Технология обработки древесины7 класс. Чем отличается упругость древесины от ее прочности?

Влажность древесины — это содержание влаги в древесной массе. Чем меньше плотность древесины, тем больше влаги она может впитать. Влажная древесина гниет быстрее сухой, покрывается темными пятнами и труднее поддается обработке.

Самым важным фактом для реставраторов является то, что до недавнего времени дерево было самым важным и распространенным строительным материалом в России, из него делали практически все. Это означает, помимо прочего, что старые мастера обладали большим опытом в обработке дерева, который был утрачен с появлением современных промышленных строительных материалов.

Дерево — не привередливый строительный материал, но сделанный из него предмет нельзя вернуть в исходное состояние, чтобы исправить ошибки. Поэтому при работе с деревом очень важно заранее рассчитать и спланировать всю процедуру обработки.

Резка под углом 45° называется тангенциальной резкой. Он имеет текстурный рисунок в виде сужающихся линий.

Рисунок 5. Тангенциальный разрез

Резка вдоль зерна дает радиальный срез с параллельными линиями зерна.

Рисунок 6. Радиальный разрез

Поперечное сечение — это фактически рисунок годовых колец с текстурой.

Такой разрез называется поперечным.

Рисунок 7. поперечное сечение

Под корой дерева находится тонкий слой влажной растительной ткани, называемый камбием. Древесина под камбием, которая составляет основную массу ствола, называется губчатой древесиной. У древесных пород она равномерна по всему поперечному сечению ствола.

Рисунок 8. древесная кора

У некоторых пород деревьев в середине ствола имеется выраженная сердцевина, которая часто имеет более темный цвет.

Сердечная древесина включает все хвойные породы (сосна, кедр, ель, остролист, лиственница) и некоторые лиственные породы, такие как дуб, ясень и тополь. Большинство листопадных видов являются древесными или бессемянными: Береза, сосна, ольха, клен и сосна.

Рисунок 9. сердцевина

Микроструктура древесины состоит из клеток древесины, а макроструктура — из годовых колец, сердцевидных сосудов, сучков, узлов и вздутий.

Стандартизованные физические свойства строительной древесины

Перечень стандартных физических свойств конструкционной древесины включает плотность, содержание влаги, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, коррозионную стойкость (т.е. способность противостоять агрессивным средам) и декоративные свойства (цвет, блеск, запах и текстура).

Плотность древесины — это отношение массы к объему, измеряется в г/см3 или кг/м3. Это зависит от породы древесины, возраста, условий произрастания и содержания влаги. Древесина с большей плотностью служит дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем древесина с меньшей плотностью. Следует отметить, что плотность древесины следует измерять на образцах с влажностью 15%, чтобы получить подходящие данные для сравнения и анализа. Среди наиболее распространенных пород наибольшую плотность имеет дуб, за ним в порядке убывания следуют ясень, клен, сосна, лиственница, бук, береза, береза, орех, сосна, липа, ясень, тополь, ель и пихта.

Содержание влаги в строительной древесине является показателем ее качества и долговечности. На практике различают древесину комнатной сушки с влажностью 8-12 % и воздушно-сухую, искусственно высушенную древесину с влажностью 12-18 %. Эти два вида древесины производятся путем сушки древесины в сушильных печах. Естественная воздушная сушка с содержанием влаги 18-23 % является результатом длительного хранения древесины, уложенной на рейки, в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом без воздействия прямых солнечных лучей. Древесина с массовым содержанием воды более 23 % считается влажной.

Чем ниже содержание влаги в древесине, тем меньше она подвержена гниению. Однако выбор максимально сухого продукта не является правильным решением во всех случаях. Древесина очень гигроскопична, она легко впитывает влагу и изменяет свои размеры, вызывая коробление и деформацию конструкции. Правильным решением является использование древесины с влажностью, соответствующей текущей рабочей влажности.

Теплопроводность, звукопроводность. Бревенчатые или деревянные дома хорошо сохраняют тепло. Здоровая древесина хорошо передает звук по волокнам: Если ударить по торцу бревна, доски или бруса, то раздастся чистый звук, свидетельствующий о высоком качестве; прерывистый, бьющий по ушам звук указывает на то, что древесина гнилая.

Коррозионная стойкость древесины очень важна для зданий и изделий из дерева, особенно тех, которые в основном используются на открытом воздухе.

Хвойные породы дерева более устойчивы к коррозии, чем твердые породы, благодаря пропитке натуральными смолами.

Цвет, блеск, запах и текстура — это физические характеристики, по которым можно визуально определить породу древесины.

Цвет может быть показателем качества. Например, голубоватый цвет древесины хвойных пород указывает на раннюю стадию гниения. Цвет здоровой сосны варьируется от коричневато-желтого в местах, богатых смолой, до светло-желтого. Цвет ели от светло-желтого до белого. Черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине являются признаком гнили. Здоровый бук имеет цвет от желто-бежевого до розово-бежевого.

На древесину может влиять ее запах. Стойкий запах несвежей листвы в помещении, где хранится буковая древесина, и затхлый запах в помещении, где хранится сосновая древесина, — верный признак гниения.

Эксплуатационные механические свойства строительной древесины

Механическая прочность древесины — это ее способность выдерживать различные статические и динамические нагрузки. Различают прочность на сжатие, прочность на изгиб, прочность на сдвиг и прочность на растяжение. Прочность древесины на сжатие и растяжение значительно выше, когда нагрузка приложена вдоль зерна, чем когда нагрузка приложена поперек зерна.

Рисунок 11: Испытание прочности древесины в направлении нагрузки: 1, вдоль зерна; 2, вдоль зерна в радиальном направлении; 3, вдоль зерна в тангенциальном направлении.

Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: Увеличение содержания влаги снижает прочность, и плотная древесина прочнее, чем легкая и рыхлая.

Пластичность — это способность деревянной детали изменять свою форму под нагрузкой и сохранять ее после разгрузки. Это свойство важно при изготовлении изогнутых деталей. Пластичность древесины увеличивается при повышении влажности и температуры, поэтому детали, предназначенные для сгибания, обрабатываются горячей водой или паром.

Бук, вяз, дуб и ясень особенно податливы (в порядке убывания). Хвойные деревья имеют линейную структуру волокон и поэтому недостаточно гибки для изгиба.

Твердость древесины обусловлена ее способностью противостоять проникновению инородных тел. По этому признаку древесина делится на твердую — бук, дуб, клен, ясень, вяз, сосна (самая твердая — самшит и акация) и мягкую — ясень, ель, сосна, ольха.

Долговечность древесины заключается в ее способности противостоять истиранию. Чем тверже древесина, тем более она устойчива к истиранию.

Свойства, определяющие общий вид древесины

К этим свойствам относятся:

1. Цвет. На цвет материала влияет порода, возраст дерева, условия вегетации, существование пороков.
2. Блеск. На блеск влияет плотность, число и параметры лучей отходящих от сердцевины, а также вида плоскости разреза.
3. Запах. Зависит от наличия смолы и органических веществ ароматического ряда.
4. Текстура. Природный рисунок, получающийся на разрезе путём пересечения волокон, годовых слоев и центральных лучей.

Строение древесины

Большую часть, до 90% объема дерева, составляет ствол, к которому принадлежит дерево:

• кора. Её свойство — предохранять ствол от перепадов температуры, вторжения грибковых бактерий, испаряемости влаги и механических воздействий;
• камбий. Неширокая прослойка живых клеток в виде кольца, имеющих способность к делению и приросту;
• древесина. Составляющая ствола, по которой поступает влага от корней к кроне.

Технологические свойства древесины

Технические свойства характеризуются следующими показателями:

• способность задерживать металлический крепеж. Чем плотнее древесный материал, тем прочнее в ней удерживаются крепежные детали;
• износоустойчивость. Это — способность оказывать сопротивление разрушениям во время механического взаимодействия. Повышенной износоустойчивостью обладают торцы. Повышенная твердость и плотность позволяет древесине подвергаться незначительному износу.
• раскалываемость. Свойство древесины под механическим воздействием делиться на части продольно волокнам. Сопротивление растрескиванию повышается с увеличением вязкости. Это свойство имеет положительный показатель. Некоторые сорта можно заготавливать только методом раскалывания. У раскалываемости есть и негативное свойство: при использовании металлических креплений, могут образовываться расколы.

Плотность древесины

Соотношение между весом древесины и ее объемом — это плотность. Плотность указывается в кг/м3 и напрямую связана с содержанием влаги.

Плотность подразделяется на:

• малую;
• среднюю;
• высокую плотность.

Твёрдость древесины

На твердость влияют следующие показатели:

• порода;
• условия произрастания дерева. Один и тот же вид породы может быть разной твердости, если деревья росли в различных климатических условиях;
• увлажненность лесоматериалов.

Твердость одного бревна может быть разной: в зависимости от того, какой распил используется. Края тверже, чем тангенциальные и радиальные поверхности.

Износостойкость и гибкость древесины

• износостойкость — свойство оказывать сопротивление истиранию материала во время трения. Истирание с боков бывает больше чем с торцов. Наиболее твёрдая и плотная древесина менее всего подвергается изнашиванию. Повышенная влажность — хороший помощник износу.
• гибкость — одно из свойств деревянных заготовок — изменять форму под силовым воздействием извне. Загибание основано на возможности древесины поддаваться деформации под воздействием гибочного оборудования. Процедура загибания проходит легче и быстрее, когда древесину предварительно увлажняют и нагревают;
• ударная вязкость — свойство поглощения удара без дефляции.

Тепловые свойства

Эти свойства включают следующие значения:

• тепловая мощность — это способность древесного материала накапливать тепло;
• теплопроводность — транспозиция тепловой энергии молекулами вещества;
• температуропроводность — равное распределение температуры по всему объёму;
• термическое расширение— изменение линейных размеров и конфигурации при изменении температуры.

Влажность древесины

Содержание влаги — это процентное соотношение между содержанием влаги в данном объеме древесного материала и в том же объеме абсолютно сухого материала. Свойства влагосодержания различных видов варьируются.

Цвет древесины

Цвет высушенной древесины лиственных пород может варьироваться от вида к виду, а часто и в пределах одного вида. Эта информация должна использоваться только в качестве общего руководства. В большинстве случаев цвет заболони либо светлее цвета древесины сердца, либо белый/кремовый.

Прочность на кручение — это показатель максимального напряжения, которое может выдержать древесина при медленной и продолжительной нагрузке. Она измеряется в МПа (мегапаскалях).

Стойкость древесины

Стойкость определяется внутренней устойчивостью древесины к гниению или разрушению насекомыми или морскими древесными червями. Только твердые породы древесины проверяются на прочность. Шкала от низкого до высокого (класс 4 — низкое сопротивление; класс 1 — высокое сопротивление) адаптирована к сопротивлению в земле и над землей.

Он указывает, является ли данный вид устойчивым (R) или не устойчивым (NR) к повреждениям, наносимым морскими птицами.

Огнестойкость, НПБ — Воспламеняемость древесины

Он указывает на склонность материала к воспламенению, измеряемую по шкале от 0 до 20. Индекс 0 означает, что материал не воспламеняется в течение 20 минут испытания. Индекс 20 означает, что материал воспламеняется в первую минуту.

Склонность материала к быстрому горению и распространению пламени по шкале от 0 до 10, где 0 означает, что материал не позволит пламени достичь потолка, а 10 означает, что материал может позволить огню достичь потолка комнаты в течение 10 секунд после воспламенения.

Дополнительно о механических свойствах: ударная вязкость

Ударная прочность древесины — это способность материала поглощать энергию под нагрузкой. Это свойство обеспечивается пластичностью и вязкостью. При проведении испытаний по этому стандартному методу следует использовать маятниковый молоток. Он обеспечивает движение бойка со скоростью 6 метров в секунду. Таким образом, можно определить зависимость между работой разрушения и площадью поперечного сечения образца.

Если сравнивать мягкие лиственные породы с мягкими, то первые имеют в 1,5 раза большую ударную прочность, а твердые породы — в 2,5 раза. Таким образом, описываемый параметр составляет 41 кДж/м2 для сосны, 99 для сосны и 58 кДж/м2 для ясеня. При увеличении скорости нагружения сопротивление изгибу увеличивается. Иногда описанное свойство определяется путем увеличения высоты падения молотка. Когда модифицированная древесина подвергается ударному изгибу, ее сопротивление снижается.

Ясень

Плотность древесины составляет 690 кг/м3.

Ясень — род листопадных деревьев семейства маслиновых, насчитывающий около 70 видов. Растет одиночно или группами в смешанных лесах, часто с дубами, реже с хвойными деревьями.

Это скромный сосед дуба, который почему-то не стал таким известным, хотя заслуживает всяческих похвал. Он не лишен прочности и твердости, но значительно превосходит их по долговременной устойчивости к деформации и ударам. Это делает его идеальным для лестниц, полов и других деталей интерьера. Сегодня ясень становится все более популярным среди производителей мебели и паркета. Помните, что ясень при нормальном уходе имеет долгий срок службы и не таит в себе никаких сюрпризов. Цена ее продукции сопоставима с дубом и буком.

Древесина ясеня обладает высокими физико-механическими свойствами и находит самое широкое применение. Из него изготавливают шпон, гнутую и резную мебель, перила и паркет, обшивку, оконные и диванные рамы, охотничьи и стрелковые луки и спортивный инвентарь.

Прочность

Прочность древесины — это способность материала сопротивляться разрушению под нагрузкой. Это свойство является одним из самых важных среди технических свойств. Это зависит от физической природы и структуры материала. При испытании прочность древесины определяется максимальным напряжением, которое материал может выдержать без разрушения.

Эта характеристика варьируется от вида к виду. Сосна, например, имеет прочность на растяжение при продольном сжатии 64,5 МПа. Сосна и ель имеют 48,5 МПа и 44,5 МПа соответственно. При расщеплении вдоль волокон конечная прочность для лиственницы составляет 9,9 МПа, для сосны — 7,5 МПа, для ели — 6,9 МПа.

Прочность древесины

Прочность на разрыв определяется на небольших, чистых и бездефектных образцах в лабораториях с испытательными машинами. Эти образцы имеют поперечное сечение 20*20 мм и состоят как минимум из 4-5 годовых слоев. Некоторые испытания проводятся на образцах, сечение которых отклоняется от заданного.

Прочность древесины на сжатие определяется на призматических образцах. Расположение испытания на прочность при сжатии вдоль волокон и размер образца показаны на рисунке:

Образец нагружается ступенчато до тех пор, пока он не сломается. Затем максимальная нагрузка, Pmax, считывается с помощью измерителя силы испытательной машины. Прочность на разрыв, bw, МПа, рассчитывается по формуле bw = Pmax / (a * b), где (a * b) — площадь поперечного сечения образца, мм2.

Прочность древесины на сжатие вдоль волокон составляет в среднем около 50 МПа для всех отечественных пород древесины при влажности древесины 12 %.

Прочность на сжатие поперечных волокон определяется в соответствии с диаграммой на рисунке. Это баланс сил, равномерно распределенных по всей поверхности образца или по всей ширине, но на части длины образца (местное сжатие). В обоих случаях определяется условный предел прочности. В качестве такой величины используется предел пропорциональности, т.е. значение напряжений, до которого существует линейная зависимость между напряжениями и деформациями. В среднем она составляет 1/10 от прочности на сжатие вдоль волокон для всех пород древесины.

Испытания на прочность при растяжении проводятся на образцах другого типа:

Такой формат образца обусловлен необходимостью обеспечить, чтобы растягивающие напряжения были такими, которые вызывают разрушение в тонкой рабочей части, а не в месте крепления.

В среднем предел прочности при растяжении вдоль волокон составляет 130 МПа для всех пород, но предел прочности при растяжении вдоль волокон в 20 раз ниже. По этой причине при производстве изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок на кору.

Для испытания древесины на статический изгиб используются образцы древесины в виде бруса размером 20*20*300 мм:

Прочность на статический изгиб, МПа, рассчитывается по следующей формуле: bw = (3/2) * ((Pmax*l) / (b * h2)), где Pmax — максимальная нагрузка, Н; l — пролет, т.е. расстояние между центрами опор, равное 240 мм; b и h — ширина (радиальная) и высота (тангенциальная), мм.

Прочность на статический изгиб в среднем составляет 100 МПа.

Две равные и противоположно направленные силы прикладываются к образцу, чтобы вызвать разрушение в плоскости, параллельной этой плоскости; происходит сдвиг. Существует три типа испытаний на сдвиг: Продольный сдвиг, продольный сдвиг и продольный сдвиг. Диаграммы сил в этих испытаниях показаны на рисунке:

Для испытания на продольный сдвиг используется образец, форма и размеры которого показаны на рис:

Деформативность древесины

Кратковременные напряжения в древесине вызывают в основном упругие деформации, которые исчезают после приложения нагрузки. Взаимосвязь между напряжением и деформацией линейна до определенного предела (закон Гука). Наиболее важной мерой деформации является коэффициент пропорциональности — модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон E = 12-16 гПа, что в 20 раз выше, чем вдоль волокон. Чем выше модуль упругости, тем жестче древесина.

Жесткость древесины уменьшается с увеличением содержания воды и температуры. Когда древесина нагружена, часть упругой деформации преобразуется в «замороженную» постоянную деформацию при высыхании или охлаждении. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина в основном состоит из полимеров с длинными, гибкими молекулярными цепями, ее деформативность зависит от продолжительности нагрузки. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на основе общей науки реологии. Эта наука изучает общие законы деформации материалов под нагрузкой с учетом фактора времени.

Эксплуатационные и технологические свойства древесины

Важно знать постоянную прочность древесины в связи с ее использованием в конструкциях. Показателем этого свойства является прочность на разрыв vd.s, которая в среднем составляет около 0,5 — 0,6 от прочности на разрыв при кратковременных статических испытаниях для всех видов нагрузки.

Показателем прочности древесины при переменной нагрузке является предельная прочность, среднее значение которой составляет около 0,2 от статической прочности на растяжение.

При проектировании деревянных конструкций для расчетов используются не пределы прочности небольших образцов древесины, а несколько значений — расчетные прочности. Они учитывают размеры элементов конструкции, наличие дефектов древесины, продолжительность нагрузки, влажность, температуру и другие факторы.

Удельная вязкость характеризует способность древесины выдерживать нагрузку, не ломаясь при ударе, и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная прочность древесины лиственных пород в среднем в 2 раза выше, чем у древесины хвойных пород.

Твердость характеризует способность древесины сопротивляться вдавливанию более твердого тела. Статическая твердость проверяется в соответствии со схемой на рисунке:

Для испытания на твердость используется устройство с пуансоном с полусферическим наконечником. Он вдавливается в глубину с радиусом. После испытания в древесине на определенном радиусе полусферы оставляют надрез с площадью проекции 100 мм2. Показатель статической твердости образца, Н/мм2 — это сила, приходящаяся на данную площадь. Статическая твердость торцевой поверхности выше, чем у боковых поверхностей.

Все местные виды деревьев и кустарников классифицируются на 3 группы в зависимости от твердости торцевой поверхности при влажности 12%: мягкие (твердость 40 Н/мм2 и менее), твердые (41-80) и очень твердые (более 80 Н/мм2).

Ударная твердость измеряется путем падения стального шарика диаметром 25 мм на поверхность образца с высоты 0,5 м. Чем тверже древесина, тем выше значение.

Стойкость к истиранию — это способность древесины противостоять постепенному разрушению ее поверхности под воздействием абразивного износа. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ значительно больше на боковых поверхностях, чем на поверхности среза. По мере увеличения плотности и твердости древесины износ уменьшался. Влажная древесина изнашивается сильнее, чем сухая.

Уникальным свойством древесины является ее способность удерживать крепеж: Гвозди, шурупы, скобы, костыли и т.д. Когда гвоздь вбивается в древесину, происходят упругие деформации, которые создают силу трения, достаточную для предотвращения вытаскивания гвоздя. Усилие, необходимое для вытаскивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше, чем у гвоздя, забитого поперек зерна. С увеличением плотности возрастает сопротивление древесины вводу гвоздя или шурупа. Усилие, необходимое для вытягивания шурупа (при прочих равных условиях), больше, чем для вытягивания гвоздя, поскольку в этом случае трение дополняется сопротивлением волокон резанию и разрыву.

Технологическая функция гнущейся древесины основана на ее способности относительно легко деформироваться под действием сил текучести. Наибольшей способностью к изгибу обладает древесина кольцевой формы — дуб, ясень и т.д. — и с рассеянной древесиной — бук; мягкие породы имеют меньшую способность к изгибу. Сгибание происходит в нагретой и влажной древесине. Это повышает пластичность древесины и позволяет при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой образовывать сублимационные деформации, стабилизирующие новую форму изделия.

Износостойкость и гибкость древесины

Износостойкость — это способность древесины не ломаться при истирании. Износ одной и той же древесины больше на боковой, чем на торцевой поверхности. Чем выше твердость и плотность древесины, тем меньше износ. Влажная древесина более подвержена гниению, поэтому эксперты рекомендуют проводить сухую чистку декоративных досок или натуральных досок.

Гибкость — это способность древесины изгибаться под воздействием внешних сил. Технологически гибка основана на способности древесины относительно легко гнуться при воздействии на нее гибочных устройств, особенно в горячем и влажном состоянии. Когда древесина охлаждается и высыхает под нагрузкой, большая часть упругой деформации преобразуется в постоянную деформацию, и новая форма детали стабилизируется. Влажная древесина обладает большей способностью к изгибу, чем сухая.

Наибольшая способность к изгибу (флексия) наблюдается у лиственных, кольчатых пород деревьев (дуб, ясень) и малокольчатых (бук, береза). У хвойных пород эта способность очень низкая.

Способность к изгибу широко используется в дизайне мебели и интерьера.

Ударная прочность — это способность древесины воспринимать работу на удар (ударный изгиб) без разрушения и определяется испытаниями на изгиб. Ударная прочность древесины лиственных пород в среднем в 2 раза выше, чем у древесины хвойных пород.

Тепловые свойства

Тепловые свойства включают теплоемкость, теплопроводность, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

Теплоемкость — это способность древесины аккумулировать тепло. Он увеличивается с увеличением содержания влаги.

Теплопроводность — это свойство, которое описывает интенсивность теплопередачи в материале. Теплопроводность увеличивается с увеличением содержания влаги и плотности. В среднем теплопроводность в два раза выше в продольном направлении волокон.

Теплопроводность — это способность древесины выравнивать температуру по всему объему.

Тепловое расширение — это способность древесины увеличивать свои линейные размеры и объем при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз ниже, чем у металла, бетона или стекла.

Деформативность

Кратковременные напряжения в древесине вызывают в основном упругие деформации, которые исчезают после приложения нагрузки. Взаимосвязь между напряжением и деформацией линейна до определенного предела (закон Гука). Наиболее важной мерой деформации является коэффициент пропорциональности — модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон E = 12-16 гПа, что в 20 раз выше, чем вдоль волокон. Чем выше модуль упругости, тем жестче древесина.

Жесткость древесины уменьшается с увеличением содержания воды и температуры. Когда древесина нагружена, часть упругой деформации преобразуется в «замороженную» постоянную деформацию при высыхании или охлаждении. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина в основном состоит из полимеров с длинными, гибкими молекулярными цепями, ее деформативность зависит от продолжительности нагрузки. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на основе общей науки реологии. Эта наука изучает общие законы деформации материалов под нагрузкой с учетом фактора времени.

• Количество досок и бруса в 1 кубе
• История фанеры
• Бесшовная гидроизоляция — жидкая резина
• Как выбрать кабель для обогрева крыши
• Лучший скотч для кровельных работ
• Саморезы — виды и размеры
• Пиломатериалы для крыши
• Свойства древесины
• Гвозди для обрешётки крыши
• Таблица твёрдости древесины
• Средства обработки древесины
• Фанера для крыши
• Кляймер
• Фанера для пола
• Керуинг — красное дерево
• Плотность древесины. Таблица значений плотности
• Полипропиленовые трубы
• Стеновые панели. Виды.
• Бетонконтакт