Виды древесных пород и материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Виды древесных пород и материалов

1. Роль гемицеллюлоз и лигнина в растущем дереве, возможности их использования после химической переработки древесины

Гемицеллюлоза - высокомолекулярный полисахарид, отличающийся от целлюлозы тем, что легко гидролизуется слабыми растворами минеральных кислот. Как и целлюлоза, достаточно пластична. Входит в состав клеточной стенки как структурный материал, а также откладывается в ней как запасное вещество. Много гемицеллюлозы в стенках клеток эндосперма семени финиковой пальмы.

Понятием гемицеллюлоза объединяется группа веществ, близких по химическому составу к целлюлозе, но отличающихся от нее способностью легко гидролизоваться и растворяться в разбавленных щелочах. Гемицеллюлозы представляют собой главным образом полисахариды. Обычно из древесины не получают гемицеллюлоз в виде товарных продуктов. Однако при химической переработке древесины они широко используются для получения многих ценных веществ. Например, при нагревании древесины с двенадцатипроцентной соляной кислотой почти все пентозаны 93-96 % переходят в простые сахара - пентозы - и после отщепления от каждой молекулы моносахарида трех молекул воды образуется фурфурол - продукт, широко применяемый в промышленности. В растущем дереве гексозаны - запасные вещества, а пентозаны выполняют механическую функцию.

Большинство гемицеллюлоз отличается от целлюлозы лучшей р-римостью в р-рах щелочей и способностью легко гидролизоваться кипящими разб. минеральными к-тами. В растениях гемицеллюлозы служат опорным конструкционным материалом и, возможно, резервным питательным в-вом. Содержание гемицеллюлоз в древесине и др. растит, материалах - соломе, шелухе семян, кукурузных кочерыжках и т.п. составляет 13-43%. Извлекают гемицеллюлозы обычно щелочными р-рами непосредственно из растит. материалов или экстракцией диметилсульфоксидом из холоцеллюлозы (углеводного комплекса, остающегося после выделения из древесины лигнина). В последнем случае получается продукт, близкий по составу природному.

В произ-вах, основанных на хим. переработке целлюлозы, гемицеллюлозой обычно наз. ту часть техн. целлюлозы, к-рая растворяется в 17%-ном водном р-ре NaOH при 20 °С. Фракция гемицеллюлозы, выделяющаяся из щелочного р-ра при его подкислении, наз. целлюлозой (состоит из продуктов деструкции целлюлозы и небольших кол-в ксилана и маннана; средняя степень полимеризации не более 200), а оставшаяся водорастворимая часть - целлюлозой (состоит гл. обр. из ксилана и маннана со степенью полимеризации не более 50).

В гидролизной пром-сти из пентозансодержащего сырья производят ксилозу, ксилит, фурфурол и его производные, этанол, кормовые дрожжи и т.д. В лесохим. пром-сти при пиролизе древесины лиственных пород гемицеллюлоза служит источником получения метанола и уксусной к-ты. В бумажном про-из-ве присутствие гемицеллюлозы в целлюлозе способствует набуханию и фибрилляции волокон и тем самым снижению энергозатрат и продолжительности размола древесины.

Кроме углеводов (целлюлозы и гемицеллюлоз), в состав клеточной оболочки входит ароматическое соединение - лигнин, которое отличается высоким содержанием углерода. Целлюлоза содержит 44,4 % углерода, а лигнин 60-66 %. Лигнин менее стоек, чем целлюлоза, и легко переходит в раствор при обработке древесины горячими щелочами, водными растворами сернистой кислоты или ее кислых солей. На этом основано получение технической целлюлозы. Лигнин получается в виде отходов при варке сульфитной и сульфатной целлюлозы, при гидролизе древесины. Содержащийся в черных щелочах лигнин в основном сжигается при регенерации.

Растительная ткань состоит главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. В древесине хвойных пород содержится 23-38 % лигнина, в лиственных породах - 14-25%, в соломе злаков 12 - 20 % от массы. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений и скрепляет целлюлозные волокна.

Содержание органических веществ в древесине хвойных и лиственных пород

Вещество	Содержание, %
	в хвойных	в лиственных
Целлюлозы	41 - 58	39 - 47
Лигнина	28 - 34	17 - 27
Гемицеллюлозы	15 - 23	20 - 38

Лигнин (от лат. lignum -- дерево, древесина) представляет собой природный полимер, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложный трехмерный полимер, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях. Почти так же распространен, как такой полисахарид, как целлюлоза. Одеревеневшие клеточные оболочки обладают микроструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы выполняют функцию арматуры, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие работает как бетон. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений и скрепляет целлюлозные волокна. Вместе с гемицеллюлозами он определяет механическую прочность стволов и стеблей. Кроме того, лигнин обладает мембранными свойствами, снижает проницаемость клеточных стенок для воды и питательных веществ. С химической точки зрения лигнин является производным ароматических углеводородов. Древесина лиственных пород содержит 18-25 % лигнина, хвойных - 23-50 %, в соломе злаков 12 - 20 % от массы. В анализе древесины лигнин рассматривают как негидролизуемую часть древесины. Биосинтез осуществляется под действием еще недостаточно изученных ферментных систем. Лигнин - конечный продукт метаболизма. В древесине он химически связан с полисахаридами (гл. обр. с гемицеллюлозами), как предполагают, сложноэфирными, гликозидными и простыми бензилэфирными связями. В растениях лигнин находится в виде комплексов с целлюлозой. Значительная часть протолигнина переходит в растворенное состояние после обработки древесины грибами бурой гнили, вызывающими ферментативный гидролиз полисахаридов. Лигнин проявляет пластические свойства при повышенном давлении и температуре, особенно во влажном состоянии.

В гидролизной промышленности получают порошковый т.н. гидролизный лигнин. В целлюлозном производстве образуются водорастворимые формы лигнина. Существуют две основные технологии варки целлюлозы, более распространенная сульфатная варка (щелочная) и менее употребляемая сульфитная (кислотная) варка.

Лигнин получаемый в сульфатном производстве, т. н. сульфатный лигнин в большой степени утилизируется в энергетических установках целлюлозных заводов. В сульфитном производстве образуются растворы сульфитных лигнинов (лигносульфонатов), часть которых накапливается в лигнохранилищах, а часть уходит со сточными водами предприятия в реки и озера.

Лигнин, находит применение в виде пылевидного топлива, в производстве крепителей формовочных земель в литейном деле, пластических масс, ванилина, активированного угля и др.

Экономическое значение лигнина

Ежегодно в мире получается около 70 млн. тонн технических лигнинов. В энциклопедиях пишут о том, что лигнин является ценным источником химического сырья. К сожалению, пока это сырье организационно, экономически и технически не слишком и не всегда доступно.

Например, разложение лигнина на более простые химические соединения (фенол, бензол и т.п.) при сравнимом качестве получаемых продуктов обходится дороже их синтеза из нефти или газа. По данным International Lgnin Institute в мире используется на промышленные, сельскохозяйственные и др. цели не более 2 % технических лигнинов. Остальное сжигается в энергетических установках или захоранивается в могильниках.

Трудность промышленной переработки лигнина обусловлена сложностью его природы, многовариантностью структурных звеньев и связей между ними, а также нестойкостью этого природного полимера, необратимо меняющего свойства в результате химического или термического воздействия. Как было указано выше в отходах предприятий содержится не природный протолигнин, а в значительной степени измененные лигниносодержащие вещества или смеси веществ, обладающие большой химической и биологической активностью. Кроме того они загрязнены и др. веществами. Считается, что жить около "лигнохранилищ" не совсем полезно. Они имеют неприятное свойство самовозгораться с выделением сернистых, азотистых и др. вредных соединений, а тушение их крайне затруднено в связи с большими их размерами и особенностями процесса горения. На фото слева "лигнохранилище", справа - горящий лигнин.

В некоторых исследованиях отмечается мутагенная активность технических лигнинов.

Таким образом, в народнохозяйственном балансе технические лигнины пока представляют собой значительную и постоянно растущую отрицательную величину.

Гемицеллюлозу и лигнин, перешедшие в раствор при варке, после дальнейшей химической и гидролизной переработки используют для получения этилового спирта, кормовых дрожжей, углекислоты, сухого льда, ванилина, фурфурола. Этиловый спирт является основным сырьем для получения искусственного каучука, уксуса, эфира.

Лигнин - ценное химическое сырьё, уже используемое во многих производствах и в медицине. Сульфатный лигнин ограниченно применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, и как компонент клеящих композиций в производстве ДСП, картона, фанеры и др. Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьем для получения гранулированного активного угля, пористого кирпича, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, наполнителей. Сравнительно недавно лигнин был успешно использован в производстве полиуретановой пены. В 1998 году в Германии фирмой «Текнаро» был разработан процесс получения Арбоформа - материала, названного «жидкой древесиной». В 2000 г. под Карлсруэ был открыт завод по производству биопластика, сырьем для которого служит лигнин, волокна льна или конопли и некоторые добавки, также растительного происхождения. По своей внешней форме арбоформ в застывшем состоянии похож на пластик, но имеет свойства полированной древесины. Достоинством «жидкой древесины» является возможность её многократной переработки путём переплавки. Результаты анализа арбоформа после десяти циклов показали, что его параметры и свойства остались прежними.

2. Методы определения плотности древесины. Классификация древесных пород по плотности

Плотность древесины - это масса единицы объема материала, выражающаяся в г/см³ или кг/м³. Существует несколько показателей плотности древесины, которые зависят от влажности. Плотность древесного вещества - это масса единицы объема материала, образующего клеточные стенки. Она для всех пород примерно одинакова и равна 1,53 г/см³, т. е. в 1,5 раза выше плотности воды.

Плотность абсолютно сухой древесины - это масса единицы объема древесины при отсутствии в ней воды. Она определяется по формуле:

с₀ = m₀ / V₀,

где р₀ - плотность абсолютно сухой древесины, г/см³ или кг/м³;

m₀ - масса образца древесины при влажности 0 %, г или кг;

V₀ - объем образца древесины при влажности 0 %, см³ или м³.

Плотность древесины одной породы зависит от места произрастания деревьев (климатических и почвенных условий), от плотности насаждений и т. д. Агрохимические мероприятия, ускоряющие рост дерева при искусственном воспроизведении, снижают плотность древесины. Даже в пределах одного ствола плотность древесины разных его частей может различаться. Плотность убывает от комля к вершине, от коры к центру ствола. Поэтому данные, которые приводятся в различных источниках, - усредненные, часто они также имеют указание о месте, из которого происходит древесина.

Поскольку плотность древесины существенно зависит от се влажности, в справочниках приводятся значения, изме-ренные при нормализованной (стандартной) влажности -- 12%. Кроме этого значения можно встретить плотность абсолютно сухой древесины (р₀) и базисную плотность (р_б).

Базисная плотность широко используется для расчетов процессов сушки, пропитки древесины, определения содержания сухого вещества в древесном сырье для целлюлозно-бумажной промышленности и других целей.

Методы измерения плотности

Измерение плотности проводятся согласно ГОСТ 16483.1-84 на образцах, имеющих форму четырехгранной прямоугольной призмы с основанием 20x20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм, грани которой гладко остроганы. Сначала образец выдерживают до влажности 12%±1%, измеряют его размеры и взвешивают. По размерам вычисляют объем, а затем получают значение р_|2. После этого образец увлажняют в дистиллирован-ной воде до тех нор, пока разница в его размерах, полученных с интервалом 3 суток, не окажется в пределах 0,1 мм. По новым размерам образца определяют его максимальный объем. Затем Образец высушивают до нулевой влажности и взвешивают. По массе абсолютно сухого образца и его максимальному объему определяют базисную плотность. Сразу после взвешивания его еще раз измеряют и вычисляют плотность абсолютно сухой древесины.

Существуют методы определения плотности с применением рентгеновского и в в-излучения. Они более точны, но еще более трудоемки и дороги.

Классификация пород по плотности

Значения плотности разных пород древесины отличаются весьма существенно. По плотности древесины при стандартной влажности породы принято делить на три группы:

- породы с малой плотностью (540 кг/м³ и менее): из хвойных -- сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный; из лиственных -- то-поль (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, оль-ха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский, бархат амурский;

- породы средней плотности (540-740 кг/м³): из хвойных -- лиственница (все виды), тис; из лиственных -- береза повислая, пушистая, черная и желтая; бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский; ильм, карагач, клен (все виды), лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский;

- породы высокой плотности (750 кг/м³ и выше): акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, гикори белый, граб, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, самшит, фисташка, хмелеграб.

Среди иноземных пород имеются такие, древесина которых имеет как очень малую плотность (бальса -- 120 кг/ м³), так и очень высокую (бакаут -- 1300 кг/м³).

В таблицах Государственной системы стандартных спра-вочных данных (ГСССД), издаваемых Госстандартом России («Древесина. Показатели физико-механических свойств малых образцов без пороков»), приводятся более подробные сведения о плотности древесины с указанием вида древесной породы и района ее произрастания.

Плотность коры исследована гораздо меньше, чем древесины. Имеющиеся данные отличаются большой пестротой.

Сравнение этих данных со средней плотностью древесины при стандартной влажности показывает, что плотность коры сосны на 30-35% больше, чем древесины, ели - на 60-65%, а березы - на 15-20%.

Задача. Определить массу 1 м³ древесины березы при влажности 80%.

Решение:

Массу 1 м³ древесины находим из формулы для вычисления плотности влажной древесины:

,

где - плотность древесины при влажности W, г/см³ или кг/м³;

m_W - масса образца древесины при влажности W, г или кг;

V_W - объем образца древесины при влажности W, см ³ или м ³.

Отсюда находим

По условию , W =80%.

Плотность древесины березы находим через базисную плотность из формулы:

Отсюда получаем:

Из таблицы находим базисную плотность березы .

Определяем массу 1 м³ древесины:

.

Ответ: .

3. Пороки формы ствола. Их влияние на количественный и качественный выход продукции, методы измерения в круглых лесоматериалах и необрезных пиломатериалах

При сортировке круглого леса и частично необрезных пиломатериалов важнейшим сортообразующим признаком являются пороки формы ствола, которые существенно влияют на количество отходов при дальнейшей обработке лесоматериалов.

Пороки формы ствола - это отклонения ее от нормальной формы - этот вид порока можно отнести к значительно распространенным порокам древесины. Их легко выявить, и в зависимости от степени пораженности стволы дерева выбраковываются.

Сбежистость ствола -- это резкое уменьшение толщины бревна (или ширины необрезной доски) на всем его протяжении от комля до вершины; это довольно серьезный и распространенный порок древесины, так как из сбежистого бревна пиломатериал вырабатывается со многими перерезанными волокнами и, следовательно, с качественно пониженными показателями механических свойств; в связи с этим значительно увеличивается отход древесины при распиловке и лущении. Сбежистость (taper) -- наиболее распространенный порок. Для всех стволов деревьев характерно постепенное уменьшение диаметра в направлении от комля к вершине (сбег). Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, такое явление признается превышающим норму и считается пороком - сбежистостью. Степень сбежистости определяется измерением разности между комлевым и вершинным диаметром круглого сортимента (в комлевых бревнах нижний диаметр измеряется на расстоянии 1 м от комлевого торца), а у необрезных пиломатериалов - между шириной комлевого и вершинного конца. Полученная разность, отнесенная к общей длине сортимента, называется коэффициентом сбега (taper coefficient) и выражается чаще всего в сантиметрах на погонный метр, а иногда в процентах.

Стволы лиственных пород более сбежисты, чем хвойных. В редких древостоях или на свободе сбежистость развивается наиболее сильно. Чем выше бонитет насаждения, тем стволы менее сбежисты, или еще говорят, что они более полнодревесны. Сортименты, полученные из середины ствола, отличаются меньшим сбегом, чем комлевые, и тем более вершинные. Сбежистость, как и кривизна, увеличивает количество отходов при распиловке и лущении и косвенным образом влияет на их прочность из-за возникновения радиального наклона волокон в пиломатериалах.

Влияние на качество

Увеличивает количество отходов при распиловке и лущении круглых лесоматериалов и раскрое пилопродукции, обусловливает появление в пилопродукции и шпоне радиального наклона волокон.

Измерение

В круглых лесоматериалах и необрезной пилопродукции измеряют по разности между диаметрами (или ширинами) верхнего и нижнего концов сортимента (в сантиметрах на 1 м длины или в процентах от длины сортимента).

В комлевых лесоматериалах нижний конец сортимента обмеряют на расстоянии 1 м от нижнего торца.

Сбежистость измеряется в сантиметрах на 1 погонный метр или в процентах.

Закомелистость. Резкое увеличение диаметра комлевой части дерева по сравнению с остальной его частью - это и есть закомелистость; утолщенная комлевая часть дерева простирается по длине в пределах 1 метра. В зависимости от формы комлевой части бревна закомелистость подразделяют на ребристую и округлую. Округлая имеет в поперечном сечении форму круга или близкую к ней, ребристая -- неправильную звездно-лопастную форму. Закомелистость (butt swelling) характерна для всех древесных пород и проявляется как резкое увеличение диаметра в нижней кошевой (butt) части ствола. Этот порок можно рассматривать как частный случай сбежистости. Закомелистость регистрируют как порок в том случае, когда диаметр круглых лесоматериалов или ширина необрезной доски или двухкантного бруса на комлевом торце более чем в 1,2 раза превышает диаметр бревна или ширину необрезанного пиломатериала, измеренные на расстоянии 1 м от этого торца.

Ребристая закомелистость (buttress) характеризуется многолопастной формой поперечного сечения комлевой части ствола. При этом на боковой поверхности сортимента видны продольные выступы и углубления. Такой порок для круглых лесоматериалов, как правило, не допускается.

Влияние на качество

Закомелистость затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению, увеличивает количество отходов при распиловке и лущении круглых лесоматериалов и раскрое пилопродукции, обусловливает появление в пилопродукции и шпоне радиального наклона волокон.

Измерение

Закомелистость измеряют по разности между диаметрами (или ширинами) сортимента, измеренными у комлевого торца и на расстоянии 1 м от этого торца (в линейных мерах или долях размеров сортимента) - рис. 1, размеры Z₁ и Z₂.

1 - округлая закомелистость (Z₁ = a₁ - b₁);

2 - ребристая закомелистость (Z₂ = a₂ - b₂, Z₃ = a₂ - с).

Рис. 1. Измерение закомелистости

Ребристую закомелистость допускается, если это обусловлено спецификой сортимента, измерять по разности между наибольшим и наименьшим диаметрами комлевого торца сортимента (в линейных мерах или долях диаметра торца) - рис. 1, размер Z₃.

Кривизна -- это искривление ствола дерева по длине. В зависимости от направления изгиба различают кривизну одностороннюю и разностороннюю. Односторонняя кривизна имеет искривление только в одной плоскости, разносторонняя -- в разных плоскостях или в одной плоскости, но в нескольких местах. Данный порок сильно уменьшает выход пиломатериалов при распиловке бревен, при наличии данного порока понижается сортность крупных сортиментов вплоть до перевода их в разряд дровяной древесины. Степень кривизны вычисляют отношением стрелы прогиба (в месте наибольшего искривления) в сантиметрах к общей длине кривизны в метрах и выражается в процентах. Кривизна (sweep) встречается у всех древесных пород. Искривление ствола по длине может быть вызвано различными причинами: наклоном дерева в сторону лучшей освещенности, из-за господствующих в местах произрастания ветров, например, на горных склонах и т. д. При определении сортности круглых сортиментов различают простую (simple sweep) и сложную (multiple sweep) кривизну. Простая характеризуется одним изгибом ствола, сложная -- несколькими и в разных плоскостях.

Простую кривизну характеризуют значением максимальной стрелы прогиба (height of curvature) в миллиметрах или процентах от длины искривленного участка или длины бревна. Простую кривизну считают равномерной, если на любом участке бревна длиной 1 м стрела прогиба составляет не более 10 мм. Если стрела прогиба на 1 м бревна более 10 мм, то кривизну считают местной (local sweep). Стрелу прогиба измеряют по наибольшей длине перпендикуляра от боковой поверхности бревна до прямой, обозначенной, например, полотном рулетки, касающейся боковой поверхности бревен на вогнутой стороне бревна. При измерении стрелы прогиба у комлевых бревен прилегающая прямая касается боковой по-верхности бревен на расстоянии 1 м от нижнего торца.

Сложную кривизну характеризуют значением наибольшего искривления, измеряемо-го так же, как и в случае простой кривизны.

При сортировке леса (пиловочника и фанкряжа) для поставок на экспорт, как правило, допускается только простая равномерная кривизна не более 1% к полной длине сортимента (для пиловочника) и не более 30 мм (стрела прогиба) для фанкряжа.

Кривизна затрудняет применение круглых лесоматериалов по назначению, сни-жает выход пиломатериалов и шпона, служит причиной образования радиального наклона волокон в пиломатериалах.

Влияние на качество

Кривизна затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению, увеличивает количество отходов при распиловке и лущении круглых лесоматериалов и раскрое пилопродукции, обусловливает появление в пилопродукции и шпоне радиального наклона волокон.

Измерение

Простую кривизну измеряют по величине стрелы прогиба сортимента в месте его искривления (в процентах от протяженности кривизны по длине сортимента) - рис. 14, размеры Z₁ и Z₂. Сложную кривизну измеряют по величине стрелы прогиба наибольшего из составляющих ее искривлений (в процентах от протяженности этого искривления по длине сортимента) - рис. 2, размер Z₃.

1 и 2 - простая кривизна (Z₁ = a / b₁, Z₂ = a₂ / b₂);

3 - сложная кривизна (Z₃ = a₃ / b₃ при a₃ / b₃ > a₄ / b₄, Z₄ = a₄ / b₄ при a₄ / b₄ > a₃ / b₃);

4 - кривое бревно, предназначенное для разделки на чураки (Z₅ = a₅ / b₅, Z₆ = a₆ / b₆, Z₇ = a₇ / b₇, Z₈ = a₈ / b₈).

Рис. 2. Измерение кривизны.

При измерении кривизны комлевых лесоматериалов размер сбега на первом метре от нижнего торца в расчет не принимают.

В круглых лесоматериалах, предназначенных для последующей разделки на чураки, кривизну измеряют отдельно для каждого чурака (рис. 14, размеры Z₅, Z₆, Z₇ и Z₈).

Овальность и наросты

Если наибольший диаметр торца круглого сортимента более чем на 50% превышает наименьший, то такой сортимент, как правило, бракуют. Этот порок, называемый овальностью (ovality), свидетельствует о присутствии в бревне тяговой древесины или крени, которые существенно ухудшают качество пиломатериалов.

Наросты (buckle) и капы (burr) -- это местные утолщения ствола. Они могут быть различной формы и строения и иметь либо гладкую, либо бугристую поверхность. На-росты образуются в результате разрастания тканей под влиянием различных раздраже-ний или повреждений ствола, которые вы-зываются действием грибов, мороза, механическими повреждениями, пожарами и др. Гладкие наросты наиболее часто образуются на стволах сосны и березы. На их про-дольном разрезе годичные слои повторяют наружные очертания нароста и имеют изогнутую форму. Древесина нароста имеет более высокую плотность, большую усушку и низкие механические свойства.

Каны образуются на стволе, ветвях и корнях лиственных, реже хвойных пород. Они возникают в местах обильного развития по-бегов и разрастания тесно сидящих спящих и придаточных почек. Капы считают на-следственным уродством, существует также гипотеза их вирусного происхождения. Древесина капов отличается свилеватостью, растет в 1,5-3 раза быстрее нор-мальной, тверже и тяжелее ее.

Наросты и капы не допускаются на пиловочном сырье и фанкряже, но капы используют для мелких столярных, резных и токарных изделий. Древесина капов на срезах имеет красивый рисунок, поэтому из них получают строганый шпон для отделки мебели. Особенно пенятся капы, образовавшиеся на грецком орехе. На березе пушистой стволовые капы достигают веса 150 кг, корневые -- до 600 кг, а отдельные прикомлевые капы на грецком орехе могут весить до 1 т. Кроме березы и ореха капы достаточно часто образуются на черном тополе (осокоре) и белом клене (яворе).

Существует разновидность березы пушистой, образующая стволовые и корневые капы. Ее так и называют -- каповая береза. Основные районы ее распространения и про-мышленных заготовок капов -- Башкортостан, Кировская, Челябинская, Новосибирская и Курганская области. Прикорневые капы за-кладываются в виде многочисленных почек у корневой шейки в раннем возрасте (1-5 лет), которые затем разрастаются в крупные обра-зования, более чем в 1,5 раза превосходящие прирост ствола. Рост капов продолжается в течение всей жизни дерева. Часто у каповой березы образуются «дочерние» капы на по-росли возле отмершего ствола маточного дерева. Образование прикорневых капов неко-торые специалисты считают приспособлением этой формы березы к вегетативному размножению. Каповая береза встречается одиночно и группами в насаждениях березы пушистой. Такие березняки выделяют в заказники для заготовок декоративной древесины. Восстановление промышленных запасов каповых березняков после проведения заготовок занимает 30-40 лет. Стволовые капы промышленного значения не имеют.

В заключение отметим, что ручные методы измерения круглого леса постепенно заменяются автоматизированными. Они применяются не только в системах учета бревен, но и в составе различных производственных линий. Например, при поступлении бревен к окорочному станку автоматически определяется необходимость оцилиндровки комля (при закомелистости). Другой случай -- использование профиля хлыста, определенного этой систе-мой, для оптимизации раскряжевки. Система «вписывает» в профиль множество вариантов сортиментов с целью получения максимума высокосортных лесоматериалов либо максимального использования длины хлыста.

Влияние на качество

Затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению и осложняет их переработку.

Измерение

Измеряют длину и толщину нароста (в линейных мерах или долях размеров сортимента). Допускается, если это обусловлено спецификой сортимента, измерять один из указанных параметров.

Задача. Хвойная необрезная доска длиной 4,5 м имеет продольную покоробленность со стрелой прогиба 1,5 см. Определить сорт доски (ГОСТ 8486-86).

Ответ:

Определяем стрелу прогиба в долях длины пиломатериала в %:

Сорт данного соснового бревна определяется с помощью ГОСТ 8486-86 п.7.1. Получаем 3 сорт.

Ответ: 3 сорт.

4. Технические свойства и промышленное применение древесины ореха, груши, красного дерева

ГРУША - Pirus communis, семейство розовых. Распространена во всей Европе, особенно в Центральной и Южной. Произрастает в диком состоянии в средней и южной полосах европейской части России, в Крыму и на Кавказе. Безъядровая порода с древесиной розовато-желтовато-белого или буровато-красного цвета. У старых деревьев она обычно темнее, чем у молодых. Сосуды очень мелкие, годичные слои и сердцевинные лучи едва видны. Древесина плотная, твердая, хорошо обрабатывается, мало растрескивается. Чтобы повысить твердость, грушевую древесину помещают в воду и выдерживают продолжительное время, после чего долго сушат в тени. После просушивания она приобретает буроватый оттенок. В мебельном производстве грушу часто тонируют в черный цвет. Благодаря плотной структуре, древесина хорошо полируется и дает превосходный материал для самых мелких профилей в резьбе. При сушке груша почти не коробится и не растрескивается, но подвержена червоточине.

Текстура тонкая, поры и рисунок годовых колец выражены слабо. Используется для изготовления мебели, музыкальных инструментов, чертежных принадлежностей и других целей.

Плотность: 700 - 750 кг/м3.

Твердость: средняя.

Груша имеет прочную, однородную по плотности древесину с приятным розовато-коричневым цветом и гладкой, слабо выраженной текстурой, при сушке не трескается и не коробится; прекрасно строгается и режется во всех направлениях; хорошо склеивается, окрашивается и отделывается, имитируя красное и черное дерево. Ценная порода для токарных, резных и других художественных работ. Обшивка, оснащение, палубные элементы.

Груша - излюбленный материал резчиков. Отполированная древесина имеет глянцево-матовую поверхность.Применяется для восполнения утрат элементов из массива, накладной резьбы, элементов облицовки, маркетри, интарсии (имитируя черное дерево).

Редко когда удается получить большое полотно доски из грушевого ствола. Но не только из-за этого груша идет на украшение мебели. Ее древесина устроена так, что при резании лезвие прекрасно снимает стружку и по направлению роста волокон, и против них. Кроме того, и полируется, и пропитывается древесина превосходно. Есть еще одна особенность груши - ее можно отнести и к твердым, и к мягким породам. Сырая древесина достаточно мягкая, но если ее вымочить, а затем медленно высушить, то древесина приобретает бурый цвет и становится очень твердой. Среди недостатков можно назвать только один - без лакового покрытия дерево быстро темнеет и начинает гнить.

КРАСНОЕ ДЕРЕВО. Самые распространенные и самые известные из всех тропических деревьев, присутствующих на российском рынке. Под названием "красное дерево" продаются разнообразные и разносемейные породы, имеющие общий цвет и, отчасти, строение древесины. Обрабатываются они легко, и хотя имеют довольно мягкую древесину, относятся к весьма популярным столярным материалам. Причина этого заключается не столько в их замечательной красоте, сколько значительном сопротивлении атмосферным влияниям и практически неизменяемым форме и размерам.

В свежесрубленном состоянии древесина красного дерева имеет желтовато-красный цвет, но с течением времени, под воздействием воздуха и света, темнеет, постепенно принимая коричнево-красный или малиново-красный цвет с отчетливо выделяющимися светлыми и темными прожилками.

Различают красное дерево: гладкое, полосатое, узорчатое, огненное, крапленое, узловатое и т.д.

Для обозначения всех, так называемых, красных пород древесины часто применяется название "махагони". Махагони и часто употребляемое понятие "меранти" это не одно и то же. Меранти - это древесина из группы пород, распространенных в юго-восточной Азии.

Область применения. Высококачественная мебель, внутренняя отделка пароходных кают. В виде шпона при отделке мебели, паркетном производстве.

При сушке не коробится и почти не растрескивается, хорошо обрабатывается, склеивается и отделывается. Используют в виде строганого шпона в производстве мебели, для внутренней отделки помещений, в мозаичных работах, а также в накладной резьбе.

Применяется чаще всего при изготовлении мебели, внутренней отделка пароходных кают.

Древесина красного дерева относится к мягким породам, хорошо поддается обработке, полируется, впитывает лак. По рисунку волокон красное дерево может быть однородное, волнистое, крапчатое и сучковатое. Мастера предпочитают красное крапчатое дерево. Из-за своей высокой цены редко когда полностью идет на изготовление мебели.

Орех. Тяжелая, твердая, прочная древесина от бледно-серого до буро-коричневого цвета, с красивой извилистой текстурой. В зависимости от климата и почвы цвет и структура древесины значительно меняются, однако она всегда очень декоративна и давно и широко применяется для отделки интерьеров и изготовления мебели. Несмотря на твёрдость, достаточно легко обрабатывается, устойчив к деформации и трещинообразованию при сушке.

Плотность: твердая.

Цвет: от зеленовато-серых до красновато-коричневых оттенков. Где чаще используется: шпон, тонкий срез для отделки мебели, инкрустации дорогой мебели. Черный орех - самая драгоценная по своей красоте и другим качествам разновидность ореха. Привозится из Америки в двух разновидностях: одна похожа на персидский орех (но более темная и твердая), другая - несколько мягче, массивнее и легче в обработке. Обе разновидности одинаково дороги и применяются исключительно для фанеровки дорогой мебели и массивных резных украшений.

Орех (Juglans) - Walnut. Наиболее распространены два вида: орех грецкий (J. regia) - European walnut (произрастает на Кавказе и в Средней Азии) и орех манчжурский (J. mandshurica) - Manchurian walnut (на Дальнем Востоке). По механическим свойствам древесина ореха манчжурского значительно уступает древесине грецкого ореха.

Ядро коричневато-серой неравномерной окраски, нерезко отграниченное от широкой сероватой заболони, видны крупные сосуды. Годичные слои и сердцевинные лучи заметны слабо. Древесина отличается высокими декоративными свойствами, хорошо обрабатывается, используется в виде строганого шпона (особенно ценится шпон из капов), идет на ложи охотничьих ружей и другие изделия. Используется для изготовления шпона. Широко применяется кировскими мастерами для изготовления традиционных ларцов и шкатулок с секретом. Орех хорошо режется во всех направлениях, не дает сколов, поэтому его можно применять для выполнения самой тонкой резьбы. Древесину ореха используют для изготовления мебели, высокохудожественных резных изделий малых форм.

Американский черный орех имеет однородный темный фиолетово-коричневый цвет. Ровные, но грубые открытые волокна ограничивают применения в моделировании. Может использоваться для шпангоутов, киля и некоторой обшивки, если тщательно отобрана структура. Обрабатывается легко, является твердым, крепки и плотным. Не подвержен деформации или раскалыванию. Легко гнется при нагреве. Отлично шлифуется. При резке и резьбе ведет себя прекрасно, но не всегда удается получить прекрасную мелкую деталь. Для замены черного ореха можно использовать желтый тополь.древесина лигнин сырьё

Орех бразильский (Phoebe porosa). От желтого до маслинового и даже шоколадно-коричневого цвета с ровной и красивой структурой. При механической обработке возможно раздражение.

Орех-пекан (Carya illinoensis) относится к семейству гикори, но имеет лучший цвет. Сердцевина от слабо- к среднебледному цвету. Заболонь сливочного цвета. Имеет густые и часто волнообразные волокна. По рабочим свойствам напоминает клен. Твердый и плотный, требует острых инструментов. Гнется хорошо и шлифуется до очень гладкой поверхности.

Орех серый калифорнийский (Juglans cinerea). Прямая текстура, по структуре грубая древесина коричневого цвета. Не подходит для моделизма из-за вида текстуры.

Грецкий орех относится к тем немногим породам, которые характеризуются многообразием декоративной текстуры и богатой цветовой и тональной гаммой. Хорошо обрабатывается, поддается полировке и пропитке химическими веществами. Тяжелая и прочная древесина ореха не поддается короблению и гниению, поэтому находит разнообразное применение в виде массива и шпона: для различной резьбы, в мозаике, высоко ценится при облицовочных работах.

5. Пиломатериалы хвойных пород общего назначения, их классификация по форме и размерам поперечного сечения, размеры, сорта

Классификация и характеристика. По породам пиленые сортименты разделяются на следующие группы: 1) вырабатываемые из определенных хвойных пород; 2) вырабатываемые из определенных лиственных пород; 3) вырабатываемые из всех хвойных и лиственных пород.

Брусья -- пиломатериалы толщиной и шириной более 100 мм. Соответственно числу пропиленных сторон брусья бывают двухкантные, трехкантные (ванчесы) и четырехкантные; по форме поперечного сечения -- острокантные и тупокантные. Острокантные брусья имеют прямоугольную или квадратную форму, а на верхнем торце допускаются тупые углы с учетом обзола. Тупокантные брусья имеют на торцах обзолы -- оставшуюся часть боковой поверхности бревна.

Доски -- пиломатериалы, толщина которых до 100 мм, а ширина более двойной толщины.

Бруски - пиломатериалы, за исключением авиационных, имеют толщину до 100 мм и ширину не более двойной толщины, т. е. до 200 мм.

Обапол -- пилопродукция, получаемая из боковой части бревна и имеющая одну пропиленную, а другую непропиленную или частично пропиленную поверхности.

Шпалы -- пиломатериалы в виде бруса, имеющие крупное поперечное сечение (предназначены для укладки под рельсы железных дорог),

По размерам пиломатериалы общего назначения разделяются на тонкие, толщиной до 32 мм включ., и толстые -- толщиной 35 мм и более (лиственные), 40 мм и более (хвойные). По длине лиственные пиломатериалы разделяют на короткие, от 0,5 до 0,9 м; средние, 1--1,9 м; длинные, 2--6,5 м; хвойные пиломатериалы общепринятого деления по длине не имеют. Номинальные размеры пиломатериалов по толщине и ширине установлены для древесины влажностью 15%.

Рис.4 - Основные виды пиломатериалов:

1 -- пластина; 2 -- четвертина;

3, 4, 5 -- брусья двух-, трех и четырехкантные; 6 -- брусок; 7 -- доска;

8, 9 -- шпалы; 10 -- обапол

По характеру обработки пиломатериалы разделяют на необрезные, обрезные и односторонне обрезные. Обрезные -- это пиломатериалы с параллельными пластями и кромками, опиленными перпендикулярно пластям, и с обзолом не более допустимого. Необрезные -- это пиломатериалы с параллельными пластями и неопиленными или частично опиленными кромками, с обзолом более допустимого в обрезном пиломатериале. Односторонне обрезные пиломатериалы имеют пропиленные пласти и одну кромку, а размеры обзола на пропиленной кромке не превышают допустимых в обрезном пиломатериале.

По месторасположению пиломатериалов в бревне (по отношению их к продольной оси) различают сердцевинные, центральные и боковые доски. Сердцевинная доска (брус) выполнена из центральной части бревна или бруса и включает в себя сердцевину. Центральные доски выпиливаются из центральной части бревна или бруса и располагаются симметрично оси бревна. Боковые доски получают при выпиливании из боковой части бревна.

Пиломатериалы внутрисоюзного потребления по назначению разделяют на две подгруппы: пиломатериалы общего и специального назначения. Пиломатериалы общего назначения вырабатывают по унифицированным ГОСТ 8486 -- 66, ГОСТ 2695 -- 71.

Продукция, изготовляемая по унифицированным ГОСТам, имеет несколько сортов. Основанием для разделения пиломатериалов хвойных пород на сорта служит примерное назначение пиломатериалов, предельные нормы допускаемых пороков древесины и ограничения дефектов обработки.

Пиломатериалы отборного сорта используют в целом виде и для раскроя на крупные заготовки, предназначенные для деталей обшивки и связей в специальном судостроении (с дополнительными требованиями), для отдельных наиболее ответственных и нагруженных деталей сельскохозяйственных машин, решеток бортов грузовых автомобилей, изготовления сидений в пассажирском вагоностроении (лиственница, сосна).

Пиломатериалы 1-го сорта используют в целом виде и для раскроя на крупные заготовки, предназначенные для ответственных деталей, а также в строительстве, в специальном судостроении, в автомобилестроении (на продольные и поперечные балки кузовов автомобилей), в вагоностроении (тонкая обшивка стен, доски для обшивки дверей, доски продольных и поперечных бортов платформ, доски верхнего пола пассажирских вагонов), а также для раскроя на заготовки 1-й и 2-й групп качества менее крупных размеров и другие детали.

Пиломатериалы 2го сорта используют в целом виде и для раскроя на крупные заготовки, предназначенные для массовых изделий, а также в строительстве (доски настилов и площадок), автомобилестроении (верхние доски бортов и крайние доски пола грузовых автомобилей), вагоностроении (доски толстой обшивки стен, дверей, доски пола крытых вагонов и платформ, детали окон и дверей, строганые детали), а также для раскроя на заготовки 1-й и 2-й групп качества меньших размеров.

Пиломатериалы 3го сорта используют в целом виде и для раскроя на заготовки, предназначаемые для массовых, менее нагруженных деталей и. изделий, а также в строительстве (доски бортов и пола грузовых автомобилей, доски пола вагонов-самосвалов и другие детали грузовых и пассажирских вагонов, детали окон и дверей, детали деревянные фрезерованные), а также для раскроя на мелкие заготовки более высокого качества.

Пиломатериалы 4го сорта используют на малоответственные детали в строительстве и для раскроя на мелкие заготовки и тару.

Пиломатериалы хвойных пород изготовляют из древесины сосны, ели, пихты, лиственницы и кедра. Длина пиломатериалов от 1 до 6,5 м с градацией 0,25 м, а для тары -- 0,5 м с градацией 0,1 м. Допускается выпуск пиломатериалов, получаемых при выпиловке шпал, длиной 2,75 м Брусья для нефтяных вышек изготовляют размерами поперечного сечения 400x400, 360x360; 300x300; 200x400; 180x350; 150x300 мм, а мостовые брусья -- размерами 200X240 и 220x260 мм и длиной 3,25 м. Пиломатериалы (доски и бруски), вырабатываемые по ГОСТ 8486--66, разделяют на пять сортов (отборный, 1, 2, 3, 4й); брусья -- на четыре сорта (1, 2, 3, 4-й).

Пиловочные бревна стволов хвойных и лиственных пород используют для получения пиломатериалов (Рис.3).

Рис.3 - Виды лесных материалов:

1 -- пиловочные строительные бревна; 2 -- пластина; 3 -- четвертины; 4, 5 -- обрезные доски; 6 -- необрезная доска; 7 -- горбыль; 8 -- брус; 9 -- доска, строганная с четырех сторон; 10 -- шпунтованные доски с прямоугольным пазом и гребнем; 11 --шпунтованные доски с треугольным пазом и гребнем; 12 -- фальцованные доски; 13 -- плинтус; 14 -- наличники.

Пиломатериалы имеют следующие элементы: пласти продольные широкие стороны, а также любая сторона пиломатериала квадратного поперечного сечения (пласть, отличающуюся наибольшей чистотой в отношении качества обработки, называют лучшей, противоположную ей -- худшей, обращенную к сердцевине -- внутренней, обращенную к заболони -- наружной); кромки -- продольные узкие стороны досок и брусков; ребра -- линии пересечения пласти с кромкой; обзол -- непропил в углах поперечного сечения (участок боковой поверхности бревна) тупой (часть ширины кромки) и острый (вся ширина кромки на части длины пиломатериала); торцы -- концевые поперечные сечения.

По расположению пластей относительно направления годичных слоев различают доски радиальные, тангентальные и полученные при распиловке параллельно образующей. У первых пластей расположены почти перпендикулярно годичным слоям, у вторых -- по касательной к годичным слоям или близко к этому направлению, у третьих -- почти параллельно годичным слоям; последние обладают лучшими механическими свойствами.

Рис.3 - Способы распиловки и виды досок:

а -- групповая; б, в, г. -- радиальная; д -- полу радиальная; е -- тангентальная; ж -- параллельно образующей; -- сердцевинная доска; 2 -- центральные доски; 3 -- боковые доски.

В соответствии с ГОСТ 9463-88 и ГОСТ 9462-88 в зависимости от качества древесины круглые лесоматериалы как хвойных, так и лиственных пород изготавливаются трех сортов. По толщине (диаметру в верхнем отрубе) они подразделяются на три группы:

1) мелкие -- толщиной от 6 до 13 см с градацией 1 см;

2) средние -- толщиной от 14 до 24 см с градацией 2 см;

3) крупные -- толщиной от 26 см и более с градацией 2 см. Длина лесоматериалов зависит от их назначения и колеблется в широких пределах от 0,5 до 17 м. Наиболее распространенные длины находятся в диапазоне 3--6,5 м.

Круглые лесоматериалы хвойных (сосна, ель, пихта, лиственница, кедр) пород 1, 2 и 3-го сортов, предназначенные для выработки пиломатериалов и заготовок общего назначения, должны иметь толщину 14 см и более, длину -- от 3 до 6,5 м с градацией 0,25 м.

Используемые для того же назначения лесоматериалы 1, 2, и 3-го сортов лиственные (все породы, кроме дуба, бука, ясеня, ильма, клена и граба) должны также иметь толщину 14 см и более, а длину -- от 2 до 6 м с градацией 0,25 м.

Лесоматериалы 1-го и 2-го сортов, как и хвойных (лиственница, сосна, кедр), так и всех лиственных пород, применяются для выработки строганого шпона. При этом толщина хвойных сортиментов должна быть не менее 32 см, а лиственных -- не менее 24 см, при их длине соответственно не менее 2,5 и 1,5 м с градацией 0,1 м.

Лущеный шпон изготавливается из хвойных (сосна, лиственница, кедр, ель, пихта) и лиственных (дуб, клен, ясень, ильм, береза, бук, граб, ольха, осина, тополь, липа) лесоматериалов 1-го и 2-го сортов. При толщине хвойных кряжей 18 см и более они должны иметь 1,3; 1,6 и кратную им в метрах длину, а при толщине 20 см и более длина сортиментов должна соответствовать 1,91; 2,23; 2,54 и кратным им размерам в метрах.

Для выработки лущеного шпона из лесоматериалов лиственных пород используются кряжи толщиной 16--18 см и более с градацией по длине, соответствующей хвойным сортиментам диаметром 18 и 29 см.

В круглом виде лесоматериалы как хвойных, так и лиственных пород используются для строительных целей и возведения вспомогательных и временных строений различного назначения (подтоварник).

Хвойные сортименты (сосна, ель, пихта, лиственница) 1-го и 2-го сортов толщиной 14--24 см, длиной 3,6--6,5 м с градацией 0,5 м применяются в строительстве, а для временных сооружений используются лесоматериалы 2-го сорта, толщиной 6--13 см, длиной 3-- 6,5 м с градацией 0,5 м. Кроме указанных древесных пород, в данном случае может использоваться и кедр.

На строительство в круглом виде могут идти лесоматериалы всех лиственных пород 2-го сорта толщиной 12--14 см и длиной 4--6,5 м с градацией 0,5 м, а для вспомогательных и временных построек -- 2-го сорта толщиной 8--11 см и длиной не менее 3 м с градацией 0,25 м.

Для каждого сорта круглых лесоматериалов установлены соответствующие нормы допуска пороков (сучки, пасынок, грибные поражения, червоточина, трещины, кривизна ствола, наклон волокон, двойная сердцевина, прорости, сухобокость, рак, механические повреждения).

Основными сортообразующими пороками у хвойных лесоматериалов являются сучки и пасынок; в лесоматериалах 2-го сорта допускается наличие проростей, механических повреждений и сухобокость, а у 3-го сорта -- одновременно ядровой и заболонной гнили при условии, что суммарный размер поражения не превышает 1/8 вписанной в торец полосы.

Основными сортообразующими пороками лиственных материалов являются (в зависимости от толщины) сучки, гнили и кривизна. В мелких материалах не допускаются ядровая гниль, дупло и табачные сучки, а в лесоматериалах средних -- ядровая гниль и дупло, если они укладываются в торцовую полосу размером от 1/10 до 1/3 (в зависимости от сорта), то допускаются.

Пиленые лесоматериалы (пилопродукция) по возрастающей степени готовности к дальнейшему использованию подразделяются на собственно пиломатериалы, пиленые заготовки и пиленые детали.

Пиленые материалы получают раскроем бревен; заготовки вырабатываются из пиломатериалов, а детали -- из заготовок или непосредственно из круглого леса. В отличие от собственно пиломатериалов пиленые заготовки по размерам и качеству соответствуют будущим деталям с припусками на усушку и механическую обработку. Пиленые детали дальнейшей механической обработки не требуют.

Пиломатериалы в зависимости от области применения подразделяются на пиломатериалы, предназначенные для использования в народном хозяйстве и на экспорт.

...