Энциклопедия Кольера - древесина

СПЛАВНОЙ ЛЕС (Финляндия).

МОЛЕВОЙ СПЛАВНОЙ ЛЕС (Норвегия).Источники. Хотя древесная ткань имеется и у папоротников, почти всю древесину люди получают из деревьев двух главных отделов царства высших растений голосеменных и покрытосеменных. Голосеменные растения очень древняя форма, представленная исключительно древесными видами, к которым относятся хвойные деревья ("мягкие породы"), а именно сосна, ель, кедр, поставляющие основную часть древесины, используемой человечеством. Отдел же покрытосеменных отличается большим разнообразием и делится на два класса однодольные и двудольные. Лишь некоторые из однодольных (бамбук, пальмы, юкка) дают древесную ткань, которая имеет ограниченное, в основном местное значение. Что же касается двудольных, то к этому классу относятся важные лиственные ("твердые") породы дуб, эвкалипт, клен, древесина которых особенно ценна для мебели, отделки интерьеров и пр.

Структура. Клетки древесины, как и клетки коры, возникают из многократно делящихся клеток прокамбия и камбия, которые составляют почти непрерывный слой образовательной ткани между корой и древесиной. Камбий возникает из клеток, отделившихся от конуса нарастания стебля или корня. Последний же берет начало в клеточно-образовательном центре зародыша в семени. В древесине имеются два класса клеток паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки обычно тонкостенные с простыми (неокаймленными) порами. В заболони они выполняют функцию физиологически активной живой ткани (обеспечивают хранение питательных веществ). Прозенхимные же клетки толстостенные с окаймленными порами. Они теряют свой протопласт, когда вырастают и достигают окончательной толщины стенок, после чего превращаются в среду, проводящую жидкость и обеспечивающую опору. Для древесины характерны годичные кольца, обусловленные изменениями размеров клеток и толщины их стенок в связи с изменениями условий роста. В зонах умеренного климата контраст колец связан с отличием "летней" древесины одного года от "весенней" следующего. По числу колец на уровне земли можно определить возраст дерева.

Химический состав. В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинноцепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующим межклеточным веществом являются в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, таннины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз. Количество инородных, экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.

Физические свойства. Относительная плотность древесины лежит в пределах от 0,1 (бальза) до ДРЕВЕСИНА1,3 (железное дерево и некоторые другие тропические породы). Относительная плотность большей части деловой древесины составляет 0,2-0,75, плотность 190-850 кг/м3. Относительная плотность древесинного вещества равна приблизительно 1,5. Следовательно, лишь около 1/6 объема легкой деловой древесины составляет твердое вещество, тогда как в более тяжелых сортах на него приходится около половины объема. Относительная плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 (среднее значение 0,53). И древесина дерева на корню, и деловая древесина сильно поглощают воду, что обусловлено ее капиллярным строением. Свободная вода заполняет клеточные полости, а связанная удерживается за счет адсорбции в промежутках между волокнами. Когда вся свободная вода при сушке удалена, так что всю сосудистую систему заполняет связанная вода, древесина достигает точки насыщения волокон, что для большинства пород соответствует содержанию влаги около 28%. Дальнейшее удаление воды приводит к усадке, так как при десорбировании адсорбированной воды волокна сжимаются и просвет сосудов уменьшается. В зависимости от наличия влаги древесина усаживается или разбухает. Усадка от точки насыщения волокон до состояния после сушки в печи максимальна (4-14%) в тангенциальном направлении (параллельно годичным кольцам), примерно вдвое меньше (2-8%) в радиальном направлении (поперек годичных колец) и практически отсутствует (0,1-0,2%) вдоль волокон. Тангенциальная, радиальная и объемная усадки приблизительно пропорциональны изменению влагосодержания древесины. Механические свойства древесины тесно связаны с ее волоконно-клеточной структурой. Ее прочность максимальна вдоль и довольно низка поперек волокон. Предел прочности (отнесенный к единице массы) древесины при растяжении вдоль волокон в 40 раз, а при сжатии в 3-4 раза больше, чем у стали. Предел прочности при сжатии вдоль волокон примерно в 6 раз, а при сдвиге примерно в 4 раза больше, чем поперек волокон. Поскольку усилия сжатия и изгиба типичны для сооружений, древесина особенно подходит для использования в строительных конструкциях в качестве колонн и коротких балок. Почти все прочностные характеристики древесины изменяются пропорционально плотности и обратно пропорционально влагосодержанию ниже точки насыщения волокон. Наклон волокон, т.е. отклонение их направления от продольной оси, снижает прочность деревянного конструктивного элемента. Точно так же она снижается при наличии в досках и бревнах сучков, включенных частей ветвей, нарушающих или полностью прерывающих ход волокон. Однако в отсутствие растягивающих и изгибающих нагрузок небольшие сучки допустимы. Прочность древесины снижается также из-за повреждений гнилостными микроорганизмами и насекомыми.

Применение древесины. Применение в строительстве. Древесина применяется в строительстве в таких формах, как пиломатериалы прямоугольного сечения (брус, доски), шпон, фанера, железнодорожные шпалы, столбы, сваи, стойки, гонт и древесноволокнистые плиты. Больше всего потребляется пиломатериалов прямоугольного сечения. Их производят распиловкой бревен, затем отделывают до стандартной ширины и длины, сортируют по качеству, сушат и поставляют потребителям в необработанном с поверхности, обработанном или формованном виде. Фанеру изготавливают, склеивая нечетное число тонких слоев древесины (шпона) так, чтобы волокна соседних слоев были взаимно перпендикулярны. Фанерные панели отличаются от обычных пиломатериалов тем, что (наряду с отсутствием ограничений по ширине) их прочность более равномерна в разных направлениях, они лучше сопротивляются раскалыванию, а их размеры меньше изменяются в условиях переменной влажности.

Топливо и древесная масса. Применение древесины как топлива в масштабах всего мира имеет все еще очень важное значение. В высокоразвитых промышленных странах топливное потребление древесины на протяжении последних десятилетий непрерывно уменьшалось в связи с переходом на уголь, газ, нефть и электричество. Такая тенденция, по-видимому, сохранится и в будущем по мере того, как с дальнейшим развитием техники будут все более доступны другие виды топлива и источники тепла. Применение же древесины в виде древесной массы в последнее время, наоборот, непрерывно увеличивалось и, по прогнозам, будет продолжать увеличиваться в обозримом будущем. Древесина превращается в древесную массу механическим истиранием с применением воды или путем обработки химикатами, разрушающими лигниновую связь и освобождающими волокна. Затем древесная масса переделывается в различные виды бумаги, коробочный картон, древесноволокнистые плиты. После специальной обработки она используется как целлюлозное сырье для изготовления синтетических тканей и пластиков.

Усовершенствования технологии. Благодаря новым технологическим разработкам древесина стала шире использоваться в традиционных областях и нашла новые области применения. К таким достижениям относятся усовершенствования в технологии сушки, противогнилостная и противопожарная обработка, слоистые конструкции, сборные конструкции заводского изготовления, высокоэффективные столярные клеи. Достигнуты большие успехи в целлюлозно-бумажной промышленности, а также в производстве таких материалов на основе химической переработки древесины, как синтетическое волокно, целлофан, спирт, дрожжи, древесноволокнистые плиты, древесина с полимерной пропиткой, древесный слоистый пластик и различные формованные изделия. Прогресс в области переработки и применения древесины явился стимулом к дальнейшему развитию лесного хозяйства. См. также

Целлюлоза;

Лесоматериалов Промышленность;

Фанера;

Дерево;

Конструкционные И Строительные Материалы.

ЛИТЕРАТУРА

Перелыгин Л.М. Древесиноведение. М., 1969 Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М., 1986