Строение и роль дерева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Вопрос 2. Строение дерева. Роль каждой из её частей в жизни дерева и их сырьевое значение. Достоинства и недостатки древесины как материала.

Вопрос 8. Получение и использование целлюлозных материалов. Гидролиз древесины.

Вопрос 17. Плотность древесины. Методы е определения. Плотность древесинного вещества; базисная и парциальная плотность древесины. Укажите породы малой, средней и высокой плотности.

Вопрос 32. Деформативность древесины при кратковременных нагрузках. Показатели деформативности: модули упругости, коэффициенты поперечной деформации, модули сдвига.

Вопрос 49. Грибные поражения: причины и типы гниения древесины; грибные ядровые пятна и полосы, ядровые гнили. Их разновидности и влияние на качество древесины.

Вопрос 55. Технологические свойства и промышленное применение лиственницы, фисташки и клена.

Вопрос 2. Строение дерева. Роль каждой из её частей в жизни дерева и их сырьевое значение. Достоинства и недостатки древесины как материала

Части растущего дерева. Взрослое дерево состоит из кроны, ствола и корней(рис. 1а). При жизни дерева каждая из этих частей выполняет свои определенные функции и имеет различное промышленное применение.

Крона состоит из ветвей и листьев (или хвои). Из углекислоты, поглощаемой из воздуха, и воды, получаемой из почвы, в листьях образуются сложные органические вещества, необходимые для роста дерева. Промышленное использование кроны не велико. Из листьев (хвои) получают витаминную муку - ценный продукт для животноводства и птицеводства, лекарственные препараты, из ветвей - технологическую щепу для производства тарного картона и древесноволокнистых плит.

Ствол растущего дерева проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами - вниз к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины (от 50 до 90% объёма всего дерева) и имеет главное промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть - комлем.

На рис.1б показан процесс развития хвойного дерева из семени и схема построения ствола дерева в возрасте 13 лет. Процесс роста можно представить как нарастание конусообразных слоев древесины. Каждый последующий конус имеет большую высоту и диаметр основания. На рисунке видно 10 концентрических окружностей (границы годичных приростов) на нижнем поперечном разрезе, а на верхнем таком же срезе их только пять. Корни проводят воду с растворенными в ней минеральными веществами вверх по стволу; хранят запасы питательных веществ и удерживают дерево в вертикальном состоянии. Корни используются как вторичное топливо. Пни и крупные корни сосны через некоторое время после валки деревьев служат сырьем для получения канифоли и скипидара.

Главные разрезы ствола. Разрез, проходящий перпендикулярно оси ствола, образует торцовую плоскость, разрез, проходящий через сердцевину ствола, - радиальную, а на некотором расстоянии от нее - тангентальную плоскость (рис.2) Древесина на указанных разрезах имеет различный вид и неодинаковые свойства. На поперечном разрезе ствола (рис.3) можно видеть сердцевину, кору и древесину с ее годичными слоями.

Сердцевина - узкая центральная часть ствола, представляющая рыхлую ткань. На торцевом разрезе имеет вид темного (или другого цвета) пятнышка диаметром 2-5 мм. На радиальном разрезе сердцевина видна в виде прямой или извилистой темной узкой полоски.

Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из слоя - корки и внутреннего слоя - луба, который проводит воду с органическими веществами, выработанными в листьях, вниз по стволу. Кора предохраняет дерево от механических повреждение, резких перемен температуры, насекомых и других вредных влияний окружающей среды. Вид и цвет коры зависят от возраста и породы дерева. У молодых деревьев кара гладкая, а с возрастом в коре появляются трещины. Кора может быть гладкой (пихта), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник), бородавчатой (бересклет).

В зависимости от породы, возраста дерева и условий произрастания у наших лесных пород кора составляет от 6 до 25% объема ствола. Между корой и древесиной располагается очень тонкий, сочный, не видимый невооруженным глазом слой - камбий, состоящий из живых клеток.

Древесина в растущем дереве занимает большую часть ствола и имеет основное промышленное значение.

Достоинства древесины как материала.

· Малая плотность при относительно высокой прочности.

· Малая теплопроводность

· Хорошая обрабатываемость режущими инструментами.

· Возможность склеивания.

· Легкая гвоздимость.

· Способность хорошо окрашиваться, лакироваться, полироваться, красивая текстура (рисунок, образующийся на поверхности древесины следствие перерезания анатомических элементов).

· Способность благодаря упругости хорошо поглощать звуки, возникающие при ударе и вибрации. Звукоизоляционные свойства древесины имеют большое значение при использовании в качестве звукоизоляционного строительного материала, а также для улучшения акустики общественных зданий.

· Звукоизлучающие свойства (резонанс). Древесина широко применяется для изготовления инструментов.

· Стойкость к действию растворов кислот и щелочей; в связи с этим древесину хвойных пород применяют для изготовления емкостей, труб.

· Способность к изгибу, что имеет существенное значение при гнутье древесины. Более высокой способностью к изгибу отличается древесина лиственных пород.

· Сравнительно большая износостойкость.

· Свойства "предупреждать" (потрескиванием) при критических нагрузках о своем скором разрушении.

Недостатки древесины как материала.

· Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений.

· Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала.

· Растрескивание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8 - 32 кгс/см².

· Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов.

· Загнивание, повреждение насекомыми, возгорание в неблагоприятных условиях службы.

Вопрос 8. Получение и использование целлюлозных материалов. Гидролиз древесины

Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:

· Кислые:

o Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.

· Щелочные:

o Натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода -- отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки -- высокая стоимость получаемой целлюлозы. Метод практически не используется.

o Сульфатный. Наиболее распространенный метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щёлоком. Своё название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделения большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и др. в результате побочных реакций.

Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственная шерсть). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей

Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино- и фотоплёнок, лаков, бездымного пороха и т. д.[

Гидролиз древесины.

Переработка древесины, при котором измельченная древесина обрабатывается слабыми кислотами, называется гидролизом древесины. Это очень перспективный метод. При обработке древесных опилок или щепы 0,3-0,5%-ным раствором серной кислоты при 170-180 град. С и давлении 7-10 ат. гемицеллюлозы и целлюлозы гидролизуются, т.е. присоединяют воду, и превращаются в сахара (осахаривание):

+H₂O (C₆H₁₀O₅)n ------> nC₆H₁₂O₆ глюкоза

Оставшийся после такой обработки лигнин отделяется от раствора сахаров и используется, например, в качестве наполнителя в производстве полимерных материалов - пластических масс, каучука. Раствор сахаров нейтрализуется известковым молоком и направляется в бродильные чаны, где протекает биохимический синтез этилового спирта:

C₆H₁₂O₆ ------> 2C₂H₅OH + 2CO₂

Помимо этилового спирта, идущего на производство каучука, при гидролизе древесины получают пищевую глюкозу и фурфурол, идущий в производство пластических масс, а также дрожжи, содержащие собой ценный корм для животных, птиц, рыбы. Из 1 т. древесины получают 150 - 180 л. 95%-ного этилового спирта, 30-40 кг дрожжей, 4 - 7 кг фурфурола.

Вопрос 17. Плотность древесины. Методы е определения. Плотность древесинного вещества; базисная и парциальная плотность древесины. Укажите породы малой, средней и высокой плотности

Плотность древесины характеризуется массой единицы объема материала и имеет размерность кг/м³ или г/см³

Имеются различные способы определения величины d. Например, этот показатель можно установить путем погружения очень тонких (микротомных) срезов древесины в раствор азотнокислого кальция разной концентрации; плотность раствора, в котором срезы останутся во взвешенном состоянии, будет равна плотности древесинного вещества. В зависимости от способа определения значения d несколько различаются. По данным различных авторов, d находится в пределах 1,499--1,564 и в среднем принимается равной 1,54. г/см^3. Плотность древесины определяется по формуле:

,

где Рw -- плотность древесины при данной влажности W, кг/см³; m_w -- масса образца древесины при влажности W, кг; V_w -- объем древесины при влажности W, м³.

Плотность древесинного вещества представляет собой массу единицы объема материала , образующего клеточные стенки .Поскольку элементный химический состав практически не зависит от породы и мало отличается по плотности образующие клеточную стенку компоненты , плотность древесинного вещества в целом примерно одинакова. Однако величина этого показателя зависит от способа определения.

Плотность древесинного вещества

где -масса древесинного вещества , г; объем древесинного вещества

Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца m₀ к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок V_max: p_Б = m₀ / v_max. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

Парциальная влажность древесины p`<sub>w</sub> характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма влажной древесины: p`_w = m₀ / v_w, где m₀ - масса абсолютно сухой древесины, г или кг; v_w - объем, см³ или м³, древесины при данной влажности W.

По плотности древесины при 12% влажности породы можно разделить на три группы:

а) породы с малой плотностью(плотность 540 и менее: из хвойных - ель (все виды), сосна, пихта (все виды),кедр (все виды); из лиственных - тополь (все виды), липа (все виды),ива (все виды), осина, орех белый, каштан посевной, бархат амурский;

б) породы средней плотности (плотность 550-740): из хвойных - лиственница (все виды), тис; из лиственных - береза повислая, пушистая, желтая и черная; бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский; орех, платан, хурма, яблоня;

в) породы высокой плотности (плотность свыше 750): акация белая и песчаная, береза желтая, гледичия каспийская, глоговина, граб, железное дерево, кизил, маклюра, саксаул белый, самшит, фисташка.

Вопрос 32. Деформативность древесины при кратковременных нагрузках. Показатели деформативности: модули упругости, коэффициенты поперечной деформации, модули сдвига

В условиях кратковременного воздействия сравнительно небольших нагрузок древесина ведет себя как упругое тело. Рассмотрим методы определения и значения показателей жесткости или так называемых упругих постоянных древесины:

- модуль упругости древесины характеризует меру жесткости, т.е. способности деформироваться, материала, представляет собой коэффициент пропорциональности в законе Гука и при сжатии (или растяжении) стержня может быть найден из соотношения

,

где - напряжение;

- деформация (относительное укорочение или удлинение).

- Коэффициенты поперечной деформации. Как принято, при положении нагрузки к стержню кроме продольной деформации появляется поперечная деформация . Коэффициентом поперечной деформации (коэффициентом Пуассона) называется отношение

Где -- коэффициент Пуассона;

-- деформация в поперечном направлении (отрицательна при осевом растяжении, положительна при осевом сжатии);

Размещено на http://www.allbest.ru/

-- продольная деформация (положительна при осевом растяжении, отрицательна при осевом сжатии).

Модуль сдвига является коэффициентом пропорциональности между касательными напряжениями и угловой деформацией . Для ортотропных тел необходимо располагать данными о трех модулях сдвига - ,,. Как показал А.Н. Митинский, модули сдвига могут быть определены косвенным путем при испытании на сжатие (или растяжение) образцов, оси которых параллельны одному из главных направлений упругой симметрии и составляет углы с другими главными направлениями. При этом модуль сдвига равен:

Вопрос 49. Грибные поражения: причины и типы гниения древесины; грибные ядровые пятна и полосы, ядровые гнили. Их разновидности и влияние на качество древесины

Грибы ранее относили к низшим споровым растениям; теперь их выделяют в самостоятельное царство живой природы. Характерное отличие грибов - отсутствие у них хлорофилла. Поэтому они нуждаются в готовых в готовых органических веществах. Различают грибы сапротрофы и паразиты. Первые находят питательные вещества в тканях мертвых растений, а вторые в живых растениях. Кроме того имеются полупаразиты, которые могут жить как паразиты и как сапротрофы; к этой группе относятся многие из грибов, вызывающие разрушение древесины.

Грибы размножаются преимущественно спорами, представляющими собой мелкие клетки. В растущие деревья проникают через раны(отмирание ветвей; повреждения, наносимые человеком, животными, насекомыми и др.)

При благоприятных условиях споры порастают образуя гифы(тонкие бесцветные нити). При влажности древесины ниже 20% грибы развиваться не могут, при температуре ниже 2С и выше 40-45С развитие грибов прекращается. древесина целлюлоза гриб

Различают два типа гниения - коррозионный и деструктивный. В первом случае древесина приобретает ячеистую структуру. На определенных этапах появляются выцветы и белые пятна целлюлозы.

При деструктивном типе гниения происходит равномерное растворение стенок клеток без образования в них крупных отверстий. В древесине появляются многочисленные трещины вдоль и поперек волокон.

Грибные ядровые пятна и полосы. Это порок выражающийся в изменении цвета древесины центральной зоны ствола без снижения её твердости. Порок возникает под действием деревоокрашивающих и дереворазрушающих грибов. Исследованиями ЦНИИОМОДа установлено, что грибы вызывающие появление грибных окрасок и пятен в сосне или ели, практически не снижает прочность при статических нагрузках, а твердость может быть даже выше, чем в здоровой древесине.

Ядровая гниль. Порок образуется в древесине растущего дерева под действием разрушающих грибов. При этом снижается твердость и прочность древесины; происходит изменение её структуры и цвета.

В растущем дереве различают напённую и стволовую гниль. Напенная гниль возникает в корнях или в поврежденных местах комлевой части ствола. Стволовая гниль начинается от обломанных ветвей и ран на стволе.

Пестрая ситовая гниль характеризуется бурым с различными оттенками цветом и трещиноватой структурой пораженной древесины. Белая волокнистая гниль имеет светло-желтый или почти белый цвет. Гниль встречается в стволах деревьев лиственных пород. При сильном разрушении древесины зона становится мягкой, легко расщепляется на волокна.

Вопрос 55. Технологические свойства и промышленное применение лиственницы, фисташки и клена

Лиственница трудна для обработки обычными режущими инструментами. При пилении инструменты засмаливаются.

Используется в подводных сооружениях, идет на канализационные трубы, оконные рамы, строительные, поделочные и судостроительные бревна, балансы, шпалы, столбы линий электропередач, рудничную стойку.

Фисташка относится к ядровым породам, обладает широкой желтовато-белой заболонью, резко отграниченной от ядра, которое в свежесрубленном состоянии имеет зеленовато-бурый цвет, обладает высокой теплотворной способностью. Древесина очень плотная, твёрдая, износостойкая, трудно раскалывается, маслянистая на ощупь; применяется в машиностроении.

Древесина клёна белого цвета, однородная, плотная, твердая, упругая и гибкая, хорошо окрашивается и полируется. Употребляется для изготовления подставок, панелей и ручек для инструментов.

Список использованной литературы

1.Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение: Учебник.- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007.-351 с.

2. Никишев, В. Д. Комплексное использование древесины [Текст] : учебник для вузов / В. Д. Никишев. ? М. : Лесная промышленность, 1985. ? 264 с.

3. Перелыгин Л.М., Уголев Б.Н. Древесиноведение. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 286 с.

4. Манушин В.И. Целлюлоза, сложные эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе, 2002, 107 с.

5. Уголев Б.Н. Испытания древесины и древесных материалов. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 252 с.

6. Ярмолинский А.С., Калашников П.А., Бахтеяров В.Д. Лесное товароведение. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 204 с.

Размещено на Allbest.ru