Текст книги "Материаловедение: конспект лекций"

4. Грибные поражения

При разделке древесины в ряде случаев обнаруживаются грибные ядровые пятна – ненормально окрашенные участки ядра, которые образуются в растущих деревьях под воздействием деревоокрашивающих или дереворазрушающих грибов. В срубленной древесине дальнейшее развитие этого порока прекращается. Грибные ядровые пятна наблюдаются на торцах в виде пятен различных величины и формы бурого, красновато—серого или серо—фиолетового цветов. Этот порок вызывает: уменьшение ударной вязкости, увеличение водо—поглощения и водопроницаемости, ухудшение биостойкости и внешнего вида древесины; по прочности при статической нагрузке почти не изменяется, а структура пораженной древесины сохраняется.

При хранении древесины на сырой заболони часто появляются плесени – грибница и плодоношение плесневых грибов на поверхности древесины в виде отдельных пятен или сплошного налета, при этом происходит окрашивание древесины в различные цвета. Плесень на механические свойства не влияет, но ухудшает внешний вид древесины, после высыхания она легко удаляется, оставляя грязноватые и цветные пятна.

В срубленной древесине нередко образуются заболонные грибные окраски – ненормально окрашенные участки заболони под воздействием дереворазрушающих грибов, не вызывающих образования гнили. Заболонные грибные окраски не влияют на механические свойства древесины, но ухудшают ее внешний вид, повышают водонепроницаемость. По цвету различают синеву – в виде серой окраски заболони с синеватыми или зеленоватыми оттенками и цветные заболонные пятна – в виде оранжевой, желтой, розовой и коричневой окраски заболони. Грибы, которые окрашивают заболонь, могут разрушать клей и лакокрасочные покрытия.

В срубленной древесине при хранении в теплое время года в результате развития биохимических процессов с участием грибов или без них возникает такой порок, как побурение. Побурение древесины проявляется в виде ненормально окрашенных участков лиственных пород бурого цвета различных оттенков. Побурение наблюдается на торцах в виде пятен различной величины и формы, а на боковых поверхностях – в виде вытянутых пятен, полос или сплошного поражения заболони, при этом ухудшается внешний вид древесины и незначительно снижаются прочность и твердость. Чтобы предотвратить побурение древесины, производят пропаривание пиломатериалов.

Большой вред древесине наносят гнили, образующиеся под воздействием грибов. Гнили различают по цвету и структуре поражения – пестрая ситовая, белая волокнистая; а также по типам – заболонная, ядровая и наружная трухлявая.

Пораженная гнилью древесина является источником грибной инфекции для различных деревянных сооружений. Гниль

развивается постепенно и имеет три стадии: на первой изменяется только цвет древесины; на второй древесина частично изменяет структуру и твердость под воздействием гнили; на третьей древесина полностью теряет прочность и твердость В зависимости от стадии развития гнили и размеров поражения качество древесины может значительно снизиться.

5. Химические окраски, биологические повреждения и покоробленность

В процессе переработки древесины нередко встречается такое явление, как химическая окраска древесины, – ненормально окрашенные участки в срубленной древесине, возникающие в результате химических и биохимических процессов.

В большинстве случаев она связана с окислением дубильных веществ. Обычно такие участки расположены в поверхностных слоях древесины – на глубине 1–5 мм.

Как показывает практика обработки древесины, химические окраски изменяют только ее цвет и блеск, а остальные свойства древесины остаются без изменения. При интенсивной природной окраске внешний вид древесины ухудшается, но при ее высыхании химическая окраска постепенно выцветает.

При нарушении технологии хранения свежесрубленных лесоматериалов древесина подвергается биологическим повреждениям в виде червоточин – ходов и отверстий, проделанных в древесине насекомыми и их личинками (жуками, бабочками, термитами и др.). Оптимальные условия для жизни этих насекомых – температура +18–20 °C и относительная влажность воздуха 60–80 %. Червоточины бывают различными по глубине проникновения: поверхностные (глубиной не более 3 мм), неглубокие (не более 5 мм в круглых лесоматериалах и не более 5 мм в пиломатериалах) и глубокие. При этом они могут быть несквозными и сквозными, т. е. выходящими на две противоположные стороны доски.

Поверхностная червоточина не влияет на механические свойства древесины, а неглубокая и глубокая нарушают целостность древесины и снижают механические свойства.

При длительном хранении с нарушением технологии в древесине может образоваться так называемая трухлявая червоточина, которая вызывается домовыми вредителями, способными развиваться и сухой древесине, – мебельными и домовыми точильщиками, домовым усачом, термитами. В этом случае число глубоких ходов велико, и древесина внутри них превращается в трухлявую массу с большим содержанием буровой муки.

При сушке или увлажнении, а также при механической обработке в результате анизотропии усушки – разбухания и внутренних напряжений в древесине – часто наблюдается такое явление, как покоробленность в виде изменения формы сортимента. Покоробленность пиломатериалов бывает разных видов: продольная по пласти, сложная, продольная по кромке, поперечная, а также наподобие крыла (крылова—тость) (рис. 4). Характер покоробленности зависит от выпиловки его из бревна. Покоробленность снижает качество пиломатериалов и изделий из древесины, осложняет обработку и раскрой, увеличивает количество отходов и в целом затрудняет использование древесины.

Рис. 4. Виды покоробленности: а – поперечная по пласти; б – продольная по пласти; в – крыловатость

Явление покоробленности чаще всего наблюдается у пиломатериалов, полученных при обработке березы.

6. Инородные включения, механические повреждения и пороки механической обработки

В ряде случаев в процессе обработки древесины обнаруживаются инородные включения в виде постороннего тела недревесного происхождения – гвоздь, проволока, металлический осколок или камень. Внешним признаком такого порока могут быть местное вздутие и складки коры в древесине, вмятина, отверстие. Такие включения затрудняют механическую обработку древесины и нередко бывают причиной повреждения режущих инструментов – фрез, дисковых пил резцов и т. д.

Механические повреждения и пороки механической обработки могут иметь различный характер и различное происхождение.

Иногда попадается обугленная древесина. Обугленность древесины является результатом повреждения ее огнем, при этом изменяется ее форма, что затрудняет использование и вызывает потерю древесины.

Карра – это повреждение ствола при подсочке, которое вызывает засмоление древесины.

Обзол представляет собой часть боковой поверхности бревна, которая сохранилась на обрезной доске или детали, что приводит к уменьшению фактической ширины доски и затрудняет ее использование.

При обработке древесины режущим инструментом образуются риски на ее поверхности, волнистость – неплоский пропил или неровности в виде дугообразных возвышений и впадин в результате цилиндрического фрезерования древесины.

Некачественная обработка древесины приводит к появлению ворсистости поверхности в виде наличия не полностью отделенных волокон и мшистости – наличия пучков не полностью отделенных волокон и мелких частиц древесины. Заруб – местное повреждение поверхности древесины топором. Запил – местное повреждение поверхности древесины режущим инструментом (пилой). При заготовке и обработке лесоматериалов возникают отщепы – отходящие от торца круглого лесоматериала боковые трещины. При аналогичных работах нередко получаются вырывы – углубления с неровными поверхностями в результате местного удаления древесины при воздействии инструментов или механизмов. При обработке древесины режущим инструментом против волокон часто наблюдаются различные механические захваты, которые оставляют вмятины – углубления на поверхности, образованные в результате местного смятия древесины, а также царапины – повреждения поверхности в виде узкого длинного углубления.

В результате выщербины режущей кромки инструмента образуются гребешки – участки необработанной поверхности в виде узкой полосы, выступающей над обработанной поверхностью.

При шлифовании поверхности древесины иногда получается такой дефект, как прошлифовка – удаление части древесины ниже уровня обрабатываемой поверхности.

При повышенном трении режущих инструментов в процессе обработки древесины нередко случается такой дефект, как ожог древесины в виде потемневшего участка обрабатываемой поверхности.

Вышеперечисленные дефекты древесины снижают качество обработки, влияют на склеивание, отделку и облицовывание материала или целого изделия, в ряде случаев ухудшают внешний вид и нарушают целостность древесины, ухудшают механическую прочность и затрудняют использование.

ЛЕКЦИЯ № 3. Древесные породы

1. Определитель древесных пород

На основании «Справочника по древесине» А. М. Боровикова и Б. Н. Уголева составлен определитель пород.

1. Группы древесных пород:

1) годичные слои хорошо заметны на всех разрезах древесины. Сердцевинные лучи не видны. Сосудов нет. Древесина некоторых пород имеет смоляные ходы (хвойные породы);

2) хорошо заметны годичные слои из—за разницы в строении ранней и поздней древесины. В ранней зоне годичных слоев крупные сосуды образуют сплошное кольцо отверстий, хорошо видимое простым глазом. Поздняя зона годичных слоев – плотного строения, имеются только мелкие сосуды. Мелкие сосуды и паренхимные клетки образуют рисунок в виде радиальных полосок, волнистых линий, идущих вдоль границы годичных слоев, отдельных черточек или точек. У большинства пород видны сердцевинные лучи;

3) у большинства пород годичные слои видны плохо. Сосуды на поперечном разрезе совсем не видны простым глазом или если видны, то не образуют сплошного кольца, а равномерно разбросаны по всему годичному слою Поздняя зона годичного слоя не имеет рисунка. У некоторых пород видны сердцевинные лучи – рассеянно—сосудистые лиственные породы;

2. Древесные породы:

1) хвойные породы:

а) смоляные ходы довольно крупные и многочисленные. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах. Ядро имеет цвет от розового до буровато—красного. Заболонь широкая, имеет окраску от желтоватого до бледно—розового цвета (сосна обыкновенная). Далее аналогично по остальным хвойным породам;

2) кольцесосудистые лиственные породы:

а) сердцевинные лучи широкие и хорошо видны на всех разрезах. Древесина ядра имеет окраску темно—бурую или желтовато—коричневую. Заболонь узкая, окраска – светло—желтая. На всех разрезах хорошо заметны годичные слои. На поперечном разрезе в поздней древесине видны светлые радиальные пламевидные полоски из мелких сосудов. Древесина твердая. Далее аналогично по другим породам;

3) рассеяно—сосудистые лиственные породы:

а) годичные слои плохо заметны на всех разрезах. Древесина белого цвета с желтоватым или розоватым оттенком. На радиальном разрезе видны сердцевинные лучи в виде узких коротких блестящих темных пятнышек. Часто встречаются сердцевинные повторения, имеющие вид точек или черточек красновато—бурого цвета. Древесина довольно твердая и тяжелая (береза);

б) древесина белая с легким розовым оттенком. Годичные слои слабо заметны. Древесина легкая, мягкая (липа мелколистная);

в) высота сердцевинных лучей на радиальном разрезе около 0,5 мм. Годичные слои видны нечетко на всех разрезах, но лучше всего – на поперечном. Сердцевинные лучи на радиальном разрезе создают характерную рябоватость и сильный блеск. Древесина белая с желтоватым или розоватым оттенком, твердая, тяжелая (клен остролистный);

г) ядра нет. Древесина белая со слабым зеленоватым оттенком. Иногда встречается порок – ложное ядро буроватого цвета. Годичные слои заметны на всех разрезах. Встречаются сердцевинные повторения в виде желтых полосок. Древесина легкая и мягкая (осина).

Используя определитель древесных пород, можно установить вид древесины.

2. Основные хвойные породы

К хвойным породам относятся ель, сосна, лиственница, пихта, кедр, тис, а также можжевельник, но он растет в виде кустарников.

Ель – безъядровая порода, древесина ее белая со слабым желтоватым или розовым оттенком. Имеет смоляные ходы, но малосмолистая. По прочности, плотности и стойкости к гниению немного уступает сосне. Годичные слои хорошо заметны Наиболее распространенными являются два вида ели – обыкновенная и сибирская. Первая произрастает в европейской части России, вторая – от Урала до Приморья. Ель является основным сырьем для производства целлюлозы. Однородность строения и способность резонировать делают ее незаменимой при производстве музыкальных инструментов. Из коры ели получают дубильные вещества для кожевенной промышленности.

Сосна – ядровая порода со смоляными ходами. Имеет слегка розовое ядро, которое со временем становится буровато—красным, и широкую заболонь желто—белого цвета. Годовые слои хорошо видны на всех срезах с резким переходом от ранних, светлых к поздним, темным. Сосна имеет среднюю плотность, достаточно высокую прочность и стойкость к гниению, хорошо обрабатывается. Древесина сосны используется в строительстве, производстве строительных деталей и мебели, а также для изготовления различных деталей, используемых на железнодорожном транспорте (в пассажирских и грузовых вагонах), для крепления в горных выработках и т. д Кроме того, сосна используется также как сырье для получения целлюлозы, древесно—стружечных и древесно—волокнистых плит, кормовых дрожжей; из нее добывают живицу, а из хвои получают биологически активные вещества.

Лиственница в России составляет более половины хвойных лесов, что обусловило ее широкое применение в строительстве, производстве мебели, целлюлозно—бумажном и гидролизном производствах и т. д. Лиственница имеет крепкую и упругую древесину, сильно пропитанную смолой. Ядро ее красновато—бурого цвета, а заболонь – белая или слегка желтоватая. Годичные слои хорошо видны, с четкой границей между ранней и поздней древесиной. Лиственница малосучковата, обладает высокой плотностью и прочностью, стойка против гниения В Сибири строят частные дома с применением бревен из лиственницы (делают срубы), которые стоят много лет.

Пихта – самая легкая и мягкая из хвойных древесных пород. В основном произрастает на северо—востоке европейской части России и от Урала до Дальнего Востока, а также на Кавказе. Во многом похожа на ель, но не имеет смоляных ходов.

Кедр занимает большие площади в России, особенно в Сибири. Доживает до 800 лет и достигает 30 м в высоту при диаметре ствола до 2 м. Древесина кедра легкая, мягкая, красивая по текстуре и цвету; имеет буровато—розовое ядро и бело—розовую заболонь; легко обрабатывается, стойкая против гниения; широко используется в строительстве. Кедровые орехи – основной источник получения кедрового масла, скипидара, лечебных бальзамов.

Можжевельник растет в виде кустарников, плотная ядровая порода коричневого цвета с узкой заболонью. Из—за малых размеров используется в небольших количествах для изготовления мелких токарных и резных изделий.

3. Основные лиственные породы

Береза имеет большее распространение в лесах России по сравнению с другими видами. Береза – рассеяно—сосудистая безъядровая порода древесины с желтоватым оттенком. Годичные слои видны плохо. Сердцевинные лучи видны лишь на строго радиальных разрезах (расколах). Береза имеет сравнительно высокие прочностные показатели, но малую стойкость к гниению; при сушке сильно коробится.

Дуб – очень ценная сосудистая порода с темно—бурым и желтовато—коричневым ядром и узкой желтовато—белой заболонью. На поперечном разрезе в ранней зоне годичного слоя видны крупные сосуды, а в темной поздней зоне – светлые радиальные пламевидные сердцевинные лучи. Древесина дуба плотная, прочная, стойкая к гниению, имеет красивую текстуру; хорошо гнется и поддается механической обработке. В связи с дефицитом этой древесины применяется в виде строганого шпона, а также в виде массивных деталей. Кроме мебели, из дуба изготавливают паркет, бочки для вина и пива, детали оборудования в машиностроении и др. В мебельном производстве высоко ценится мореный дуб, имеющий темно—серый, почти черный цвет. Из коры и древесины дуба получают дубильно—экстрактивные вещества, используемые для выделки кож, меха и др.

Ясень – кольцесосудистая ядровая порода с желтоватой или розовой заболонью и светло—бурым ядром. Годичные слои хорошо видны, сердцевинные лучи не заметны. По цвету и строению напоминает дуб, но несколько светлее; используется в хозяйстве страны. Отличается в основном высокой ударной вязкостью, хорошо гнется, не дает отщепов, поэтому применяется в производстве спортивного инвентаря: теннисных ракеток, хоккейных клюшек.

Клен – рассеяно—сосудистая безъядровая порода. Имеет белую с красноватым или буроватым оттенком древесину На всех разрезах хорошо видны годичные слои, а на радиальном – и сердцевинные лучи, которые создают характерную рябоватость. Клен используется в мебельном производстве и для изготовления корпусов музыкальных инструментов, но имеет ограниченное применение из—за малых запасов в лесных массивах России.

Липа – рассеяно—сосудистая порода, безъядровая. Древесина белая с легким розовым оттенком, годичные слои слабо заметны, имеет однородное строение, мягкая, мало трескается при сушке и обработке, почти не коробится, поэтому служит хорошим материалом для резных работ.

Орех – очень ценная порода, рассеяно—сосудистая с древесиной коричнево—серой неравномерной окраски, годичные слои на разрезах заметны слабо, но видны крупные сосуды Благодаря таким качествам древесина ореха используется для получения строганого шпона и изготовления высокохудожественной мебели, различных деталей с целью создания оригинальных интерьеров.

Тополь – рассеяно—сосудистая ядровая быстрорастущая порода с широкой заболонью белого цвета. Годичные слои широкие, но малозаметные. Древесина мягкая, нестойкая к гниению, применяется в производстве целлюлозы и различных изделий для бытовых нужд. Запасы тополя в лесах России небольшие, поэтому его применение ограничено.

4. Породы ограниченного применения

С давних пор в степной зоне России, в сельской местности для изготовления простой мебели (стулья, табуреты, детские кроватки), а также различных поделок (скалки, толкушки, пахталки и т. д.) использовались такие древесные породы, как вишня, груша, яблоня, акация, лещина, рябина и др. С развитием рыночной экономики в России активизировались различные художественные промыслы, в которых народные мастера—умельцы при изготовлении сувениров, игрушек, бытовой утвари и детской мебели (кроватки, стульчики и др.) часто применяют вышеуказанные древесные породы.

Из древесины вишни, которая обладает высокой прочностью в сочетании с оригинальной полосатостью и желто—коричневым цветом, изготавливали мебель с имитацией под ценные породы (красное дерево) и паркетные дощечки. В настоящее время она используется в основном для изготовления различных сувениров и бытовых поделок. Вишня относится к ядровой породе, причем это дерево растет быстро и может иметь высоту до 6 м (сорт владимировка—растунья), а диаметр ствола достигает 20–30 см.

Древесина груши также имеет ряд ценных свойств – прочность, красивую цветовую гамму от розовато—желтого до буровато—красного, причем сердцевинные лучи и годичные слои еле заметны. Груша является безъядровой породой, легко поддается обработке, с давних пор используется народными мастерами для изготовления мебели, а также корпусов музыкальных инструментов, для бытовых поделок и сувениров.

В сельской местности русские кустари издавна использовали для изготовления деревянных обручей, коробов, полок древесину лещины (орешника), которая по физико—механическим свойствам близка к древесине березы и также имеет белый цвет со слабым блеском.

Лещина (орешник) относится к безъядровой породе рода кустарниковых.

Очень много ценных свойств имеет древесина рябины – высокую прочность, огнестойкость, сопротивляемость ударам. Еще одно достоинство – она состоит из широкой заболони с красивым красно—белым цветом и выделяющимися годичными слоями. Мастеровые люди с давних пор из этой древесины делают рукоятки для молотков, топорища, киянки, нехитрую мебель (табуреты, стулья, полки, лавки), резные изделия (балясины, веретена) и др. Рябина является ядровой породой.

Древесину яблони народные умельцы России с давних пор использовали для изготовления различной домашней утвари, для отделочных работ внутри помещений, а также делали шкатулки, сувениры, корпуса для музыкальных инструментов и др. Эта древесина имеет оригинальную цветовую гамму от желто—розового до красновато—бурого цвета, причем годовые слои и сердцевинные лучи почти незаметны. Яблоня относится к ядровой рассеяно—сосудистой породе.