Понимание древесины

Древесина использовалась на протяжении тысячелетий в качестве топлива, в качестве строительного материала, а также для изготовления инструментов и оружия, мебели и бумаги. Недавно он стал сырьем для производства целлофана и других производных целлюлозы, таких как ацетат целлюлозы. Сегодня те, кто занимается деревообработкой и гражданским строительством, знают о непреходящей ценности древесины. Вот почему термин «древесина» является обязательным для обсуждения.

В этой статье будет обсуждаться следующее о древесине по мере того, как будут даны ответы на следующие вопросы:

• Что такое дерево?
• для чего используется древесина?
• Каковы свойства древесины?
• Какие бывают виды древесины?
• Как производится древесина?

Давайте погрузимся!

Что такое дерево?

Древесина представляет собой органическое вещество, полученное из живого дерева, и имеет волокнистую, неоднородную и анизотропную текстуру. Одним из древнейших строительных материалов является дерево. С доисторических времен дерево использовалось людьми в качестве своеобразной защиты и убежища. Из-за упадка лесов из-за многочисленных факторов, сложности замены вырубленных деревьев новыми деревьями или позднего развития деревьев ценность древесины сегодня возросла. Помимо использования в качестве несущего или эстетического материала в моделях и лесах, древесина также используется в качестве кровельной арматуры, изделий из дерева и материала покрытия. Кроме того, искусственные строительные материалы, изготовленные из побочных продуктов деревообрабатывающей промышленности, таких как щепа, опилки и пыль, включают ДСП, МДФ и фанеру. Пиломатериал – это древесина, которая была обработана и распилена на одинаковые размеры.

В стволах и корнях деревьев и других древесных растений древесина представляет собой пористое и волокнистое структурное вещество. Это органическое вещество, состоящее из прочных на растяжение волокон целлюлозы, содержащихся в матрице из лигнина, стойкой к сжатию. Древесина выполняет роль поддержки в живом дереве, позволяя древесным растениям расти большими или стоять самостоятельно. Древесина иногда определяется только как вторичная ксилема в стеблях деревьев или определяется в более широком смысле, включая тот же тип ткани в другом месте, например, в корнях деревьев или кустарников. Кроме того, он переносит питательные вещества и воду между корнями, другими развивающимися тканями и листьями.

Как используется древесина?

Ниже приведены распространенные варианты использования древесины:

• Топливо
• Балансовая древесина
• Строительство
• Разработанные продукты
• Мебель и посуда
• Искусство
• Спортивное и развлекательное оборудование
• Другое

Топливо

Сегодня, в основном в сельских районах мира, древесина по-прежнему используется в качестве топлива, как это и было в течение очень долгого времени. Поскольку он производит меньше дыма и горит медленнее, чем хвойная древесина, рекомендуется твердая древесина. Принято считать, что дровяная печь или камин создадут в доме тепло и атмосферу.

Балансы

Термин «балансовая древесина» относится к древесине, выращиваемой исключительно для изготовления бумаги.

Строительство

С тех пор, как люди начали строить хижины, дома и лодки, древесина играла значительную роль в строительстве. Вплоть до конца 19 века почти все лодки были деревянными, и дерево до сих пор часто используется для изготовления лодок. Вяз был специально выбран для этого применения, потому что, пока он оставался влажным, он сопротивлялся гниению (он также служил водопроводной трубой до появления более современной сантехники).

Пиломатериалы — это популярное название древесины, используемой для строительства в Северной Америке. Древесина - это термин для пиломатериалов, годных к употреблению досок, тогда как пиломатериалы обычно используются для обозначения деревьев, которые были срублены в другом месте. Дуб был предпочтительным материалом для всех деревянных зданий в средневековой Европе, включая балки, стены, двери и полы. В настоящее время используется более широкий спектр древесины, а для изготовления дверей из цельного дерева часто используются тополь, мелкосучковая сосна и пихта Дугласа.

Разработанные продукты

В строительстве и промышленности часто используются инженерные изделия из дерева, которые представляют собой склеенные строительные компоненты, «разработанные» по критериям производительности, характерным для конкретного применения. Чтобы создать более прочную и эффективную композитную структурную единицу, деревянные пряди, шпон, древесину или другие виды древесного волокна склеивают вместе, чтобы получить клееные изделия из инженерной древесины.

Эти товары включают пиломатериалы из параллельных прядей, двутавровые балки, клееный брус из шпона (LVL) и другие изделия из конструкционных композитных пиломатериалов (SCL). К ним относятся также деревянные конструкционные панели из фанеры, ориентированно-стружечной плиты, композитные панели. В 1991 году для этого было использовано около 100 миллионов кубометров древесины. Согласно прогнозам, древесно-стружечные и древесноволокнистые плиты заменят фанеру.

Мебель и посуда

Для стульев и кроватей, среди других предметов мебели, дерево уже давно является популярным материалом. Кроме того, он используется для ручек столовых приборов, таких как деревянная ложка и карандаш, а также инструментов и столовых приборов, таких как палочки для еды и зубочистки.

Искусство

На протяжении многих лет дерево было популярным художественным материалом. На протяжении тысячелетий он использовался для вырезания и создания скульптур. Примеры включают тотемные столбы, сделанные из бревен хвойных пород, часто западного красного кедра, коренными племенами Северной Америки. Другое использование дерева в искусстве включает:

• Ксилография гравюра и гравюра
• Дерево может быть поверхностью для рисования, например, при росписи панно.
• Многие музыкальные инструменты сделаны в основном или полностью из дерева.

Спортивное и развлекательное оборудование

Многочисленные категории спортивного инвентаря в настоящее время изготавливаются из дерева или когда-то были из него. Например, белая ива — обычный материал, из которого делают биты для крикета. Бейсбольные биты, которые разрешено использовать в Высшей бейсбольной лиге, обычно изготавливаются из ясеня, гикори, а в последнее время и из клена, хотя это дерево немного более нежное. Корты Национальной баскетбольной ассоциации часто состоят из паркета.

Другое

Новые способы использования лигнинового клея, перерабатываемая упаковка для пищевых продуктов, замена резиновых шин, антибактериальная медицинская обработка, а также высокопрочный текстиль или композиты — вот некоторые другие достижения. На рынок будут выходить новые, более сложные товары, поскольку ученые и инженеры продолжают изучать и создавать новые процедуры для извлечения различных компонентов из древесины или модификации древесины, например путем добавления компонентов в древесину. Электронный мониторинг влажности может помочь улучшить защиту древесины следующего поколения.

Какие свойства у дерева?

• Сенсорные характеристики
• Плотность и удельный вес
• Механические свойства
• Тепловые свойства
• Электрические свойства
• Акустические свойства
• Ухудшение качества
• Гигроскопичность
• Усадка и набухание

• Сенсорные характеристики

Цвет, блеск, запах, вкус, текстура, текстура, рисунок, вес и твердость древесины являются примерами сенсорных свойств. В целях идентификации или других целей эти дополнительные макроскопические признаки полезны при описании куска дерева. Есть древесина в широком диапазоне цветов, хотя большинство древесины имеет оттенки белого и коричневого. Другие цвета включают желтый, зеленый, красный и практически чистый белый. В зависимости от цветовых различий между сердцевиной, заболонью, ранней древесиной, поздней древесиной, лучами и смоляными каналами на одном куске древесины могут быть видны различия. Отбеливание или окрашивание, а также длительное воздействие окружающей среды могут изменить естественный цвет. Белая акация, гледичия и несколько тропических видов — это лишь несколько примеров блестящих деревьев.

Плотность и удельный вес

Удельный вес — это отношение веса или массы дерева к весу воды, а плотность — это вес или масса единицы объема древесины. Поскольку 1 см3 воды весит 1 грамм, средняя плотность и удельный вес древесины пихты Дугласа составляют 0,45 грамма на кубический сантиметр (г/см) соответственно в метрической системе измерения. (Один грамм на кубический сантиметр, или примерно 62,4 фунта на кубический фут, выражается как вес на единицу объема.) Поскольку древесина гигроскопична, количество влаги значительно влияет как на ее вес, так и на объем, что делает определение ее плотности более сложным, чем для других материалов. материалы. Вес и объем рассчитываются при заданных значениях влажности для получения аналогичных результатов.

Гигроскопичность

При контакте с водой древесина может поглощать ее в виде жидкости или пара из воздуха. Несмотря на это, вода является наиболее значимой жидкостью или газом, который может поглотить древесина. Древесина всегда содержит влагу из-за своей гигроскопической природы, независимо от того, является ли она компонентом живого дерева или материалом. (Термины «вода» и «влага» здесь используются взаимозаменяемо.) Влажность влияет на все аспекты древесины, хотя следует подчеркнуть, что важна только влага, содержащаяся в клеточных стенках; влага, обнаруженная в полостях клеток, не более чем увеличивает вес.

Усадка и набухание

Когда уровень влажности в древесине колеблется ниже точки насыщения волокна, происходят изменения размеров. Усадка и набухание вызваны соответственно увеличением и потерей влаги. Эти изменения размеров являются анизотропными, то есть они различаются в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях. Примерно 0,4 процента, 4 процента и 8 процентов, соответственно, являются средними значениями усадки. Потеря объема составляет около 12%, но между видами существуют значительные различия. Эти числа приведены в процентах от размеров сырого материала и соответствуют переходу от сырого состояния к сухому в духовке. Структура клеточной стенки в первую очередь отвечает за дифференцированное сжатие и набухание в различных направлениях развития.

Ориентацию микрофибрилл в слоях вторичной клеточной стенки можно использовать для объяснения различий между осевым и двумя латеральными (радиальным и тангенциальным) направлениями, однако неясно, почему эти расхождения существуют в радиальном и тангенциальном направлениях.

Разложение

Бактерии, грибки, насекомые, морские мотыльки, а также экологические, механические, химические и термические факторы способствуют разрушению древесины. Внешний вид, структура или химический состав древесины могут измениться из-за деградации, которая может повлиять на живые деревья, бревна или продукты. Эти изменения могут варьироваться от незначительного обесцвечивания до необратимых преобразований, которые делают древесину совершенно бесполезной. Как свидетельствуют, например, мебель и другие деревянные артефакты, обнаруженные в идеальном состоянии в гробницах древнеегипетских фараонов, древесина может простоять сотни и тысячи лет (см. Египетское искусство). Только под воздействием внешних факторов древесина портится или разрушается.

Механические свойства

Механические, или прочностные, свойства древесины являются признаками ее способности противостоять внешним силам, которые потенциально могут изменить ее размер и форму. Величина и способ приложения этих сил, а также плотность и влажность древесины влияют на сопротивление этим силам. В осевом направлении или параллельно волокнам прочностные характеристики древесины заметно отличаются от таковых поперек волокон (в поперечном направлении).

Прочность древесины на растяжение и сжатие (измеряется в осевом и поперечном направлениях), на сдвиг, на спайность, твердость, на статический изгиб и на удар — некоторые из ее механических характеристик (ударный изгиб и ударная вязкость). Соответствующие испытания определяют напряжения на единицу нагруженной площади (при пределе упругости и максимальной нагрузке), а также другие критерии прочности, включая ударную вязкость, модуль разрыва и модуль упругости (показатель жесткости). Для испытаний обычно используются небольшие прозрачные образцы с поперечным сечением 2 x 2 см или 2 x 2 дюйма.

Тепловые свойства

Несмотря на то, что древесина расширяется и сжимается при изменении температуры, усадка и набухание, вызванные изменениями влажности, являются гораздо более значительными размерными изменениями. Такое расширение и сжатие, связанные с температурой, обычно незначительны и не имеют практических последствий. Проверка поверхности может происходить только при температуре ниже 0 ° C (32 ° F); морозобойные трещины могут возникать на живых деревьях из-за неравномерного сжатия наружного и внутреннего слоев.

По сравнению с такими материалами, как металлы, мрамор, стекло и бетон, древесина обладает низкой теплопроводностью (высокой теплоизоляционной способностью). Легкая и сухая древесина является превосходным изолятором, поскольку теплопроводность является самой высокой в ​​осевом направлении и увеличивается с плотностью и содержанием влаги.

Электрические свойства

Электрическую изоляцию можно найти в высушенной в печи древесине. Однако, когда содержание влаги увеличивается, электропроводность также увеличивается, в результате чего насыщенная древесина (древесина с самым высоким содержанием влаги) ведет себя больше как вода. Примечательно, насколько резко падает электрическое сопротивление при повышении влажности от 0 до точки насыщения волокон. Электрическое сопротивление в этом диапазоне падает более чем в миллиард раз, но только примерно в 50 раз от точки насыщения волокна до максимальной влажности. На электрическое сопротивление древесины практически не влияют другие параметры, такие как порода и плотность; различия между видами связаны с химическим составом экстрактивных веществ. Осевое сопротивление составляет примерно половину поперечного сопротивления.

Диэлектрик или плохой проводник, также важны свойства древесины. Диэлектрическая проницаемость и коэффициент мощности играют практическую роль при изготовлении электросчетчиков (емкостного и радиочастотного типа) для измерения влажности древесины, сушки древесины электрическим током (теоретическая возможность, но в настоящее время не реализуемой) и склеивания древесины. электрическим током высокой частоты. Электрическая поляризация (появление противоположных электрических зарядов на противоположных сторонах детали), возникающая при приложении механического напряжения, приводит к тому, что древесина проявляет пьезоэлектрический эффект. Наоборот, древесина испытывает механическую деформацию при воздействии электрического поля (изменение размера).

Акустические свойства

Дерево может как создавать звук (путем прямого удара), так и усиливать или отклонять звуковые волны, исходящие от других объектов. Из-за этих факторов это особый материал для музыкальных инструментов и других акустических приложений. Размер, плотность, влажность и модуль упругости древесины влияют на частоту вибрации, которая, в свою очередь, влияет на высоту звука. Более высокая плотность и эластичность снижают содержание влаги, а меньшие размеры способствуют более высоким звукам.

Какие бывают виды древесины?

Все виды древесины делятся на следующие категории:

• Сложно
• Мягкий
• Конструкционная древесина

Сложно

Любое дерево, которое не производит иголок или шишек, является источником твердой древесины. Эти деревья чаще всего называют лиственными деревьями или покрытосеменными на научном жаргоне. Деревья, дающие листья и семена, называются лиственными. Дуб, клен, вишня, красное дерево и грецкий орех являются примерами распространенных пород лиственных пород. Хотя некоторые породы лиственных пород хорошо известны своим потрясающим и характерным рисунком волокон, лиственные породы не всегда прочнее хвойных пород.

Кроме того, некоторые виды древесины классифицируются как лиственные, но происходят из нелиственных деревьев, таких как бамбук и пальма. Хотя технически эти растения называются однодольными, их часто относят к лиственным, поскольку они имеют много общих черт. Бамбук и пальмы иногда могут быть включены в следующую категорию промышленной древесины.

Мягкий

Хвойные деревья используются для производства хвойных пород, таких как пиломатериалы и изделия из дерева. Хвойные деревья, также известные как голосеменные, — это любые деревья, у которых есть иголки и шишки. Сосна, кедр, пихта, ель и красное дерево — вот несколько примеров распространенных деревьев хвойных пород, используемых в мебельном, столярном и других смежных областях.

Конструкционная древесина

Инженерная древесина — это третий тип древесины, с которым вы можете столкнуться. Инженерная древесина создается, а не встречается естественным образом в окружающей среде. Эти доски обычно изготавливаются из древесины, которая была модифицирована для придания ей определенных характеристик или свойств. Эти изделия, также называемые композитной древесиной, часто изготавливаются из отходов лесопиления.

Инженерная древесина часто нагревается или подвергается химической обработке для получения изделия из дерева, которое может соответствовать определенным размерам, которые сложно получить в природе. Фанера, ориентированно-стружечная плита, древесноволокнистая плита средней плотности и композитная плита — вот несколько распространенных примеров инженерной древесины. Учитывая, что с ним часто приходится работать, используя специальные методы резки или соединяя детали для получения точного размера или рисунка текстуры древесины, деревянный шпон иногда можно отнести к категории инженерной древесины.

Как производится древесина?

Древесина является компонентом системы, используемой растениями для хранения пищи, произведенной в процессе фотосинтеза, транспортировки воды и растворенных минералов от корней к остальной части растения и обеспечения механической поддержки. Считается, что только от 3000 до 4000 видов растений, включая травянистые, производят древесину, пригодную для использования в качестве материала, из примерно 25000-30000 видов растений, которые ее производят. Голосеменные и покрытосеменные растения — это две группы, в которые входят производящие древесину лесные деревья и другие древесные растения. Покрытосеменные деревья, или деревья с шишками, дают твердую древесину умеренного и тропического пояса, такую ​​как дуб, бук, тик и бальза, тогда как голосеменные, или деревья с шишками, дают мягкую древесину, такую ​​как сосна и ель. Следует отметить, что не во всех случаях проводится различие между твердой и мягкой древесиной. Некоторые лиственные породы, например бальза, мягче некоторых мягких пород, например тиса.

Древесина представляет собой вещество, имеющее значительную экономическую ценность. В отличие от угля, руд и нефти, которые постепенно истощаются, это возобновляемый ресурс, который можно устойчиво поддерживать. Древесина способствует экономическому росту, создает рабочие места и обеспечивает основные средства к существованию в некоторых странах за счет ее заготовки в лесах, транспортировки, переработки на фабриках, торговли и потребления. Постоянный высокий спрос на древесину и изделия из дерева является признаком ее значимости.

В пересчете на вес древесина расходуется намного больше, чем другие материалы. Большая часть производимого в мире круглого леса (бревен) используется в качестве топлива, главным образом в развивающихся странах. Самый быстрый рост производства изделий из древесины наблюдался в производстве бумаги и картона, и ожидается, что эта тенденция сохранится, поскольку потребление на душу населения в развивающихся странах сравняется с потреблением в промышленно развитых странах. Рост использования древесины и последующая вырубка лесов вызваны ростом населения планеты. Производство достаточного количества древесины для удовлетворения прогнозируемых потребностей сомнительно из-за уничтожения многих лесов, особенно в тропиках. Остановка утраты лесного покрова на Земле, повышение продуктивности уже существующих лесов, организация обширных лесовосстановительных проектов и посадка питомников быстрорастущих пород деревьев, переработка бумаги и улучшение использования древесины за счет исследований могли бы помочь решить проблему снабжения древесиной и сократить воздействие лесной промышленности на окружающую среду.

Часто задаваемые вопросы

Что такое дерево?

Древесина – органический материал с волокнистой, неоднородной и анизотропной текстурой, полученный из дерева, которое является живым организмом . Дерево – один из древнейших строительных материалов. Человечество с древних времен использует древесину для укрытия и защиты.

Из чего сделано дерево?

Древесина состоит из целлюлозы :Целлюлоза представляет собой полимер (C6H10O5), который может кристаллизоваться с образованием очень прочных волокон. Целлюлоза является основным укрепляющим материалом в древесине. Лигнин. Лигнин также является полимером, но обычно находится в аморфной форме.

Каковы основные области применения древесины?

Строительство домов и других построек. Деревянные дома по-прежнему часто используются в домашних условиях. Кроме того, внутренняя кровля некоторых зданий строится из дерева. Подобно тому, как бамбуковая древесина иногда используется в строительстве для поддержки здания, пока оно не станет достаточно прочным, чтобы стоять самостоятельно.

Каковы свойства древесины?

К основным физическим свойствам древесины относятся цвет, блеск, текстура, макроструктура, запах, влажность, усушка, внутренние напряжения, набухание, растрескивание, коробление, плотность, звуко-электро-теплопроводность . Цвет, блеск, текстура и макроструктура определяют внешний вид древесины.

Формирование древесины представляет собой сложный биологический процесс, включающий пять основных этапов развития, включая (1) деление клеток из вторичной меристемы, называемой сосудистым камбием, (2) расширение клеток (удлинение клеток и радиальное увеличение), (3) вторичное отложение клеточной стенки, (4) запрограммированная гибель клеток и (5) сердцевина

Натуральная древесина означает деревья, включая бревна, стволы или плиты, стволы, ветки, сучья и пни, пиломатериалы, включая древесину, бревна или плиты, особенно обработанные для использования .

Когда впервые использовали древесину?

Самые ранние свидетельства обработки дерева получены от 1,5 миллиона лет назад. Местонахождение Homo erectus под названием Пениндж в Танзании.

Примеры включают ясень, бук, березу, красное дерево, клен, дуб, тик и орех. Мягкая древесина обычно получается из вечнозеленых (хвойных) деревьев (тех, у которых есть иглы и шишки и которые сохраняются круглый год, также называемые голосеменными растениями. Примеры включают кедр, кипарис, пихту, сосну, ель и красное дерево.

К механическим свойствам древесины относятся прочность на растяжение и сжатие (измеренная в осевом и поперечном направлениях), сдвиг, расщепление, твердость, статический изгиб и удар (ударный изгиб и ударная вязкость) .

Обычно считается самой твердой древесиной lignum vitae (Guaiacum Santum и Guaiacum officinale). измеряется в 4500 фунтов силы (фунт-сила) по шкале Янки.

Заключение

Древесина представляет собой органическое вещество, полученное из живого дерева, и имеет волокнистую, неоднородную и анизотропную текстуру. Одним из древнейших строительных материалов является дерево. С доисторических времен дерево использовалось людьми в качестве своеобразной защиты и убежища. Древесина используется в качестве топлива, балансовой древесины, строительства, инженерных изделий, мебели, посуды и т. д.

Это все для этой статьи, где обсуждаются следующие вопросы:

• Что такое дерево?
• для чего используется древесина?
• Каковы свойства древесины?
• Какие бывают виды древесины?
• Как производится древесина?

Надеюсь, вы многому научились из прочитанного, если так любезно поделитесь с другими, спасибо за прочтение и до встречи!