Механічні та фізичні властивості деревини

Фізичними властивостями деревини називаються такі, які можна визначити без порушення цілісності зразка і зміни її хімічного складу, тобто. шляхом огляду, зважування, вимірювання, висушування. До фізичних властивостей відносяться: зовнішній вигляд і запах, щільність, вологість та пов'язані з нею зміни, усушка, розбухання, розтріскування та викривлення. Крім того, фізичні властивості визначають її електро-, звукопровідність, теплопровідність, показники макроструктури.

Фізичні властивості деревини

Колір їй надають дубильні, смолисті і барвники, що знаходяться в ній, які знаходяться в порожнинах клітин.
Колір має важливе значення у виробництві меблів, музичних інструментів, столярних та художніх виробів. Насичений багатством відтінків колір надає виробам із деревини гарний зовнішній вигляд. Колір деяких порід покращують, піддаючи різній обробці, пропарюванню (дуб, каштан) або фарбуванню різними хімічними речовинами. Колір деревини та його відтінки характеризуються червоним, білим, рожевим і лише за особливої необхідності – атласом чи шкалою кольорів.
Блиск - здатність спрямовано відображати світловий потік, який залежить від її щільності, кількості, розмірів та розташування серцевинних променів. Особливим блиском відрізняється деревина бука, клена, ільма, платана, білої акації, дуба.
Блиск надає їй гарного вигляду і може бути посилений поліруванням, лакуванням, вощенням або обклеюванням прозорими плівками зі штучних смол.
Текстура-малюнок, який виходить на розрізах деревини при перерізанні її волокон, річних шарів і серцевих променів. Він залежить від особливостей анатомічної будови окремих порід та напрямки розрізу.Особливо красивий малюнок мають поверхні з деревини неправильного і плутаного розташування волокон (капи, нарости).
Текстура визначає декоративну цінність деревини, що особливо важливо при художньому оформленні меблів, різних виробів, прикрасі музичних інструментів тощо.
Запах залежить від смол, що містяться в ній, ефірних масел, дубильних та інших речовин. Характерний запах скипидару мають хвойні породи - сосна, ялина. Дуб має запах дубильних речовин, бакаут та палісандр-ванілі.
Ядро пахне сильніше за заболонь. За запахом деревини можна визначити окремі породи.

Вологість деревини

Під вологістю розуміють відношення кількості віддаленої вологи до маси деревини абсолютно сухому стані. Вологість виявляється у відсотках.

Абсолютно суху деревину у невеликих зразках можна отримати шляхом висушування її у спеціальних шафах. У природі та на виробництві вона завжди містить у собі ту чи іншу кількість вологи.

Розрізняють такі щаблі вологості:

мокра- тривалий час що у воді, вологість вище 100%;
свіжозрубана - вологість 50-100%;
повітряно-суха – тривалий час зберігалася на повітрі, вологість – 15-20% (залежно від кліматичних умов та пори року);
кімнатно-суха - вологість-8-12% та
абсолютно суха – вологість –0%.

Усихання деревини

Усиханням називається зменшення лінійних розмірів та обсягу деревини при висиханні. Усихання починається після повного видалення вільної вологи і з початку видалення пов'язаної вологи.

За величиною усушки наші деревини можна розділити на три групи:

малоусихаючі (коефіцієнт об'ємної усушки не більше 0,40%) – ялина сибірська тазвичайна, ялиця сибірська, кедри сибірська та корейська, тополя біла;
середньоусихаючі (коефіцієнт об'ємної усушки – від 0,40 до 0,47%) – бук східний, в'яз, дуб, липа дрібнолиста, вільха чорна, осика, ялиця білокора кавказька та маньчжурська, тополя чорна. ясен;
сильноусихаючі (коефіцієнт об'ємної усушки -0,47% і більше) – берези, плакуча та біла, бук східний, граб, модрини, сибірська та даурська, клен гостролистий.

Напруги, що виникають без участі зовнішніх сил, називають внутрішніми. Причина утворення напруги при сушінні деревини - нерівномірність розподілу вологи.

Спочатку випаровується волога з поверхневих шарів деревини. Якщо в поверхневих шарах вологість знизиться за межу гігроскопічності, відбувається усушка. Однак через опір більш вологих внутрішніх шарів поверхневі шари усохнуть не повністю.
При зниженні вологості за межу гігроскопічності у внутрішній зоні вона також почне усихати. Це призводить до того, що напруги, що розтягують, в поверховій зоні зменшаться. Проте, повністю вони не зникають. Через залишкові подовження в поверхневих зонах нормальна усушка внутрішньої зони затримується. Тоді у внутрішній зоні з'являться напруги, що розтягують, а в поверхневих зонах – стискаючі, тобто. напруги змінять знак.
Якщо напруги, що розтягують, досягнуть межі міцності на розтягування поперек волокон, то можуть виникнути тріщини на початку сушіння на поверхні, а в кінці – всередині.
При висиханні чи зволоженні деревини змінюється форма поперечного перерізу дошки. Така зміна форми називається коробленням.
Набуханнявикликається збільшенням лінійних розмірів та обсягу деревини, підвищенням вмісту пов'язаної вологи.

Щільність залежить від вологості. Тому всі показники фізико-механічних властивостей повинні наводитись до стандартної вологості 12%.
Зі збільшенням вологості щільність деревини збільшується. Наприклад, густина бука при вологості 12% становить 670 кг/м, а при вологості 25-710 кг/м.
Між щільністю та міцністю існує тісний зв'язок. Більш важка деревина, як правило, є міцнішою.

За густиною при вологості 12% деревину можна розділити на три групи:

породи малої щільності (510кг/м і менше): сосна, ялина, ялиця, кедр, тополя, липа, верба, вільха, каштан, манчжуйський горіх, оксамитове дерево);
породи середньої щільності (550-740 кг/м): модрина, тис, береза, бук, в'яз, груша, дуб, ільм. карагач, клен, платан, горобина, яблуня, ясен;
породи високої густини (750 кг/м і вище): акація біла, береза залізна, граб, самшит. саксаул, фісташка, кизил.

Деревину з високою щільністю особливо цінують на виробництві за її міцність та хорошу оброблюваність.

Теплопровідність, звукопровідність, електропровідність

Теплопровідністю називається її здатність проводити тепло через свою товщину від однієї поверхні до іншої. Теплопровідність сухої деревини незначна, що пояснюється пористістю її будови.

Звукопровідність - властивість матеріалу проводити звук із певною швидкістю. У ній найшвидше звук поширюється вздовж волокон, повільніше – у радіальному та тангентальному напрямках. Звукопроникність деревини в поздовжньому напрямку в 16 разів, а в поперечному -3-4 рази більше звукопроникності повітря. Це негативневластивість вимагає при облаштуванні дерев'яних перегородок, стель і т.д. застосування звукоізолюючих матеріалів. Здатність посилювати звук широко використовується під час виготовлення музичних інструментів. Найкращий тип для цього – деревина ялини, ялиці кавказького та сибірського кедра.
Електропровідність характеризується її опором проходження електричного струму. Вона залежить від породи, температури, напряму волокон та її вологості.

Механічні властивості

Механічні властивості характеризують здатність деревини чинити опір впливу зовнішніх сил (навантажень). За характером дії сил розрізняють статичні, динамічні, вібраційні і довготривалі навантаження. Статичними називають навантаження, що зростають повільно та на повну силу. Вібраційними називають навантаження, у яких змінюються і величина, і напрямок. Довготривалі навантаження діють протягом дуже тривалого часу. Динамічні, або ударні, навантаження діють на тіло миттєво та на повну силу.

До механічних властивостей відносяться міцність, твердість, деформативність, ударна в'язкість.

Міцність визначається її опором дії механічних сил: розтягуванню, стиску, вигину, сколювання.
Твердістю називається здатність чинити опір проникненню твердих тіл. Вона має істотне значення при обробці її різальними інструментами: фрезерування, пиляння, лущення, а також у тих випадках, коли вона піддається стирання при влаштуванні підлог, сходів, перил.
Деформативністю називають здатність деревини змінювати свої розміри та форму при впливі.
Ударна в'язкість характеризує здатність поглинати роботу під час удару без руйнації. Деревина листяних порід у середньому має ударну в'язкість у 2 рази більшу, ніж ухвойних порід.

Технологічні властивості

Здатність утримувати металеві кріплення. При вбиванні цвяха в деревину перпендикулярно до волокон вони частково перерізаються, частково згинаються; волокна деревини розсуваються і надають на бічну поверхню цвяха тиск, який викликає тертя, що утримує цвях у деревині.

Найбільшою здатністю до гнуття мають листяні кільцесудинні породи (дуб, ясен) і розсіяно-судинні (береза). У хвойних порід здатність до гнуття невисока. У вологої здатність до гнуття вища, ніж у сухої.

Зносостійкість характеризується її здатністю протистояти зношуванню, тобто. руйнування у процесі тертя.