Применение древесных материалов

Древесные материалы

Древесина и ее применение в народном хозяйстве. Строение дерева

В народном хозяйстве древесина применяется очень широко: в промышленном и гражданском строительстве ее используют для изготовления отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений, а также окон, дверей, паркета и т. п. Древесина — сырье для изготовления целлюлозы, бумаги, картона, этилового спирта. При химической переработке древесины получают канифоль и скипидар; из коры дуба, ивы и лиственницы добывают дубильные вещества, употребляемые в кожевенной промышленности.

В судостроении древесину применяют при закладке судов на стапеле и спуске их на воду (кильблоки, спусковые дорожки стапеля, полозья, подбрюшины), для покрытия металлических палуб, для изоляции и оборудования провизионных кладовых, трюмов, кают и других помещений, для изготовления деревянной мебели, возведения строительных лесов, временных трапов.

Широкое применение древесины объясняется ее техническими свойствами. При относительно небольшой массе она обладает достаточной прочностью, легко обрабатывается, хорошо склеивается, а изделия из нее отличаются хорошими декоративными качествами.

Вместе с тем древесина имеет и ряд отрицательных свойств. При изменении влажности она разбухает, усыхает, растрескивается и коробится. Естественные древесные материалы подвержены загниванию и легко воспламеняются. В меньшей степени эти недостатки свойственны прессованной древесине, древесностружечным и древесноволокнистым плитам.

Растущее дерево состоит из корней, ствола и кроны. Корни всасывают из почвы влагу, питательные минеральные вещества и удерживают дерево в почве. Ветви и листья дерева образуют крону. В листьях происходит так называемый процесс фотосинтеза. Они поглощают из воздушной среды углекислый газ, который разлагается на углерод и кислород. Кислород из листьев выделяется в воздух, а углерод под влиянием солнечного света, взаимодействия с влагой и растворенными в ней минеральными веществами образует различные органические соединения, необходимые для питания дерева, которые распространяются по внутреннему слою его коры.

Ствол поддерживает крону дерева, хранит влагу, а также запасы питательных веществ, вырабатываемых листьями. Он состоит из сердцевины, древесины, камбия и коры (рис. 1.1).

Сердцевина, расположенная в центре ствола, представляет собой рыхлую мягкую ткань и занимает незначительную часть ствола. Далее располагается древесина, занимающая большую часть ствола.

Камбий охватывает древесину сплошным кольцом. Он состоит из клеток, способных к делению и росту.

Кора защищает дерево от механических повреждений и от неблагоприятных влияний окружающей среды. Внутренний слой коры (лубяной) служит для отложения запасов питательных
веществ, выработанных в листьях. По строению коры можно определить породу дерева.

Древесина — основной технический материал, свойства которого неразрывно связаны с ее строением. Макроструктура (элементы строения) древесины хорошо видна на разрезах ствола невооруженным глазом. Так, на разрезах четко выделяются годичные слои, сердцевинные лучи, ядро и заболонь.

Годичные слои — концентрические круги вокруг сердцевины — хорошо видны на торцовом срезе. На радиальном срезе они просматриваются в виде продольных линий, на тангенциальном — в виде дугообразных кривых. У живого дерева каждый год вырастает один годичный слой. Рост происходит от камбиального слоя, поэтому чем ближе расположен слой к сердцевине, тем он старее. По числу годичных слоев на торцовом срезе комлевой части ствола можно определить возраст дерева. Годичный слой состоит из ранней древесины, образованной в весенний период роста, и поздней, развивавшейся в летний период. Окраска ранней древесины светлая. Поздняя древесина имеет более темную окраску и отличается большой плотностью и высокими механическими качествами.

Сердцевинные лучи сохраняют, а также проводят влагу и питательные вещества в горизонтальном направлении между годичными слоями. На торцовом срезе ствола (особенно у дуба, бука и клена) сердцевинные лучи имеют вид радиально расположенных узких полосок, на радиальном срезе — светлых или темных блестящих полосок, а на тангенциальном — темных штрихов с заостренными концами, расположенных по длине ствола.

У деревьев некоторых пород окраска периферийной и центральной частей ствола на торцовом и радиальном срезах различна. Такие породы деревьев называют ядровыми. Породы деревьев, стволы которых на срезе не имеют этого различия окраски, называют заболонными.

Центральная, темноокрашенная часть древесины, прилегающая к сердцевине, является ядром. Оно состоит из омертвевшей древесины, которая отличается повышенной стойкостью к загниванию, так как содержит значительное количество смол и дубильных веществ.

Заболонь — часть древесины раннего образования, состоящая из молодых клеток. В растущем дереве по заболони движется влага с растворенными в ней минеральными веществами. Ширина заболони зависит от возраста и места произрастания дерева. Широкую заболонь имеют сосна и дуб. По механическим свойствам заболонная древесина не отличается от древесины ядра, но менее устойчива к загниванию, так как легко впитывает влагу.

Микроструктура древесины различима только под микроскопом. Основными элементами древесины являются клетки, древесные волокна, сосуды и трахеиды.

Клетки представляют собой тонкие замкнутые оболочки, внутри которых находятся протоплазма и ядро. Клетки размножаются путем деления: ядро делится на две части и из одной клетки образуются две малые. По мере роста каждая из них делится также на две и т. д. Живые клетки служат для передачи питательных веществ друг другу и хранения запасов этих веществ на зимний период.

Древесные волокна — длинные одеревеневшие толстостенные клетки, составляющие основную часть древесины лиственных пород.

Сосуды — вытянутые тонкостенные клетки, через которые влага от корней проходит к листьям. Сосуды встречаются только в древесине лиственных пород.

Трахеиды — длинные замкнутые клетки, расположенные радиальными рядами. Они составляют основную часть древесины хвойных пород. Тонкостенные трахеиды заменяют собой сосуды, а толстостенные — волокна клетки. В древесине многих хвойных пород расположены смоляные ходы, в которых вырабатывается смола. Они соединены в горизонтальном и вертикальном направлениях и представляют собой единую систему.

Древесные материалы и их применение в строительстве

Дерево применяется в строительстве очень давно, но современная промышленность дали возможность использовать более совершенные материалы.

Многослойная фанера

Слово “Фанера” это французское слов, которое в дословном переводе означает накладывать. Действительно сам материал состоит из 3 и более слоев древесного материала, которые соединены связующим веществом искусственного происхождения. Как правило, древесный материал – это шпон дерева, тонкие слои березы, сосны.

При изготовлении фанеры листы шпона укладывают в перпендикулярном расположении древесных волокон. За счет этого тонкий строительный материал получает достаточно высокую прочность. Кроме того фанера сохраняет форму при изменении влажности и температуры в помещении, что выгодно отличает ее от натуральной древесины. Связующим материалом выступает различного рода клей, который зависит от требуемых характеристик фанеры. От клея зависит водостойкость фанеры.

ДВП плиты

Следующий древесный материал, который используется для обшивки стен, потолка и пола -ДВП. При изготовлении этих плит используются стружки, которые проходят машинное прессование с добавлением клея. Минусом плит ДВП является низкая сопротивляемость к влажности, поэтому их преимущественно используют в сухих помещениях. Кроме того ДВП плита достаточно тяжелая. При выборе таких плит следует обращать внимание на сертификат качества от производителя, в частности какой клей использовали при изготовлении плиты. Назначение ДВП – отделка, выравнивание, звуко и теплоизоляция. ДВП широко используют при изготовлении мебели. Из ДВП выполнены все ненесущие элементы каркасных зданий.

OSB плита. С развитием технологии появилась ОСП (см подробнее тут https://osbplyta.ru/buying.html), цена которой немного выше ДВП, но при этом она обладает рядом преимуществ. OSB (осп) – жто ориентированно-стружечная плита, которая изготовлена также методом прессования, но в данном случае прессование является горячим и трехслойным. При этом щепы верхнего и нижнего слоя ориентируется вдоль длинной стороны готовой плиты, а щепа внутреннего слоя расположена перпендикулярно. Кроме того при изготовлении плиты используется как длинная переплетенная между собой щепа, так и крупноразмерная спрессованная (на внешних сторонах). Так же как и в случае с фанерой, получается материал, который не боится влаги, перепадов температур.

К преимуществам OSB плиты следует отнести:

1. высокую прочность.

2. возможность сохранять первоначальную форму.

3. возможность использования во влажных помещениях и открытом воздухе.

4. относительную легкость механической обработки.

5. отличную звуко и теплоизоляцию.

OSB плиты используются для укладки пола, как выравнивающие элементы. При помощи этих плит можно обустраивать кровлю из гибкой черепицы или других битумных кровельных материалов.

Области применения древесины: от масштабного строительства до домашнего изготовления мебели и поделок

Под термином «древесина» принято понимать внутреннюю часть ствола дерева, расположенную под его корой и освобожденную от веток, луба и корней. К основным физико-техническим характеристикам этого материала относятся: прочность и износостойкость, привлекательный внешний вид, высокая теплопроводность и т.д.

Применение и использование древесины

Для изготовления инженерных сооружений и изделий различного назначения древесина используется с давних времен. К примеру, из этого материала был изготовлен мост через реку Тибр в Древнем Риме, в котором полностью отсутствовали скрепляющие компоненты из металла. Он был построен в 614 году до н.э. и простоял на своем месте 24 года!

Так что же делают из древесины:

• Различные виды мебели, включая корпусную, мягкую и решетчатую.
• Изделия столярно-строительного назначения (оконные и дверные блоки, паркетная и половая доска, фрезерованные погонажные детали и т.д.).
• Музыкальные инструменты, в том числе: скрипки, гитары, виолончели, рояли и т.д.
• Деревянные суда (лодки, яхты, каноэ и др.).
• Инвентарь для спорта (лыжи, биты, городки, клюшки).
• Приборы точной механики и радиотехнические изделия (футляры радиоприемников, микроскопов и т.д).
• Посуда и художественные изделия.
• Тара (ящики, бочки и др.). и т.д.

Древесина как конструкционный материал находит применение в автомобилестроительной промышленности, где она используется для создания деталей и узлов грузовых машин, сельскохозяйственной техники и элементов внутренней оснастки салонов авто «люкс» класса.

Области использования древесины

Из натуральной древесины изготавливается основная группа строительных материалов, использующихся для возведения сооружений различной сложности. Это клееный брус, оцилиндрованное бревно и сухой профилированный брус.

С этой целью используется сырье хвойных пород, отличающееся более выраженной прямослойностью волокон и наличием большего количества смолистых веществ в их составе. Эти вещества препятствуют развитию гниения и разложения сердцевины дерева.

Древесина более мягких, лиственных пород применяется в изготовлении мебели, декоративных и бытовых изделий.

Различные изделия из древесины

Благодаря своей красивой текстуре, оптимальной плотности, хорошей податливости обработке и достаточно высокой механической прочности, древесина является универсальным и практичным материалом для изготовления строительно-столярных, декоративных изделий, мебели и товаров культурно-бытового назначения.

В число изделий, производимых из древесины лиственных и хвойных пород, входит широкий ассортимент разнообразных элементов небольшого поперечного сечения и деталей, изготовленных методом фрезеровки, а также точеных изделий. Сюда можно отнести:

• Плинтусы, наличники, пояски, поручни для лестничных перил, карнизы, галтели, обшивки.
• Паркетная продукция, включая штучный паркет, щитовой паркет, паркетную доску и мозаичный паркет.
• Фанера толщиной от 3 до 19 мм.
• Древесно-волокнистые плиты.

Также из этого материала производят изделия столярного назначения, например, дверные и оконные блоки, состоящие из коробок, деревянных полотен и оконных створок, и строительные материалы, включая:

• Балки и щиты перекрытий;
• Щиты перегородок;
• Элементы щитовых и каркасных домов и т.д.

При этом качество вышеуказанной продукции определяется, исходя из множества различных параметров, основным из которых является влажность сырья, поступающего в обработку.

Поделки своими руками

Превосходные внешние качества, декоративность и удобство в работе (по данным параметрам ей можно присвоить «пятерку» по уже используемой нами ранее пятибалльной шкале оценки), древесина является одним из наиболее популярных материалов, используемых для создания всевозможных поделок и сувениров.

Из нее можно изготовить огромное количество интересных и оригинальных вещей: дверки шкафа и столешницы для журнальных столиков, украшения, декоративные подставки, шкатулки и т.д.

Что может быть сделано из древесины

Пример №1 Пример №2 Пример №3 Пример №4 Пример №5 Пример №6 Пример №7 Пример №8 Пример №9

При самостоятельной работе с древесиной различных видов следует иметь в виду, что в качестве облицовочного материала наиболее рационально использовать кап тополя, отличающийся легкостью, хорошей податливостью шлифовке и высокой декоративностью. Однако недостатком этого материала является его редкость.

Гораздо более доступным материалом для домашних поделок можно назвать поленья дров, среди которых «встречаются» очень оригинальные «экземпляры». Их, при правильном распиле, можно использовать для облицовки столешниц и дверок шкафчиков.

Из натуральной древесины также можно изготовить скамейки, статуэтки и другие предметы декора, которые могут стать дополнением любого интерьера.

Мебель

Дерево является основным сырьем для производства мебели, в том числе элитного уровня. При этом для создания различных видов мебели используются разные виды древесины:

• Мягких пород (это кедр, ель, сосна, каштан, ольха, ива, тополь и т.д.)
• Твердых пород (яблоня, орех, ясень, рябина, береза, бук и др.)
• Очень твердых пород (самшит, граб, фисташковое дерево, акация).

Твердость исходного сырья оказывает непосредственное влияние на продолжительность эксплуатации мебельных гарнитуров и отдельных изделий, изготовленных из натурального дерева. Однако мебель производится из древесины всех перечисленных видов, причем во всех случаях она может иметь высокое качество. Основное влияние на формирование стоимости готовой продукции оказывает отделка материала и конечный внешний вид мебели.

Лесоматериалы

Материалы и изделия из древесины принято подразделять на несколько основных групп:

• Лесоматериалы, производимые методом механической обработки дерева. В их число входят круглые, пиленые, лущеные, строганные материалы.
• Колотые и побочные продукты: древесная мука, опилки, стружка, щепа.
• Модифицированная древесина, прошедшая обработку синтетическими смолами, пластифицированная аммиаком и др.
• Древесные изделия (фанера, ДСП, столярные плиты, ДВП, древесно-слоистые пластики и т.д.)

Древесина в строительстве домов и других сооружений

Древесина является одним из основных материалов, использующихся в строительстве, для возведения зданий и конструкций различной сложности. С данной целью используется сырье как хвойных, так и лиственных пород дерева, имеющие определенный набор специфических характеристик, обуславливающих их применение в той или иной области.

К примеру, для монтажа опалубки более рационально использовать материал хвойных пород, так как древесина лиственных деревьев плохо переносит нагрузку бетонной массы. Также хвойные деревья являются основным сырьем для производства бруса, из которого возводятся жилые дома и бани.

При этом считается, что для строительства бани лучше использовать сосну, произрастающую в северной местности. Такое сырье содержит минимальное количество влаги, имеет высокую прочность и устойчивость к растрескиванию.

Продукты для копчения

Помимо основной части дерева, в повседневной жизни мы активно пользуемся «отходами» деревообработки, такими, как дрова, опилки и щепа. Этот материал с большим успехом применяется в кулинарии, для копчения различных продуктов.

Хорошо использовать с этой целью древесину лиственных деревьев, которая хорошо подходит и для мяса, и рыбы. Это может быть осина, придающая готовому блюду очень тонкий, изысканный аромат, а также бук, дуб и осина, образующие стойкий дым и насыщенный аромат.

Изделия из отходов древесины

В результате обработки древесного сырья на пиломатериалы средний выход готовой продукции составляет порядка 65 %. Оставшиеся 35 % приходятся на отходы в виде горбыля (14%), опилок (12%), обрезков и мелочи.

В случае переработки пиломатериалов для производства строительных материалов, мебели и изделий бытового назначения получается около 40% отходов (это опилки, срезки, стружка). Поэтому, для более рационального использования этого материала, данная «отбраковка» также находит применение в промышленности.

В частности, древесные опилки используются для изготовления теплоизоляционных и стеновых материалов, в состав которых входят вяжущие растворы. Кроме того, они являются одним из компонентов перегородочных и отделочных гипсовых плит. Также стружка используется для производства древесно-стружечных плит.

Из кусковых отходов небольшого размера и обрезков путем дробления получается стружка для изготовления ДСП, арболита и т.д. Крупные отходы используются для создания клееных конструкций различного назначения (шпал, брусьев, оконных блоков и т.п).

Экоизделия из отходов ценных пород древесины:

Достоинства и недостатки материала

Таким образом, к основным достоинствам древесины можно отнести:

• Малый объемный вес, составляющий порядка 500 кг/м3.
• Высокая относительная и удельная прочность.
• Высокая упругость (благодаря этому показателю древесина может применяться в сейсмоопасных районах).
• Хорошая стойкость к химическому воздействию.
• Превосходные теплоизолирующие свойства.
• Отличные акустические характеристики, позволяющие использовать древесину для обустройства лучших концертных залов мира.
• Безопасность для человека и экологичность.
• Простота в добывании.
• Удобство и быстрота в работе (с этой точки зрения ей можно присвоить твердую «пятерку» по пятибалльной шкале оценки).
• Отсутствие сезонных ограничений при работе.

Недостатки древесины:

• Различие механических свойств в зависимости от породы.
• Подверженность изменению формы и размера в результате набухания, усушки, коробления и других естественных процессов.
• Возможность растрескивания.
• Возникновение гнилостных процессов в результате воздействия бактерий и микроорганизмов.
• Слабая пожаростойкость.

Возвращаясь к нашей оценочной шкале можно сделать резонный вывод, что древесина как универсальный природный материал заслуживает «отлично» за доступную стоимость, удобство в работе, внешний вид и экологичность. А за долговечность и практичность ей можно присвоить твердую «четверку».

Применение древесных материалов

Различают следующие группы :

Древесина натуральная — основная группа древесных материалов — лесоматериал круглый, тёсанный, колотый, пиленый, ( пиломатериал — доски, брусья, и др) щепной шпон, строганая фанера, древесная стружка, опилки, древесное волокно и пр.

Древесина пропитанная — натуральная древесина, в структуру которой введены:

• антисептически вещества для повышения биостойкости (консервированная древесина),
• антипирены, повышающие огнестойкость (в строительстве),
• стабилизаторы для снижения гигроскопичности и размероизменяемости при изменении её влажности (в машиностроении),
• красители (в мебельном производстве) и пр.

Древесина прессованная — уплотненная, преимущественно в направлении поперёк волокон, при давлении 100—300 кг/см2 (до объёмного веса 1,3— кг/см3) и нагреве (до 100°—250°).

Древесина клееная — склеенная для получения элементов больших размеров по толщине, ширине и длине, с более однородными физико-механическими свойствами или с заданным расположением наиболее прочной древесины в элементе.

Древесина слоистая — получаемая склеиванием шпона или строганой фанеры синтетическими смолами или белковыми клеями. Относительное направление волокон в слоях может быть различное, в соответствии с чем различают следующие виды слоистой древесины:

• фанера клеёная (переклейка) — взаимно перпендикулярным направлением волокон в соседних слоях шпона,
• фанера формованная (выклейка) криволинейной формы вплоть до сферической,
• древесина слоистая — с одинаковым или разным направлением волокон шпона в слоях,
• древесина слоистая комбинированная (столярные плиты).

Слоистая древесина иногда армируется тонким листовым металлом, металлической сеткой или тканью.

Древесина слоистопрессованная — изготовленная путём склеивания под давлением — 300 кг/см2 и при темпеатуре около 150° пропитанного синтетической смолой шпона, объёмный вес 1,3— 1,5 кг/см3,бывает тех же разновидностей, что и слоистая древесина.

Древеснопластические материалы — изготовляемые из стружек, опилок, дроблённой древесины и пр. и органических или минеральных связующих (10—30%); от пластич. материалов с древесным наполнителем они отличаются повышенным содержанием древесины; к древеснопластическим материалам относятся древесностружечные плиты, фибролит.

Древесноволокнистые плиты— изготовляемые из волокнистой древесной массы путём прессования.

В номенклатуру древесных материалах не входят материалы, являющиеся продуктом целлюлозно-бумажной, лесохимической отраслей промышленности, хотя исходным сырьём для получения этих материалов служит древесина.

Требования к лесоматериалам для гидротехнического строительства

Для строительства, реконструкции и ремонта гидротехнических сооружений (плотин, водоспусков, судоходных шлюзов и др.) применяют круглые и пиленые лесоматериалы хвойных (преимущественно) и лиственных пород

Условия работы древесины в гидротехнических сооружениях

значительно отличаются от условий в обычных наземных сооружениях. Для многих гидротехнических сооружений режим влажности постоянно меняется вследствие естественного или искусственного понижения уровня воды; происходящее при этом переменное увлажнение и высыхание деревянных элементов способствует созданию благоприятной среды для их гниения. Кроме того, на древесину может влиять длительное воздействие ударных и вибрационных нагрузок, химический состав воды и т. п.

Выбор древесины

Поэтому при выборе древесины необходимо учитывать ее стойкость против загнивания и механическую прочность.
В зависимости от условий среды долговечность древесных пород, различна. Так, в незащищенных от увлажнения нонструкциях малоустойчивы: ель, пихта, береза, бук, клен; в сырых местах высокой устойчивостью обладают: лиственница, дуб, ольха; относительно устойчивы в этих же условиях сосна, кедр.

Проведенные исследования позволили установить, что в результате воздействия среды, в которой древесина находилась 70 лет, полезное поперечное сечение деревянных элементов уменьшилось на 15—20% вследствие порчи их наружной части, вызванной процессом выщелачивания и ослизнения древесины пресной водой. Прочность древесины наружных слоев (на толщину 10— 15 мм) оказалась настолько малой, что она легко поддавалась смятию и разрушению при простом нажатии ногтем. Микроскопическим анализом установлено полное разрушение клеток и отсутствие какой-либо связи между ними.
За пределами поврежденного наружного слоя, а именно в заболони и в ядре, не обнаружено следов разрушения структуры клеток. Таким образом, механическая прочность исследуемой воздушно-сухой древесины при сжатии, изгибе, скалывании оказалась не ниже норм, допускаемых для здоровой древесины.

Соли натрия, кальция, калия и др., находящиеся в морской воде, оказывают на древесину гидротехнических сооружений большее влияние, чем речная пресная вода. Исследования проф. С. И. Ванина показали, что прочность древесины свай ), находившихся около 30 лет в воде, на 40—70% ниже, чем у нормальной древесины, не бывшей в воде.

Основная порода древесины, применяемая в строительстве гидротехнических сооружений, сосна. Дуб и лиственница используются в конструкциях, от которых требуется высокая прочность и стойкость против загнивания. Для изготовления мелких деталей нагелей, шпонок, клиньев, подкладок и т. п. применяют дуб, бук и другие твердые породы.
По прочности древесина должна удовлетворять следующим требованиям.

Предел прочности для древесины сосны 1-го и 2-го сортов (при испытании стандартных образцов с влажностью 15%) должен быть не менее:

• при сжатии вдоль волокон. 300 кг/см2
• при изгибе . 500 кг/см2
• при скалывании вдоль волокон. 50 кг/см2

Расчетный объемный вес для сзежесрубленной и сырой древесины составляет: для сосны 800 кг/м3, для дуба 1000 кг/м3.

Качество лесоматериалов

Качество лесоматериалов должно удовлетворять требованиям ГОСТ и дополнительным требованиям для несущих конструкций гидротехнических сооружений.
Ни в одном из сортов лесоматериалов не допускается гнили.
Для растягиваемых и изгибаемых элементов несущих конструкций применяют лесоматериалы 1-го сорта, а для сжатых элементов лесоматериалы 2-го сорта.
Древесина капитальных портовых сооружений, находящаяся в. условиях, где она может быстро загнивать или портиться древоточцами, обязательно должна быть хорошо антисептирована.

Древесная масса

В зависимости от способов обработки балансов, различают белую, бурую и химическую древесную массу. Белая получается из обычной древесинь, бурая из древесины, предварительно пропаренной в котлах (около 8 часов при температуре 150°—160°и давлении 4—5 ати), химическая — из лиственных пород, обработанной раствором моносульфита и бикарбоната натрия при давле до 11 ати к температуре 150°С.

Широкое применение древесных материалов объясняете дешевизной по сравнению с целлюлозой, тряпичной массой, а также способностью повышать печатные свойства бумаги (гладкость, непрозрачность, непрозрачность, впитываемость красок и др.).

Недостатками считается сравнительно низкая механическая прочность, недостаточная белизна и неустойчивость первоначальных свойств (белизна, прочность) при воздействии солнечного света, тепла и влаги, что ограничивает применения.

Для частичного устранения этих недостатков древесная масса подвергается отбелке.