Древесные материалы, их виды, свойства и области применения

Введение

Древесина — это материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Следует отметить, что этот материал является наиболее широко применяемым в строительных работах. Деревья разных пород в основном делятся на лиственные и хвойные. Свойства древесины определяются породой дерева, ее строением и тем, к какой части ствола она относится. Для плотничных и столярных работ лучше всего применять древесину хвойных пород: она хорошо строгается, прочно склеивается, красится, не коробится и не рассыхается.

Древесные материалы, их виды, свойства и области применения

Древесина — это материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Следует отметить, что этот материал является наиболее широко применяемым в строительных работах. Деревья разных пород в основном делятся на лиственные и хвойные. Свойства древесины определяются породой дерева, ее строением и тем, к какой части ствола она относится. Для плотничных и столярных работ лучше всего применять древесину хвойных пород: она хорошо строгается, прочно склеивается, красится, не коробится и не рассыхается. На рис. 1 показаны виды пиломатериалов в поперечном разрезе.

 

Рис. 1. Виды пиломатериалов:
1 - распиловка дерева на доски; 2 - доски после усушки; 3 - брус; 4 - обрезные пластины; 5 - обрезные четвертины; 6 - распиловка ствола на бруски; 7 - слева - пластина; справа - полено, расколотое на дрова; 8 - лежак

 

В каждый год жизни дерева образуется одногодичное кольцо. Весной клетки дерева менее плотны и прочны (ранняя древесина), чем летом и осенью (поздняя древесина); кроме того, первые более светлого цвета. В центральной части ствола расположена сердцевина из рыхлой ткани, окруженная кольцами. Ядро находится в середине и отличается наибольшей плотностью, стойкостью против загнивания, а также более темным цветом, чем внешняя часть — заболонь, которая менее ценна, чем ядро. Однако не все деревья имеют такую внутреннюю структуру. Поэтому их классифицируют следующим образом.

Ядровые: сосна, лиственница, дуб, ясень — имеющие светлую заболонь и темное ядро.

Заболонные: белый бук, клен, береза; у этих пород нет темного ядра.

Спелодревесные: ель, пихта, красный бук, липа; у этих деревьев древесина не делится на ядро и заболонь, но внутренние слои более прочные и спелые, как и у ядровых пород.

К числу важных свойств древесины относится плотность. Она определяет многие другие ее свойства, в первую очередь прочность. Чем больше плотность, тем древесина прочнее, тяжелее и тверже, но тем сложнее ее обработка. Самым легким является бальзовое дерево, его плотность составляет 0,15 т/м3; наиболее тяжелыми — бакаут и самшит (1,1 т/м3).

Древесина любой породы имеет свойство коробиться и набухать под влиянием тепла и влажного воздуха. Это может происходить в трех направлениях: 1) в продольном направлении (т. е. вдоль ствола) древесина дышит очень мало, и величина деформации (усушки либо набухания) составляет 0,1-0,3%, что несущественно для работы; 2) в радиальном направлении — около 5%; это заметная величина; 3) в направлении годовых колец, т.е. тангенциально (по касательной) к ним величина усушки может составлять 10—12%, что очень важно учитывать при работе с деревом.

Приведем краткие сведения об основных свойствах древесины наиболее распространенных пород деревьев.

Сосна. Древесина сосны имеет среднюю плотность, весьма высокую прочность и стойкость против загнивания; сравнительно долговечна, умеренно гибка и упруга; раскалываемость умеренная. Сравнительно легко обрабатывается, это один из лучших поделочных материалов; может применяться как для внутренних, так и для внешних конструкций; особенно часто используется для изготовления деревянных сооружений, полов и мебели.

Ель. По прочности и стойкости к загниванию несколько уступает сосне. Древесина легкая, мягкая, белая; очень гибкая и эластичная, выдерживает высокие нагрузки, легко раскалывается, имеет высокую прочность на разрыв. Из-за обилия сучков обрабатывается труднее и не столь чисто, как древесина сосны. Малоустойчива к переменному действию влажной и сухой атмосферы. Применяется в строительстве, для различных поделок и изготовления музыкальных инструментов.

Пихта имеет прямой стройный ствол. У нее легкая и мягкая древесина, которая умеренно долговечна, обладает высокой прочностью на сжатие и изгиб, легко расщепляется. Из-за отсутствия смоляных ходов, по которым смола проникает во внутренние слои ствола, пихта менее стойка к загниванию, чем ель. Используется так же, как и сосна, и, кроме того, для изготовления музыкальных инструментов.

Лиственница. Ее древесина легкая, она тверже и богаче смолой, чем сосна, отличается высокой прочностью и эластичностью, легко раскалывается; мало дышит. Это самая твердая и долговечная древесина из хвойных пород. Обрабатывается трудно; хороша для строительных работ. Применяется для тех же целей, что и сосна.

Кедр. Более стоек к загниванию, чем сосна. Древесина желтоватого или красноватого цвета, легкая, легко режется; используется как строительный материал.

Дуб. Его древесина твердая, тяжелая, очень прочная и вязкая; стойкая против загнивания, хорошо гнется; исключительно долговечна, мало усыхает и набухает. Хорошо противостоит непогоде и мало изнашивается; сколь угодно долго сохраняется под водой. Долго пролежавший под водой дуб становится черным; он называется мореным. Часто используется для изготовления инструмента, деревянных пробок, паркетных и дощатых полов, порогов и дверей, мебели и гидротехнических сооружений.

Красный бук имеет твердую, тяжелую, прочную и вязкую древесину. Она легко раскалывается, хорошо противостоит деформациям разрыва и среза. Не очень устойчива к переменному действию влажности и сухости, плохо выдерживает длительные нагрузки; сильно дышит. Применяется в основном для изготовления инструмента, деревянных пробок, дощатых и паркетных полов, дверных порогов, лестничных ступеней, фурнитуры, фанеры и для ряда столярных работ.

Белый бук. Это очень твердое, тяжелое и вязкое дерево, которое плохо раскалывается; сохраняется только в сухой атмосфере; сильно дышит; малоэластично. Обычно применяется для изготовления инструментов, рубанков, рукояток стамесок и деревянных молотков.

Ясень. Его древесина по свойствам и внешнему виду похожа на дуб; сравнительно тяжелая и твердая, очень эластичная и вязкая; но, в отличие от него, недолговечная; мало дышит. Хорошо обрабатывается; применяется для изготовления рукояток молотков и топорищ, спортивного инвентаря.

Клен. Древесина плотная, твердая, хорошо обрабатывается. Область применения: детали мебели, музыкальных инструментов, рубанков и т.д.

Береза имеет однородную, средней плотности древесину. Используется в мебельном производстве как поделочный материал. Особо ценной является древесина карельской березы, которая идет на отделку мебели.

Липа. Древесина этого дерева однородная и мягкая, легко обрабатывается ножом, стамеской, резаками. Из нее делают фанеру, различные поделки, деревянную посуду, музыкальные инструменты.

Ольха обладает светлой, краснеющей на воздухе древесиной, которая хорошо противостоит увлажнению. Применяется для изготовления фанеры, тары, мебели.

Пиломатериалы. Ствол можно распилить на брусья, бруски, доски, обаполы, пластины и четвертины. Пиломатериалы с опиленными кромками называются обрезными, с неопиленными — необрезными.

Брусья (рис. 2) изготовляются толщиной более 100 мм и до 400х400 мм. У них могут быть опилены две, три либо четыре стороны; в этих случаях они называются соответственно двух-, трех- и четырехкантными.

 

Рис. 2. Брусья:
а - двухкантный; б - трехкантный; в - четырехкантный (или чистый)

 

Бруски (рис. 3) имеют толщину 50—100 мм, а ширину — не более двойной толщины. Они могут быть чисто обрезными или иметь оставшуюся нетронутой боковую поверхность бревна — так называемый обзол. Малоформатный брусок называется рейкой.

 

Рис. 3. Бруски:
а - чисто обрезной; б - с тупым обзолом; в - с острым обзолом

 

Доски (рис. 4) бывают обрезные, необрезные и односторонне обрезные толщиной 16—100 мм, шириной до 275 мм и длиной до 6,5 м. Широкую часть доски называют пластью, узкую — кромкой, концевую грань — торцом. Пласть, «смотрящая» на периферию бревна, называется наружной (или правой), а на ядро бревна — внутренней (левой).

 

Рис. 4. Доски:
а - чисто обрезная; б - необрезная; в - односторонне обрезная; 1 - пласть наружная; 2 - кромка; 3 - торец; 4 - обзол

 

Обаполы — это отходы, остающиеся от распиловки бревен. Они имеют вид части цилиндра, отсеченного плоскостью, параллельной оси цилиндра.

Пластины получают при распиловке бревен пополам вдоль волокна, а четвертины — распиливанием пластин по длине на две равные части.

Древесные материалы (ДМ). Это конструкционные, изоляционные и поделочные материалы, производимые на основе древесины. Технология — горячее прессование древесных опилок, стружек, волокон, которые смешиваются со связующим веществом, либо склеивание листов лущеного шпона — тонких листов древесины, получаемых лущением коротких бревен на специальных стенках. ДМ в ряде случаев имеют преимущества по сравнению с натуральной древесиной, в частности, превосходят ее по эксплуатационным свойствам, а также по габаритам. К ДМ относятся следующие материалы: фанера, древесно-волокнистые плиты (ДВП), древесно-стружечные плиты (ДСП), древесные пластики.

Фанера. Этот вид ДМ склеивают из листов лущеного шпона, причем в смежных слоях волокна древесины расположены перпендикулярно друг к другу. В производстве фанеры используют древесину сосны, ели, лиственницы, березы, бука, клена, граба. Виды фанеры, используемой для различных целей, можно разбить на несколько групп — в зависимости от области применения (таблица 1).

Таблица 1.

Устройство панелей, перегородок, встроенной мебели

Фанера, облицованная строганым шпоном из бука, дуба, ореха, тиса, карельской березы и других ценных пород дерева. Декоративная фанера, покрытая синтетической пленкой с тем или иным рисунком.

Внутренняя отделка помещений

Бакелизированная фанера, покрытая бакелитовой пленкой. Цветная фанера, верхний слой которой ("рубашка") окрашен. Фурглянец - березовая фанера, покрытая нитролаком.

Строительные работы

Ребристая фанера, под "рубашками" которой имеются вклеенные бруски, придающие ей большую жесткость. Так называемая "теплая" фанера, состоящая из двух листов обычной, между которыми проложен слой сухого торфа - сфагнума. Ксилоток - фанера, покрытая с одной или двух сторон цементом с асбестом.

 

Древесно-волокнистые плиты — это древесный материал, представляющий собой спрессованную в плиты волокнистую массу из измельченной и расщепленной древесины. В зависимости от их плотности различают сверхтвердые (плотность 950 кг/м3), твердые (850 кг/м3), полутвердые (400 кг/м3), изоляционно-отделочные (250-350 кг/м3) и изоляционные (до 250 кг/м3) ДВП. Размеры плит: длина 1200—5500 мм, ширина 1000—2140 мм, толщина 2,5—12 мм. Лицевая сторона ДВП может быть отделана древесной массой тонкого помола с наполнителем и красителем, полимерными пленками и т.п. ДВП с отделанной лицевой стороной называется оргалитом. Для повышения эксплуатационных качеств в древесную массу добавляют канифоль или парафин (для увеличения влагостойкости), синтетические смолы (для повышения прочности), антисептики. Древесно-волокнистые плиты широко применяются для звуко- и теплоизоляции, изготовления мебели, тары; кроме того, эти плиты используются в качестве декоративного и поделочного материала.

Древесно-стружечные плиты (ДСП) — это ДМ, представляющий собой спрессованные в плиты древесные стружки со связующим веществом, чаще всего синтетическими смолами. ДСП, как и ДВП, классифицируют по их плотности: с очень малой плотностью (350-450 кг/м3), малой (450-650 кг/м3), средней (650-750 кг/м3) и высокой (700-800 кг/м3). Габариты их таковы: длина 2440—5500 мм, ширина 1220—1440 мм, толщина 10—25 мм. Изготовляют ДСП однослойные и многослойные (как правило, в 3—5 слоев). В однослойных ДСП размеры стружки и содержание связующего материала одинаковы по всей толщине плиты. В трех- и пятислойных плитах один или оба наружных слоя состоят из более мелкой стружки и большего по сравнению с внутренним слоем количества связующего вещества. У таких плит гладкая поверхность, и они обладают высокой прочностью. ДСП выпускают необлицованные и облицованные шпоном, бумагой, синтетической пленкой. Несомненным достоинством ДСП является то, что они хорошо обрабатываются, красятся, склеиваются, что находит применение в производстве мебели, строительных работах, а также в качестве декоративного и поделочного материала. Недостатком ДСП можно назвать низкую влагостойкость.

Композиционные древесно-полимерные материалы (Wood-Plastic-Composites, WPC, англ.) являются одной из новых групп строительных материалов, которая в последние годы характеризуется высокой динамикой развития. Это материалы, состоящие из древесных волокон (от 35 до 75%), термопластичных полимеров (полиэтилен, полипропилен или ПВХ) и добавок (аддитивов). Типичной продукцией из WPC-материалов являются, например, настилы для веранд, балконов и террас, успешно конкурирующие в США с традиционными деревянными настилами. Но из WPC-материалов теперь изготавливают самую разнообразную продукцию, в т.ч. подоконники, фасадные элементы, дверные и оконные профили.

Качество древесины оценивают по ее физическим, механическим и эстетическим свойствам, от которых  зависит  область  ее  применения.

Физические свойства - влажность, плотность, пористость, усушка или разбухание, теплопроводность и стойкость к действию химических веществ. Механические свойства — прочность (на сжатие, растяжение, изгиб и скалывание), твердость и вязкость. Эстетические свойства — цвет древесины, текстура  и  фактура  открытой   поверхности.

Кроме перечисленных, важное значение имеют также технологические и эксплуатационные свойства древесных материалов (легкость обработки, способность удерживать металлические крепления, изгибаться и склеиваться, качество окрашивания различными составами, изменения вида  поверхности  от  времени   и  т.  п.).

Нормальная влажность древесины должна находиться в пределах 8—15%. Плотность разных пород (в сухом виде) неодинакова и меняется от 450 до 690 в такой последовательности: ель, осина, сосна, береза, дуб, лиственница. Во влажных (постоянных!) условиях плотность некоторых пород дерева значительно возрастает. У лиственницы она достигает 800—850, а у дуба — до 1100. Это уже сравнимо с некоторыми каменными материалами. Соответственно растет и прочность на сжатие. Поэтому в старые времена эти породы применяли для устройства фундаментов и свай во влажных грунтах, а в настоящее время из них рубят колодцы и при возможности пускают на нижние  венцы  рубленых домов.

Пористость хвойных пород 45—85%, а лиственных 30—80%. Наибольшая усушка и разбухание наблюдается в направлении поперек волокон. Коэффициент расширения достигает здесь 5 — 100%, а объем древесины меняется при этом на 12—15%. Для уменьшения такого отрицательного явления древесные конструкции надо защищать от увлажнения и сушку проводить в естественных условиях медленным способом под навесом в течение 15—60 суток, в зависимости от наружной температуры  и  исходной  влажности  древесины.

Теплопроводность сухой древесины довольно низкая, и это положительно сказывается на массивности деревянных ограждающих конструкций — толщина стен получается небольшой. А вот стойкость древесины против щелочей и особенно кислот плохая, и у лиственных пород она еще хуже, чем у хвойных. Поэтому дерево следует тщательно оберегать от соприкосновения с агрессивными веществами, покрывая их в необходимых случаях  защитными  составами.

Прочность на сжатие (вдоль волокон) у разных пород дерева различна: от 400 до 650 по порядку — осина, ель, сосна, береза, дуб, лиственница. Как видим, она довольно высокая и не уступает лучшим маркам бетона. К сожалению, поперек волокон этот показатель намного меньше и находится в пределах 40—250, что, впрочем, тоже неплохо, ведь для стен дома вполне подходят материалы с  маркой  10—25.

Прочность на изгиб у древесины тоже очень хорошая (500—1000), и это позволяет использовать цельные пиломатериалы в консольных конструкциях (балконы, навесы-козырьки, консольные балки). Хотя прочность на растяжение древесины тоже довольно значительна (3800—2000), это не имеет принципиального значения, поскольку в индивидуальном строительстве практически нет висячих конструкций, где можно было бы использовать это преимущество. Единственный случай, пожалуй,—  стяжка  висячих  стропил.

Эстетические характеристики древесины влияют на выбор той или иной породы для внутренней или наружной отделки и облицовки, а также для столярных изделий и мебели. При этом обращают внимание прежде всего на естественный цвет древесины, который у разных пород варьирует в очень широких пределах: от почти белого — у березы и осины, через многочисленные оттенки желтого, кремового, коричневого, красного и серого — до почти черного у «заморского» эбенового дерева. Цвет некоторых пород меняется под воздействием воды, воздуха и химических реактивов. Иногда его улучшают влажно-термической обработкой (пропариванием), протравливанием или окрашиванием различными составами — морилкой, водными или спиртовыми красителями. Особенно стойкие цвета получают в результате обработки протравами (водными растворами солей). Железный купорос, например, окрашивает древесину в различные оттенки серого, вплоть до черно-коричневого цвета. Медный купорос и двухромовокислый калий (хромпик) дают всевозможные оттенки желто-коричневого, а нашатырный спирт влияет на цвет древесины с дубильными веществами. Протравы используют в виде   1—5%  раствора  соли  в  воде.

Блеск поверхности, или фактура — другая важная характеристика. Большинство древесных пород имеет матовую поверхность или едва заметный глянец. Древесина твердых пород, таких, как дуб, бук, клен, ильм, вяз, платан и белая акация, наборот,— очень хорошо блестит, что придает ей особую нарядность и привлекательный вид. Блеск можно усилить дополнительной отделкой (вощение,  лакировка,  полировка).

Текстура (рисунок волокон) часто определяет ценность данной породы для декоративной отделки. Она зависит от особенностей внутреннего строения ствола и направления среза. Рисунок поверхности хвойных пород прост и не очень выразителен, хотя и четко заметен. Лиственные породы, напротив, часто имеют очень красивую текстуру, правда далеко не все. Интересные текстуры чаще всего присущи южным видам твердых лиственных пород, таким, как бук, грецкий орех, карагач, ильм, платан. Но и некоторые породы средней полосы, например дуб, клен и вяз, также имеют вполне привлекательный рисунок поверхности. Особенно выразительна текстура карельской березы и обычных пород, но с путаным (свилеватым) расположением волокон, а также срезы капов (наростов) на стволах различных пород (береза,   клен).

Все три рассмотренных свойства имеют значение, разумеется, только в случае применения прозрачной отделки, которая не закрывает, а, наоборот, усиливает цвет, фактуру и текстуру поверхности. Если же заранее определено, что будет использована непрозрачная отделка эмалями, красками или декоративными пленками, то приведенные характеристики древесины не имеют никакого значения. Это следует помнить и учитывать заблаговременно, чтобы не использовать дорогостоящие декоративные породы там, где можно обойтись простыми, более распространенными  и доступными.

Заключение

Древесина издавна является излюбленным строительным материалом. Благодаря своим уникальным физическим, а также многим иным (в том числе целебным) свойствам, она и по сей день находит различные применения в частном и промышленном строительстве, а так же отделке и прочее.

Несмотря на то, что во многих областях применения, древесина была вытеснена более технологичными материалами. Способы обработки её всё увеличиваются, и в некоторых сферах она снова отвоёвывает своё место. Древесина и по настоящее время остаётся одним из основных строительных и конструкционных материалов.

  

Список использованных источников и литературы

  1. Литература

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 2000.

2. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов. Учебное пособие для вузов. М.: Лесная промышленность, 2006.

3. Куликов В.А. Производство фанеры. М.: Лесная промышленность, 2003.

4. Ребрин С.П. и др. Технология древесноволокнистых плит. М.: Лесная промышленность, 2005.

5. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. 3-е изд. М.: МГУЛ, 2001.

6. Шварцман Г.М., Щедро Д.А. Производство древесностружечных плит. М.: Лесная промышленность, 2006.

                                                                                                                                                                   II. Источники

 

1. ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ      http://www.stroyexpo.com/content/view/242/62/ (интернет-статья)