Частини дерева та будова стовбура

Дерево, що росте, складається з трьох основних частин; кореневої системи 1, стовбура 2 і крони 3 (мал.1). Стовбур, як проміжна частина між корінням і кроною, з’єднує їх між со­бою і має важливе значення в життєвих процесах дерева, що росте. Він є найціннішою частиною дерева і містить основну масу деревини (від 50 до 90% об’єму всього дерева).

Нижню частину стовбура називають окоренком, або комлем, а верхню - вершиною. Зменшення розміру поперечного перерізу стовбура від окоренка до вершини називається збігом. Деревина біля окоренка найбільш міцна і щільна; її використо­вують для виробів, на які припадають значні навантаження. Форма стовбура дерев залежить не тільки від породи дерева, а й від умов його росту. Наприклад, сосна, що росте на відкри­тому місці, має нерівний стовбур і пишну, низькорозташовану крону, а та, що росте в лісі, - прямий високий стовбур і невелику крону. Складові частини і будову стовбура вивчають по розрізах уздовж, упоперек і під кутом до його осі.

На мал. 2 подано основні розрізи стовбура: торцевий 1, що проходить пер­пендикулярно до осі стовбура, радіальний 2, що проходить вздовж осі в радіальному напрямку, і тангентальний 3, що про­ходить також уздовж осі стовбура, але на деякій відстані від центра його поперечного перерізу.

 

 

Мал. 1. Складові частини дерева. Мал. 2. Основні розрізи стовбура

 

Стовбур складається з кори 1, камбію 2, деревини 3 і серце­вини 6, (мал. 3). Основну масу стовбура становить деревина, яка щороку нарощується у вигляді концентричних кілець внаслі­док життєдіяльності камбію. Річний шар деревини неоднорідний: внутрішня частина порівняно по­риста і світла, а зовнішня - щільніша (міцніша) і темніша. Між шириною річних шарів і якістю деревини існує певний зв’язок. У хвойних порід чим вужчі річні шари, тим деревина міцніша. Загалом деревину цих порід вважають якісною, якщо на 1см налічується від 3 до 25 річних шарів. У листяних порід,

Мал. 3. Поперечний переріз навпаки, чим ширші річні шари, тим деревина

стовбура щільніша, твердіша і міцніша.

У деяких порід внутрішня частина деревини 5 має темніше забарвлення; цю частину називають ядром, а периферичну, світлішу 4 - заболонню. Ядрова частина порівняно із заболонню більш тверда, міцна і стійка до загнивання. Породи дерев, у яких розрізняють ядро і заболонь, називають ядровими (дуб, кедр, сосна).

У деяких порід стовбур за кольором і вологістю весь одна­ковий, і такі породи називають заболонними (береза, вільха). Породи, в яких центральна частина стовбура відрізняється від

периферичної тільки меншим вмістом вологи, називаються спілодеревними.

Серцевиною 6 називається темна центральна частина стов­бура, що проходить по всій його довжині. Вона складається з по­рівняно великих тонкостінних клітин, має крихку будову, легко викришується і швидко загниває.

Серцевинні промені (мал. 4) - це дрібні радіальні канали, по яких рухаються волога, повітря і поживні речовини в тілі дерева від середини стовбура до його зовнішніх шарів. У різ­них перерізах стовбура серце­винні промені мають різний вигляд: у торцевому перерізі - блискучі рисочки і смужки 1 тангентальному 2 і в радіаль­ному 3 перерізах - плямочки, цяточки і рисочки.У дерев листяних порід во­лога від коріння до крони над­ходить по капілярних судинах. Ці судини можна бачити на торцевому зрізі дуба, волоського горіха, ясена та ін.

У дерев деяких порід судини зосере­джуються в ранній деревині, утворюючи своєрідні кільця; такі породи називаються кільцесудинними. В інших вони розміщені безладно - це розсіяносудинні породи. В деревах хвойних порід таких с удин немає, і сік ру­хається вгору по порожнистих клітинах деревини за рахунок просочування вологи крізь пори у стінках клітин.

Ці клітини, називаються трахеїдами; вони становлять 93-95% усього об’є­му деревини. У

Мал. 4. Вигляд серцевинних променів деревині більшості хвойних порід (за винятком

у різних перерізах стовбура. смереки, тиса, ялівцю) є смоляні ходи - дрібні

канали, висте­лені всередині смолоутворюючими клітинами. Вертикальні і го­ризонтальні смоляні ходи, сполучаючись між собою, утворюють єдину розгалужену систему.

3. Фізичні властивості деревини

 

Властивості деревини, для визначення яких не треба руйну­вати досліджуваний зразок або змінювати його хімічний склад, називаються фізичними. До фізичних властивостей належать: колір, блиск, запах, текстура, щільність, тепло-, звуко- та елек­тропровідність, гігроскопічність, водопоглинання, розбухання, усушування, жолоблення, розтріскування.

Колір деревини залежить від породи дерева і клімату, в яко­му воно росло. Кожна порода має характерне забарвлення де­ревини. У помірних поясах деревина порівняно блідого кольору, в тропіках вона яскрава. Деревина деяких порід має при­родний блиск. Добрий блиск мають у радіальному розрізі дуб, клен, бук, біла акація.

Запах деревини визначається вмістом у ній смолистих, ефір­них і дубильних речовин. Цю властивість треба враховувати, виготовляючи тару для харчових продуктів та інших виробів, для яких запах тари має значення.

Текстурою називається природний рисунок на обробленій по­верхні деревини, який утворюється внаслідок перерізання во­локон, річних шарів, серцевинних променів та ін. Щоб вигото­вити текстурний матеріал і облицювальну фанеру, застосову­ють спеціальні способи зрізання деревини.

Щільністю називається відношення маси деревини до її об’є­му (кг/м³). Розрізняють абсолютну й відносну щільність де­ревини.

Абсолютна щільність визначається масою деревини в природному стані на одиницю об’єму. Відносна щільність ха­рактеризується рівномірністю будови деревини.

Деревина, що має високу відносну щільність (яблуня, груша, горіх, самшит), внаслідок обробки дає рівну, гарну поверхню, яка добре поліру­ється і лакується.

Теплопровідність. Порівняно з іншими матеріалами дере­вина має дуже низьку теплопровідність і тому використову­ється для рукояток різних нагрівальних приладів і навіть як теплоізоляційний матеріал. Теплопровідність деревини вздовж волокон помітно більша, ніж упоперек.

Звукопровідність. Швидкість поширення звуку вздовж во­локон у 15-18 раз і впоперек волокон у 3-5 раз більша, ніж у повітрі. Звукопровідність вологої деревини нижча, ніж сухої. Звукопровідність використовують для визначення якості стов­бурів на корені, хлистів і кряжів. Якщо звук від удару по од­ному кінцю стовбура добре передається до другого кінця, то це свідчить про добру якість деревини. Якщо звук глухий або зовсім поглинається, то це означає, що є порожнини або гнилі місця.

Електропровідність. Дерево є поганим провідником електрич­ного струму і тому суху деревину нерідко застосовують як ізо­ляційний матеріал.

Гігроскопічність - властивість деревини поглинати вологу з повітря. Водопоглинання - властивість деревини вбирати воду при безпосередньому контакті з нею. Інтенсивність водопоглинання залежить від породи дерева, виду деревини, ступеня її вологості і положення відносно поверхні води. Тверда й щіль­на деревина поглинає вологу менше і повільніше, ніж м’яка і легка, ядрова, - менше, ніж заболонна, суха - більше, ніж волога, з бічних поверхонь - менше, ніж з торців. Внаслідок поглинання вологи і насичування нею стінок клітин і міжклі­тинних проміжків збільшуються розміри і маса зразка. Ця вла­стивість називається розбуханням деревини. Коли її висушують, маса і розміри зменшуються. Ця властивість називається усиханням деревини.

Розбухання й усихання деревини (мал. 5) в різних напрямах неоднакові: в тангентальному напрямі – 6-10%; в радіальному – 3-5% і вздовж волокон - до 0,1%. Ці дані характеризують повне усихання, тобто доведення деревини до абсолютно сухого стану. Розмір усихання деревини в основному залежить від її щільності. Щільна деревина 5. Розбухання й усихання

усихає більш, ніж м’яка. Сильно усихають граб, бук, деревини в різних напрямках

модрина, береза, груша, акація.

Менше усихають сосна, ялина, кедр, дуб, в’яз, волоський горіх, осика, клен. До дерев, що мало усихають, належать яловець, вільха, тополя, каштан, тис.

 

6. Поздовжнє жолоблення деревини

Властивість деревини деформуватися внаслідок різного усихання в різних частинах перерізу стовбура називається жо­лобленням: Чим далі розташований елемент деревини від сер­цевини, тим більше він деформується. Тому пожолоблена дошка завжди має опуклість у бік серцевини. Крім поперечного, є ще поздовжнє жолоблення (мал.6) внаслідок неодно­рідності будови деревини.

При великому і нерівномір­ному усиханні деревина роз­тріскається. Тріщини здебіль­шого спрямовані здовж серцевинних променів, а іноді і вздовж річних шарів. При повільному висиханні деревини волога випаровується повільніше і матеріал не розтріску­ється.

4. Вологість деревини

 

Часто вологість деревини розглядають як одну з її фізичних властивостей. Це неправильно, бо вологість є не властивістю, а станом деревини, наслідком таких властивостей, як гігроскопічність і водопоглинання. Практично деревина як матеріал або в готових виробах завжди містить у собі певну кількість воло­ги. Волога, що просочилася крізь стінки клітин і міститься в них, називається гігроскопічною, волога, яка заповнює внутріклітинні і міжклітинні проміжки називається вільнокраплинною, або вільною.

Коли деревина зволожується за рахунок атмосферної водя­ної пари, просочуються тільки стінки клітин до повного їх на­сичення. Повне насичення стінок клітин при відсутності вільної вологи в деревині називається точкою насичення волокна. Цьому стану відповідає вологість деревини 23-30% залежно від по­роди дерева. Зволоження деревини із заповненням внутріклітинних і міжклітинних проміжків відбувається тільки за рахунок водопоглинання під час безпосереднього контакту деревини з водою.

Вологість деревини виражається в процентах кількістю гра­мів води, що припадають на 100 г абсолютно сухої деревини. Наприклад, вологість деревини 25%. Це означає, що на кож­ні 100 г абсолютно сухої деревини припадає 25 г води. Інакше кажучи, зразок масою 125 г складається з 100 г абсолютно су­хої деревини і 25 г води. Вологість деревини може бути і біль­шою, ніж 100%. Так, вологість деревини свіжозрубаної сосни і ялини досягає 150%. Це означає, що зразок такої деревини масою 250 г складається з 100 г абсолютно сухої деревини і 150 г води. За вологістю деревину розрізняють: кімнатно-суху - вологість 8-12%; повітряно-суху - вологість 12-18%; напів­суху - вологість 18-23%; вологу - вологість понад 23% і мокру, що довгий час була у воді і має вологість понад 23%.Розрізняють експлуатаційну вологість і виробничу. Експлуа­таційною називається вологість деревини в умовах експлуата­ції виробу з неї, виробничою - вологість деревини під час ви­готовлення з неї виробу.

Експлуатаційна вологість деревини задається залеж­но від умов роботи, призначення виробу, кліматичних особливостей району та ін.; виробнича вологість звичайно дорівнює експлуатаційній або на 1-2% нижча. Найпростішим і доступним способом визначення вологості деревини є ваговий. З дошки або бруска, відступивши від торця не менш як 50 см, випилюють зразки завширшки 10-15 мм (мал. 7). Мал. 7. Зразок для визначення

Зразки повинні бути з чистої і здорової деревини, вологості деревини.

без сучків, кори, тріщин та інших вад. Після старанного очищення від тирси і частинок, що відко­лолися, зразки нумерують і зважують з точністю до 0,01 г, потім вміщують у сушильну шафу, в якій підтримується температура 100-105°С. Вища температура не допускається, бо виділяти­муться смолисті речовини й розкладатиметься деревина. Після витримування протягом 6 год. зразок зважують.

Наступні зва­жування виконують після кожних 2 год. витримування в су­шильній шафі. Висушування припиняють, коли два послідовних зважування дають однаковий результат. Якщо позначити масу зразка у вихідному стані А, масу зразка в абсолютно сухому стані (стала маса) В, то вологість деревини буде:

Ваговий спосіб має два істотних недоліки: руйнування ви­пробовуваного матеріалу (випилювання зразків) і відносно вели­ка тривалість випробувань за часом – 10-16 год. Тому в ви­робничих умовах, поряд з ваговим, користуються іншими спо­собами, що ґрунтуються на змінах фізичних властивостей деревини із зміною ступеня її вологості. Електровологомір побу­дований на принципі зміни електропровідності деревини за­лежно від вологості. Чим вища вологість деревини, тим краще вона проводить електричний струм.

Для вимірювання вологості деревини дошки, бруска або готової деталі в них вколюють на певній відстані дві голки - контакти, сполучені гнучкими провідниками з приладом. Після вмикання приладу в мережу його стрілка показує вологість деревини в процентах. Електровологомір дає змогу вимірювати вологість лише в тому шарі, на глибину якого проникли голки. Точність вимірювання невелика - в середньому ±0,5-1,0%; межі вимірювання – 7-30%. Для ширших меж вимірювання за­стосовують електровологоміри, побудовані за іншими принци­пами.

5. Механічні властивості деревини

До основних механічних властивостей деревини належать: міцність, твердість, пружність, пластичність, крихкість, в’язкість, розколюваність і гвоздимість.

Міцністю називається властивість матеріалу чинити опір руйнівній дії зовнішніх сил. Залежно від характеру дії сили по­діляються на розтягувальні, стискальні, згинальні, сколюючі, перерізуючі і скручувальні.

Характерною особливістю деревини є чітко виявлена анізо­тропія - відмінність механічних та інших властивостей мате­ріалу в різних напрямах. Опір розтягування вздовж волокон для деревини сосни при 15% вологості становить, в середньому, близько 110-115 МН/м² (1100—1150 кгс/см²), а впоперек - у 30-50 раз менше. Опірність деревини розривові впоперек во­локон у радіальному напрямі в півтора рази більша, ніж у тангентальному. Дерев’яні деталі найчастіше зазнають стискан­ня. При цьому найвищу міцність має деревина вздовж волокон. Наприклад, деревина сосни витримує до 44 МН/м² (440 кгс/см²), а деревина модрини і дуба - 52 МН/м² (520 кгс/см²). Коли стис­кання спрямоване упоперек волокон, міцність деревини знижу­ється в 5-10 раз. Деформація згину зовні виражається проги­ном зразка. При цьому на його опуклому боці волокна розтягуються, а на угнутому стискаються. Руйнування починається на угнутому боці і виражається в появі своєрідних складок, ­ли­ше після цього починають розриватися або відщеплюватись елементи деревини на опуклому боці. Зсування елементів де­ревини в напрямі волокон без перерізання їх називається сколюванням, а впоперек волокон з перерізанням - зрізуванням. У сучасній практиці дуже рідко застосовуються дерев’яні деталі, що зазнають дії скручувальних сил, бо опірність дере­вини невелика. Проте серед основних порід найкраще такі зу­силля витримує береза.

Твердістю називається властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього інших тіл. Твердість деревини визначають удавлюванням в неї стальної загартованої кульки з площею поперечного перерізу 1 см². Сила, потрібна для вдавлювання кульки на глибину, що дорівнює її радіусу, називається коефіцієнтом твердості. Практично встановлено зв’язок між щільністю і твердістю; чим більша щільність, тим вища твердість деревини. В свою чергу твердість є характеристикою зносостій­кості. Чим вища твердість і щільність, тим вища зносостійкість, тим краще деревина працює на стирання.

Пружністю називається властивість матеріалу відновлювати свою форму і об’єм після припинення дії зовнішніх сил. Дере­вина - досить пружний матеріал, що нерідко застосовується для виготовлення деталей, у яких пружність - необхідна умо­ва. Такими є рукоятки різних інструментів, рушничні ложа, шпа­ли тощо.

Пластичність - властивість матеріалу під впливом сил змінювати свою форму без ознак руйнування і зберігати цю форму після припинення дії сил. Пластичність деревини підвищуєть­ся з підвищенням вологості і при нагріванні. З цією метою в деяких виробництвах перед гнуттям деталей застосовують пропарювання і, проварювання заготовок.

Крихкість - властивість матеріалу, руйнуватися під дією зовнішніх сил без помітних слідів пластичної деформації. При­кладом дуже крихких матеріалів можуть бути скло, загартована сталь, чавун. Будова деревини волокниста, тому цей матеріал має порівняно невелику крихкість.

Властивість, протилежну крихкості, називають в’язкістю. В’язкість тим вища, чим більші залишкові деформації зразка, який піддали руйнуванню. У техніці оцінка крихкості і в’яз­кості матеріалу ототожнюється з ударною в’язкістю, яку визначають на спеціальному приладі - маятниковому копрі і оціню­ють роботою руйнування внаслідок удару, віднесеною до одиниці площі поперечного перерізу зразка. Вимірюється ударна в’язкість у кілограмах сили на квадратний сантиметр.

Розколюваність - властивість деревини розчленовуватися вздовж волокон. Розколюваність залежить від ступеня зчеплен­ня волокон. Встановлено, що пружна деревина розколюється краще, а в’язка - гірше. Коли підвищується вологість (але тільки до певної межі), розколюваність деревини поліпшується. Наявність сучків та інших вад погіршує розколюваність дере­вини. Добру розколюваність мають усі хвойні породи, бук, каш­тан, осика, липа, а в радіальному напрямі - дуб. Розколюваність деревини має значення в бондарному виробництві, буді­вельній справі, зокрема виготовленні штукатурної драні.

Гвоздимість - властивість деревини тримати в собі цвяхи, нагелі, шурупи, скоби та ін. Забитий у деревину цвях ніби роз­суває волокна, які, намагаючись випростатись, тиснуть на біч­ні поверхні цвяха і за рахунок тертя створюють зусилля, що не дають йому випасти. Шурупи чинять опір витяганню значно сильніший, ніж цвяхи, бо доводиться долати не тільки сили тертя, а й опір зруйнуванню волокон, між якими проходить різьба. Опір деревини забиванню і витяганню цвяхів залежить від щільності, вологості, особливостей будови і напряму заби­вання цвяха. Цвяхи, забиті в торець деревини, тримаються значно слабше, ніж забиті перпендикулярно до волокон у ра­діальному або тангентальному напрямах. Цвяхи квадратного або багатогранного перерізу тримаються в деревині краще, ніж круглі.

6. Деревні породи, що застосовуються у виробництві

 

Породи дерев поділяються на хвойні і листяні. Хвойні дерева становлять переважну частину лісових багатств нашої країни. Найпоширенішими хвойними породами є сос­на, ялина, модрина, кедр і ялиця. Сосна росте скрізь, вона поширена від Крайньої Півночі до Криму і Кавказу включно. Де­ревина сосни завдяки її фізичним, механічним і технічним властивостям широко застосовується в будівництві та меблевій промисловості.

Ялина менш поширена і займає після сосни друге місце. Своїми якостями поступається перед сосною; з неї виготовля­ють маловажливі вироби.

Модрина поширена у північно-східній частині Росії, в Си­біру і на Уралі. У віці 150-160 років сягає до 40 м висоти і 40-50 см у діаметрі. Деревина модрини червоно-бурого кольо­ру, стійка проти загнивання, довговічна, але має схильність до розтріскування. Застосовують її у важливих спорудах, а в міс­цях, де вона росте,- і в житловому будівництві.

Деревина кедра досить міцна, порівняно легка, м’яка, має гарний колір і текстуру, добре обробляється. Найкращий про­мисловий вік – 200-250 років. Застосовується в столярно-бу­дівельному і меблевому виробництвах, а в місцях зростання і як будівельний матеріал. Області поширення кедра - Урал, Сибір, Далекий Схід.

Деревина ялиці білого кольору з слабким кремовим відтін­ком. У ній немає смоляних ходів і смолистих речовин, тому во­на малостійка проти загнивання, порівняно швидко втрачає міц­ність і малопридатна як будівельний матеріал. З неї виготов­ляють ящики, продуктову тару, виробляють папір тощо. Найкра­щий промисловий вік – 100-120 років. Ялиця поширена на пів­ночі Європейської частини Росії, Далекому Сході, Кавказі.

Загальний баланс лісових багатств становить приблиз­но 3/4 хвойних і лише 1/4 листяних порід. Своїми якостями, особливостями і різноманітністю застосування деревина листя­них порід значно переважає деревину хвойних порід. До листя­них порід, що застосовуються в столярно-будівельному і мебле­вому виробництві; належать дуб, бук, береза, вільха, осика, липа, тополя.

Деревина дуба відзначається великою міцністю, твердістю і стійкістю проти загнивання, має гарну текстуру і колір. Засто­совують її для важливих деталей споруд, у меблевому вироб­ництві тощо. Найкращий промисловий вік дуба – 80-100 років. Поширений він у центральних і південних районах Росії.

Деревина бука має білий колір з жовтувато-червоним від­тінком, високу міцність, гарну текстуру, добре піддається гнут­тю та обробці. Застосовується в меблевому виробництві, в ма­шино- і приладобудуванні, у виробництві паркету, шевських ко­лодок, креслярського приладдя та ін. Кращий промисловий вік -
100-150 років. Росте в західній частині України, на Кавказі, в Криму.

Береза має білу з блідо-рожевим відтінком деревину, досить однорідну і міцну, яка добре піддається обробці та оздоблен­ню під цінні породи. Істотна вада берези - швидке загниван­ня у вологому середовищі. Застосовується для виготовлення фанери, токарних виробів, спортивного приладдя. Для худож­ніх виробів використовують карельську березу. Найкращий про­мисловий вік – 50-70 років. Росте береза всюди, але головним чином у північних і середніх районах Росії.

У вільхи деревина біла (вона швидко червоніє на повітрі), м’яка й легка, стійка проти вологи. З неї виробляють тару, фанеру тощо.

Промисловий вік - 50 років. Росте на болотиста ґрунтах у середніх районах Росії, в Західному Сибіру, на Кавказі.

Деревина осики білого кольору з зеленуватим відтінком, легка і м’яка, швидко загниває в вологому середовищі. Засто­совується у виробництві сірників, фанери, тари, драні тощо.

Промисловий вік – 40-60 років. Росте в середніх районах Росії та Сибіру.

Деревина липи білого кольору з легким блідо-рожевим відтінком, м’яка, легка, однорідної будови. Добре розколюється, ріжеться, майже не тріскається і не жолобиться, йде на виго­товлення тари під харчові продукти, ливарних моделей, крес­лярських дощок, олівців, дитячих іграшок і багатьох інших ви­робів. Промисловий вік – 40-50 років, сягає віку 300-400 ро­ків і більше. Росте в середніх і південних районах Європейсь­кої частини Росії, в Західному Сибіру, зустрічається в Криму і на Кавказі.

Тополя, має заболонь білого кольору, а ядро ясно-буре, іноді з жовтуватим відлиском. Деревина м’яка, легка, мало усихає і мало жолобиться. Найбільше промислове значення має чор­на тополя - осокір і біла - срібляста. Деревину осокора за­стосовують у меблевому виробництві під фанерування, а сріб­лястої - як основний матеріал у вигляді облицювальної фа­нери. Після обробки деревина сріблястої тополі набуває гарно­го сріблясто-переливчастого кольору. Росте в середніх і півден­них районах Росії.

Серед великої кількості деревних порід, крім промислових, розрізняють ще такі цінні, як горіх, червоне дерево, амарант, палісандр та ін., що йдуть на виготовлення художніх виробів, музичних інструментів і оздоблення високо-якісних меблів.