВ-1, образцы древесины комнатно-сухого и воздушно-сухого состояния толщиной не более 40 мм, рулетки.
Проведение работы
Работа проводится в следующей последовательности:
- подготавливают журнал наблюдений (табл. 3.1);
- нумеруют образцы двумя большими буквами, характеризующих фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;
- измеряют рулеткой толщину материала;
- определяют породу древесины, используя определитель пород;
Таблица 3.1 – Журнал наблюдений
| № образца | Порода | Состояние древесины по влажности | Температура древесины, °С | Показания прибора | Влажность древесины, W |
- изучают устройство прибора, и подготавливают его к работе, используя его паспорт;
- устанавливают переключатель пород в положение, соответствующее породе древесины;
- устанавливают переключатель температур в положение, соответствующее измеренной температуре;
- определяют на образце участок древесины без дефектов;
- внедряют иглы датчиков параллельно волокнам древесины, не допуская резких ударных движений до полного их заглубления;
- нажимают кнопку «замер», удерживая ее в течении 3…4 с;
- снимают показания прибора;
- выключают прибор и укладывают его в футляр.
Обработка результатов
Заносят результаты в журнал наблюдений и формулируют выводы.
3.6 Контрольные вопросы
1 Достоинства электрического метода определения влажности древесины
3 Недостатки электрического метода определения влажности древесины
4 Понятие влажности предела насыщения клеточных стенок
5 Величина влажности предела насыщения клеточных стенок
6 От чего зависит влажность предела насыщения клеточных стенок
7 Влияние влажности на электрическую проводимость древесины
Аппаратура и материалы
Образцы различных пород древесины (W ≥ 30 %), штангенциркуль с погрешностью 0,01 мм, сушильный шкаф, электронные весы с точность взвешивания 0,1 г.
Краткая теория
Древесина принадлежит к материалам, размеры которых нестабильны и изменяются при изменении ее влажности. Последняя зависит от температурно-влажностного состояния воздуха.
Уменьшение линейных размеров или объема древесины, наблюдаемые при снижении ее влажности, называется усушкой. Обратный процесс называется разбуханием. Эти процессы обратимы.
Явление усушки и разбухания древесины объясняются особенностями ее строения и взаимодействием с влагой. Поглощение молекул воды поверхностью элементарных фибрилл вызывает утолщение адсорбционных прослоек влаги и, следовательно, увеличение клеточных стенок (разбухание). Обратный процесс удаления адсорбционной влаги вызывает усушку.
Разбухание сухой древесины в воздухе или паре прекращается при достижении ею влажности предела гигроскопичности Wп.г.
Усушка сырой древесины начинается только от предела насыщения Wп.н. Изменение содержания в древесине свободной влаги не вызывает изменение ее размеров.
Величина усушки зависит от структурного направления, диапазона изменения влажности и породы древесины.
Усушка древесины учитывается во многих технологических процессах деревообрабатывающей промышленности.
Полная (максимальная) усушка βmax, %, характеризует уменьшение линейных размеров (объема) древесины при удалении всего количества связанной влаги
, (4.1)
где amax – размер (объем) образца при Wп.н. или выше его, мм (мм3);
аmin – размер (объем) образца в абсолютно сухом состоянии, мм (мм3).
Коэффициент усушки – это величина усушки при снижении содержания связанной влаги в древесине на 1 %
(4.2)
Ориентировочные коэффициенты усушки приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Коэффициенты усушки древесных пород
| Порода | Коэффициент усушки | ||
| Радиальный Кβr | Тангенциальный Кβl | Обьемный Кβv | |
| Лиственница | 0,19 | 0,35 | 0,52 |
| Сосна | 0,17 | 0,28 | 0,44 |
| Береза | 0,26 | 0,31 | 0,54 |
| Бук | 0,17 | 0,32 | 0,47 |
| Ясень | 0,18 | 0,28 | 0,45 |
| Дуб | 0,18 | 0,27 | 0,43 |
| Осина | 0,14 | 0,28 | 0,41 |
Порядок проведения работы
Работа производится в следующей последовательности:
- подготавливают журнал наблюдений (табл. 4.2);
Таблица 4.2 – Протокол определения радиальной, тангентальной и объемной усушки
| Маркировка образца | Порода | Размеры образца, мм | Усушка полная, % | Коэффициент усушки | Примечание | ||||||||
| При влаж-ности равной или выше предела насыщения клеточных стенок | Абсолютно сухое состояние | Радиальное направление | Тангенциальное направление | Вдоль волокон | Радиальное направление | Тангенциальное направление | Объемная | ||||||
| Радиальное направление | Тангенциальное направление | Радиальное направление | Тангенциальное направление | Вдоль волокон | |||||||||
- измеряют размеры влажного образца по серединам радиальных и тангенциальных поверхностей (рис.4.1);
 |  | ||
la
lr
lt
Рисунок 4.1 – Схема измерения образца
- высушивают образцы до абсолютно сухого состояния в сушильном шкафу;
- измеряют размеры образца в абсолютно сухом состоянии по соответствующим направлениям.
Обработка результатов
Определяют по формуле 4.1 полную усушку в радиальном и тангентальном направлениях, а также объемную;
- определяют по формуле 4.2 коэффициенты усушки;
- формулируют выводы.
4.6 Контрольные вопросы
1 Дать определение усушки
2 Полная усушка
3 Факторы, от которых зависит величина усушки
4 В каком направлении величина усушки имеет наибольшее значение
5 Коэффициент усушки
6 Влияние породы древесины на величину усушки
Краткая теория
Древесина является гигроскопичным материалом, способным изменять свою влажность при изменении состояния окружающего воздуха, характеризующегося температурой и относительной влажностью.
Влажность, к которой стремится древесина при выдержке ее в воздухе определенного состояния называется устойчивой влажностью.
Древесина может достигнуть устойчивого влажностного состояния либо поглощая влагу из воздуха (сорбция), либо отдавая ее в воздух (десорбция). Эти процессы не вполне обратимы (рис 5.1). В одинаковых условиях устойчивая влажность при сорбции меньше, чем при десорбции.
Разность DW = Wу.д. – Wу.с называется показателем гистерезиса сорбции.
Влагу из воздуха могут поглощать только стенки клеток. Конденсация свободной влаги в полостях клеток при сорбции невозможна, даже если воздух максимально насыщен влагой.
Максимальная устойчивая влажность, которую приобретает сухая древесина при длительной выдержки ее в насыщенном влагой воздухе, называется пределом гигроскопичности (Wп.г.).
Этот показатель зависит от температуры. При температуре равной 15…20 °С влажность предела гигроскопичности равна 30 %, а при температуре равной 100 °С - 19…20 %.
Рисунок 5.1 – Кривые сорбции и десорбции
Аппаратура и материалы
Для проведения работы применяют: образцы древесных пород различной влажности (один - комнатносухой, а второй - свежесрубленной), сушильный шкаф, электронные весы с точность взвешивания 0,1 г, пила ручная, шлифовальная шкурка, целлофановые пакеты, эксикатор с безводным хлористым кальцием.
Проведение работы
5.4.1 Определение сорбции древесины
Подготавливают журнал наблюдений (таблица 5.1).
Таблица 5.1 – Журнал определения сорбции древесины
| Порода | Масса образца в абсолютно сухом состоянии m0, г | Масса и влажность образца в комнатно- сухом состоянии | Текущая масса (г) и влажность (%), через, месяцев | ||||||||
| mк, г | Wк, % | m | W | m | W | m | W | m | W | ||
- берут с этажерки свой образец, использованный в работе № 2, и взвешивают на весах;
- определяют по формуле (2.1) влажность комнатно-сухого образца;
- помещают образец на открытый воздух под навес;
- определяют массу образца через каждый месяц.
5.4.2 Определение десорбции древесины
Подготавливают журнал наблюдений (таблица 5.2).
Таблица 5.2 – Журнал определения десорбции древесины
| Порода | Начальная масса образца mн, г | Масса образца в абсолютно сухом состоянии mо, г | Текущая масса (г) и влажность (%), через, месяцев | |||||||
| m | W | m | W | m | W | m | W | |||
Вырезают из свежесрубленной заготовки на расстоянии 50 мм от торца образец (секцию влажности) толщиной 5…10 мм и слегка зачищают его шлифовальной шкуркой от заусенцев;
- нумеруют образец двумя большими буквами, характеризующими фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;
- помещают образец в целлофановый пакет, предотвращая испарение влаги;
- взвешивают образец на весах;
- помещают образец под навес;
- определяют массу образца через каждый месяц;
- определяют массу образца в абсолютно сухом состоянии (в конце наблюдения).
Обработка результатов
Определяют по формуле (2.1) влажность обоих образцов и формулируют выводы.
5.6 Контрольные вопросы
1 Устойчивая влажность древесины
2 Показатель гистерезиса сорбции для цельной древесины
3 Показатель гистерезиса сорбции для измельченной древесины
4 Равновесная влажность древесины
5 От каких факторов зависит равновесная влажность древесины
6 Влажность предела гигроскопичности
7 От каких факторов зависит влажность предела гигроскопичности
8 Гигроскопичность древесины
Краткая теория
Повышение содержания связанной влаги в древесине при выдерживании во влажном воздухе или воде приводит к увеличению линейных размеров и объема древесины. Это явление называется разбуханием.
Разбухание образца δ, %, определяется по формуле
δ = 100 (S2 – S1)/ s1, (6.1)
где S1 – толщина образца до вымачивания, мм;
S2 - толщина образца после вымачивания, мм.
При повышении влажности плитные древесные материалы могут разрушаться под воздействием внутренних напряжений, образующихся при увеличении линейных размеров частиц, а также вследствие разрушения влагой клеевых соединений.
Величина разбухания ДСтП приведена в табл. 6.1.
Таблица 6.1 - Физико-механические показатели ДСтП в соответствии с ГОСТ 10632-89
| Показатель | Сорт плиты | |
| П-А П-Б П-Б | ||
| Плотность, кг/м3 | 550…820 | |
| Разбухание: | %, не более | |
| за 24 часа (размер образцов 100х100 мм) | ||
| за 2 часа (у плит повышенной водостойкости, размер образцов 25х25 мм) |
Из-за пористого строения древесных материалов при непосредственном контакте с водой они способны увеличивать свою влажность. Данное свойство древесины называется водопоглощением. Масса образца при этом увеличивается.
Водопоглощение образца AW, %, определяется по формуле
AW = 100 (m2 – m1) / m1, (6.2)
где m2 - масса образца после погружения в воду, г;
m1 - масса образца до погружения в воду, г.
Величина разбухания и водопоглощения некоторых ДВП приведена в табл. 6.2.
Таблица 6.2 - Физико-механические показатели ДВП в соответствии с ГОСТ 4598-86
| Наименование показателя | Марка плит | ||
| Полутвердые (НТ) | Твердые (Т-В, Т, Т-П, Т-С,Т-СП) | Сверхтвердые (СТ) | |
| Плотность, кг/м3 | Не менее 600 | 800…1100 | 950…1100 |
| Разбухание по толщине за 24 ч, % | 10…23 | ||
| Водопоглощение лицевой поверхности за 24 ч, % | Не нормируется | 7…13 |
Аппаратура и материалы
Для проведения работы применяют: образцы ДСтП и ДВП размерами 100х100 мм. Для исследования свойств ДСтП допускается использовать образцы 25х25 мм, электронные весы с точность взвешивания 0,01 г, эксикатор с безводным хлористым кальцием, штангенциркуль с погрешностью измерения не более 0,1 мм, микрометр с погрешностью измерения не более 0,01 мм.
Проведение работы
Работу выполняют в следующей последовательности:
- у образцов измеряются линейные размеры и определяют объем;
- взвешивают образцы с точностью до 0,01 г;
- рассчитывают плотность плит;
-образцы плит помещают в наполненный водой эксикатор. При этом образцы не должны соприкасаться с его стенками, а глубина погружения должны составлять 20±2 мм. После выдержки под водой в течении 2 ч образцы древесностружечной плиты вынимают и осушают их поверхность от капель воды фильтровальной бумагой;
- древесноволокнистые плиты после выдержки извлекают из воды и укладывают каждый отдельно в горизонтальном положении между листами фильтровальной бумаги; при этом образцы складывают в пачки по 5 шт. для удаления воды с поверхности образцов. На каждую пачку укладывают груз (квадратную плиту). Образцы выдерживают в таком положении 30 с, затем груз снимают и удаляют фильтровальную бумагу;
- через 10 мин после извлечения образцов из воды замеряют размеры и взвешивают;
- результаты заносят в табл. 6.3.
Таблица 6.3 – Результаты исследований
| Вид материала | Размеры, мм | Мас-са, г | Плотность, кг/м3 | Масса после вымачивания, г | Толщина после вымачивания, мм | Разбухание δ, % | Водопоглощение AW, % | ||
| длина | ширина | толщина | |||||||
| ДСтП | |||||||||
| ДВП | |||||||||
Обработка результатов
Определив показатели водопоглощения и разбухания необходимо сформулировать выводы по работе и определить соответствие плит сортам по исследованным характеристикам.
6.6 Контрольные вопросы
1 Определение разбухания древесины
2 Определение водопоглощения древесины
3 Влияние разбухания плитных материалов по толщине на их эксплуатационные свойства
4 Влажность, до которой происходит разбухание древесины в насыщенном воздухе
5 Влажность, до которой происходит разбухание древесины в воде
6 Влияние плотности древесины на водопоглощение.
Краткая теория
Плотность материала характеризуется отношением его массы к объёму. Плотность древесины представляет собой объёмную массу и измеряется в килограммах на кубический метр.
Плотность древесины в большей степени зависит от влажности, поэтому при изучении этого свойства рассматривают следующие показатели: плотность влажной древесины rw , плотность абсолютно сухой древесины rо и базисную плотность rб, плотность при стандартной влажности, равной 12%, r12.
Для расчетов, особенно в области сушки древесины удобно иметь характеристику плотности не зависящую от влажности древесины. Такой характеристикой является базисная плотность rб – отношение массы образца в абсолютно- сухом состоянии к объёму его при влажности не ниже предела насыщения клеточных стенок.
Определение плотности древесины проводится согласно ГОСТ 16348.1-73.
Аппаратура и материалы
Образцы различных пород древесины в форме прямоугольной призмы с основанием 20х20мм и длиной вдоль волокон 25±5 мм с влажностью W ≥ 30 %, штангенциркуль с погрешностью 0,01 мм, сушильный шкаф, электронные весы с точность взвешивания 0,1 г.
Проведение работы
7.4.1 Определение плотности древесины при влажности в момент испытаний
Образцы древесины, размерами 20х20х25±5 мм взвешивают с погрешностью не более 0,01 г, измеряют штангенциркулем размеры с погрешностью не более 0,1 мм и вычисляют объем.
Плотность при влажности в момент испытаний rw, кг/м3 (г/см3) вычисляют по формуле
, (7.1)
где mw – масса образца, кг (г);
aw, bw – размеры поперечного сечения образца, м (см);
lw – длина образца, м (см);
Vw – объём образца, м3 (см3).
Результаты испытаний заносят в протокол (таблица 7.1).
Таблица 7.1 – Протокол определения плотности древесины при влажности в момент испытания
| Маркировка образцов | Порода | Размеры образцов, см | Объём образцов, см3 | Масса образца, г | Влажнось, % | Плотность при влажности в момент испытаний, г/см3 | Примечание | ||
| Толщина | Ширина | Длина | |||||||
7.4.2 Определение плотности древесины в абсолютно сухом состоянии
Образцы древесины размерами 20х20х25±5 мм предварительно подсушивают в течении трёх часов при температуре 50…60°С, затем высушивают до постоянной массы, периодически взвешивая через 30 мин с погрешностью не более 0,01 г. После этого измеряют штангенциркулем размеры образца древесины с погрешностью не более 0,1 мм и определяют его объем.
Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии r0, кг/м3 (г/см3), вычисляют по формуле
, (7.2)
где m0 – масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг(г);
а0, b0 – размеры поперечного сечения в абсолютно сухом состоянии, м(см);
l0 – длина образца, м (см);
V0 – объём образца в абсолютно сухом состоянии, м3 (см3).
Результаты испытаний заносят в протокол (таблица 7.2).
Таблица 7.2 – Протокол определения плотности древесины в абсолютно сухом состоянии
| Маркировка образцов | Порода | Размеры образцов, см | Объём образцов, см3 | Масса образца, г | Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, г/см3 | Примечание | ||
| Толщина | Ширина | Длина | ||||||
5.4.3 Определение базисной плотности
Базисную плотность rб, кг/м3 (г/см3), вычисляют по формуле
, (7.3)
где m0 – масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг (г);
amax, bmax ,lmax – размеры образца при влажности равной или большей предела насыщения клеточных стенок, м (см);
Vmax – объём образца при влажности равной или большей предела насыщения клеточных стенок, м3 (см3).
Результаты испытаний и расчётов заносят в протокол (таблица 7.3).
Таблица 7.3 – Протокол определения базисной плотности древесины
| Маркировка образцов | Порода | Размеры образцов, см | Объём образцов при влажности равной или большей предела насыщения клеточных стенок, см3 | Масса образца абсолютно сухом состоянии, г | Базисная плотность, г/см3 | Примечание | ||
| Толщина | Ширина | Длина | ||||||
Примерные значения плотности древесины для основных древесных пород приведены в таблице 7.4.
Таблица 7.4 – Примерные значения плотности
| Порода | Плотность в абсолютно сухом состоянии  кг/м3 | Базисная плотность, ρб, кг/м3 | Порода | Плотность в абсолютно сухом состоянии кг/м3 | Базисная плотность ρб, кг/м3 |
| Лиственница | Ясень | ||||
| Сосна | Наши рекомендации |