ДРЕВЕСИНА
сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде - как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Синонимы :Древесина - – совокупность вторичных тканей (проводящих, механических и запасающих), расположенных в стволах, ветвях и корнях древесных растений между корой и сердцевиной. [ГОСТ 23431 79] Древесина – категория товара обозначающая круглую… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Древесина - грецкого ореха. ДРЕВЕСИНА (ксилема), ткань высших растений, служащая для проведения воды и растворов минеральных солей от корней к листьям и другим органам. Древесиной называются также срубленные и распиленные стволы деревьев (деловая древесина,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ДРЕВЕСИНА, твердое вещество, образующее стволы ДЕРЕВЬЕВ; а именно КСИЛЕМА, составляющая основной объем стеблей и корней, поддерживающих растение. Она состоит из тонких трубочек клеток, вертикально расположенных вдоль ствола это волокно, которое… … Научно-технический энциклопедический словарь
Лигноцеллюлозное вещество, заключенное между сердцевиной и корой дерева или кустарника. Древесина представляет собой ежегодно нарастающий комплекс проводящей, механической и основной тканей, расположенных внутрь от камбия. Древесина является… … Финансовый словарь
древесина - Совокупность вторичных тканей (проводящих, механических и запасающих), расположенных в стволах, ветвях и корнях древесных растений между корой и сердцевиной. [ГОСТ 23431 79] древесина Категория товара обозначающая круглую древесину, пиломатериалы … Справочник технического переводчика
Вторичная ксилема. Характеризуется ежегодными приростами. В каждом приросте различают раннюю (весеннюю) и позднюю (летнюю) Д. У листв. пород Д. может быть рассеянно сосудистой, если сосуды распределены более или менее равномерно по всему… … Биологический энциклопедический словарь
Дерево, лес, лесоматериал; ксилема, заболонь Словарь русских синонимов. древесина сущ., кол во синонимов: 54 авиадревесина (1) … Словарь синонимов
ДРЕВЕСИНА, древесный и пр. см. древо. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля
То же, что ксилема (иногда древесиной называют только вторичную ксилему) … Большой Энциклопедический словарь
См. Акация см. Дуб см. Кедр см. Кипарис … Библейская энциклопедия Брокгауза
ДРЕВЕСИНА, древесины, мн. нет, жен. Плотное вещество дерева. Наиболее плотной древесиной у нас обладают дуб и самшит. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Человек использует древесину с незапамятных времен. Топливо, строительные материалы, мебель, музыкальные инструменты - изделия из нее сопровождают нас всю жизнь. Кроме этого, деревья - это природные календари и живые исторические памятники.
Существует целая отрасль науки - дендрохронология, которая позволяет узнать возраст изделия, а также в какой области было срублено дерево, из которого оно было изготовлено. Изучая срезы годовых колец, можно узнать о природе и атмосфере давних времен. Достоинства и недостатки, строение, древесина как строительный материал, свойства - все эти вопросы заслуживают внимания.
Свойства и характеристики материала невозможно понять, предварительно не изучив строение и состав древесины. Само понятие зависит от того, кто его употребляет. Для обычного человека и строителя это исключительно часть дерева под корой, которую можно употреблять в быту или производстве. Для ботаника и древесины - это весь комплекс, включающий в себя все элементы от корней до кроны.
Крона в промышленности используется незначительно, а ветви идут как сырье для и картона. Основное значение имеет ствол. На поперечном разрезе взору открывается строение ствола древесины. Самый верхний слой - кора, защищает живые клетки от внешних воздействий. Между корой и телом ствола располагается слой живых клеток - кадмий. В самом центре через весь ствол проходит сердцевина. Рыхлые ткани, из которых она состоит, делают ее непригодной для утилитарных нужд.
Ядро дерева состоит в основном из омертвевших клеток, отложений смолы, красящих и дубильных веществ. Ядро окружает заболонь - часть дерева, которая отвечает за проведение воды к листьям от корней. Соответственно, в ней много влаги, она больше пропускает воду и сильнее подвержена гниению. Ярко выраженное ядро есть не у всех деревьев. В некоторых из них нет разницы между центральной и окраинной частью ствола. Такие породы называются заболонными.
Применяя микроскоп, можно глубже изучить строение. Древесина состоит в целом из омертвевших клеток. Молодые растительные клетки состоят из оболочки и внутренней части - цитоплазмы и ядра. Основой тонкой прозрачной мембраны является целлюлоза или клетчатка. С течением времени растительные клетки претерпевают метаморфозу и, в зависимости от заложенной функции, превращаются в своей массе либо в кору (пробкование), либо в древесину (одревеснение).
В клетках постоянно образуется лигнин. Он и служит причиной одревеснения. Разделяют два вида древесных клеток - прозенхимные и паренхимные. Первый вид составляет основную массу древесины, в зависимости от породы - от 85% до 99%. В свою очередь, они разделяются по своим функциям. Проводящие клетки отвечают за доставку питательных веществ и влаги от корней к листве, механические - за прочность и устойчивость дерева. Паренхимные клетки выполняют функцию кладовой для растения. Они накапливают питательные вещества (жиры, крахмалы) и отдают их по мере надобности в трудный период.
В зависимости от вида деревьев различается и их строение. Породы древесины делят на хвойные и лиственные. Строение хвойных пород отличается большей простотой. Основную массу составляют трахеидные клетки. К особенностям хвойных пород можно отнести наличие клеток, вырабатывающих смолу. У разных видов они могут быть как хаотично разбросаны, так и объединены в систему смоляных ходов.
Более сложны пород и их строение. Древесина состоит из сосудов, волокон либриформа и паренхимных клеток. Так как лиственные деревья сбрасывают осенью листву, зимой они нуждаются в большом запасе пищи. Отсюда и большее количество паренхимных клеток, отвечающих за накопление питательных веществ, чем у хвойных пород. Это можно увидеть по ярко выраженной сердцевине.
Целым рядом характерным свойств обладает древесина. Особенности строения тому причина. Прочность у древесины довольно высока, и среди строительных материалов по этому показателю она занимает промежуточное положение. А учитывая небольшой удельный вес, она сравнима в этом плане с металлом. Слабым местом древесины является то, что она - анизотропный материал. Способность сопротивления к разрушению зависит от направления силы относительно расположения волокон. Самые лучшие показатели прочности видны при воздействии на материал вдоль волокон.
Жесткость древесины мала, причина этому - специфическое строение. Древесина - пористый, гибкий материал. Балки способны восстановить свою форму после кратковременной нагрузки. Но остаточные деформации, вследствие длительного воздействия, остаются навсегда. Деревянная балка не сможет восстановить свою форму после долгой эксплуатации.
Твердость строительных материалов определяется тем, какая нагрузка необходима для вдавливания стального шарика с определенными размерами. Для самых жестких пород древесины она составляет всего 1000 Н. При этом низкая твердость - это и одно из главных достоинств материала. Дерево легко обрабатывается, в нем прочно удерживаются гвозди, шурупы, самонарезающиеся винты.
Определяется удельным содержанием влаги в порах. В только что оно достигает 100%. В зависимости от назначения свежесрубленную древесину подвергают сушке до необходимых показателей от 40 до 15%.
Древесина обладает малым значением теплопроводности. Ее можно с успехом применять в качестве теплоизолирующего материала. Простота в обработке позволяет использовать широкий круг инструментов. Невозможно представить любой оркестр без музыкальных инструментов, изготовленных из дерева. Чарующие звуки скрипки - результат такого свойства древесины, как способность к резонансу. Древесина легко изгибается, открывается большой выбор для изготовления различных гнутых конструкций. Также деревянные изделия отличаются хорошими звукопоглощающими характеристиками. Красивая поверхность открывает простор для фантазии при дизайне помещений.
Способность деревянных изделий воспринимать нагрузки зависит от направления приложения силы. Это объясняется анизотропным строением древесины. Кроме того, характеристики прочности зависят еще и от близости к центру ствола, влажности, наличия сучков, трещин. Это заставляет тратить много времени на отбор пригодного материала для работы.
Являясь органическим материалом, древесина беззащитна для насекомых, плесени, грибков. Для долговечной эксплуатации требуется проводить дорогостоящую химическую обработку. Стоит отметить, что деревянные конструкции без предварительной обработки - легкая добыча для огня.
В целом можно выделить три вида обработки древесины:
Деревья старше человека на сотни миллионов лет. Все когда-либо существовавшие цивилизации основаны на применении древесины. Книги, мебель, музыкальные инструменты - все это возможно благодаря этому уникальному природному материалу.
ДРЕВЕСИНА, вторичная ксилема многолетних растений; в растущих деревьях и кустарниках составляет основную массу стволов, ветвей, корней и выполняет в них проводящие, запасающие и механические функции. Различают древесины хвойных (сосна, ель и др.) и лиственных (дуб, берёза и др.) пород.
Строение. Древесину изучают на трёх разрезах ствола: поперечном и двух продольных - радиальном и тангенциальном (рис. 1). В древесине различают заболонь (периферическую светлую зону) и ядро (центральную зону), имеющее более тёмную окраску у так называемой ядровой древесины или мало отличающееся по цвету от заболони у безъядровой древесины. Среди безъядровых пород (ель, пихта, бук и др.) выделяют спелодревесные, у которых центральная зона древесины в свежесрубленном состоянии менее влажная, чем периферическая, и заболонные (берёза, клён) - с равномерной влажностью по сечению ствола. Годичные слои (ежегодные приросты древесины) на поперечном разрезе имеют вид концентрических окружностей, на радиальном и тангенциальном - соответственно прямых и изогнутых полос; у многих пород в каждом слое заметны менее плотная светлая (так называемые ранняя) и более плотная тёмная (поздняя) древесина. У кольцесосудистых лиственных пород (например, дуб, ясень) крупные сосуды расположены только в ранней древесине, а у рассеянно-сосудистых (берёза, осина) крупные и мелкие сосуды равномерно распределены по годичному слою. У некоторых лиственных пород на поперечном разрезе видны светлые радиальные полоски (лучи), на радиальном - блестящие тёмные или светлые поперечные полоски, а на тангенциальном - веретеновидные узкие полоски. У некоторых хвойных пород (сосна, кедр и др.) в поздней зоне годичных слоёв на поперечном разрезе заметны светлые пятнышки - смоляные ходы.
Наблюдаемая с помощью оптического и электронного микроскопов структура древесины срубленного дерева включает растительные клетки с отмершим протопластом (так называемая мезоструктура). Клеточные стенки (микроструктура) состоят в основном из целлюлозных микрофибрилл (наноструктура). В тонкой первичной и толстой трёхслойной вторичной оболочке клеточной стенки микрофибриллы имеют различную ориентацию; в наиболее мощном внутреннем слое вторичной оболочки микрофибриллы расположены под небольшим углом наклона (5-15°) к длинной оси клетки. Такая преимущественная ориентация микрофибрилл - одна из основных причин анизотропии древесины. Со стороны полости клетки стенку покрывает тонкий бородавчатый слой. В стенках клеток имеются простые или окаймлённые поры. В промежутках между микрофибриллами находится лигнин, вызывающий одревеснение клеточных стенок, а также гемицеллюлозы и вода.
Древесина хвойных пород в основном состоит из удлинённых прозенхимных клеток - трахеид (рис. 2). Расположенные в ранней зоне годичного слоя крупнополостные трахеиды выполняют главным образом проводящую функцию, поздние толстостенные трахеиды - механическую, а паренхимные клетки, образующие лучи и участвующие в структуре вертикальных смоляных ходов, - запасающую. Горизонтальные ходы в некоторых лучах пересекаются с вертикальными, составляя единую смолоносную систему. В древесине лиственных пород (рис. 3) проводящую функцию выполняют сосуды, сосудистые и волокнистые трахеиды; механическую - волокна либриформа и/или волокнистые трахеиды; запасающую - паренхимные клетки в виде горизонтальных однорядных и многорядных лучей, а также вертикальной осевой паренхимы.
Состав и свойства. Химический состав древесины всех пород практически одинаков (49-50% углерода, 43-44% кислорода, 6% водорода и 0,1-0,3% азота). В древесине эти элементы образуют органические вещества: целлюлозу (31-50%), лигнин (20-30%) и гемицеллюлозы (19-35%), включающие пентозаны (5-29%) и гексозаны (6-13%). Хвойные породы содержат несколько больше целлюлозы, лиственные - значительно больше пентозанов. В состав древесины входят также экстрактивные вещества (таннины, смолы, камеди, эфирные масла и др.). Минеральные вещества при сжигании древесины образуют золу (0,1-1%). Массовая теплота сгорания древесины не зависит от породы и составляет 19,6-21,4 МДж/кг; объёмная теплота сгорания (МДж/м 3) зависит от плотности древесины.
Физические свойства. Внешний вид древесины характеризуется цветом, блеском и текстурой, которые служат для идентификации древесных пород, а также определяют ценность древесины как декоративного материала. Многообразие цвета древесины разных пород зависит от состава и содержания экстрактивных веществ. Цвет изменяется при воздействии на древесины воздуха, света, температуры, химических агентов, а также в результате пропаривания, длительной выдержки в воде, при грибных поражениях. Блеск древесины определяется в основном наличием лучей на продольных разрезах. Текстура древесины (рисунок, образующийся в результате перерезания анатомических элементов) зависит не только от породы дерева, но и от направления разреза ствола. Особенно эффектна текстура у некоторых лиственных пород из-за перерезанных сосудов (например, дуб, ясень), лучей (бук, клён) и пороков строения (карельская берёза).
Влажность древесины (W) определяется как отношение содержащейся в ней массы воды к массе абсолютно сухой древесины. Связанная вода содержится в клеточных стенках, свободная - в полостях клеток и межклеточных пространствах. Влажность ядра свежесрубленных хвойных деревьев составляет 35-37%, заболони - в 2-3 раза больше; у лиственных пород это различие незначительно. По высоте ствола влажность распределена неравномерно; она также подвержена сезонным и суточным колебаниям. Свойства древесины резко меняются при влажности ниже предела насыщения клеточных стенок W п.н., равного в среднем 30% (определяется при увлажнении в воде). Древесина обладает способностью поглощать влагу из воздуха (в виде связанной воды), при этом максимальная влажность древесины достигает предела гигроскопичности, равного W п.н при комнатной температуре. При вымачивании древесина поглощает воду как в свободном, так и связанном виде, при этом наибольшая влажность составляет 100-270%. По степени влажности древесину разделяют: на мокрую, длительное время находившуюся в воде (влажность более 100%); свежесрубленную, сохранившую влажность растущего дерева (50-100%); древесину атмосферной сушки, или воздушносухую, выдержанную на открытом воздухе (15-20%); камерной сушки, или комнатносухую, высушенную в камере или выдержанную в отапливаемом помещении (8-12%); абсолютно сухую, высушенную при температуре около 103 °С (0%). При выдерживании на воздухе при постоянных температуре и относительной влажности древесина приобретает соответствующую и одинаковую для всех пород равновесную влажность; при кондиционировании (температура воздуха 20 °С и влажность 65%) влажность древесины называется нормализованной и составляет 12%. Уменьшение содержания связанной воды приводит к усушке древесины При полном удалении связанной воды сокращаются линейные размеры древесины (на 8-10% в тангенциальном направлении, 3-7% в радиальном, 0,1-0,3% вдоль волокон) и объём (на 11-17%). Увеличение содержания связанной воды (при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде) вызывает разбухание древесины. Из-за различий усушки и разбухания по разным направлениям происходит коробление древесины. Неравномерное удаление связанной воды из древесины вследствие стеснённой усушки и неоднородных остаточных деформаций вызывает напряжения, приводящие к растрескиванию материала в процессе сушки или изменению заданной формы деталей при механической обработке высушенной древесины. Растрескивание древесины (например, крупных брусьев и брёвен) происходит также из-за напряжений, обусловленных различием тангенциальной и радиальной усушек.
Плотность материала клеточных стенок (древесинного вещества) не зависит от породы и составляет 1530 кг/м 3 . Плотность древесины в сухом состоянии из-за наличия в ней пустот зависит от породы и изменяется в пределах от 100 кг/м 3 (бальзовое дерево) до 1300 кг/м 3 (бакаут). Плотность древесины для наиболее распространённых отечественных пород при нормализованной влажности составляет 400-700 кг/м 3 . С увеличением влажности (выше W п.н) плотность древесины возрастает. Древесина обладает способностью пропускать под давлением жидкости и газы (водо- и газопроницаемость). Проницаемость древесины лиственных пород выше, чем хвойных, у заболони больше, чем у ядра, вдоль волокон больше, чем поперёк волокон.
Удельная теплоёмкость абсолютно сухой древесины одинакова у всех пород - 1,55 кДж/(кг °С); возрастает с повышением влажности и температуры. Теплопроводность древесины также возрастает с увеличением плотности, влажности и температуры; вдоль волокон она в два раза выше, чем поперёк волокон. Тепловое расширение древесины мало. Сухая древесина имеет очень высокое электрическое сопротивление (является диэлектриком), которое резко снижается (в миллионы раз) с повышением влажности до W п.н, а при дальнейшем увлажнении - лишь в сотни или десятки раз. Древесина обладает невысокой электрической прочностью; для повышения сопротивления пробою её пропитывают минеральными маслами. Диэлектрическая проницаемость сухой древесины составляет 2-5 и увеличивается с повышением влажности и температуры. Под действием механических нагрузок в сухой древесине возникают электрические заряды. Пьезоэлектрические свойства древесины обусловлены наличием ориентированного компонента - целлюлозы; в сухой древесине они наиболее заметны, с увеличением влажности уменьшаются и при влажности 6-8% практически исчезают. В древесине скорость распространения звука вдоль волокон составляет 5000 м/с, поперёк волокон - в 3-4 раза меньше и уменьшается с увеличением влажности и температуры древесины. Удельное акустическое сопротивление древесины, равное произведению её плотности на скорость звука, около 3·10 6 Па·с/м. Декремент затухания звука в древесине зависит от частоты колебаний, влажности, температуры и составляет (2-4)·10 -2 Нп. Древесина обладает относительно низким звукопоглощением и высокой резонансной способностью, что обусловило широкое применение древесины (особенно ели, пихты) для изготовления дек музыкальных инструментов.
Воздействие на древесину электромагнитных колебаний зависит от их частоты: ИК-излучение прогревает поверхностные слои в древесине (применяется для сушки шпона и других тонких сортиментов); видимый свет обладает большой проникающей способностью (для дефектоскопии древесины); световое лазерное излучение прожигает древесину (в качестве своеобразного «режущего» инструмента для фигурного раскроя изделий из древесины, гравёрных работ и др.); УФ-излучение вызывает люминесценцию древесины (для контроля качества обработки древесины). Рентгеновские и ядерные излучения, проходя через древесину, ослабляются в зависимости от толщины, плотности и влажности сортимента; их также применяют для дефектоскопии древесины.
Механические свойства. Древесина характеризуется прочностью и деформативностью (способностью изменять размеры и форму). Прочность образцов древесины определяют при испытаниях на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и (реже) на кручение. Показатели механических свойств древесины вдоль волокон значительно выше, чем поперёк волокон. У наиболее распространённых отечественных пород пределы прочности древесины (для образцов без пороков, с влажностью 12%) составляют: при сжатии вдоль волокон 40-73 МПа; при растяжении вдоль волокон 66-171 МПа, поперёк волокон в радиальном направлении 4-13,3 МПа, в тангенциальном - 2,8-9,2 МПа; при изгибе 68-148 МПа. Повышение влажности древесины до W п.н снижает пределы прочности при сжатии вдоль волокон в 2-2,5 раза; увеличение размеров образцов и наличие пороков древесины также уменьшает её прочность. При кратковременных и сравнительно небольших нагрузках древесина деформируется как упругий материал; модуль упругости древесины вдоль волокон составляет 12-18 ГПа, поперёк волокон в 15-30 раз меньше. Реологические свойства древесины (характеризующие её повышенную способность деформироваться под нагрузкой во времени) возрастают с увеличением содержания в ней связанной воды и температуры. При снижении влажности и температуры нагруженной древесины значительная часть упругих деформаций перерождается в «замороженные» деформации, которые проявляются в процессах сушки, прессования, гнутья древесины. Замороженные деформации обусловливают «память» древесины на температурно-влажностные воздействия. Прочность древесины при длительном воздействии нагрузки может снизиться в 2 раза. Многократное изменение нагрузки приводит к снижению прочности - усталости древесины; циклические изменение влажности нагруженной древесины вызывает гигроусталость, т. е. снижение прочности и повышенную деформацию. При проектировании деревянных конструкций используют расчётные сопротивления, которые в несколько раз меньше пределов прочности, что позволяет учесть влияние длительности нагрузки, влажности, температуры, пороков и других факторов. Ударная вязкость древесины характеризует её способность поглощать работу при ударе без разрушения; у лиственных пород этот показатель в 2 раза выше, чем у хвойных. Твёрдость древесины зависит от её плотности, причём торцовая твёрдость больше боковой.
Пороки
. Недостатки, изменяющие внешний вид древесины, целостность тканей, правильность строения и др., снижают качество древесины и ограничивают возможности её практического использования. Возникают как в растущем дереве, так и в срубленной древесине во время её хранения и переработки. К ним относятся: сучки; трещины (метиковые, морозные, отлупные), возникающие в растущем дереве и при сушке; пороки формы ствола - сбежистость (аномальное уменьшение диаметра по длине ствола), закомелистость (резкое увеличение диаметра в нижней части ствола), а также кривизна, наросты; пороки строения - наклон волокон, свилеватость (извилистое и беспорядочное расположение волокон), завиток (местное искривление годичных слоёв), крень (реактивная древесина у хвойных пород), ложное ядро и внутренняя заболонь у лиственных пород, пасынок (крупный сучок); раны - сухобокость (наружное омертвление ствола) и прорость (зарастающая рана, содержащая кору и омертвелую древесину), засмолок и кармашек (отложения смолы), водослой (переувлажнённые участки ядра или спелой древесины) и др. К порокам древесины также относятся: изменения естественной окраски древесины (например, продубина и желтизна); грибные поражения в виде синевы, плесени, гнили; биологические повреждения насекомыми и птицами (например, червоточины от личинок); механические повреждения стволов и дефекты обработки лесоматериалов, инородные включения (камни, металлические осколки и др.), обугленность, покоробленность. Некоторые пороки древесины могут рассматриваться как её достоинства, например наросты с красивой текстурой.
Применение . Древесина как конструкционный материал получила широкое распространение в строительстве, судостроении, на железнодорожном транспорте и др.; применяется в виде лесоматериалов, пиломатериалов, древесных материалов. Древесина используется в производстве бумаги, картона, древесноволокнистых плит. Как химическое сырьё древесину используют для получения различных органических соединений, например целлюлозы, этанола, кормовых дрожжей, ксилита, сорбита, древесного угля, смолы, метанола, уксусной кислоты, ацетона и других растворителей, горючих и негорючих газов (при пиролизе древесины). Древесина сохраняет своё значение и как топливо.
Древесиноведение - научная дисциплина, изучающая строение и свойства древесины и коры методами биологии, химии, физики и других наук. Для определения качества древесины проводят испытания, в том числе неразрушающие, основанные на использовании ИК-, светового, УФ-, рентгеновского и ядерных излучений, звуковых и ультразвуковых колебаний. Разрабатываются новые методы исследований древесины, а также способы улучшения её свойств (модифицирование древесины прессованием, введением синтетических полимеров и других веществ; пропитывание антисептиками и антипиренами для защиты от гниения и огня).
Лит.: Ванин С. И. Древесиноведение. М.; Л., 1949; Перелыгин Л. М. Древесиноведение. 4-е изд. М., 1971; Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М., 2001.
Основная масса древесины состоит из органических веществ, содержащих углерод (С), водород (Н), кислород (О) и азот (N).
В химический состав древесины, входят также минеральные вещества, которые при сгорании образуют золу. В зависимости от породы дерева количество золы в древесине колеблется от 0,2 до 1,7%.
Входящие, в химический состав древесины углерод, водород, кислород - образуют сложные органические вещества, часть которых, входит в клеточные стенки, часть - в сами клетки.
Клеточные стенки древесины, состоят преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, полости клеток - из дубильных и красящих веществ, смолы, камеди, эфирных масел и алкалоидов.
Целлюлоза, гемицел-люлоза и лигнин составляют около 96% веса сухой древесины.
Целлюлоза является основным химическим веществом клеточных оболочек древесины и относится к полисахаридам.
Строение ее волокнистое. В воде, спирте, эфире, ацетоне и других обычных органических растворителях не растворяется.
Путем воздействия на целлюлозу различными кислотами и последующей химической обработки из нее получают бумагу, искусственный шелк, древесный кормовой сахар, винный спирт, лаки и др.
Гемицеллюлозы, по своему химическому составу близки к целлюлозе и также относятся к полисахаридам. Они обладают меньшей химической стойкостью, легко гидролизуются под воздействием кислот и переходят в раствор.
Гемицеллюлозы, разделяются на группу пентозанов и гексозанов.
Пентозаны при гидролизе образуют сахара-пентозы, которые не способны бродить и давать спирт, гексозаны образуют сахарагексозы, способные бродить и дающие спирт. Пентозаны преобладают в древесине лиственных пород, гексозаны - в древесине хвойных.
Лигнин, по сравнению с целлюлозой отличается меньшей стойкостью, легче подвергается воздействию горячих щелочей, окислителей и пр. Под действием сернистой кислоты или раствора едкого натра лигнин переходит в раствор. На этом свойстве основано получение из древесины целлюлозы, которая освобождается при этом от лигнина, образуя техническую целлюлозу.
При сухой перегонке дерева из лигнина получается метиловый спирт. Он тоже входит в химический состав древесины.
Дубильные вещества, обладают вяжущим вкусом, способностью растворяться в воде и спирте, в сочетании с солями железа придавать темно-синие и зеленоватые окраски растворам. Дубильные вещества, применяют в кожевенном производстве для дубления шкур.
Красящие вещества, встречаются обычно в полостях клеток. Химический состав древесины разнообразен, поэтому красящие вещества бывают красного, желтого, синего и коричневого цвета.
Краски, получающиеся из древесины некоторых пород, применяются для крашения материи, спиртовые растворы некоторых красок - для подкрашивания ликеров и кондитерских изделий.
Особую группу веществ близких к смолам, представляют у некоторых растений лакто - резины - млечные соки, из которых получают каучук и гуттаперчу - материалы для изготовления резиновых изделий.
Камеди - прозрачная густая жидкость, выделяющаяся из растений, быстро застывающая и твердеющая на воздухе. Камеди используют для изготовления некоторых сортов клея, в спичечном производстве, текстильной промышленности, медицине, кондитерском производстве и др.
Из эфирных масел, содержащихся в химическом составе древесины, можно изготовить камфорное масло. Из него приготовляют камфару, используемую при изготовлении целлголоида и для медицинских целей.
Из алкалоидов, встречающихся в древесных породах, следует отметить хинин, который добывают главным образом из коры некоторых видов деревьев. Употребляется хинин в медицине как противомалярийное средство.
Качество древесины, применяемой в виде сырья в отдельных химических производствах, определяется количественным содержанием необходимых химических веществ.
Так, древесина ели, сосны, осины, тополя и др. является главнейшим сырьем для получения целлюлозы - основного полуфабриката для изготовления бумаги, вискозного шелка, нитроцеллюлозы и пр.
Древесина сосны, служит ценным сырьем в смоло - скипидарных производствах, древесина дуба и каштана - важным сырьем для получения дубильных веществ.
Некоторые породы высоко ценятся изза содержания красящих веществ: красное дерево или красный сандал (содержит красные красящие вещества), сумах, желтое дерево, маклюра (желтые красящие вещества), синий сандал (синее красящее вещество).
Древесина, дерево — анизотропный волокнистый материал для строительства, полученный из деревьев.
Основная структурная единица древесины любых пород — клетчатка. Клетчатка в начальной стадии развития имеет довольно эластичную и легкопроницаемой для воды и водных растворов оболочку. С возрастом прочность оболочки резко повышается, а проницаемость снижается вследствие превращения ее в высокомолекулярные органические соединения: целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Различают клетки механические (волокна либрофома), ведущий (сосуды и трахеиды), запасающие (паренхимной).
Древесина является одной из составных частей сосудисто-волокнистого пучка и противопоставляется обычно другой составной части пучка, происходящей из того же прокамбия или камбия — луба или флоэмы. При образовании сосудисто-волокнистых пучков с прокамбия наблюдаются 2 случая: либо все прокамбиального клетки превращаются в элементы древесины и луба — получаются так называемые замкнутые пучки (выше споровые, однодольные и некоторые двудольные растения), или же на границе между древесиной и лубом остается слой деятельной ткани — камбия и выходят пучки открытые (злаковые и голосеменные растения).
В первом случае количество древесины остается постоянной, и растение не способна увеличивать толщину, во втором, благодаря деятельности камбия, с каждым годом количество древесины прибывает, и ствол растения постепенно утолщается. В украинских древесных пород древесина лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб — ближе к периферии. В некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение древесины и луба.
В состав древесины входят уже отмершие клеточные элементы с одеревеневшими, в основном толстыми оболочками; луб же составлен, наоборот, из элементов живых, с живой протоплазмы, клеточного сока и тонкой неодеревилои оболочки. Хотя и в лубе случаются мертвые элементы, толстостенные и одревесневшие, а в древесине, наоборот, живые, но от этого, общее правило существенно не меняется. Обе части сосудисто-волокнистого пучка отличаются еще друг от друга и по физиологической функцией: по древесине поднимается вверх из почвы к листьям так называемый сырой сок, то есть вода с растворенными в ней веществами, по луба же спускается вниз образован пластический сок. Явления же одревеснение клеточных оболочек оговариваются пропитыванием целлюлозной оболочки особыми веществами, объединяются обычно под общим названием лигнин.
Присутствие лигнина и вместе с тем одревеснение оболочки легко распознается с помощью некоторых свойств. Благодаря деревьянинню растительные оболочки становятся крепче, твердыми и упругими; вместе с тем, несмотря на легкой проницаемости для воды они теряют в способности впитывать воду и разбухать.
Различают первичную древесину, образуется клетками прокамбия, и вторичную древесину, возникает в результате деятельности камбия. На поперечном разрезе ствола древесных и кустарниковых пород хорошо заметны годовые кольца, которые образуются в результате периодической деятельности камбия в течение года. Во многих деревьев, особенно в южных широтах, в древесины, кроме светлой внешней части — заболони, есть еще внутренняя, темная (ядро древесины), в клетках которой откладываются смолы, дубильные вещества, масла, камеди, ароматические и красящие вещества и т.
Усилиями генной инженерии и селекционеров в технологии ускоренного выращивания древесины для энергетических и сырьевых целей достигнуты значительные успехи: средняя производительность сосны в Бразилии по состоянию на 2006 год составляет 28,5 м 3 с 1 га в год, эвкалипта — 119 м3. Для сравнения: интенсивность роста древесины в российских лесах составляет от 1,5 м 3 с га в год для хвойных и до 2,5-3,0 м 3 для лиственных пород.
В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных цепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующей межклеточной веществом является в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, танины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз. Количество чужеродных, экстрактивных веществ в значительной степени зависит от породы и неодинаков в заболони и ядре древесины. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.
Древесина содержит 5-25% экстрактивных веществ.
Для древесины основными и наиболее важными являются такие свойства.
Электрические свойства древесины определяются тремя показателями:
Основные органические вещества, из которых состоит древесина: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы.
Целлюлоза — природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C 6 H 10 O 5) n, где n — степень полимеризации, равной 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и т.п.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы в виде тонких волокон называются микрофибрилами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентировочные обычно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцелюлозы, а также вода.
Лигнин — полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснение молодой клеточной стенки. Лигнин химически неустойчив, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в лугах, водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей.
Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C 5 H 8 O 4) n и гексозаны (C 6 H 10 O 5) n. Формула гексозаны на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации во всех гемицеллюлозы значительно меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более короткие цепочки молекул и меньшую устойчивость этих веществ по сравнению с целлюлозой.
Пороки древесины — это недостатки отдельных ее участков, которые снижают качество и ограничивают возможности использования. Пороки древесины могут быть связаны с отклонениями от нормальной ее строения, повреждениями и заболеваниями. Их разделяют на следующие группы: трещины, сучки, повреждения насекомыми, грибами, гниль, дефекты формы ствола, пороки строения древесины, раны, ненормальные отложения внутри древесины, химические окраски. Влияние недостатков на пригодность древесины для строительных нужд зависит от их местоположения, вида, размеров поражения, а также от назначения древесины. Сортность древесины устанавливают с учетом имеющихся недостатков. Их происхождение может быть разным. Одни из них образуются в период роста дерева, другие — в период хранения и эксплуатации.
В процессе эксплуатации деревянных конструкций наибольший вред наносит влага. Для продления службы древесины ее несколько раз пропитывают одной из смесей:
|
Древесных пород |
древесные породы |
переводной Кеофициент массы |
переводные Кеофициенты условного объема |
||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Деловая древесина |
|||||||
|
очень тяжелые |
Береза Шмидта, Самшит, фисташка, эвкалипт, секвойя |
||||||
|
Акация белая, Береза каменная, береза черная, груша, дуб, тис, граб, клен остролистный |
|||||||
|
Умеренно-тяжелые |
Береза обыкновенная, Береза желтая, бук, ильм, клен полевой, лиственница сибирская, яблоня, ясень |
||||||
|
Вяз, диморфант, Чинар, каштан съедобный, бархатные дерево, сосна обыкновенная, ольха |
|||||||
|
Кедр сибирский, липа, осина, тополь |
|||||||
|
очень легкие |
Лиственница сибирская, Сосна Веймутова |
Механические свойства во всех пород вдоль и поперек волокон отличаются.
К твердых сортов древесины относятся красное дерево, тик, черное дерево, розовое дерево, дуб, вяз, эвкалипт и бук. Все, кроме эвкалипта, растут очень медленно, и поэтому мировые запасы практически исчерпаны. К мягких сортов древесины относится древесина хвойных деревьев (сосны, ели, лиственницы). Они растут быстро и легко поддаются обработке, но считаются древесиной низкого качества. К белой древесины относится древесина березы, ясеня, клена и тополя. Все эти деревья быстро растут, их древесину используют для шпона и считают дешевле.
Ценность различных пород древесины определяется их прочностью, долговечностью и неповторимостью рисунка. Отдельные породы, которые используются для изготовления дорогой мебели, паркета, дверей, предметов интерьера, считаются элитными, учитывая исходно высокую стоимость и объем усилий и средств, затрачиваемых на их обработку. В Украине наиболее распространены такие породы: дуб, вишня, бук, груша, грецкий орех, клен.
По степени влажности различают следующие виды древесины:
За условную стандартную влажность принято влажность древесины, составляет 12%.
