Плотность древесины таблица и другие физические свойства

Плотность древесины- это отношение массы древесины при определенной влажности, кг, к ее объему, м³.

С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность древесины бука при влажности 12 % – 670 кг/м3, а при влажности 25 % – 710 кг/м3. Плотность поздней древесины в 2.3 раза больше, чем ранней, поэтому чем лучше развита поздняя древесина, тем выше ее плотность (табл. 2). Условная плотность древесины – это отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к объему образца при пределе гигроскопичности.

Таблица плотности древесины, кг/м³

Порода	Плотность в абсолютно сухом состоянии	Плотность при влажности 12 %	Условная плотность
Лиственница	630	660	520
Сосна обыкновенная	470	500	400
Ель	420	445	360
Кедр	410	435	350
Пихта сибирская	350	375	300
Граб	760	800	630
Дуб	650	690	550
Клен	650	690	550
Ясень обыкновенный	640	680	550
Бук	640	670	530
Береза	600	650	520
Орех	-	590	470
Ольха	490	520	420
Осина	470	495	400
Липа	470	495	400

Физические свойства древесины

К ним относятся: цвет, блеск, текстура, макроструктура, запах, влажность, усушка, внутренние напряжения, разбухание, растрескивание, коробление, плотность, звуко – , электро – и теплопроводность. Цвет, блеск, текстура и макроструктура определяют внешний вид древесины.

Древесина различных пород имеет различный цвет – от белого (осина, ель) до черного (черное дерево). Цвет древесине придают находящиеся в полостях клеток дубильные, смолистые и красящие вещества. Очень важное значение цвет древесины имеет в производстве мебели.

Блеск древесины – это ее способность направленно отражать световой поток. Зависит он от ее плотности, размеров и расположения сердцевинных лучей, которые направленно отражают световые лучи, за счет чего и создается блеск на радиальном разрезе. Наиболее характерным блеском обладает древесина бука, клена, дуба, ильма и др. Матовую поверхность благодаря очень узким сердцевинным лучам и тонким стенкам клеток имеет древесина осины, тополя и липы. Блеск поверхности древесины усиливается и сохраняется на длительное время путем создания на ней прозрачных защитно – декоративных покрытий.

Текстура – это своеобразный рисунок, образуемый сердцевинными лучами, волокнами и годичными слоями на различных разрезах древесины. Насыщенность текстуры обусловливается особенностями анатомического строения древесных пород и направлением разреза, а также разницей в окраске ранней и поздней древесины, волнистостью и путаным расположением волокон.

Наиболее разнообразные и красивые рисунки, определяющие их декоративную ценность, присущи древесине твердых лиственных пород (ореха, красного дерева, дуба, бука и др.).

Прозрачные защитно – декоративные покрытия выявляют и усиливают текстуру. Декоративные качества текстуры древесных пород используются при изготовлении художественной мебели, сувениров и поделок.

Макроструктура характеризуется шириной годичных слоев (числом годичных слоев, приходящихся на 1 см отрезка), отмеренных в радиальном направлении на поперечном срезе. Древесина хвойных пород имеет хорошие физико – механические показатели при числе слоев от 3 до 25. У лиственных пород (кольце – сосудистых – дуба, ясеня) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны, поэтому увеличиваются прочность, плотность и твердость. А для древесины лиственных рассеянно – сосудистых пород (березы, бука) нет такой четкой зависимости от ширины годичных слоев. По образцам древесины хвойных и кольце – сосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины в процентах. Более высокое содержание поздней древесины обусловливает большую плотностью и лучшие механические свойства древесины.

Запах некоторым породам древесины придают находящиеся в них эфирные масла, смолы, дубильные и другие вещества.

Влажность – это отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной или гигроскопической, а влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной или капиллярной.

При высыхании древесины из нее сначала испаряется свободная влага, а затем связанная. Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Соответствующая ему влажность при комнатной температуре (20° С) составляет 30 % и не зависит от породы.

Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая – влажность выше 100 %; свежесрубленная – влажность 50. 100 %; воздушно – сухая влажность 15.20 %; сухая – влажность 8.12 %; абсолютно сухая – влажность около 0%.

Для определения влажности используются весовой и электрический методы. При весовом методе влажность древесины W, %, определяют по формуле W = 100 (m1 – m2)/m2, где m1 – масса образца древесины до высушивания; m2 – масса того ж образца в абсолютно сухом состоянии. При электрическом метод влажность древесины определяю электровлагомером. Преимуществ первого метода – точность, второго – быстрота.

Усушка — уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Происходит усушка только при испарении связанной влаги. Усушка в тангентальном направлении составляет 6.10 %, в радиальном 3.5 % и вдоль волокон 0,1.0,3 %. Уменьшение объема древесины при испарении связанной влаги называется объемной усушкой. Полная объемная усушка составляет 12.15%. Обычно при расчетах усушку вдоль волокон не учитывают.

При распиловке бревен на доски предусматривают припуски на усушку с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки имели заданные размеры.

Внутренние напряжения — это напряжения, возникающие в древесине (круглых лесоматериалах и пилопродукции) без приложения внешних сил. Причина их — неравномерность распределения влаги по сечению высушиваемой древесины. При сушке древесины вначале испаряется влага с ее поверхностных слоев. И если она станет менее предела гигроскопичности, т. е. 30 %, происходит усушка. Но в это же время внутренние слои остаются более влажными, что затрудняет усушку поверхностных слоев. В результате этого в древесине возни кают внутренние напряжения, растягивающие ее в поверхностных зонах и сжимающие во внутренних. При снижении влажности древесины за пре дел гигроскопичности во внутренней зоне она также начнет усыхать. В результате растягивающие напряжения в поверхностной зоне уменьшатся, но не полностью. Из-за остаточных удлинений в поверхностных зонах нормальная усушка внутренней зоны будет задержана.

Тогда во внутренней зоне возникнут растягивающие напряжения, а в поверхностных – сжимающие, т. е. напряжения поменяют знак.

Если растягивающие напряжения достигнут предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, это служит причиной растрескивания древесины и образования трещин: в начальный период сушки на поверхности древесины, а в конечный – внутри сортимента (рис. 3).

Разбухание – результат насыщения сухой древесины влагой, которое ведет к увеличению объема и массы древесины.

Рис. 3. Растрескивание древесины и силовые секции:

а – наружные и внутренние трещины; б – силовые секции

Остаточные внутренние напряжения в высушенной пилопродукции могут служить причиной изменения линейных размеров и формы деталей при их механической обработке. Наличие в древесине напряжений устанавливают с помощью вырезки из досок силовых секций. Если сразу после изготовления секций их зубцы останутся параллельными, внутренних напряжений в древесине нет, если разойдутся, то в наружных слоях – растягивающие, а во внутренних – сжимающие напряжения; если зубцы секции сблизятся – в наружных слоях сжимающие, а во внутренних – растягивающие напряжения.

Сохранившиеся после окончания сушки остаточные напряжения можно снимать путем дополнительной обработки пилопродукции, увлажняя ее поверхность паром (пропаркой) или водой (разбрызгиванием).

Коробление – изменение формы поперечного сечения пилопродукции при высыхании или увлажнении древесины. Коробление может быть поперечным и продольным (рис. 4). Поперечное коробление выражается изменением формы сечения доски. Его причина – разная усушка по радиальному и тангентальному направлениям.

По длине пилопродукция может коробиться, приобретая дугообразную форму (рис. 4, г), или принять форму винтообразной поверхности – крыловатости (рис. 4, д).

При увлажнении древесины и увеличении содержания связанной влаги происходит разбухание древесины – увеличение линейных размеров и объема древесины.

Звукопроводность – это свойство материала проводить звук. Она характеризуется скоростью распространения звука в материале. Вдоль волокон в древесине звук распространяется со скоростью 5000 м/с, в радиальном направлении – 2000 м/с, в тангентальном – 1500 м/с. Звукопроводность древесины различна в продольном и поперечном направлениях. Это свойство древесины и ее способность резонировать (усиливать звук без искажения тона) используются в производстве музыкальных инструментов. Наилучший материал для них – древесина ели, пихты кавказской и кедра сибирского.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы древесины, температуры, направления волокон и влажности древесины. Электропроводность сухой древесины незначительна, что позволяет применять ее в качестве изоляционного материала (розетки под штепсели и выключатели). При увеличении влажности от 0 до 30 % электрическое сопротивление древесины падает в миллионы раз. Электрическое сопротивление древесины вдоль волокон в несколько раз меньше, чем поперек волокон.

Рис. 4. Виды коробления:

а, в – изменение формы поперечного сечения брусков с различным расположением годичных слоев на торце; б – то же досок(сердцевинной и боковой); г – продольная покоробленность; д – крыловатость

Теплопроводность – способность материала накапливать тепло. Древесина обладает малой теплопроводностью, так как имеет много пустот, наполненных воздухом. Поэтому теплопроводность древесины зависит от ее влажности: чем меньше влажность, тем меньше теплопроводность.

К механическим свойствам относятся прочность, ударная вязкость, твердость, упругость, пластичность, хрупкость, раскалываемость, способность древесины удерживать металлические крепления, износостойкость.

Прочность – способность древесины сопротивляться разрушению (растяжению, сжатию, изгибу, сдвигу и др.) под действием внешних сил. Плотная древесина обладает обычно большей прочностью. Прочность быстро уменьшается с увеличением влажности древесины. Значительно снижается прочность при наличии в древесине пороков.

В зависимости от прочности материала установлены допускаемые напряжения, которым может подвергаться материал без нарушения целостности. Величина допускаемого напряжения всегда значительно ниже предела прочности, т. е. наименьшей величины напряжений, при которой наступает разрушение материала.

Волокнистое неоднородное строение древесины обусловливает неодинаковую ее прочность в разных направлениях относительно волокон. Она хорошо сопротивляется действию сил, растягивающих или сжимающих деталь вдоль волокон, и изгибающих сил, направленных поперек волокон; значительно ниже сопротивление древесины сжатию поперек волокон и скалыванию вдоль и поперек волокон. Так, сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон в 1,3.1,5 раза больше, чем сопротивление скалыванию поперек волокон, а в направлении перпендикулярном к волокнам (торцовом) – в 3.5 раз больше.

Ударная вязкость – способность древесины поглощать работу без разрушения.

Твердость – это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости тангентальной и радиальной на 30 % у лиственных пород и на 40 % у хвойных пород. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: мягкие – торцовая твердость 40 МПа и менее (ель, сосна, кедр, пихта, тополь, липа, осина, ольха); твердые – торцовая твердость 40,1.80 МПа (лиственница сибирская, береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, клен, лещина, орех, яблоня, ясень); очень твердые – торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, тис).

Упругость – способность древесины восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешних сил. Если эти силы превысят определенную величину (предел упругости), древесина либо разрушается, либо необратимо меняет свою форму.

Пластичность – свойство древесины изменять под действием приложенных сил свою первоначальную форму и сохранять приданную ей новую форму после прекращения действия сил. На этом свойстве основано гнутье, тиснение, упрессовка и т. д. Лучше поддаются гнутью лиственные кольцесосудистые породы древесины (дуб, ясень и др.) и рассеянно – сосудистые (береза). У хвойных пород способность к гнутью невысокая. У влажной древесины эта способность выше, чем у сухой.

Хрупкость – способность древесины внезапно разрушаться без значительного изменения формы под действием механических сил.

Раскалываемость – способность древесины разрушаться вдоль волокон при внедрении в нее клиновидного тела. Клин (колун), внедряемый в древесину, раздвигает волокна, изгибает их в разные стороны и отрывает одну часть волокон от другой, вследствие чего образуется трещина, идущая впереди лезвия клина. Легко раскалываются все хвойные породы, а из лиственных – бук, осина, липа, дуб.

Способность древесины удерживать металлические крепления – свойство, объясняемое упругостью древесины. При вбивании гвоздя волокна частично раздвигаются, частично перерезаются, оказывая давление на боковую поверхность, обусловливая взаимное трение, удерживающее гвоздь в древесине. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов приблизительно в 2 раза больше, чем сопротивление выдергиванию гвоздей.

Износостойкость древесины характеризуется способностью противостоять износу, т. е. разрушению в процессе трения. Износ досок с боковой поверхности больше, чем с торцовой. Износ уменьшается с повышением твердости и плотности древесины. Влажная древесина изнашивается быстрее, чем сухая.

Делимость - свойство древесины разъединяться на части под действием сил. На этом свойстве основана механическая обработка древесины со снятием стружки (пиление, фрезерование, точение, шлифование) и без снятия стружки (разрезание тонколистовых материалов на ножницах, штамповка), раскалывание или расслоение древесины (дров на поленья, щепы на игольчатую стружку, крупной стружки на микро – и волокнистую.