Юрген Браузеветтер, Наталія Василенко, фірма "Штайнбок"

Будова деревини

Деревина складається з елементарних клітин, різноманітних за розмірами і формою, міцно зв’язаних між собою. Вона має шарово-волокнисту будову. Уявлення про неї можна отримати, розглядаючи три головних розрізи стовбура: поперечний чи торцьовий 1 (площина розрізу перпендикулярна осі стовбура, радіальний 2 (вздовж стовбура через середину), тангентальний 3 (вздовж стовбура на деякій відстані від серцевини).

На поперечному розрізі серцевина 1 має вигляд темної (чи іншого кольору) плями діаметром 2-5 мм. Вона складається з м’ягких розрихлених тканин і швидко загниває. На радіальному розрізі серцевина має вигляд прямої чи вигнутої вузької стяжки. Кора вкриває дерево і складається із зовнішнього шару 4 і внутрішнього шару – луба 5, який проводить воду з органічними речовинами, виробленими в листках, вниз стовбуром. Кора охороняє дерево від механічних пошкоджень, різких змін температури та інших шкідливих впливів довкілля. Між корою та деревиною розміщений дуже тонкий, невидимий неозброєним оком шар – камбій 7. Він складається з живих клітин, які протягом усього періоду росту відкладають елементи (клітини) у бік деревини і в бік кори.

Завдяки цьому дерево росте. Деревина місцевого походження переважно має світлий колір. При цьому в одних порід вся маса деревини одного кольору (вільха, береза, граб тощо), у інших - центральна частина має темніший відтінок (дуб, листвяниця, сосна тощо). Темна частина стовбура називається ядром 3, а світла периферійна частина - заболонню 6. У деяких порід центральна частина стовбура дерева, що росте, відрізняється від периферійної меншим вмістом води. Деревина її зветься зрілою. Породи, що мають ядро, звуться ядровими. Решта, у яких немає відмінності між центральною та периферійною частинами стовбура ні за кольором, ні за вмістом води, називають заболонними (безядровими).

На поперечному розрізі стовбура можна бачити концентричні шари, розміщені навколо серцевини. Ці утворення називаються річними шарами 8. Вони є щорічним приростом деревини. На радіальному розрізі річні шари мають вигляд поздовжніх стяжок, на тангентальному – звивистих конусоподібних ліній. Річний шар складається з ранньої та пізньої деревини. Відмінність між ранньою та пізньою деревиною чітко виражена у хвойних та деяких листяних порід (у дуба, ясеня, карачага). Від кількості пізньої деревини залежить її густина і механічні властивості.

На поперечному розрізі деяких порід неозброєним оком можна помітити світлі, часто блискучі, спрямовані від серцевини до кори, лінії – серцевинні промені 2. Вони є у всіх порід, але добре помітні у дуба, бука, платана. На радіальному розрізі серцевинні промені мають вигляд блискучих широких чи вузьких, коротких чи довгих стяжок або рисочок; на тангентальному вони подібні на чечевички чи мають веретеноподібну форму. Серцевинні промені на радіальному розрізі утворюють гарний візерунок, що має практичне значення при виборі деревини.

Макроскопічні ознаки і класифікація порід деревини

Основні ознаки визначення породи: наявність ядра, ширина заболоні і міра різкості переходу від ядра до заболоні; ступінь видимості річних шарів, різниця між ранньою та пізньою деревиною; наявність і розміри серцевинних променів; (розміри судин); наявність смоляних ходів; їх розміри та кількість. Додаткові ознаки: колір, блиск, текстура (малюнок), густина та твердість.

Породи деревини

До хвойних порід належать ті, у яких добре помітні річні шари, через те, що пізня деревина темніша, ніж рання. У хвойних порід немає судин, серцевинні промені дуже вузькі і неозброєним оком не помітні. Деякі хвойні породи мають смоляні ходи. Яскравими представниками хвойних порід є листвяниця, сосна, кедр, піхта тощо.

До листяних кільцесудинних належать породи з добре помітними річними шарами. У ранній деревині річних шарів цих порід великі судини утворюють суцільне кільце отворів, добре помітне неозброєним оком; у щільній пізній деревині видні малюнки, утворені накопиченням дрібних судин. Серцевинні промені помітні у більшості порід. Ці породи ядрові (дуб, ясен, ільм, вяз, карагач тощо).

До листяних розсіяносудинних належать породи, у яких річні шари мало помітні; судини на поперечному розрізі не утворюють суцільного кільця, а розміщені рівномірно по всій ширині річного шару. Серцевинні промені помітні у деяких порід. До них належать: бук, граб, клен звичайний, береза, горіх грецький, груша, чинара (платан східний), самшит, липа, вільха, осика тощо.

Фізико-механічні властивості деревини

Фізичні властивості

До них належать: зовнішній вигляд, запах, показники макроструктури, вологість і пов’язані з нею зміни (всихання, розбухання, розтріскування, короблення), щільність, електро-, звуко- і теплопровідність.

Зовнішній вигляд деревини визначається її кольором, блиском, текстурою і макроструктурою. Колір деревині надають дубильні, смолисті і фарбуючі речовини, які є у клітинах. Змінюється колір деревини і внаслідок ураження її різними видами грибів. У молодих дерев деревина звичайно світліша, ніж у старих. Стійкий колір мають дуб, груша, біла акація, самшит, каштан.

Блиск – це здатність спрямовано відображати світловий потік. Блиск деревини залежить від її щільності, кількості, розмірів і розміщення серцевинних променів, які спрямовано відображають світлові промені, за рахунок чого і виникає блиск на радіальному розрізі. Особливим блиском вирізняються бук, клен, ільма, платан, біла акація, дуб.

Текстурою називається малюнок на розрізі деревини при перерізанні її волокон, річних шарів і серцевинних променів. Хвойні породи на тангентальному перерізі, через значну відмінність у кольорі ранньої і пізньої деревини, мають гарну структуру. Листвяні породи з яскраво вираженими річними шарами і розвиненими серцевинними променями (дуб, бук, клен, карагач, ільм, платан) мають дуже гарну текстуру радіального і тангентального перерізів.

Запах деревині надають смоли, ефірні олії, дубильні та інші речовини, що є у ній. Характерний запах скипідару є у хвойних порід сосни та ялини. Дуб має запах дубильних речовин, бакаут і палісандр – ванілі.

Макроструктура характеризується шириною річних шарів, яка визначається числом шарів на 1 см зрізу, виміряного в радіальному напрямку на поперечному зрізі. Деревина хвойних порід має більш високі фізико-механічні показники, якщо в 1 см не менше 3 і не більше 25 шарів. У листяних кільцесудинних порід (дуба, ясеня) збільшення ширини шарів відбувається за рахунок пізньої зони і тому збільшуються міцність, щільність і твердість. У деревині листяних розсіяносудинних порід (береза, бук) немає чіткої залежності властивостей від ширини річних шарів.

Вологістю (абсолютною) деревини називається відношення маси вологи, що є у даному об’ємі деревини, до маси абсолютно сухої деревини, виражене у процентах. Волога, що просочує клітинні блоки, називається зв’язаною чи гігроскопічною, волога, що заповнює площину клітини і міжклітинні простори – вільною чи капілярною.

При висиханні деревини спочатку випаровується вільна волога, а потім гігроскопічна. При зволоженні волога з повітря просочує тільки клітинні оболонки до їх повного насичення. Подальше насичення деревини із заповненням порожнин клітин і міжклітинних просторів відбувається при вимочуванні, пропаренні, сплаві, дощі. Розрізняють такі ступені вологості деревини: мокра – довгий час знаходиться у воді, вологість вища 100 %, свіжозрубана – вологість 50 – 100 %, повітряно-суха, довгий час зберігалась на повітрі, вологість 15-20% (залежно від кліматичних умов і пори року); кімнатно суха – вологість 8-12 %; абсолютно суха – вологість близька до 0 %.

Густина вологої деревини r W, кг/м3 - це відношення маси деревини при вологості W, кг, до її об’єму V, м3

r W = m w/Vw

Умовна густина деревини – це відношення маси зразка в абсолютно сухому стані при межі гігроскопічності. Зі збільшенням вологості густина деревини збільшується. Наприклад, густина деревини бука при вологості 12% - 670 кг/м3, а при вологості 25% - 710 кг/м3.

Звукопровідність – це властивість матеріалу проводити звук. Вона характеризується швидкістю поширення звуку в матеріалі. У деревині звук найшвидше поширюється вздовж волокон (5000 м/с), найповільніше – у радіальному напрямку (» 2000 м/с) і дуже повільно в тангентальному (1500 м/c). Звукопровідність деревини в поздовжньому напрямку в 16, а в поперечному у 3-4 рази більша від звукопровідності повітря. Цю властивість деревини і її властивість резонувати (підсилювати звук без викривлення тону) використовують у виробництві музичних інструментів. Найкращий матеріал для них – деревина ялини, піхти кавказької і кедра сибірського.

Електропровідність деревини характеризується її опором проходженню електричного струму. Вона залежить від породи, температури, спрямування волокон і вологості деревини. Електропровідність сухої деревини незначна, що дозволяє застосовувати її як ізоляційний матеріал (розетки під штепселі та вимикачі).

Механічні властивості деревини

До них належать міцність, твердість, жорсткість, ударна в’язкість тощо.

Міцність – здатність деревини чинити опір проникненню тіла певної форми. Твердість торцьової поверхні вища за твердість бічної поверхні (тангентальної і радіальної) на 30% у листових порід і на 40% у хвойних. За ступенем твердості всі породи деревини можна поділити на три групи:

м’які – торцьова твердість 40 МПа і менше (сосна, ялина, кедр, піхта, можевельник, тополя, липа, осика, вільха, каштан);

тверді – торцьова твердість 40,1 – 80 МПа (листвениця сибірська, береза, бук, дуб, в’яз, ільм, карагач, платан, горобина, клен, ліщина, горіх грецький, хурма, яблуня, ясен);

дуже тверді – торцьова твердість більше 80 МПа (акація біла, береза залізна, граб, кизил, самшит, фісташки, хмелеграб, тис).

Ударна в’язкість – здатність деревини поглинати роботу без руйнування.

Розколювання деревини має практичне значення, оскільки деякі її види заготовляють розклюванням (клепка, обід, спиці, дрань). Опір розколюванню за радіальною площиною у деревини листяних порід менший, ніж за тангентальною. Це пояснюється впливом серцевинних променів (у дуба, бука, граба). У хвойних, навпаки, розколювання за тангентальною площиною менше, ніж за радіальною.

Здатність деревини утримувати металеві кріплення – важлива її властивість. При вбиванні в деревину волокна частково перерізають чи розсувають і, таким чином, спричиняють на бічну поверхню цвяха тиск, який називають тертям, що утримує цвях у деревині. Опір деревини витягуванню шурупів приблизно у 2 рази більший, ніж опір витягуванню цвяхів.