СОДЕРЖАНИЕ Вопрос 1 ................................................................................................................... 3 Вопрос 2 ................................................................................................................... 6 Вопрос 3 ................................................................................................................... 8 Вопрос 4 ................................................................................................................. 11 Вопрос 5 ................................................................................................................. 13 Вопрос 6 ................................................................................................................. 15 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .................................................. 16 Вопрос 1 Микроскопическое строение хвойных пород. Основные анатомические элементы, их строение и функции. Рис. 1. Схема микроскопического строения древесины сосны: 1 - годичный слой; 2 - сердцевинный луч; 3 - вертикальный смоляной ход; 4 - ранние трахеиды; 5 - поздние трахеиды; 6 — окаймленная пора; 7 — лучевые трахеиды; 8 — многорядный луч с горизонтальным смоляным ходом. 3 Древесина хвойных пород отличается сравнительной простотой и правильностью строения. В состав ее входят всего два основных элемента: проводящие и механические функции здесь выполняют трахеиды, а запасающие — паренхимные клетки. Трахеиды — основной элемент древесины хвойных пород. Они занимают свыше 90% общего объема древесины. Трахеиды имеют форму сильно вытянутых в длину веретенообразных клеток (волокон) с утолщенными одревесневшими стенками и кососрезанными концами. На поперечном разрезе трахеиды расположены правильными радиальными рядами. Форма трахеид на поперечном разрезе близка к прямоугольной. Трахеиды — мертвые элементы; в стволе растущего дерева только вновь образующийся (последний) годичный слой содержит живые трахеиды, отмирание которых начинается еще весной, постепенно увеличивается к осени, а к концу зимы все трахеиды последнего годичного слоя отмирают. Паренхимные клетки в древесине всех хвойных пород составляют сердцевинные лучи, смоляные ходы (у некоторых хвойных) и у отдельных пород древесную паренхиму. Сердцевинные лучи хвойных пород очень узкие (однорядные на поперечном разрезе), по высоте состоят из нескольких рядов клеток. У сосны, кедра, лиственницы и ели сердцевинные лучи состоят из двух видов клеток: верхний и нижний ряды по высоте луча представлены горизонтальными (или лучевыми) трахеидами с мелкими окаймленными порами и характерным утолщением стенок у некоторых хвойных; внутренние, т. е. средние по высоте, ряды состоят из паренхимных клеток с простыми порами (см. рис. 2). Сердцевинные лучи пихты, тисса и можжевельника состоят только из паренхимных клеток. Паренхимные клетки лучей сосны и кедра снабжены одной-двумя большими простыми порами, а у остальных наших хвойных пород эти клетки имеют по три-шесть мелких простых пор. У сосны, кедра, лиственницы и ели, кроме однорядных лучей, есть еще многорядные, по которым проходят горизонтальные смоляные ходы. Лучевые трахеиды — мертвые элементы, паренхимные клетки луча 4 остаются живыми на протяжении заболони, а иногда и в ядре, т. е. в течение 20—30 лет. Рис. 2. Трахеиды и сердцевинные лучи: а—ранняя древесина; б — поздняя; трахеиды сосны сверху; сердцевинные лучи на радиальном разрезе под микроскопом (снизу); слева — сосны; справа — пихты; 1 — лучевые трахеиды с мелкими окаймленными порами; 2 — паренхимные клетки с простыми порами (крупными в сосне и мелкими в пихте). 5 Вопрос 2 Плотность древесины. Методы ее определения. Плотность древесинного вещества; базисная и парциальная плотность древесины. Укажите породы малой, средней и высокой плотности. Определить плотность древесины бука, если масса образца в момент взвешивания составляет 8,7 г, а размеры его 30×22×19 мм. Плотность древесины (плотность дерева) — это отношение массы древесины к ее объему. Выражается плотность в кг/м3 . Плотность древесины зависит от ее влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяются при влажности 12%. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется массой древесного вещества в единице объема. Определение плотности при влажности в момент испытания. Массу образцов определяют с погрешностью не более 0,01 г. Для пересчета плотности при влажности в момент испытания к плотности при влажности 12 % массу образцов определяют в бюксах с погрешностью не более 0,001 г. Размеры поперечного сечения и длину измеряют с погрешностью не более 0,1 мм по осям симметрии образцов. Допускается определять объем образцов другим способом с погрешностью не более 0,01 см3. Определение плотности в абсолютно сухом состоянии и парциальной плотности. При определении парциальной плотности влажность образцов должна быть меньше предела насыщения клеточных стенок. Массу и размеры образцов определяют так же как и при определении 6 плотности при влажности. Образцы высушивают до постоянной массы по ГОСТ 16483.7-71 и охлаждают в эксикаторе. Повторно определяют массу и размеры образцов. Определение базисной плотности. Влажность образцов должна быть больше предела насыщения клеточных стенок. Плотность (ρW) каждого образца при влажности W в момент испытания вычисляют в килограммах на кубический метр или в граммах на кубический сантиметр по формуле W m m W W V a b l W W W W , где mW - масса образца при влажности W, кг (г); aW, bW, lW - размеры образца при влажности W, м (см); VW - объем образца при влажности W, м3 (см3). Результат вычисляют и округляют до 5 кг/м3 (0,005 г/см3). Парциальная плотность древесины, г/см3 или кг/м3, характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объема влажной древесины. Базисная плотность древесины представляет собой отношение массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок. Малой плотности: Бальса, Пихта сибирская, Ель, Ива, Ольха. Средней плотности: Вишня, Тис обыкновенный, Бук, Береза. Высокой плотности: Ясень, Слива, Яблоня, Граб, Пекан. Плотность древесины бука найдем по формуле: W m m 8,7 W W 0,69г / см 3 690кг / м 3 . V a b l 3 2,2 1,9 W W W W 7 Вопрос 3 Электропроводность и электрическая прочность древесины. Диэлектрические и пьезоэлектрические свойства древесины. Практическое значение электрических свойств древесины в деревообрабатывающих производствах. Определить величину и коэффициент разбухания сосновой доски в тангенциальном направлении, если ее размер в этом направлении при увлажнении от 0 до 20 % изменился от 135 до 140,2 мм. Электропроводность. Способность древесины проводить электрический ток находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений: объемного и поверхностного. Наибольшее значение для характеристики электропроводности материала имеет первый вид сопротивления, показателем которого служит удельное объемное сопротивление имеющее размерность Ом · см и численно равное сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размерами 1x1x1 см изданного материала (древесины). Древесина относится к диэлектрикам (108-1017 Ом·см). Для нее применимы методы измерения сопротивлений твердых диэлектриков при постоянных напряжениях. С учетом специфики древесины эти методы использованы ЦНИИМОД при разработке ГОСТ 18408-73. У разных пород электропроводность различная, но при этом у всех пород вдоль волокон она в несколько раз больше, чем поперек волокон. Электрическая прочность. Так называется способность древесины противостоять пробою, т. е. снижению сопротивления при больших напряжениях. Для определения электрической прочности древесины при переменном напряжении частотой 50 Гц в ЦНИИМОДе был разработан 8 ГОСТ 18407—73. Показателем электрической прочности служит Епр — отношение пробивного напряжения к толщине материала, кВ/мм. Электрическая прочность абсолютно сухой древесины вдоль волокон составляет 1,3-1,5 кВ/мм, что в 4-7 раз меньше, чем поперек волокон. С повышением влажности электрическая прочность заметно снижается. По данным БелТИ, прочность снижается в 2 раза при изменении влажности с 10 до 14 %. Электрическая прочность древесины по сравнению с другими твердыми изоляционными материалами невелика (у стекла Епр = 30, у полиэтилена — 40 кВ/мм). Для повышения электрической прочности древесину пропитывают парафином, олифой, искусственными смолами и другими веществами. Диэлектрические свойства. Находящаяся в переменном электрическом поле древесина проявляет свои диэлектрические свойства, которые характеризуются двумя показателями. Первый из них — относительная диэлектрическая проницаемость ε — численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель — тангенс угла диэлектрических потерь tg δ — определяет долю подведенной мощности, которая поглощается древесиной и превращается в теплоту. Пьезоэлектрические свойства. На поверхности анизотропных пластинок из кристаллов (кварц, турмалин, сегнетовая соль) при растяжении или сжатии появляются электрические заряды: положительный на одной стороне и отрицательный на другой. Электрические заряды возникают под действием механических усилий, давления, поэтому это явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом (слово «пьезо» означает давление). Указанные материалы обладают и обратным пьезоэлектрическим эффектом — их размеры изменяются под действием электрического поля. Пластинки из этих кристаллов находят широкое применение в качестве излучателей и приемников в ультразвуковой технике. 9 Для повышения электрической прочности древесины и снижения электропроводности при использовании ее в качестве изолятора древесину пропитывают трансформаторным маслом, парафином, искусственными смолами. Древесина в сухом состоянии не проводит электрический ток, т.е. она является диэлектриком. Величина разбухания определяется по формуле: Р V2 V1 140,2 135 100% 100% 3,7% ; 140,2 V2 Определить коэффициент разбухания: Р 3,7 К 0,19 . р W 20 10 Вопрос 4 Прочность древесины при сдвиге. Привести схему испытания образца на скалывание вдоль волокон по тангенциальной поверхности. Определить прочность образца из древесины березы при скалывании вдоль волокон и привести ее к нормализованной влажности, если размеры площадки скалывания 20×30 мм, максимальная нагрузка 6300 Н, а влажность в момент испытания 7 %. Поправочный коэффициент = 0,03. Прочность древесины при сдвиге. Надежность соединения элементов деревянных конструкций и изделий во многих случаях определяется способностью древесины сопротивляться действию касательных напряжений. Для того чтобы при механических испытаниях древесины установить предельные значения касательных напряжений, следовало бы создать условия чистого сдвига рабочей части образца. Однако это сопряжено со значительными трудностями в технике эксперимента. Вместе с тем для инженерных расчетов можно ограничиться результатами более простых испытаний на сдвиг. При этих испытаниях к образцу прикладываются две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости. Учитывая волокнистое строение древесины, различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперек волокон и перерезание древесины поперек волокон. Схемы действия сил при этих испытаниях, а также плоскости разрушения, которые задаются принудительно. 11 Рис. 3. Схема скалывание вдоль волокон Предел прочности определяют на малых, чистых и не имеющих пороках образцах в лабораториях на испытательных машинах. Эти образцы имеют базисное сечение с размерами 20 * 20 мм и должны включать не менее 4-5 годичных слоёв. Некоторые виды испытаний производят на образцах, сечение которых отличается от указанного. При однофазном деформировании на диаграмме хорошо выражен приблизительно прямолинейный участок, продолжающийся почти до достижения максимальной нагрузки, при которой образец древесины разрушается. При трехфазном деформировании процесс деформирования древесины при сжатии поперек волокон проходит три фазы: первая фаза характеризуется на диаграмме начальным, примерно прямолинейным участком, показывающим, что в этой стадии деформирования древесина условно подчиняется закону Гука, как и при однофазном деформировании; в конце этой фазы достигается условный предел пропорциональности; вторая фаза характеризуется на диаграмме почти горизонтальным или слабонаклонным криволинейным участком; переход из первой фазы во вторую более или менее резкий; третья фаза характеризуется на диаграмме прямолинейным участком с крутым подъемом; переход из второй фазы в третью в большинстве случаев постепенный. Определим прочность при сжатии древесины по формуле: P 6300 1 (W 12) max 1 (W 12) 1 0,03(7 12) 8,925МПа . 12 7 a b 20 30 12 Вопрос 5 Пороки строения древесины: сердцевина, смещенная и двойная сердцевина; пасынок и глазки. Влияние на качество древесины. Сердцевина. В круглых сортиментах присутствие сердцевины неизбежно, поэтому в них она пороком не считается. В пилопродукции измеряют глубину залегания сердцевины, считая от ближайшей пласти или кромки. Сердцевина и примыкающая к ней ювенильная древесина существенно снижают прочность сортиментов малого сечения. В крупных пиленых сортиментах присутствие сердцевины нежелательно из-за многочисленных заросших сучков вокруг неё. Кроме того, сортименты, выпиленные таким образом, что в них оказывается сердцевина, при сушке, как правило, растрескиваются вследствие анизотропии усушки. Сердцевина легко загнивает. Смещенная расположении сердцевина. сердцевины, Порок выражается затрудняющем в эксцентричном использование круглых лесоматериалов; он указывает на наличие реактивной древесины. Двойная сердцевина. В сортиментах, выпиленных из ствола вблизи его разделения на отдельные вершины, могут быть обнаружены две сердцевины, а иногда и более. Каждая сердцевина имеет свою систему годичных слоёв и по периферии ствола окружена общей системой годичных слоёв. Сечение ствола принимает овальную форму. В пилопродукции и шпоне измеряют длину участка с двойной сердцевиной, а в круглых лесоматериалах только отмечают наличие этого порока. Пиленые сортименты с двойной сердцевиной сильнее коробятся и растрескиваются. Распиловка и лущение круглых сортиментов затруднены и сопровождаются увеличением количества отходов. Пасынок и глазки. В эту подгруппу включены очень крупные или, наоборот, крайне малые сучки. 13 Пасынок представляет собой отставшую в росте или отмершую вторую вершину ствола, которая пронизывает сортимент под острым углом к его продольной оси на значительном протяжении. В круглых лесоматериалах пасынок имеет вид сильно вытянутого овала, в пилопродукции и шпоне — полосы или овала с самостоятельной системой годичных слоёв. Порок измеряют по наименьшему диаметру его сечения. Пасынок нарушает однородность строения древесины, а в пилопродукции — и целостность, снижает прочность, особенно при изгибе и растяжении. Глазки — это следы не развившихся в побег спящих почек, которые обнаруживаются в пилопродукции и шпоне. Диаметр глазков не более 5 мм. Различают глазки разбросанные и групповые (три глазка и более на расстоянии друг от друга менее 10 мм). Кроме того, в шпоне выделяют светлые, почти не отличающиеся по цвету от окружающей древесины, и тёмные глазки. При наличии разбросанных глазков определяют их число, а при наличии групповых — ширину занимаемой ими зоны. В мелких сортиментах глазки, особенно находящиеся в растянутой зоне опасного сечения, снижают прочность при статическом изгибе и ударную вязкость. 14 Вопрос 6 Технические свойства и промышленное применение древесины ореха, ольхи и самшита. Орех произрастает на Кавказе и Дальнем Востоке. Древесина ореха довольно тяжелая, твердая и прочная, имеет красивый цвет и текстуру. Она хорошо обрабатывается, полируется и поэтому высоко ценится в мебельном и фанерном производстве; идет на внутреннюю отделку помещений, изготовление токарных и резных изделий, лож охотничьих ружей. Ольха. Растет на сильно увлажненных почвах. Свежесрубленная древесина ольхи белого цвета на воздухе быстро краснеет. Древесина ольхи мягкая, легкая, однородного строения. Применяется в фанерном, столярно-мебельном производстве, а также для производства ящичной тары. Самшит произрастает на Черноморском побережье Кавказа и в Крыму. Древесину самшита применяют для изготовления духовых инструментов (флейты), ткацких челноков, гравировальных досок, пуговиц, резных и токарных изделий. 15 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Вакин А. Т., Полубояринов О. И., Соловьёв В. А. Альбом пороков древесины. — М.: «Лесная промышленность», 1969. — 124 с. 2. Перелыгин Л. М. Древесиноведение. — М.: «Лесная промышленность», 1969. — 156 с. 3. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение: Учебник — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. — 351 с. 16
