3) коробление (рис. 7). Это изменение поперечного сечения доски, которое бывает:
а) поперечным. При этом изменяется форма сечения доски в результате разницы в усушке по радиальному и тангенциальному направлениям. Размеры сердцевинной доски уменьшаются к кромкам, а доска, внешняя часть которой направлена тангенциально, подвержена большему усыханию, чем доска, внутренняя часть которой ориентирована радиально. Коробление увеличивается по мере приближения к сердцевине;
Рис. 7. Разновидности коробления: а, б – поперечное коробление брусков; в – поперечное коробление досок; г – продольное коробление; д – крыловатость
б) продольным, то есть по длине. При этом доска может изменяться дугообразно (типично для ядровых пород, у которых усушка ядра и заболони различна) или даже принять винтообразную форму (это называется крыловатостью и характерно для пиломатериалов с тангенциальным направлением волокон).
Характер внутренних напряжений различен: в поверхностных слоях возникают растягивающие напряжения, а в более глубоких, внутренних слоях – сжимающие.
В случае неправильного хранения материалов (при высокой влажности) их линейные размеры и объем могут увеличиваться, то есть возникает процесс, обратный усушке. Он называется разбуханием. Это наблюдается при возрастании влажности до предела гигроскопичности. Увеличение количества капиллярной влаги не сопровождается разбуханием. Данный процесс достигает максимального значения в тангенциальном направлении и минимального – вдоль направления волокон.
Усушка и разбухание относятся к негативным качествам древесины. При изготовлении мебели необходимо избегать их. Однако можно привести примеры, когда разбухание играет положительную роль. В частности, благодаря ему увеличивается плотность соединений у различных деревянных изделий (в бочках, лодках и пр.).
Способность древесины впитывать влагу из воздуха называется влагопоглощением. Это ее свойство не зависит от породы и является отрицательным качеством, поскольку сильное увлажнение, возникающее в условиях повышенной влажности, ухудшает физико-механические свойства древесины, ее биостойкость и пр.
Способность древесины впитывать влагу при непосредственном контакте с жидкостью называется водопоглощением. В наибольшей степени этому подвержены древесные породы, отличающиеся меньшей плотностью, поскольку они имеют большее количество полостей. Следовательно, чем меньше полостей, то есть чем выше плотность древесины, тем ниже водопоглощение. Ядро, будучи более плотным, поглощает меньше свободной влаги, чем заболонь.
Плотность является не менее важным качеством древесины: чем больше в ней пустот, тем менее плотной она будет. Данный параметр зависит от влажности материала. Ее увеличение приводит к возрастанию плотности. Например, у бука при 12 %-ной влажности она равна 670 кг/м3, а при 25 %-ной – 710 кг/м3. Для сравнения плотности разных пород принято устанавливать их физико-механические характеристики при влажности 12 %.
Между плотностью и прочностью существует прямо пропорциональная зависимость: чем тяжелее древесина, тем она прочнее. Максимальную плотность имеет древесина таких пород, как самшит (960 кг/м3) и саксаул (1040 кг/м3), а минимальную – пихта сибирская (375 кг/м3).
В зависимости от плотности древесины выделяют три группы, представленные в табл. 3.
Плотность древесины лиственных кольцесосудистых пород различна. Например, ранняя древесина более пористая и менее плотная, чем поздняя, сложнее лакируется и полируется, но прекрасно гнется. У рассеянно-сосудистых лиственных и хвойных пород она отличается высокой плотностью, поэтому хорошо поддается различной обработке, в том числе полированию и лакированию.
Таблица 3
Классификация древесины по плотности при 12 %-ной влажности
Плотность древесины зависит от совокупности веществ, образующих оболочку клеток. Поскольку клетки разных пород древесины похожи по своему строению, то ее плотность варьируется в пределах 1430–1560 кг/м3.
Относительно теплопроводности данного материала можно сказать следующее: поскольку полости сухой древесины заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла, то и ее теплопроводность невелика – 0,1–0,35 ккал/(м × °С × ч). При увеличении влажности этот параметр возрастает. Кроме того, он зависит и от направления роста волокон (вдоль них он в 2 раза больше, чем поперек) и породы древесины.
Теплоемкость – это способность древесины накапливать тепло. Показателем теплоемкости является удельная теплоемкость. Это количество теплоты, требующееся для нагревания 1 кг древесины на 1 °C. Теплоемкость едина для любой древесины независимо от породы и возрастает при увеличении влажности.
Тепловым расширением называется способность древесины увеличивать линейные размеры и объем при повышении температуры. Коэффициент теплового расширения у древесины по сравнению с таким же показателем у металла, стекла или бетона в 3–10 раз меньше.
Звукопроводность древесины определяется скоростью распространения в ней звука. Она выше вдоль волокон, меньше в радиальном направлении, а самая низкая – в тангенциальном.
Если сравнить звукопроводность древесины вдоль и поперек волокон со звукопроводностью воздуха, то в первом случае она в 16 раз выше, а во втором – в 3–4 раза. Иными словами, если при изготовлении мебели звукопроводность древесины не имеет никакого значения, то при использовании данного материала в строительстве ее роль отрицательная, а в производстве музыкальных инструментов – положительная.
Сопротивление прохождению электрического тока называется электропроводностью. У сухой древесины этот параметр довольно незначителен, поэтому она может выступать в роли изолятора. Электропроводность древесины напрямую связана с породой дерева, температурой (ее повышение приводит к уменьшению сопротивления), влажностью (при возрастании влажности до 30 % сопротивление значительно уменьшается) и направлением роста волокон (сопротивление вдоль них меньше в несколько раз, чем поперек).
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Механические качества древесины определяют ее способность противостоять воздействию внешних нагрузок, которые подразделяются на:
1) статические, возрастающие постепенно, плавно;
2) динамические (ударные), воздействующие резко, мгновенно и максимально;
3) вибрационные, сопровождающиеся изменением величины и направления;
4) долговременные, характеризующиеся продолжительностью.
Под влиянием нагрузок в материале нарушаются связи между его отдельными элементами, искажается форма, но при этом в нем возникает внутреннее сопротивление. Если в результате изменяются форма и размер древесины, говорят о ее деформации, которая может быть упругой (исчезает после прекращения воздействия) и остаточной (сохраняется после исчезновения нагрузки).
К механическим свойствам древесины относятся:
1) прочность;
2) твердость;
3) деформативность;
4) ударная вязкость.
Способность древесины противостоять нагрузкам и сопротивляться разрушению называется прочностью. Она зависит от породы дерева, влажности, плотности, наличия или отсутствия пороков, а также от направления и продолжительности воздействия нагрузки.
Воздействие сил направлено на:
1) растяжение. Средняя величина предела прочности на растяжение вдоль волокон независимо от породы составляет 1300 кгс/см2, а поперек волокон – 65 кгс/см2;
2) сжатие. Оно может быть направлено как вдоль, так и поперек волокон. В первом случае прочность равна 500 кгс/см2, а во втором она ниже примерно в 8 раз. Древесина тестируется на сжатие в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород прочность при радиальном сжатии в 1,5 раза выше, чем при тангенциальном, а у хвойных пород – наоборот;
3) изгиб. Поверхностные слои при таком воздействии подвержены напряжению сжатия, а внутренние – напряжению растяжения вдоль волокон. Между ними имеется нейтральная плоскость, не испытывающая никаких напряжений. Предел прочности определяется породой древесины и ее влажностью. Средние показатели (независимо от породы) составляют 1000 кгс/см2;
4) скалывание. В данном случае под воздействием внешних нагрузок возникают сдвиги одних частей относительно других, при этом выделяют:
а) скалывание вдоль волокон, при котором предел прочности составляет 20 % от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами в тангенциальном направлении оно на 10–30 % выше, чем в радиальном;
б) скалывание поперек волокон, при котором предел прочности в 2 раза меньше, чем при скалывании вдоль направления роста волокон;
