Строение и свойства древесины (дуба)

План.

I. Введение

II. Строение и свойства древесины (дуба).

1. Макростроение древесины дуба

2. Микростроение древесины дуба

3. Химические свойства древесины

4. Физические свойства древесины

                              4.1. Свойства, определяющие внешний вид дуба

                                          4.1.1. Цвет

                                          4.1.2. Блеск

                                          4.1.3. Текстура

                            4.2. Влажность

                            4.3. Усушка и разбухание

                                          4.3.1. Усушка

                                          4.3.2. Разбухание

                            4.4. Плотность                            

5. Пороки древесины (дуба).

6. Промышленное использование древесины (дуба).

III. Список используемой литературы.

I.                   Введение.

Наша страна по запасам древесины является самой богатой в мире: около 30% всей территории занимают леса. Особенно велики у нас запасы хвойных лесов, дающих наиболее ценную древесину, применяемую в строительстве.

Древесина служит исходным сырьем для выработки более двадцати тысяч продуктов и изделий и используется в различных отраслях народного хозяйства:

-как пиломатериалы (бревно, брус, доска, рейка);

как деревянные строительные конструкции (сруб, опалубка, строительные леса);

-как отделочный материал (фанера, паркет, настенные панели, деревянные потолки, плинтусы и уголки, столярные плиты);

- в мебельном производстве;

-как поделочный материал.

Ценность различных пород древесины заключается в их прочности, долговечности и неповторимости рисунка. Такая древесина используется для изготовления красивой мебели, паркета, дверей, различных предметов интерьера.

Как строительный материал древесина   обладает   рядом   положительных свойств: высокой прочностью при небольшом объемном весе, достаточной упругостью и малой теплопроводностью. В благоприятных условиях эксплуатации деревянные постройки и строительные детали сохраняются очень долго. Благодаря этим качествам и относительно невысокой стоимости древесина широко применяется в строительстве.

Широкому использованию древесины способствуют её высокие физико-механические качества. Хорошая обрабатываемость. А также эффективные способы изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки.

К недостаткам древесины как строительного материала можно отнести следующие свойства:

-анизотропность, т. е. неоднородность строения, обуславливающую различие показателей прочности и теплопроводности вдоль и поперек волокон, что затрудняет применение древесины в строительстве;

-гигроскопичность- способность поглощать и отдавать влагу при изменении влажности и температуры окружающего воздуха, что ведет к набуханию или усушке древесины с изменением ее объема;

-загниваемость,  выражающаяся  в  способности древесины   разрушаться под действием микроорганизмов;

- сгораемость и легкая воспламеняемость, делающие деревянные постройки и конструкции огнеопасными;

- изменение прочности даже в пределах одной и той же породы в зависимости от условий роста дерева или наличия тех или иных пороков.

Наибольшее значение в столярном деле имеют не хвойные, а лиственные породы. Из многообразия лиственных пород в первую очередь следует выделить дуб.

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.

II. Строение и свойства древесины (дуба).

1. Макростроение древесины дуба

Макроструктурой называют строение дерева и древесины, видимое невооружённым глазом или через лупу.

Распилы древесины:

а) продольный распил - проходит через сердцевину ствола.
б) тангенциальный распил — проходит вдоль ствола, но удален от сердцевины на разное расстояние.
в) поперечный распил — проходит перпендикулярно оси ствола и образует торцевую плоскость.

На поперечном разрезе ствола древесного растения можно выделить следующие основные макроструктурные единицы древесины:

-Кора

-Камбий

-Заболонь древесина

-Ядро

-Сердцевина

.               Кора предохраняет дерево от воздействия внешней среды. Кора на поперечном разрезе ствола имеет форму кольца темнее древесины. Она имеет  наружную часть – кожицу, среднюю часть – пробковый слой и внутреннюю часть – луб, который проводит продукты фотосинтеза от кроны в ствол и корни. Кора ежегодно нарастает в толщину, но не достигает такой же величины как древесины из-за малой величины прироста и постепенного отпадания наружных слоев в виде чешуи. Толщина коры уменьшается по направлению к вершине.

Камбий – образовательная ткань в корнях и стеблях, расположен однорядным цилиндрическим слоем (в виде кольца на поперечном срезе)  Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Древесина – сложная ткань древесных растений, проводящая воду и растворенные в ней минеральные соли; основная масса ствола, корней и ветвей.

На поперечном разрезе древесины можно различить концентрические слои прироста, называемые годичными кольцами, светлее к поверхности дерева и темнее у центра. Светлая часть древесины называется заболонью, а темная – ядром.

Заболонь -  молодые живые клетки, в растущем дереве. По заболони движется влага с растворенными в ней минеральными веществами.

Ядро состоит из мертвых клеток и не принимает  участие в физиологических процессах, но обеспечивает прочность стволу дерева.

В зависимости от наличия ядра и заболони древесины породы делят на ядровые и заболонные, не имеющие ядра.

Дуб относится к ядровым породам. У дуба образование ядра начинается рано: на 8-12 год. С возрастом диаметр ствола увеличивается, и доля ядра возрастает за счет перехода части заболонной древесины в ядровую. Так, у дуба объем ядра при диаметре 15 см составляет примерно 50% объема заболони, при диаметре 30 см ядро в 3-5 раз больше заболони по объему, а при диаметре 60см на заболонь приходится 10% объема ядра.

Сердцевина находится в центре ствола и проходит по всей его длине. Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических, так называемых, годичных  колец,  располагающихся  вокруг сердцевины. Она  представляет собой слабую ткань первичного образования, которая легко поддается загниванию.

На радиальном и тангенциальном разрезах ствола отчетливо видны годичные слои, причем на радиальном они имеют вид прямых или наклонных линий, а на тангенциальном  – параболических кривых.

Каждый годичный слой состоит из двух зон: внутренней светлой – ранней, образовавшейся весной, и наружной  темной – поздней, образовавшейся к концу лета, называемых соответственно ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина более пористая и слабая, чем летняя. В зависимости от условий роста слои бывают различной ширины.             

Так у дуба наиболее широкая заболонь наблюдается в стволах деревьев произрастающих на солонцовых почвах, а наименьшая – в пойменных дубравах. Прочность  древесины зависит не от ширины годичного слоя, а от степени развитости поздней древесины. Чем выше содержание в годичных слоях поздней древесины, тем прочнее материал.

На поперечном разрезе ствола дуба заметны узкие радиальные линии, сердцевинные лучи, направленные от коры к сердцевине; на радиальном разрезе они имеют вид широких и узких лент, а на тангенциальном – коротких, слегка утолщенных штрихов. В растущем дереве сердцевинные лучи служат для перемещения влаги и питательных веществ в горизонтальном направлении и для хранения запасных питательных веществ зимой. Число сердцевинных лучей в древесине очень велико и зависит от породы и от условий произрастания. У дуба на долю сердцевидных лучей приходится около 15% общего объема древесины (примерно в 2.5 – 3 раза больше, чем  в древесине хвойных пород).

Дуб относится к ядровым, кольцесосудистым породам деревьев. Годичные слои дуба состоят из одного или нескольких рядов сосудов, образующих пористое кольцо. Крупные сосуды располагаются в ранней зоне в один, два ряда. Мелкие сосуды группируются в поздней зоне и образуют вместе с паренхимными клетками рисунок в виде ради­альных полосок, волнистых линий в виде светлых язычков пламени вдоль границы годичных слоев, а также отдельных черточек или точек. Диаметр крупных сосудов 0,2…0,4 мм, мелких – 0, 016…0, 1мм.  Длина сосудов обычно не превышает 10см, но у дуба достигает 3,6 м. По радиусу ствола размер сосудов увеличивается от сердцевины к коре, по высоте ствола число сосудов и площадь их сечения возрастают по направлению от комля к вершине. Сосуды являются слабыми элементами и понижают прочность древесины.

Сосуды представляют собой вертикальные трубки, составленные из члеников широкополостных клеток. Сосуды между собой сообщаются через поры в стенках. Древесина дуба имеет верхнее, “живое” кольцо (заболонь, с толщиной 2-3 см) и ядро, которое особым образом самоконсервируется. Процесс образования ядра в дубе заключается в отмирании клеток и заполнении их выростами клеток паренхимы (тиллы).

Паренхимные клетки древесины выполняют запасающую функцию и осуществляют диффузное передвижение пластических веществ. В них содержатся дубильные вещества, крахмал, соли кальция, смолы, камеди и др. Закупорка сосудов и проводящих путей тиллами снижает проницаемость ядровой древесины для жидкости и воздуха. Вследствие этого древесина ядра становится более плотной и приобретает специфические физические свойства.

2. Микростроение древесины дуба

Строение древесины, видимое в микроскоп, называется микроструктурой.

Если посмотреть на тонкий распил древесины под микроскопом, можно увидеть, что она состоит из тканей, образованных клетками.

Древесина лиственных пород в отличии от хвойных состоит из большего набора основных анатомических элементов и их переходных форм.

Все виды растительных клеток по форме можно разделить на две основные группы:

-паренхимные 

-прозенхимные

Паренхимные (от лат. раг — равный и гр. ёпсИута — налитое) клетки имеют округлую или многогранную форму с примерно одинаковыми размерами по трем направлениям (0,01 ...0,1 мм), оболочки клеток обычно тонкие.

Прозенхимные (от гр.ргоз — по направлению к...) клетки имеют сильно вытянутую, напоминающую волокно форму (диаметр таких клеток 0,01 ...0,05 мм, длина 0,5...3,

иногда до 8 мм) и часто утолщенные оболочки.

Древесина растущего дерева в основном состоит из мертвых клеток, и лишь часть

клеток (паренхимные) сохраняет живой протопласт.

Совокупность клеток одинакового строения, выполняющих одни и те же функции, образует ткани.

.               В растущем дереве представлены следующие типы тканей:

1) покровные, расположенные на самой поверхности растения;

2) механические, придающие прочность телу растения;

3) проводящие, служащие для проведения воды с растворенными в ней питательными веществами;

4) запасающие, являющиеся хранилищами запасных питательных веществ (Сахаров, крахмала и др.);

5) образовательные, функцией которых является образование новых клеток путем многократного деления;

6) ассимиляционные, усваивающие углекислоту в процессе фотосинтеза.

Древесина лиственных пород в отличие от хвойных состоит из большего набора основных анатомических элементов и их переходных форм, расположенных менее упорядоченно.

В состав древесины лиственных пород входят:

- проводящие элементы — сосуды и трахеиды,

-механические элементы — волокна либриформа

- запасающие элементы — паренхимные клетки.

              Между этими основными видами элементов встречаются переходные (промежуточные) формы; это еще более усложняет строение древесины лиственных пород.

Проводящую функцию у дуба выполняют сосуды и трахеиды (сосудистые, а также

волокнистые); механическую — волокна либриформа и (или) волокнистые трахеиды, запасающую — паренхимные клетки.

Сосуды — типичные водопроводящие элементы только лиственных пород, представляют собой длинные тонкостенные трубки, образовавшиеся из длинного вертикального ряда коротких клеток, называемых члениками сосудов, путем растворения перегородок между ними. Если при этом в перегородке образуется одно большое округлое отверстие, такая перфорация называется простой. Если после растворения в перегородке остается ряд полос, между которыми расположены щелевидные отверстия, то такая перфорация называется лестничной. У многих пород встречается какой-либо один тип перфораций в сосудах, например: у дуба только простые. После соединения клеток, образующих сосуд, протоплазма и ядро отмирают и сосуды превращаются в мертвые капиллярные трубки, заполненные водой. В крупных сосудах диаметр члеников большой, длина же их нередко меньше диаметра; перегородки между члениками перпендикулярны длине сосуда, перфорации простые.