Свойства древесины

Дерево является вторым по популярности материалом, используемым в строительстве, мебели, напольных покрытиях и других предметах. Хотя камень по-прежнему доминирует в строительстве зданий, дерево в последнее время переживает огромный подъем. Вот еще несколько интересных фактов о древесине и ее различных механических, химических и физических характеристиках.

Цвет, блеск, текстура, макроструктура, запах, влажность, усушка, внутреннее напряжение, набухание, растрескивание, деформация, плотность и звуко-электро-теплопроводность являются одними из фундаментальных физических характеристик древесины. На внешний вид древесины влияют ее цвет, блеск, текстура и макроструктура.

Разные породы древесины бывают разных цветов, от белого (осина, ель) до черного (черное дерево). Древесина приобретает цвет от дубильных веществ, смолы и пигментов в клеточных полостях. Итак, в этой статье я буду обсуждать все свойства древесины, включая физические, химические, механические свойства и т. д.

Свойства древесины

Ниже перечислены основные свойства древесины:

• Механические свойства
• Тепловые свойства
• Электрические свойства
• Акустические свойства
• Сенсорные характеристики
• Плотность и удельный вес
• 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.

Некоторые породы, например ель, ясень, липа, тополь, обладают естественным блеском, который особенно заметен на радиальных поверхностях. Из-за летучих соединений, содержащихся в древесине, образуются запах и вкус. Иногда они являются полезными отличительными чертами, хотя их сложно сформулировать. Термин «текстура» относится к тому, насколько равномерно выглядит поверхность древесины, обычно поперечная. Как и в случае крупной, мелкой или даже текстуры или зерна, зерно часто используется как синоним текстуры. Его также можно использовать для описания направления деревянных деталей, например прямого, спирального или волнистого. Иногда вместо рисунка используется зерно, как в случае с серебряным зерном дуба. Рисунок относится к органическим узорам или рисункам на деревянных поверхностях (обычно радиальным или тангенциальным).

Вес и твердость считаются сенсорными свойствами в диагностическом, а не в техническом смысле; вес определяется простым поднятием руки, а твердость определяется нажатием ногтя большого пальца. В тропиках можно найти более легкую и тяжелую древесину с весом от 80 до 1300 кг на кубический метр (от 5 до 80 фунтов на кубический фут) для бальзы и lignum vitae соответственно. Масса обычной древесины умеренного климата обычно составляет от 300 до 900 кг на кубический метр (примерно от 20 до 55 фунтов на кубический фут) в воздушно-сухих условиях.

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.

Вес и объем рассчитываются при заданных значениях влажности, чтобы получить аналогичные результаты. Стандартами являются сухой вес в духовке (почти небольшое содержание влаги) и объем в сухом состоянии или в сыром виде (зеленый относится к содержанию влаги выше точки насыщения волокна, которая в среднем составляет около 30 процентов). Другие представления плотности, например основанные на воздушно-сухом весе и объеме или весе и объеме сырой древесины, менее точны, но имеют определенные практические применения, например, при транспортировке древесины.

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.

Это все, что касается этой статьи, в которой перечислены и объяснены свойства древесины. Я надеюсь, что вы получили много от чтения, если да, пожалуйста, поделитесь с другими. Спасибо за прочтение, увидимся!