13609 (Деревина та деревні матеріали)

Курсова робота

Основи матеріалознавства

2. Деревина та деревні матеріали

1.1 Значення деревини в народному господарстві

Деревина є дуже цінним будівельним матеріалом, який використовують у житловому і промисловому виробництві та залізничному транспорті, в суднобудуванні в сільському господарстві, для виробництва предметів широкого вжитку тощо. За універсальністю застосування з деревиною не може порівнятися жоден інший матеріал.

За допомогою хімічної технології з дерева одержують деревний спирт, скипидар, оцет, смоли, дубителі, кислоти, ліки, вітаміни, штучний шовк, папір — загалом близько двадцяти тисяч різноманітних виробів і речовин.

Перевагами деревини, порівняно з іншими матеріалами, е порівняно проста й легка обробка, добра формоутворюваність, невелика вартість, відносна міцність і легкість, низька теплопровідність, гарний зовнішній вигляд обробленої поверхні.

Недоліками деревини є схильність до загнивання, займистість, гігроскопічність, розбухання, усихання тощо, проте за допомогою спеціальної обробки, натурального і штучного сушіння, просочування антисептиками їм можна запобігти.

1.2 Породи деревини

Породи дерев поділяються на хвойні і листяні. Хвойні дерева становлять переважну частину лісових багатств нашої країни. Найпоширенішими хвойними породами є сосна, ялина, модрина, кедр і ялиця. Деревина сосни завдяки її фізичним, механічним і технічним властивостям широко застосовується в будівництві та меблевій промисловості.

Ялина менш поширена і займає після сосни друге місце. Своїми якостями поступається перед сосною; з неї виготовляють маловідповідальні вироби.

Деревина модрини червоно-бурого кольору, стійка проти загнивання, довговічна, але має схильність до розтріскування. У віці 150 – 160 років сягає 40 м висоти і 40 – 50 см у діаметрі. Застосовують її у відповідальних спорудах, в місцях, де вона росте, – і в житловому будівництві.

Деревина кедра досить міцна, порівняно легка, м'яка, має гарний колір і текстуру, добре обробляється. Найкращий вік для використання 200 – 250 років. Застосовується в столярно-будівельному і меблевому виробництвах, а в місцях зростання і як домобудівний матеріал.

Деревина ялиці білого кольору з слабким кремовим відтінком. У ній немає смоляних ходів і смолистих речовин, тому вона малостійка проти загнивання, порівняно швидко втрачає свою, міцність і малопридатна як будівельний матеріал. З неї виготовляють ящики, продуктову тару, виробляють папір тощо. Найкращий вік для використання 100 – 120 років.

Своїми якостями, особливостями і різноманітністю застосування деревина листяних порід значно перевищує деревину хвойних порід. До листяних порід, що застосовуються в столярно-будівельному і меблевому виробництві, належать дуб, бук, береза, вільха, осика, липа, тополя. Деревина дуба відзначається великою міцністю, твердістю і стійкістю проти загнивання, має гарну текстуру і колір. Застосовують її для відповідальних деталей споруд, у меблевому виробництві тощо. Найкращий вік дуба для використання – 80 – 100. Деревина бука має білий колір з жовтувато-червоним відтінком, високу міцність, гарну текстуру, добре піддається гнуттю й обробці. Застосовується в меблевому виробництві, в машино- і приладобудуванні, у виробництві паркету, шевських колодок, креслярського приладдя та ін. Кращий вік для використання – 100 – 150 років.

Береза має білу з блідо-рожевим відтінком деревину, досить однорідну і міцну, яка добре піддається обробці та оздобленню під цінні породи. Істотний недолік берези – швидке загнивання у вологому середовищі. Застосовується для виготовлення фанери, токарних виробів, спортивного приладдя. Для художніх виробів використовують карельську березу. Найкращий вік для використання – 50 –70 років.

У вільхи деревина біла (вона швидко червоніє на повітрі), м'яка й легка, стійка проти вологи. З неї виробляють тару, фанеру тощо. Промисловий вік – 50 років.

Деревина осики білого кольору з зеленуватим відтінком, легка і м'яка, швидко загниває в вологому середовищі. Застосовується у виробництві сірників, фанери, тари, драні тощо. Промисловий вік – 40 – 60 років.

Деревина липи білого кольору з легким блідо-рожевим відтінком, м'яка, легка, однорідної будови. Добре розколюється, ріжеться, майже не тріскається і не жолобиться. Йде на виготовлення тари під харчові продукти, ливарних моделей, креслярських дощок, олівців, дитячих іграшок і багатьох інших виробів. Промисловий вік – 40 – 50 років, сягає віку 300 – 400 років і більше.

Тополя має заболонь білого кольору, а ядро ясно-буре, іноді з жовтуватим відливом. Деревина м'яка, легка, мало усихає і мало жолобиться. Найбільше промислове значення має чорна тополя – осокір і біла – срібляста. Деревину осокора застосовують у меблевому виробництві під фанерування, а сріблястої – у меблевому виробництві як у масиві, так і у вигляді облицювальної фанери. Після обробки срібляста тополя набуває гарного сріблясто-переливчастого кольору.

Серед великої кількості деревних порід, крім промислових, розрізняють ще такі цінні, як горіх, червоне дерево, амарант, палісандр та ін., що йдуть на виготовлення художніх виробів, музичних інструментів і оздоблення високоякісних меблів.

1.3 Вологість деревини

Часто вологість деревини розглядають як одну з її фізичних властивостей. Це неправильно, бо вологість є не властивістю, а станом деревини, що є наслідком таких властивостей, як гігроскопічність і волого поглинання Практично деревина як матеріал або в готових виробах завжди містить у собі певну кількість вологи. Волога, що просочилася крізь стінки клітин і міститься в них, називається гігроскопічною, волога, яка заповнює внутріклітинні і міжклітинні простори, називається більнокраплинною, або вільною.

Коли деревина зволожується за рахунок атмосферної водяної пари, просочуються тільки стінки клітин до повного їх насичення. Повне насичення стінок клітин при відсутності вільної вологи в деревині називається точкою насичення волокна. Цьому стану відповідає вологість деревини 23 – 30% залежно від породи дерева. Зволоження деревини із заповненням внутріклітинних і міжклітинних просторів відбувається тільки за рахунок водопоглинання під час безпосереднього контакту деревини з водою.

X

Вологість деревини виражається в процентах кількістю грамів води, що припадають на 100 г абсолютно сухої деревини. Наприклад, вологість деревини 25%. Це означає, що на кожні 100 г абсолютно сухої деревини припадає 25 г води. Інакше кажучи, зразок вагою 125 г складається з 100 г абсолютно сухої деревини і 25 г води. Вологість деревини може бути і більшою, ніж 100%. Так, вологість деревини свіжо зрубаної сосни і ялини досягає 150%. Це означає, що зразок такої деревини вагою 250 г складається з 100 г абсолютно сухої деревини і 150 г води. За вологістю деревину розрізняють: кімнатно-суху – вологістю 8 –12%; повітряно-суху – вологістю 12–18%; напівсуху – вологістю 18 – 23%; вологу – вологістю більше 23% і мокру, що довгий час була у воді і має вологість більшу, ніж 23%.

Розрізняють експлуатаційну вологість і виробничу. Експлуатаційною називається вологість деревини в умовах експлуатації зробленого з неї виробу, виробничою – вологість деревини під час виготовлення з неї виробу. Експлуатаційна вологість деревини виробу задається залежно від умов роботи, призначення виробу, кліматичних особливостей району та ін.; виробнича вологість звичайно дорівнює експлуатаційній або на 1–2% нижча.

Найпростішим і допустимим навіть у шкільних умовах способом визначення вологості деревини є ваговий. З дошки або бруска, відступивши від торця не менш як 50 см, випилюють зразки завширшки 10 – 15 мм (мал. 5-1). Зразки повинні бути з чистої і здорової деревини, без сучків, кори, тріщин та інших пороків. Після старанного очищення від тирси і частинок, що відкололися, зразки нумерують і зважують з точністю до 0,01 г, потім вміщують в сушильну шафу, в якій підтримується температура 100 – 105° С. Вища температура не допускається, бо виділятимуться смолисті речовини й розкладатиметься деревина. Після витримування протягом 6 год зразок зважують. Наступні зважування виконують після кожних 2 год витримування в сушильній шафі. Висушування припиняють, коли два послідовних зважування дають однаковий результат. Якщо позначити А – вагу зразка у вихідному стані, В — вагу зразка в абсолютно сухому стані (стала вага), то вологість деревини буде:

Ваговий спосіб має два істотних недоліки: руйнування випробовуваного матеріалу (випилювання зразків) і відносно велика тривалість випробувань за часом 10 –16 год. Тому в виробничих умовах, поряд з ваговим користуються іншими способами, що ґрунтуються на змінах фізичних властивостей деревини із зміною ступеня її вологості.

Електровологомір побудований на принципі зміни електропровідності деревини залежно від вологості. Чим вища вологість деревини, тим краще вона проводить електричний струм.

Для вимірювання вологості деревини дошки, бруска або готової деталі в них вколюють па певній відстані дві голки – контакти, сполучені гнучкими провідниками з приладом. Після вмикання приладу в сітку його стрілка показує вологість деревини в процентах. Електровологомір дає змогу вимірювати вологість лише в тому шарі, на глибину якого проникли голки. Точність вимірювання невелика — в середньому ± 0,5 – 1,0%; межі вимірювання – 7 – 30%. Для ширших меж вимірювання застосовують електровологоміри, побудовані на інших принципах.

1.4 Властивості деревини

Властивість – сторона предмету, яка обумовлює його різність чи подібність з іншими предметами і спостерігається в його відношенні до них.

Властивості деревини, для визначення яких не треба руйнувати досліджуваний зразок або змінювати його хімічний склад, називаються фізичними. До фізичних властивостей належать: колір, блиск, запах, текстура, щільність, вага, тепло-, звуко- та електропровідність, гігроскопічність, вологопоглинання, розбухання, усушування, жолоблення, розтріскування.

Колір деревини залежить від породи дерева і клімату, в якому воно росло. Кожна порода має характерне забарвлення деревини. У помірних поясах деревина порівняно блідого кольору, в тропіках вона яскрава. Деревина деяких порід має природний блиск. Добрий блиск мають у радіальному розрізі дуб, клен, бук, біла акація.

Запах деревини визначається вмістом у ній смолистих, ефірних і дубильних речовин. Цю властивість треба враховувати, коли збираються виготовити тару для харчових продуктів та інших виробів, в яких запах матеріалу має значення.

Текстурою називається природний рисунок на обробленій поверхні деревини, який утворюється в результаті перерізання волокон, річних шарів, серцевинних променів та ін. Щоб мати текстурний матеріал і облицювальну фанеру, застосовують спеціальні способи зрізання деревини.

Розрізняють абсолютну й відносну щільності деревини. Абсолютна щільність визначається кількістю деревинної речовини в одиниці об'єму і виражається об'ємною вагою. Відносна щільність характеризується рівномірністю будови деревини. Деревина, що має високу відносну щільність (яблуня, груша, горіх, самшит), в результаті обробки дає рівну, гарну поверхню, яка добре полірується і лакується.

Розрізняють вагу деревини питому і об'ємну. Питомою називається вага в грамах 1 см³ деревинної речовини в абсолютно щільному стані, тобто без пор, порожнин та інших сторонніх включень. Для всіх порід деревини питома вага практично однакова, виражається безрозмірною величиною і становить 1,54 — 1,56.

X

Об'ємною вагою називається вага одиниці об'єму деревини в її природному стані. Вимірюється об'ємна вага грамами на кубічний сантиметр.

Теплопровідність. Серед інших матеріалів деревина має дуже низьку теплопровідність і тому використовується для рукояток різних нагрівальних приладів і навіть як теплоізоляційний матеріал. Теплопровідність деревини вздовж волокон помітно більша, ніж упоперек.

Звукопровідність. Швидкість поширення звуку вздовж волокон у 15-18 раз і впоперек волокон у 3-5 раз більша, ніж у повітрі. Звукопровідність вологої дерени вини нижча, ніж сухої. Звукопровідність використовують для визначення якості стовбурів на корені, хлистів і кряжів. Якщо звук від удару по одному кінцю стовбура добре передається до другого кінця, то це свідчить про добру якість деревини. Якщо звук глухий або зовсім переривається, то це означає, що є порожнини або гнилі місця.

Електропровідність. Дерево є поганим провідником електричного струму і тому суху деревину нерідко застосовують як ізоляційний матеріал.

Гігроскопічність — властивість деревини поглинати вологу з повітря. Водопоглинання — властивість деревини вбирати воду при безпосередньому контакті з нею. Інтенсивність водопоглинання залежить від породи дерева, виду деревини, ступеня її вологості і відносного положення до поверхні води. Тверда й щільна деревина поглинає вологу менше і повільніше, ніж м'яка і легка, ядрова — менше, ніж заболонна, суха — більше, ніж волога, з бічних поверхонь — менше, ніж з торців. Внаслідок поглинання вологи і насичування нею стінок клітин і міжклітинних просторів збільшуються розміри і вага зразка. Ця властивість називається розбуханням деревини. Коли її висушують, вага і розміри зменшуються. Ця властивість називається усиханням деревини.