Механические и физические свойства древесины

Понятие «физические свойства древесины» определяется как способность материала вступать во взаимодействие с внешней средой, не изменяя при этом собственный состав и не теряя целостности. К основным физическим свойствам древесины относятся характеристики, определяющие: ее внешний вид (наличие или отсутствие блеска, цвет и его насыщенность, запах древесины, ее текстура и равнослойность, ширина годичных слоев), влажность и связанные с ней качества (уровень водопоглощения, усушка, внутреннее напряжение материала, его разбухание, а также наличие или отсутствие растрескивания или коробления).

Также, важными физическими характеристиками древесины являются степень ее плотности, способность проводить звуковые колебания и электричество, тепловые свойства (теплоемкость, теплопроводность, способность выравнивать температуру по объему).

Для деревообработчика одним из наиболее важных моментов в процессе работы с материалом является его внешний вид, ведь это непосредственно влияет на декоративность будущего изделия. Цвет древесины определяется породой, возрастом и местностью произрастания заготовленного дерева, условиями хранения древесины (длительность хранения, влажность в помещении, наличие или отсутствие грибковых поражений).

Большинство видов древесины обладает еще и выраженным блеском – способностью отражать световые лучи. Это качество присуще многим популярным породам дерева – например, бук, дуб, белая акация. Из иностранных пород дерева наиболее ярко выраженным  блеском обладает атласное дерево, ведь именно этим свойством древесины вызвано его название.

Текстура древесины также имеет большое значение – ведь рисунок, образованный на поверхности материала в процессе распиливания (состоит он, как правило, из перерезанных сосудов, сердцевинных лучей и годовых колец) тоже крайне важен для внешнего вида будущего изделия. Поэтому важно при выборе материала обращать внимание на такие характеристики, как ширина годичных слоев (измеряется количеством приходящихся на 1 см торцевой поверхности слоев древесины) и содержание поздней древесины.

Такой показатель, как влажность, используют для определения количества содержащейся в древесине воды. Формула определения влажности древесины заключается в процентном соотношении массы воды и массы сухой древесины. В процессе высушивания древесины связанная вода постепенно выпаривается из толщи материала, этот процесс приводит к заметному уменьшению объема древесины и называется усушкой. Этот показатель обязательно должен учитываться при распиловке бревен и в процессе сушки и подготовки древесного материала к обработке. Под влиянием влажностных напряжений, возникающих при неоднородной усушке в структуре древесины, которые при недостаточной прочности исходного материала могут приводить к неприятным последствиям – образованию трещин (в начале сушки – поверхностных, в конце сушки – внутренних).

Нередко в процессе сушки или хранения заготавливаемые пиломатериалы изменяют свою форму. Это явление называется короблением древесины и чаще всего бывает вызвано неоднородностью сушки по разным направлениям. Покоробленность, возникающая в результате сушки или неправильного хранения, бывает как поперечной, так и продольной (по кромке, по пласти, крыловидная). Кроме того, иногда коробление может возникать и во время механической обработки уже высушенной древесины – например, при несимметричном строгании (в этом случае причиной коробления является нарушение равновесия между остаточными напряжениями в толще материала).

Склонность древесины к влагопоглощению считается одним из наиболее отрицательных качеств этого материала. Любая древесина, независимо от породы и возраста деревьев – материал довольно гигроскопичный, и помещенная в насыщенную влагой среду, она моментально начинает накапливать влагу, что сразу же резко отрицательно влияет на ее физико-механические свойства и существенно уменьшает износостойкость и долговечность изделий из дерева. Именно поэтому все деревянные поверхности необходимо покрывать влагонепроницаемыми пленочными или лакокрасочными материалами, которые обеспечат дереву большую сохранность в процессе эксплуатации.

Гигроскопичностью древесины объясняется и такое ее свойство, как разбухание. По мере увеличения концентрации воды в древесине материал начинает увеличиваться в размере, его объем увеличивается. Процесс разбухания древесины может начаться как при хранении материала в воде, так и при хранении в помещениях с высокой влажностью воздуха. Склонность древесины к впитыванию больших объемов жидкости и последующему набуханию считается свойством отрицательным, так как нередко это затрудняет эксплуатацию деревянных изделий и негативно влияет на их внешний вид и долговечность.

Впрочем, иногда этот, казалось бы, недостаток, способен принести реальную пользу – разбухающие деревянные детали обеспечивают высокую степень плотности соединения друг с другом. Это свойство в полной мере используется в судостроении, а также при изготовлении бочек или деревянных чанов.

Плотность древесины определяется массой определенного объема материала. При этом плотность самой древесины всегда меньше плотности древесинного вещества, потому что такой материал, как дерево, непременно включает в себя полости, заполненные воздухом (как правило, это и полости клеток, и пустые межклеточные пространства).

При возрастании уровня влажности древесины ее плотность также возрастает. Плотность очень часто напрямую зависит от породы дерева – например, древесина сибирской пихты отличается довольно невысокой плотностью, а вот такие деревья, как самшит и бакаут известны в качестве обладателей наиболее плотной и тяжелой древесины.

Механическими свойствами древесины принято считать ее способность сопротивляться механическим нагрузкам и прочим внешним факторам. Любые внешние нагрузки (как статические, так и динамические или ударные) способны в той или иной мере изменить взаимосвязи между структурными элементами материалов или повлиять на их формы или очертания. Основные механические  свойства древесины – это деформативность, прочность, твердость и степень ударной вязкости. Все эти показатели определяются в процессе проведения испытаний – сжатий, растяжений, сдвигов и изгибаний.

Таким образом, определяют предел прочности для каждого вида древесины. Наиболее важным показателем нередко считается прочность древесины при оказываемых на нее длительных постоянных нагрузках, так как это имеет большое значение при применении деревянных элементов в строительных конструкциях разного рода. При этом при расчете конструкций составляют проекты не с учетом предельной прочности древесины, а с использованием так называемых расчетных сопротивлений, которые в несколько раз меньше показателей предельной прочности.

Это обусловлено тем, что в проект закладываются возможные недочеты материалов – пороки древесины, перепады температуры и влажности, и многие другие важные моменты. Еще одним важным свойством древесины является способность этого материала удерживать в себе разного рода крепления – болты, саморезы, гвозди, шурупы и т.д.

Некоторые породы деревьев, наиболее часто применяемые в изготовлении мебели, декоративных предметов, музыкальных инструментов обладают способностью гнуться, не растрескиваясь. Этим качеством могут похвастаться дуб, бук, ясень. А вот деревья хвойных пород, напротив, менее податливы.

Источник:Курлекс_лескомб