Свойства древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Свойства древесины

Влажность древесины. Количественное содержание воды в древесине измеряется показателем влажности. Под влажностью понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины.

Измерение влажности древесины осуществляется прямыми и косвенными методами.

Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины.

Косвенные методы, основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. У электронного влагомера рабочими органами являются иглы датчика, которые вводят на глубину 10мм. Абсолютная погрешность измерения не более 2 % при влажности от 7 до 12% и 3% при влажности от 12 до 30%.

Древесина достигает устойчивой влажности при длительном выдерживании ее в воздухе с постоянной температурой и относительной влажностью.

При выдерживании древесины на воздухе в зависимости от окружающих условий происходит процесс как поглощения влаги (процесс сорбции), так и процесс десорбции (то есть когда древесина отдает влагу). Колебание влажности (различие между наблюдающимися величинами влажности) называется гистерезисом сорбции. При этом средняя величина ее называется устойчивой (равновесной) влажностью.

Измельченная древесина (опилки, стружки) имеет небольшой гистерезис сорбции и при любой начальной влажности в процессе выдерживания быстро достигает устойчивой влажности, практически равной равновесной влажности. Процесс изменения влажности достаточно изучен и отражен в различных таблицах и диаграммах в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха.

Например, при влажности воздуха 60% и температуре 20 град. равновесная влажность находится между 11 и 12 %.

У крупных заготовок древесины с толщиной более 15 мм и длиной более 100мм устойчивая влажность при температуре воздуха не более 50-60 град может отличаться от равновесной на 1-2%.

В производственных условиях по степени влажности различают древесину: мокрую (более 100%), длительное время находившуюся в воде; свежесрубленную (влажность 50-100%), сохранившую влажность растущего дерева; воздушно-сухую (15-20%), выдержанную на открытом воздухе; комнатно-сухую (8-12%), долгое время находившуюся в отапливаемом помещении, и абсолютно сухую (0%), высушенную при температуре 100-103 град.

В деревообработке используют древесину при воздушно-сухой или комнатно-сухой влажности. Переход от свежесрубленного состояния к двум последующим совершается в результате высыхания древесины.

Усушка и разбухание. Уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной воды называется усушкой. Снижение содержания свободной воды не приводит к усушке древесины.

Усушку вызывает удаление адсорбционной воды, находящейся внутри древесинного вещества. Однако одновременно с адсорбционной водой происходит испарение микрокапиллярной воды. Усушка наблюдается при любой температуре сразу же после снижения влажности ниже предела насыщения клеточных стенок. Вначале удаляется преимущественно микрокапиллярная вода и сравнительно небольшое количество адсорбционной воды. Поэтому на начальном этапе снижения влажности усушка растет сравнительно медленно. После удаления всей микрокапиллярной воды наблюдается значительно более интенсивный рост усушки. Для расчета деформации после удаления влаги используют коэффициент усушки, определяющий величину усушки при снижении содержания связанной воды в древесине на 1%.

Установлено, что усушка пропорциональна падению влажности ниже предела насыщения стенок клеток равном 30%. Различают: малоусыхающие породы (менее 0,45%) - ель, липа, ольха, бук, каштан; умеренноусыхающие (0,46-0,55%) - пихта, сосна, кедр, осина, дуб, ясень, клен, вяз; значительно усыхающие (0,56-0,65%) - береза, граб, груша; сильноусыхающие (0,66% и более) - лиственница, см Приложение Б.

Наблюдаемое при сушке уменьшение размеров пиломатериалов называется усадкой. Она включает кроме собственно усушки, деформацию от сушильных напряжений и коллапс (уменьшение размеров древесной паренхимы, сморщивание древесины, при нагреве до 70-80 о С).

Усадка учитывается при распиловке бревен на доски в припусках на усушку.

Полная усушка древесины отечественных лесных пород в тангенциальном направлении составляет 8-10%, в радиальном 3-7%, вдоль волокон 0,1-0,3%. Полная объемная усушка находится в пределах 11-17%.

Плотность. Представляет собой массу единицы объема материала, образующего клеточные стенки. Поскольку элементный состав не зависит от породы и мало отличаются по плотности образующие клеточную стенку компоненты, плотность древесинного вещества в целом примерно одинакова. Этот показатель для всех пород равен 1,53 г/см3. Однако величина этого показателя зависит от способа определения.

В общем виде определяется по формуле:

= mд.в./vд.в,

где mд.в. и vд.в - соответственно масса (г) и объем (см3) древесинного вещества.

Плотность абсолютно сухой древесины характеризует массу единицы объема древесины при отсутствии в ней воды (0= m0/v0).

Плотность влажной древесины выражается отношением массы образца при любой данной влажности к его объему при той же влажности:

w= m w /v w.

Плотность древесины при нормализованной влажности выражается отношением массы образца при влажности обычно равной 12% к его объему при той же влажности:

12= m 12 /v 12.

Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности равной (30%) или выше предела насыщения клеточных стенок:

б= m 0 /v max.

Парциальная плотность древесины характеризует содержание (массу) сухой древесины в единиц объема влажной древесины:

w= m 0 /v w.

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

- породы с малой плотностью 540 и менее сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный, тополь (все виды), ива, осина, ольха черная, каштан, орех, бархат амурский;

- породы средней плотностью 550-740 лиственница (все виды), береза, бук, вяз, груша, дуб летний, ильм, клен, лещина, рябина, ясень;

- высокой плотности 750 и выше акация белая, береза железная, граб, железное дерево, самшит.

Плотность и физико-механические свойства древесины. взаимосвязаны. Плотность выступает как показатель качества конструкционных материалов. По данным финских исследователей, прочностные свойства сосновых пиломатериалов с высокой плотностью древесины в два раза выше, чем пиломатериалов с низкой плотностью.

При разделении финских конструкционных пиломатериалов на три класса прочности плотность древесины сосны (при влажности 15%) для 1 класса прочности должна быть не ниже 500кг/м3 и для 2 класса прочности не ниже 450 кг/м3. Соответствующие показатели для ели составляют 470 и 420 кг/см3.

В СССР плотность нормировалась в авиационных пиломатериалах и заготовках хвойных и лиственных пород (ГОСТ 968-68, 2646-71, 2996-70), а также в заготовках для ружейных лож.

древесина влажность усушка разбухание

2. Лабораторная работа

Материалы и оборудование. Весы технические с точностью 0,1г. Сушильный шкаф и кондуктометрический прибор определения влажности. Емкость (8-10 л) с водой для выдержки древесины (процесс набухания). Измерительные линейки.

Цель. Научиться определять влажность, усушку и плотность древесины. Определить влажность весовым или кондуктометрическим способом и коэффициент усушки или разбухания у хвойных и лиственных пород.

1. Определить усушку древесины на образцах сосны, ели, дуба, березы, имеющих размер 3х3х1 или 2х2х3 см, изготовленных из свежесрубленной древесины (или специально увлажненной).

Кубики измеряют по двум направлениям (радиальному и тангентальному) с точностью до 0,1 см и взвешивают с точностью 0,1 г. Затем отделяют воду путем высушивания. Сушка проводится при температуре воздуха от 60 до 1032 град Цельсия до прекращения изменения веса. Расчет показателей влажности ведут по формулам:

где

W - влажность абсолютная, %;

Wотн - влажность относительная, %;

m - начальная масса образца древесины, г;

m0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Расчет линейной усушки (или набухания) ведут по формулам:

где а и b - первоначальные размеры образца в радиальном и тангентальном направлениях;

а1 и b1 - размеры после высыхания (или перед намачиванием) до воздушно сухого (или абсолютно сухого) состояния.

Полученные данные усушки или разбухания делят на диапазон изменения влажности и после сравнения с показателями Приложения Б делается вывод о степени усушки или набухания взятых образцов.

2. Определить коэффициент разбухания. Работу проводят аналогично определению усушки.

3. Определение плотности древесины. Используя данные массы образцов древесины (в г) при различной влажности (абсолютно сухом состоянии, при комнатной влажности) и величины их объема (в см3) определяют массу единицы объема (1см3) - плотность древесины и сравнивают полученные величины с базисной плотностью древесины, приведенной в Приложении В.

Результаты измерений заносят в таблицу.

Вопросы для самоконтроля

В каких формах находится вода в древесине?

Как распределяются породы по величине усушки?

Какие различают степени влажности древесины?

Что такое плотность древесины? Как она изменяется?

Что такое усушка древесины?

Что такое разбухание древесины?

Как влияет влажность на величину плотности древесины?

Литература

1. ГОСТ 16483.18 -72 Древесина. Метод определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое.

2. ГОСТ 16483.7 -71 Древесина. Методы определения влажности.

3. ГОСТ 17231 -78 Лесоматериалы круглые и колотые. Методы определения влажности.

4. ГОСТ 2140 - 81 Пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения.

5. ГОСТ 22296 - 89 Балансы экспорта. ТУ.

6. ГОСТ 22297 -76 Стойки рудничные хвойных пород (пропсы), поставляемые для экспорта. ТУ.

7. ГОСТ 22298 -76Э Бревна пиловочные хвойных пород, поставляемые на экспорт. Технические требования.

8. ГОСТ 22299 -76Э Бревна пиловочные лиственных пород, поставляемые на экспорт.

9. ГОСТ 2292 - 88 Лесоматериалы круглые. Маркировка, сортировка, транспортирование, методы измерения и приемки.

10. ГОСТ 2695 - 83 Пиломатериалы лиственных пород. ТУ.

11. ГОСТ 2708 - 75 Лесоматериалы круглые. Таблицы объемов.

12. ГОСТ 5306 - 83 Объем пиломатериалов.

13. ГОСТ 6564 - 84 Пиломатериалы и заготовки. Правила приемки, методы контроля, маркировка и транспортирование.

14. ГОСТ 8486 - 86Е Пиломатериалы хвойных пород. ТУ.

15. ГОСТ 9462 - 88 Лесоматериалы круглые лиственных пород. ТУ.

16. ГОСТ 9463 - 88 Лесоматериалы круглые хвойных пород. ТУ.

17. Колос Н. А., Ульдинович С. В. Древесиноведение и лесное товароведение в вопросах, примерах, задачах. - Гомель, 1997. - 79 с.

18. Поляков В. Н., Лаптев Ю. В. Обмер и учет круглых деловых лесоматериалов, методические указания. - Брянск, 2002. - 36 с.

19. СТБ - 2004 дрова. ТУ.

20. Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение. - М, 1991. - 255 с.

21. Федоров Н. И., Пауль Э. Э., Раптунович Е. С. Практикум по древесиноведению и лесному товароведению. - Мн., 1984. -199 с.

Приложение А

Усредненный коэффициент усушки и разбухания для основных пород [21].

Приложение Б

Средние значения плотности древесины [20].

Размещено на Allbest.ru