Древесина - Wood

Древесина - это пористая и волокнистая структурная ткань, встречающаяся в стеблях и корнях деревьев и других древесных растений . Это органический материал  - природный композит из целлюлозных волокон , которые являются сильными в напряжении и встроенных в матрице из лигнина , что сжатие резистов. Древесина иногда определяется как вторичная ксилема в стволах деревьев, или же она определяется в более широком смысле как включающая тот же тип ткани в других местах, например, в корнях деревьев или кустарников. В живом дереве он выполняет опорную функцию, позволяя древесным растениям вырастать большими или расти самостоятельно. Он также переносит воду и питательные вещества между листьями , другими растущими тканями и корнями. Древесина также может относиться к другим растительным материалам со сравнимыми свойствами, а также к материалам, изготовленным из древесины, древесной стружки или волокна.

Древесина тысячелетиями использовалась в качестве топлива , строительного материала , для изготовления инструментов и оружия , мебели и бумаги . Совсем недавно он стал сырьем для производства очищенной целлюлозы и ее производных, таких как целлофан и ацетат целлюлозы .

По состоянию на 2005 год запасы древостоя во всем мире составляли около 434 миллиардов кубических метров, 47% из которых были коммерческими. Древесные материалы, являясь обильным возобновляемым ресурсом с нулевым выбросом углерода , вызывают большой интерес как источник возобновляемой энергии. В 1991 году было заготовлено около 3,5 миллиардов кубометров древесины. Доминирующим образом использовались для изготовления мебели и строительства.

История

2011 открытие в канадской провинции в Нью - Брансуик дали самые ранние известные растения , выросшие леса, примерно 395 до 400 миллионов лет назад .

Древесину можно датировать углеродным датированием, а у некоторых видов - дендрохронологией, чтобы определить, когда был создан деревянный объект.

Люди использовали древесину на протяжении тысячелетий для многих целей, в том числе в качестве топлива или строительного материала для изготовления домов , инструментов , оружия , мебели , упаковки , произведений искусства и бумаги . Известные постройки из дерева датируются десятью тысячами лет. Такие постройки, как европейский длинный дом эпохи неолита, были в основном деревянными.

В последнее время использование дерева расширилось за счет добавления в конструкции стали и бронзы.

Межгодовые колебания ширины годичных колец и содержания изотопов дают ключ к разгадке климата, преобладавшего во время рубки дерева.

Физические свойства

Схема вторичного роста в дереве показывая идеализированную вертикальные и горизонтальные участки. Новый слой древесины добавляется в каждый вегетационный период, утолщая стебель, существующие ветви и корни , чтобы сформировать кольцо роста .

Кольца роста

Дерево, в строгом смысле слова, дают деревья , диаметр которых увеличивается за счет образования между существующей древесиной и внутренней корой новых древесных слоев, которые покрывают весь ствол, живые ветви и корни. Этот процесс известен как вторичный рост ; это результат деления клеток камбия сосудов , боковой меристемы и последующего расширения новых клеток. Затем эти клетки продолжают формировать утолщенные вторичные клеточные стенки, состоящие в основном из целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина .

Там, где различия между четырьмя сезонами очевидны, например в Новой Зеландии , рост может происходить по дискретной годовой или сезонной схеме, что приводит к образованию колец роста ; Обычно они наиболее отчетливо видны на конце бревна, но они также видны на других поверхностях. Если различие между сезонами является ежегодным (как в экваториальных регионах, например, в Сингапуре ), эти кольца роста называют годичными. Там, где сезонная разница незначительна, кольца роста могут быть нечеткими или отсутствовать. Если кора дерева была удалена на определенном участке, кольца, вероятно, деформируются, поскольку растение зарастает шрамом.

Если внутри годичного кольца есть различия, то часть годичного кольца, ближайшая к центру дерева и образовавшаяся в начале вегетационного периода, когда рост идет быстро, обычно состоит из более широких элементов. Обычно он более светлый по цвету, чем у внешней части кольца, и известен как раннее дерево или весеннее дерево. Внешняя часть, образующаяся позже в сезоне, известна как поздняя древесина или летняя древесина. Однако есть существенные различия в зависимости от породы дерева (см. Ниже). Если дерево всю жизнь растет на открытом воздухе, а условия почвы и участка остаются неизменными, оно будет быстрее всего расти в молодости и постепенно приходить в упадок. Годовые кольца прироста долгие годы довольно широки, но позже становятся все уже и уже. Поскольку каждое последующее кольцо накладывается на внешнюю сторону ранее сформированной древесины, отсюда следует, что, если дерево не увеличивает производство древесины из года в год, кольца обязательно должны становиться тоньше по мере того, как ствол становится шире. По мере того, как дерево достигает зрелости, его крона становится более открытой, а годовая выработка древесины снижается, тем самым еще больше уменьшая ширину годичных колец. В случае деревьев, выращиваемых в лесу, так много зависит от конкуренции деревьев в их борьбе за свет и питание, что периоды быстрого и медленного роста могут чередоваться. Некоторые деревья, например южные дубы , сохраняют одинаковую ширину кольца в течение сотен лет. В целом, однако, по мере того, как дерево становится больше в диаметре, ширина годичных колец уменьшается.

Узлы

Узел на стволе дерева

По мере роста дерева нижние ветви часто отмирают, а их основания могут зарастать и закрываться последующими слоями ствола дерева, образуя дефект, известный как узел. Сухая ветка не может быть прикреплена к дереву ствола, кроме как у его основания, и может выпасть после того, как дерево было распилено на доски. Сучки влияют на технические свойства древесины, обычно снижая локальную прочность и увеличивая тенденцию к раскалыванию вдоль волокон древесины, но их можно использовать для визуального эффекта. В продольном направлении пиломатериала доски, узел будет выглядеть как примерно круговым «твердый» (обычно темнее) кусок дерево , вокруг которого зерно из остальной части дерева «течет» (части и воссоединяется). Внутри сучка направление волокон (направление волокон) на 90 градусов отличается от направления волокон обычной древесины.

На дереве узелок - это либо основание боковой ветви, либо спящая почка. Узел (когда основание боковой ветви) имеет коническую форму (отсюда примерно круглое поперечное сечение) с внутренним концом в точке диаметра стебля, в которой располагался сосудистый камбий растения, когда ветвь формировалась в виде бутона.

При сортировке пиломатериалов и конструкционной древесины сучки классифицируются по форме, размеру, прочности и прочности, с которой они удерживаются на месте. Эта твердость зависит, среди прочего, от продолжительности времени, в течение которого ветка была мертва, в то время как прикрепленный стебель продолжал расти.

Деревянный сучок в вертикальном разрезе

Сучки существенно влияют на растрескивание и коробление, легкость обработки и раскалываемость древесины. Это дефекты, которые ослабляют древесину и снижают ее ценность для структурных целей, где прочность является важным фактором. Эффект ослабления намного более серьезен, когда древесина подвергается воздействию сил, перпендикулярных волокнам и / или растяжению, чем при нагрузке вдоль волокон и / или сжатии . Степень, в которой узлы влияют на прочность балки, зависит от их положения, размера, количества и состояния. Узел на верхней стороне сжимается, а узел на нижней стороне подвергается растяжению. Если узел проходит сезонную проверку, как это часто бывает, он будет мало сопротивляться этому растягивающему напряжению. Однако небольшие узлы могут располагаться вдоль нейтральной плоскости балки и увеличивать прочность, предотвращая продольный сдвиг . Узлы на доске или доске меньше всего повреждают, когда они проходят сквозь нее под прямым углом к ​​ее самой широкой поверхности. Узлы, возникающие у концов балки, не ослабляют ее. Крепкие сучки, возникающие в центральной части на расстоянии одной четвертой высоты балки от любого края, не являются серьезными дефектами.

-  Сэмюэл Дж. Рекорд, Механические свойства древесины

Сучки не обязательно влияют на жесткость конструкционной древесины, это будет зависеть от размера и расположения. Жесткость и упругость в большей степени зависят от прочной древесины, чем от локальных дефектов. Прочность на разрыв очень подвержена дефектам. Крепкие сучки не ослабляют древесину при сжатии параллельно волокну.

В некоторых декоративных целях может быть желательно дерево с сучками, чтобы добавить визуального интереса. В тех случаях, когда древесина окрашивается , например, плинтусы, облицовочные доски, дверные коробки и мебель, смолы, присутствующие в древесине, могут продолжать «просачиваться» на поверхность сучка в течение месяцев или даже лет после изготовления и проявляться в виде желтого цвета. или коричневатое пятно. Узел грунтовка краска или раствор ( заузливание ), правильно применять в процессе подготовки, может многое сделать , чтобы уменьшить эту проблему , но это трудно контролировать полностью, особенно при использовании запасов древесины высушенных массового производства.

Сердцевина и заболонь

Часть ветки тиса с 27 годичными кольцами роста, бледной заболонью, темной сердцевиной и сердцевиной (темное пятно в центре). Темные радиальные линии - это узелки.

Сердцевина (или твердая оболочка) - это древесина, которая в результате естественного химического преобразования стала более устойчивой к гниению. Формирование сердцевины - это генетически запрограммированный процесс, который происходит спонтанно. Существует некоторая неопределенность относительно того, умирает ли древесина во время формирования сердцевины, поскольку она все еще может химически реагировать на гниющие организмы, но только один раз.

Термин « сердцевина» происходит исключительно от ее положения, а не от жизненно важного значения для дерева. Об этом свидетельствует тот факт, что дерево может процветать, когда его сердце полностью сгнило. Некоторые виды начинают формировать сердцевину очень рано, поэтому имеют только тонкий слой живой заболони, в то время как у других изменения происходят медленно. Тонкая заболонь характерна для таких пород, как каштан , черная акация , шелковица , осаж-апельсин и сассафрас , тогда как для клена , ясеня , гикори , каркаса , бука и сосны обычно используется толстая заболонь. Некоторые другие никогда не образуют сердцевину.

Сердцевина часто визуально отличается от живой заболони, и ее можно отличить в поперечном сечении, где граница будет иметь тенденцию следовать за годичными кольцами. Например, иногда он намного темнее. Однако другие процессы, такие как гниение или нашествие насекомых, также могут обесцветить древесину даже у древесных растений, не образующих сердцевину, что может привести к путанице.

Заболонь (или заболонь) является младшим, внешний древесины; в растущем дереве это живая древесина, и ее основные функции - отводить воду от корней к листьям, а также накапливать и возвращать в зависимости от сезона запасы, приготовленные в листьях. Однако к тому времени, когда они становятся способными проводить воду, все трахеиды и сосуды ксилемы теряют свою цитоплазму, и поэтому клетки функционально мертвы. Вся древесина дерева сначала образуется как заболонь. Чем больше листьев на дереве и чем интенсивнее оно растет, тем больше требуется заболони. Следовательно, деревья, быстро растущие на открытом воздухе, имеют более толстую заболонь для своего размера, чем деревья того же вида, растущие в густых лесах. Иногда деревья (тех видов, которые образуют сердцевину), выращенные на открытом воздухе, могут достигать значительных размеров, 30 см (12 дюймов) или более в диаметре, прежде чем начинает формироваться сердцевина, например, у гикори второго роста или открытого грунта. выросли сосны .

Поперечный разрез дубового бревна с кольцами для выращивания

Определенной связи между годичными кольцами прироста и количеством заболони не существует. В пределах одного и того же вида площадь поперечного сечения заболони примерно пропорциональна размеру кроны дерева. Если кольца узкие, их требуется больше, чем там, где они широкие. По мере того, как дерево становится больше, заболонь обязательно должна становиться тоньше или существенно увеличиваться в объеме. Заболонь относительно толще в верхней части ствола дерева, чем у основания, потому что возраст и диаметр верхних частей меньше.

Когда дерево очень молодое, оно покрыто ветвями почти, если не полностью, до земли, но по мере взросления некоторые или все из них в конечном итоге умирают и либо отламываются, либо отваливаются. Последующий рост древесины может полностью скрыть пни, которые, однако, останутся сучками. Каким бы гладким и чистым ни было бревно снаружи, ближе к середине оно более или менее узловатое. Следовательно, заболонь старого дерева, и особенно дерева, выращенного в лесу, будет свободнее от сучков, чем внутренняя сердцевина. Поскольку в большинстве случаев использования древесины сучки являются дефектами, которые ослабляют древесину и мешают ее простоте обработки и другим свойствам, отсюда следует, что данный кусок заболони из-за своего положения на дереве вполне может быть прочнее, чем кусок сердцевина из того же дерева.

Различные куски дерева, вырезанные из большого дерева, могут сильно отличаться, особенно если дерево большое и зрелое. У некоторых деревьев древесина, уложенная в конце жизненного цикла дерева, мягче, легче, слабее и ровнее, чем древесина, полученная ранее, но для других деревьев действует обратное. Это может соответствовать или не соответствовать сердцевине и заболони. В большом бревне заболонь из-за времени жизни дерева, когда оно было выращено, может уступать по твердости , прочности и твердости столь же прочной сердцевине того же бревна. В меньшем дереве может быть и обратное.

Цвет

Древесина прибрежной секвойи ярко-красного цвета.

У пород, которые демонстрируют явное различие между сердцевиной и заболонью, естественный цвет сердцевины обычно темнее, чем у заболони, и очень часто контраст заметен (см. Раздел о тисовом бревне выше). Это происходит из-за отложений в сердцевине древесины химических веществ, поэтому резкое изменение цвета не означает существенной разницы в механических свойствах сердцевины и заболони, хотя между ними может быть заметная биохимическая разница.

Некоторые эксперименты с образцами очень смолистой длиннолистной сосны указывают на увеличение прочности за счет смолы, которая увеличивает прочность в сухом состоянии. Такая насыщенная смолой сердцевина называется «зажигалкой жира». Конструкции, построенные из толстой зажигалки, почти не подвержены гниению и термитам ; однако они очень легковоспламеняющиеся. Пни старых длиннолистных сосен часто выкапывают, раскалывают на мелкие кусочки и продают в качестве растопки для костра. Выкопанные таким образом пни на самом деле могут оставаться столетием или более после того, как их срубили. Пропитанная сырой смолой и высушенная ель также значительно увеличивает прочность благодаря этому.

Поскольку поздняя древесина годичного кольца обычно более темного цвета, чем ранняя древесина, этот факт можно использовать для визуальной оценки плотности и, следовательно, твердости и прочности материала. Особенно это касается хвойных пород древесины. В кольцевой пористой древесине сосуды ранней древесины часто кажутся на обработанной поверхности более темными, чем более плотная поздняя древесина, хотя на поперечных срезах сердцевины обычно наблюдается обратное. В противном случае цвет древесины не является показателем прочности.

Аномальное изменение цвета древесины часто указывает на болезненное состояние, указывающее на несостоятельность. Черная клетка у болиголова западная - результат нападения насекомых. Красновато-коричневые полосы, столь часто встречающиеся в гикори и некоторых других лесах, в основном являются результатом травм, нанесенных птицами. Изменение цвета является просто признаком травмы и, по всей вероятности, само по себе не влияет на свойства древесины. Некоторые грибы, вызывающие гниение, придают древесине характерный цвет, который, таким образом, становится признаком слабости; однако привлекательный эффект, известный как отслоение, полученный в результате этого процесса, часто считается желательной характеристикой. Обычное окрашивание сока происходит из-за роста грибков, но не обязательно оказывает ослабляющее действие.

Содержание воды

Вода в живой древесине встречается в трех местах, а именно:

В ядровой древесине встречается только в первой и последней формах. Древесина, тщательно высушенная на воздухе, удерживает 8–16% воды в стенках ячеек, а в других формах ее нет или практически нет. Даже высушенная в духовке древесина сохраняет небольшой процент влаги, но для всех, кроме химических целей, может считаться абсолютно сухой.

Общее влияние содержания воды на древесную массу заключается в том, что она становится более мягкой и податливой. Аналогичный эффект имеет место при смягчении водой сыромятной кожи, бумаги или ткани. В определенных пределах, чем больше содержание воды, тем сильнее ее смягчающий эффект.

Сушка приводит к значительному увеличению прочности древесины, особенно в небольших образцах. В качестве крайнего примера можно привести полностью сухой брус из ели сечением 5 см, который выдержит постоянную нагрузку в четыре раза больше, чем зеленый (не высушенный) брус такого же размера.

Наибольшее увеличение прочности за счет высыхания связано с пределом прочности на раздавливание и пределом упругости при торцевом сжатии; за ними следуют модуль разрыва и напряжение на пределе упругости при поперечном изгибе, в то время как модуль упругости подвергается наименьшему влиянию.

Состав

Увеличенный поперечный разрез черного ореха , показывающий сосуды, лучи (белые линии) и годовые кольца: это промежуточное звено между диффузно-пористым и кольцевидным, с постепенным уменьшением размера сосуда.

Древесина - неоднородный , гигроскопичный , ячеистый и анизотропный материал. Он состоит из клеток, а клеточные стенки состоят из микрофибрилл целлюлозы (40–50%) и гемицеллюлозы (15–25%), пропитанных лигнином (15–30%).

В хвойных или мягких породах древесины клетки древесины в основном одного вида, трахеиды , и в результате материал гораздо более однороден по структуре, чем у большинства лиственных пород . В хвойном дереве нет сосудов («пор»), которые так часто встречаются, например, в дубе и ясене.

Структура лиственных пород более сложная. О способности проводить воду в основном заботятся сосуды : в некоторых случаях (дуб, каштан, ясень) они довольно большие и отчетливые, в других ( конский глаз , тополь , ива ) слишком малы, чтобы их можно было увидеть без линз. При обсуждении таких пород древесины принято делить их на два больших класса: кольцевые и диффузно-пористые .

У кольцевидных видов, таких как ясень, черная акация, катальпа , каштан, вяз , гикори, шелковица и дуб, более крупные сосуды или поры (так называются поперечные сечения сосудов) локализуются в части образовавшегося кольца роста. весной, образуя область более или менее открытой и пористой ткани. Остальная часть кольца, произведенного летом, состоит из сосудов меньшего размера и гораздо большей доли древесных волокон. Эти волокна являются элементами, придающими дереву прочность и твердость, а сосуды - источником слабости.

В диффузно-пористой древесине поры имеют одинаковый размер, так что водопроводящая способность рассеивается по всему ростковому кольцу, а не собирается полосой или рядом. Примеры этого вида древесины - ольха , липа , береза , конский глаз, клен, ива , а также виды Populus, такие как осина, тополь и тополь. Некоторые виды, такие как грецкий орех и вишня , находятся на границе между двумя классами, образуя промежуточную группу.

Эрливуд и поздняя древесина

Из мягкой древесины

Эрливуд и древесина хвойных пород; радиальный вид, годичные кольца расположены близко друг к другу в пихте Дугласа Скалистых гор

В мягких породах умеренной зоны часто наблюдается заметная разница между поздней и ранней древесиной. Поздняя древесина будет более плотной, чем сформированная в начале сезона. При исследовании под микроскопом видно, что клетки плотной поздней древесины имеют очень толстые стенки и очень маленькие клеточные полости, тогда как клетки, сформировавшиеся первыми в сезон, имеют тонкие стенки и большие клеточные полости. Сила в стенах, а не в полостях. Следовательно, чем больше доля поздней древесины, тем больше плотность и прочность. При выборе куска сосны, где прочность или жесткость являются важным фактором, главное, на что следует обратить внимание, - это сравнительное количество ранней и поздней древесины. Ширина кольца не так важна, как пропорция и характер поздней древесины в кольце.

Если сравнить тяжелый кусок сосны с легким, сразу будет видно, что более тяжелый кусок древесины содержит большую долю поздней древесины, чем другой, и поэтому на нем более четко обозначены годичные кольца. У белой сосны нет большого контраста между различными частями кольца, в результате древесина очень однородна по текстуре и с ней легко работать. С другой стороны, у твердых сосен поздняя древесина очень плотная и имеет глубокий цвет, представляя резкий контраст с мягкой ранней древесиной соломенного цвета.

Важна не только доля поздней древесины, но и ее качество. В образцах, которые показывают очень большую долю поздней древесины, она может быть заметно более пористой и весить значительно меньше, чем поздняя древесина в кусках, которые содержат меньше поздней древесины. О сравнительной плотности и, следовательно, в некоторой степени прочности можно судить по визуальному осмотру.

Пока не может быть дано удовлетворительного объяснения точных механизмов, определяющих образование ранней и поздней древесины. Могут быть задействованы несколько факторов. У хвойных пород, по крайней мере, скорость роста сама по себе не определяет соотношение двух частей кольца, так как в некоторых случаях медленнорастущая древесина очень твердая и тяжелая, в то время как в других верно обратное. Качество участка, на котором растет дерево, несомненно, влияет на характер образовавшейся древесины, хотя невозможно сформулировать правила, регулирующие это. В целом, однако, можно сказать, что там, где важны прочность или простота обработки, следует выбирать древесину от умеренного до медленного роста.

В кольцевых породах древесины

Эрливуд и поздняя древесина из кольцевой пористой древесины (ясень) из Fraxinus excelsior ; вид по касательной, широкие годичные кольца

В кольцево-пористой древесине рост каждого сезона всегда четко выражен, потому что большие поры, образовавшиеся в начале сезона, упираются в более плотную ткань прошлого года.

В случае кольцевых пористых пород древесины твердых пород, кажется, существует довольно определенная связь между скоростью роста древесины и ее свойствами. Это можно кратко резюмировать в общем утверждении, что чем быстрее рост или чем шире кольца роста, тем тяжелее, тверже, прочнее и жестче древесина. Следует помнить, что это применимо только к древесине с кольцевидной структурой, такой как дуб, ясень, гикори и другие, принадлежащие к той же группе, и, конечно же, подлежит некоторым исключениям и ограничениям.

В кольцево-пористой древесине хорошего роста, как правило, именно в поздней древесине больше всего толстостенных, придающих прочность волокон. По мере уменьшения ширины кольца эта поздняя древесина уменьшается, так что при очень медленном росте образуется сравнительно легкая пористая древесина, состоящая из тонкостенных сосудов и паренхимы древесины. У хорошего дуба эти большие сосуды ранней древесины занимают от 6 до 10 процентов объема бревна, тогда как у плохого материала они могут составлять 25% и более. Поздняя древесина хорошего дуба имеет темный цвет и твердая, и состоит в основном из толстостенных волокон, которые составляют половину или более древесины. У низшего сорта дуба эта поздняя древесина значительно снижена как по количеству, так и по качеству. Такое изменение во многом является результатом скорости роста.

Древесину с широкими кольцами часто называют «второстепенной», потому что рост молодой древесины в открытых древостоях после удаления старых деревьев происходит быстрее, чем у деревьев в закрытом лесу, а также при производстве изделий с высокой прочностью. Важное соображение, что такой материал из твердой древесины "второго роста" является предпочтительным. Особенно это касается выбора гикори для ручек и спиц . Здесь важна не только сила, но и стойкость и стойкость.

Результаты серии испытаний гикори, проведенных Лесной службой США, показывают, что:

«Ударопрочная способность является наибольшей у древесины с широкими кольцами, которая имеет от 5 до 14 колец на дюйм (кольца толщиной 1,8-5 мм), довольно постоянна от 14 до 38 колец на дюйм (кольца толщиной 0,7–1,8 мм). ), и быстро уменьшается с 38 до 47 колец на дюйм (кольца толщиной 0,5–0,7 мм) .Прочность при максимальной нагрузке не так велика с самой быстрорастущей древесиной, она максимальна от 14 до 20 колец на дюйм ( кольца толщиной 1,3–1,8 мм), и снова становится меньше по мере того, как древесина становится более плотно окольцованной. Естественный вывод состоит в том, что древесина первоклассных механических свойств показывает от 5 до 20 колец на дюйм (кольца толщиной 1,3–5 мм) и что более медленный рост приводит к снижению запасов. Таким образом, инспектор или покупатель гикори должен различать древесину, имеющую более 20 колец на дюйм (колечки толщиной менее 1,3 мм). Однако существуют исключения в случае нормального роста в засушливых условиях, в который медленнорастущий материал может быть прочным и жестким ».

Влияние скорости роста на качество древесины каштана резюмируется тем же органом следующим образом:

«Когда кольца широкие, переход от весенней древесины к летней происходит постепенно, в то время как в узких кольцах весенняя древесина резко переходит в летнюю. Ширина весенней древесины мало изменяется с шириной годового кольца, поэтому что сужение или расширение годового кольца всегда происходит за счет летней древесины. Узкие сосуды летней древесины делают ее более богатой древесным веществом, чем весенняя древесина, состоящая из широких сосудов. Следовательно, быстрорастущие экземпляры с широкими кольцами содержат больше древесной массы, чем медленнорастущие деревья с узкими кольцами. Поскольку чем больше древесной массы, тем больше вес, а чем больше вес, тем прочнее древесина, каштаны с широкими кольцами должны иметь более прочную древесину, чем каштаны с узкими кольцами. с общепринятым мнением, что ростки (которые всегда имеют широкие кольца) дают лучшую и более прочную древесину, чем сеянцы каштанов, которые растут медленнее в диаметре ».

В диффузно-пористой древесине

В диффузно-пористой древесине граница между кольцами не всегда такая четкая и в некоторых случаях почти (если не полностью) невидима невооруженным глазом. И наоборот, когда есть четкая демаркация, может не быть заметной разницы в структуре внутри росткового кольца.

В диффузно-пористой древесине, как уже было сказано, сосуды или поры имеют одинаковый размер, так что водопроводящая способность рассеивается по всему кольцу, а не собирается в ранней древесине. Таким образом, эффект скорости роста не такой, как у кольцевой пористой древесины, он больше приближается к условиям хвойных пород. В целом можно сказать, что такая древесина среднего роста дает более прочный материал, чем при очень быстром или очень медленном росте. Во многих случаях использования древесины общая прочность не является главным фактором. Если ценится простота обработки, древесину следует выбирать с учетом ее однородной текстуры и прямолинейности волокон, что в большинстве случаев будет иметь место при небольшом контрасте между поздней древесиной роста одного сезона и ранней древесиной следующего.

Однодольное дерево

Стволы кокосовой пальмы, однодольного, на Яве. С этой точки зрения они мало чем отличаются от стволов двудольных или хвойных деревьев.

Конструкционный материал, который по своим общим характеристикам обработки напоминает обычную древесину «двудольных» или хвойных пород, производится рядом однодольных растений, которые также в просторечии называются древесиной. Из них бамбук , который с ботанической точки зрения относится к семейству трав, имеет большое экономическое значение, более крупные стебли широко используются в качестве строительного и строительного материала, а также при производстве инженерных полов, панелей и шпона . Еще одна крупная группа растений, производящая материал, который часто называют деревом, - это пальмы . Гораздо меньшее значение имеют такие растения, как панданус , драцена и кордилин . При всем этом материале структура и состав обрабатываемого сырья сильно отличаются от обычного дерева.

Удельный вес

Единственным наиболее показательным свойством древесины в качестве индикатора качества древесины является удельный вес (Timell 1986), поскольку от него зависят как выход целлюлозы, так и прочность пиломатериалов. Удельный вес - это отношение массы вещества к массе равного объема воды; Плотность - это отношение массы некоторого количества вещества к объему этого количества и выражается в массе на единицу вещества, например, в граммах на миллилитр (г / см 3 или г / мл). Термины, по сути, эквивалентны, пока используется метрическая система. При высыхании древесина дает усадку и увеличивается ее плотность. Минимальные значения относятся к зеленой (водонасыщенной) древесине и называются базовым удельным весом (Timell 1986).

Плотность древесины

Плотность древесины определяется множеством факторов роста и физиологических факторов, объединенных в «одну довольно легко измеряемую характеристику древесины» (Elliott 1970).

Возраст, диаметр, высота, радиальный рост (ствол), географическое положение, сайт и условие выращивания, лесоводственное лечение, и источник семян все до некоторой степени плотности влияния древесины. Ожидается вариация. Внутри отдельного дерева разница в плотности древесины часто такая же или даже больше, чем у разных деревьев (Timell 1986). Изменение удельного веса ствола дерева может происходить как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Табличные физические свойства

В следующих таблицах перечислены механические свойства древесины и пиломатериалов, включая бамбук.

Свойства древесины:

Распространенное имя Научное название Содержание влаги Плотность (кг / м 3 ) Прочность на сжатие (мегапаскали) Прочность на изгиб (мегапаскали)
Красная ольха Alnus rubra Зеленый 370 20,4 45
Красная ольха Alnus rubra 12,00% 410 40,1 68
Черный ясень Fraxinus nigra Зеленый 450 15,9 41 год
Черный ясень Fraxinus nigra 12,00% 490 41,2 87
Голубой ясень Fraxinus quadrangulata Зеленый 530 24,8 66
Голубой ясень Fraxinus quadrangulata 12,00% 580 48,1 95
Зеленый ясень Fraxinus pennsylvanica Зеленый 530 29 66
Зеленый ясень Fraxinus pennsylvanica 12,00% 560 48,8 97
Орегон Эш Fraxinus latifolia Зеленый 500 24,2 52
Орегон Эш Fraxinus latifolia 12,00% 550 41,6 88
Белый ясень Fraxinus americana Зеленый 550 27,5 66
Белый ясень Fraxinus americana 12,00% 600 51,1 103
Зубастая осина Populus grandidentata Зеленый 360 17,2 37
Зубастая осина Populus grandidentata 12,00% 390 36,5 63
Осина Populus tremuloides Зеленый 350 14,8 35 год
Осина Populus tremuloides 12,00% 380 29,3 58
Американская липа Тилия американа Зеленый 320 15.3 34
Американская липа Тилия американа 12,00% 370 32,6 60
Американский бук Фагус крупнолистный Зеленый 560 24,5 59
Американский бук Фагус крупнолистный 12,00% 640 50,3 103
Бумажная береза Betula papyrifera Зеленый 480 16,3 44 год
Бумажная береза Betula papyrifera 12,00% 550 39,2 85
Сладкая береза Betula lenta Зеленый 600 25,8 65
Сладкая береза Betula lenta 12,00% 650 58,9 117
Желтая береза Betula alleghaniensis Зеленый 550 23,3 57 год
Желтая береза Betula alleghaniensis 12,00% 620 56,3 114
Butternut Juglans cinerea Зеленый 360 16,7 37
Butternut Juglans cinerea 12,00% 380 36,2 56
Черешня Prunus serotina Зеленый 470 24,4 55
Blach Cherry Prunus serotina 12,00% 500 49 85
Американский каштан Castanea dentata Зеленый 400 17 39
Американский каштан Castanea dentata 12,00% 430 36,7 59
Бальзам Тополь Коттонвуд Populus balsamifera Зеленый 310 11,7 27
Бальзам Тополь Коттонвуд Populus balsamifera 12,00% 340 27,7 47
Черный Коттонвуд Populus trichocarpa Зеленый 310 15,2 34
Черный Коттонвуд Populus trichocarpa 12,00% 350 31 год 59
Восточный Коттонвуд Populus deltoides Зеленый 370 15,7 37
Восточный Коттонвуд Populus deltoides 12,00% 400 33,9 59
Американский вяз Ульмус американский Зеленый 460 20,1 50
Американский вяз Ульмус американский 12,00% 500 38,1 81 год
Каменный вяз Ulmus thomasii Зеленый 570 26,1 66
Каменный вяз Ulmus thomasii 12,00% 630 48,6 102
Скользкий вяз Ulmus rubra Зеленый 480 22,9 55
Скользкий вяз Ulmus rubra 12,00% 530 43,9 90
Hackberry Celtis occidentalis Зеленый 490 18,3 45
Hackberry Celtis occidentalis 12,00% 530 37,5 76
Гикори Гикори Кария сердцевидная Зеленый 600 31,5 71
Гикори Гикори Кария сердцевидная 12,00% 660 62,3 118
Мускатный орех гикори Кария миристичиформная Зеленый 560 27,4 63
Мускатный орех гикори Кария миристичиформная 12,00% 600 47,6 114
Пекан Гикори Carya illinoinensis Зеленый 600 27,5 68
Пекан Гикори Carya illinoinensis 12,00% 660 54,1 94
Вода Гикори Carya aquatica Зеленый 610 32,1 74
Вода Гикори Carya aquatica 12,00% 620 59,3 123
Mockernut Hickory Кария томентоза Зеленый 640 30,9 77
Mockernut Hickory Кария томентоза 12,00% 720 61,6 132
Пигнут Гикори Кария глабра Зеленый 660 33,2 81 год
Пигнут Гикори Кария глабра 12,00% 750 63,4 139
Шагбарк Гикори Кария овата Зеленый 640 31,6 76
Шагбарк Гикори Кария овата 12,00% 720 63,5 139
Shellbark Hickory Carya laciniosa Зеленый 620 27 72
Shellbark Hickory Carya laciniosa 12,00% 690 55,2 125
Медокуст Gleditsia triacanthos Зеленый 600 30,5 70
Медокуст Gleditsia triacanthos 12,00% 600 51,7 101
Черная саранча Робиния псевдоакация Зеленый 660 46.9 95
Черная саранча Робиния псевдоакация 12,00% 690 70,2 134
Огуречное дерево Магнолия Магнолия острая Зеленый 440 21,6 51
Огуречное дерево Магнолия Магнолия острая 12,00% 480 43,5 85
Южная Магнолия Магнолия крупноцветковая Зеленый 460 18,6 47
Южная Магнолия Магнолия крупноцветковая 12,00% 500 37,6 77
Крупнолистный клен Acer macrophyllum Зеленый 440 22,3 51
Крупнолистный клен Acer macrophyllum 12,00% 480 41 год 74
Черный клен Acer nigrum Зеленый 520 22,5 54
Черный клен Acer nigrum 12,00% 570 46,1 92
Красный клен Acer rubrum Зеленый 490 22,6 53
Красный клен Acer rubrum 12,00% 540 45,1 92
Серебряный клен Acer saccharinum Зеленый 440 17,2 40
Серебряный клен Acer saccharinum 12,00% 470 36 61
Кленовый сахар Acer saccharum Зеленый 560 27,7 65
Кленовый сахар Acer saccharum 12,00% 630 54 109
Дуб черный красный Quercus velutina Зеленый 560 23,9 57 год
Дуб черный красный Quercus velutina 12,00% 610 45 96
Дуб вишневый красный Пагода Quercus Зеленый 610 31,9 74
Дуб вишневый красный Пагода Quercus 12,00% 680 60,3 125
Дуб Лавровый Красный Quercus hemisphaerica Зеленый 560 21,9 54
Дуб Лавровый Красный Quercus hemisphaerica 12,00% 630 48,1 87
Северный красный дуб Quercus rubra Зеленый 560 23,7 57 год
Северный красный дуб Quercus rubra 12,00% 630 46,6 99
Булавка Красный Дуб Quercus palustris Зеленый 580 25,4 57 год
Булавка Красный Дуб Quercus palustris 12,00% 630 47 97
Дуб красный алый Quercus coccinea Зеленый 600 28,2 72
Дуб красный алый Quercus coccinea 12,00% 670 57,4 120
Южный красный дуб Quercus falcata Зеленый 520 20,9 48
Южный красный дуб Quercus falcata 12,00% 590 42 75
Вода Красный Дуб Черный Quercus Зеленый 560 25,8 61
Вода Красный Дуб Черный Quercus 12,00% 630 46,7 106
Ива красный дуб Quercus phellos Зеленый 560 20,7 51
Ива красный дуб Quercus phellos 12,00% 690 48,5 100
Бур Белый Дуб Quercus macrocarpa Зеленый 580 22,7 50
Бур Белый Дуб Quercus macrocarpa 12,00% 640 41,8 71
Каштан Белый Дуб Quercus montana Зеленый 570 24,3 55
Каштан Белый Дуб Quercus montana 12,00% 660 47,1 92
Живой Белый Дуб Quercus virginiana Зеленый 800 37,4 82
Живой Белый Дуб Quercus virginiana 12,00% 880 61,4 127
Оверкап Белый Дуб Quercus lyrata Зеленый 570 23,2 55
Оверкап Белый Дуб Quercus lyrata 12,00% 630 42,7 87
Столб Белый Дуб Quercus stellata Зеленый 600 24 56
Столб Белый Дуб Quercus stellata 12,00% 670 45,3 91
Болотный Каштан Белый Дуб Quercus michauxii Зеленый 600 24,4 59
Болотный Каштан Белый Дуб Quercus michauxii 12,00% 670 50,1 96
Дуб белый болотный Quercus двухцветный Зеленый 640 30,1 68
Дуб белый болотный Quercus двухцветный 12,00% 720 59,3 122
белый дуб Quercus alba Зеленый 600 24,5 57 год
белый дуб Quercus alba 12,00% 680 51,3 105
Сассафрас Сассафрас альбидум Зеленый 420 18,8 41 год
Сассафрас Сассафрас альбидум 12,00% 460 32,8 62
Sweetgum Liquidambar styraciflua Зеленый 460 21 год 49
Sweetgum Liquidambar styraciflua 12,00% 520 43,6 86
Американский платан Платан западный Зеленый 460 20,1 45
Американский платан Платан западный 12,00% 490 37,1 69
Таноак Notholithocarpus densiflorus Зеленый 580 32,1 72
Таноак Notholithocarpus densiflorus 12,00% 580 32,1 72
Черный Тупело Nyssa sylvatica Зеленый 460 21 год 48
Черный Тупело Nyssa sylvatica 12,00% 500 38,1 66
Вода Тупело Nyssa aquatica Зеленый 460 23,2 50
Вода Тупело Nyssa aquatica 12,00% 500 40,8 66
Черный орех Juglans nigra Зеленый 510 29,6 66
Черный орех Juglans nigra 12,00% 550 52,3 101
Черная ива Salix nigra Зеленый 360 14.1 33
Черная ива Salix nigra 12,00% 390 28,3 54
Желтый тополь Лириодендрон тюльпановый Зеленый 400 18,3 41 год
Желтый тополь Лириодендрон тюльпановый 12,00% 420 38,2 70
Лысина Taxodium distichum Зеленый 420 24,7 46
Лысина Taxodium distichum 12,00% 460 43,9 73
Атлантический белый кедр Chamaecyparis thoides Зеленый 310 16,5 32
Атлантический белый кедр Chamaecyparis thoides 12,00% 320 32,4 47
Восточный Редседар Можжевельник виргинский Зеленый 440 24,6 48
Восточный Редседар Можжевельник виргинский 12,00% 470 41,5 61
Благовония Кедр Calocedrus decurrens Зеленый 350 21,7 43 год
Благовония Кедр Calocedrus decurrens 12,00% 370 35,9 55
Северный белый кедр Туя западная Зеленый 290 13,7 29
Северный белый кедр Туя западная 12,00% 310 27,3 45
Port Orford Cedar Chamaecyparis lawsoniana Зеленый 390 21,6 45
Port Orford Cedar Chamaecyparis lawsoniana 12,00% 430 43,1 88
Западный Редседар Туя складчатая Зеленый 310 19,1 35,9
Западный Редседар Туя складчатая 12,00% 320 31,4 51,7
Желтый кедр Cupressus nootkatensis Зеленый 420 21 год 44 год
Желтый кедр Cupressus nootkatensis 12,00% 440 43,5 77
Кост Дуглас Фир Pseudotsuga menziesii var. Menziesii Зеленый 450 26,1 53
Кост Дуглас Фир Pseudotsuga menziesii var. Menziesii 12,00% 480 49,9 85
Интерьер West Douglas Fir Псевдоцуга Мензиесии Зеленый 460 26,7 53
Интерьер West Douglas Fir Псевдоцуга Мензиесии 12,00% 500 51,2 87
Интерьер North Douglas Fir Pseudotsuga menziesii var. глаука Зеленый 450 23,9 51
Интерьер North Douglas Fir Pseudotsuga menziesii var. глаука 12,00% 480 47,6 90
Интерьер South Douglas Fir Pseudotsuga lindleyana Зеленый 430 21,4 47
Интерьер South Douglas Fir Pseudotsuga lindleyana 12,00% 460 43 год 82
Бальзам Пихтовый Abies balsamea Зеленый 330 18,1 38
Бальзам Пихтовый Abies balsamea 12,00% 350 36,4 63
Калифорнийская красная пихта Abies magnifica Зеленый 360 19 40
Калифорнийская красная пихта Abies magnifica 12,00% 380 37,6 72,4
Гранд Пихта Abies grandis Зеленый 350 20,3 40
Гранд Пихта Abies grandis 12,00% 370 36,5 61,4
Благородная ель Abies procra Зеленый 370 20,8 43 год
Благородная ель Abies procra 12,00% 390 42,1 74
Тихоокеанская Серебряная Пихта Abies amabilis Зеленый 400 21,6 44 год
Тихоокеанская Серебряная Пихта Abies amabilis 12,00% 430 44,2 75
Субальпийская ель Abies lasiocarpa Зеленый 310 15,9 34
Субальпийская ель Abies lasiocarpa 12,00% 320 33,5 59
Белая ель Abies concolor Зеленый 370 20 41 год
Белая ель Abies concolor 12,00% 390 40 68
Восточная тсуга Цуга канадская Зеленый 380 21,2 44 год
Восточная тсуга Цуга канадская 12,00% 400 37,3 61
Горный хемлок Tsuga mertensiana Зеленый 420 19,9 43 год
Горный хемлок Tsuga mertensiana 12,00% 450 44,4 79
Западная тсуга Цуга гетерофилла Зеленый 420 23,2 46
Западная тсуга Цуга гетерофилла 12,00% 450 49 78
Западная лиственница Лариса западная Зеленый 480 25,9 53
Западная лиственница Лариса западная 12,00% 520 52,5 90
Восточная белая сосна Pinus strobus Зеленый 340 16,8 34
Восточная белая сосна Pinus strobus 12,00% 350 33,1 59
Джек Пайн Pinus Banksiana Зеленый 400 20,3 41 год
Джек Пайн Pinus Banksiana 12,00% 430 39 68
Лоблолли Сосна Pinus Taeda Зеленый 470 24,2 50
Лоблолли Сосна Pinus Taeda 12,00% 510 49,2 88
Лоджполе Сосна Pinus contorta Зеленый 380 18 38
Лоджполе Сосна Pinus contorta 12,00% 410 37 65
Длиннолистная сосна Сосна болотная Зеленый 540 29,8 59
Длиннолистная сосна Сосна болотная 12,00% 590 58,4 100
Смола сосна Pinus rigida Зеленый 470 20,3 47
Смола сосна Pinus rigida 12,00% 520 41 год 74
Пруд Сосна Pinus serotina Зеленый 510 25,2 51
Пруд Сосна Pinus serotina 12,00% 560 52 80
Сосна Пондероза Pinus ponderosa Зеленый 380 16,9 35 год
Сосна Пондероза Pinus ponderosa 12,00% 400 36,7 65
Красная сосна Сосна смоляная Зеленый 410 18,8 40
Красная сосна Сосна смоляная 12,00% 460 41,9 76
Песчаная сосна Сосна клауса Зеленый 460 23,7 52
Песчаная сосна Сосна клауса 12,00% 480 47,7 80
Коротколистная сосна Pinus echinata Зеленый 470 24,3 51
Коротколистная сосна Pinus echinata 12,00% 510 50,1 90
Слэш Сосна Pinus elliottii Зеленый 540 26,3 60
Слэш Сосна Pinus elliottii 12,00% 590 56,1 112
Ель Сосна Pinus glabra Зеленый 410 19,6 41 год
Ель Сосна Pinus glabra 12,00% 440 39 72
Сахарная сосна Pinus lambertiana Зеленый 340 17 34
Сахарная сосна Pinus lambertiana 12,00% 360 30,8 57 год
Вирджиния Пайн Pinus virginiana Зеленый 450 23,6 50
Вирджиния Пайн Pinus virginiana 12,00% 480 46,3 90
Западная белая сосна Pinus monticola Зеленый 360 16,8 32
Западная белая сосна Pinus monticola 12,00% 380 34,7 67
Redwood Old Growth Секвойя семпервиренс Зеленый 380 29 52
Redwood Old Growth Секвойя семпервиренс 12,00% 400 42,4 69
Redwood New Growth Секвойя семпервиренс Зеленый 340 21,4 41 год
Redwood New Growth Секвойя семпервиренс 12,00% 350 36 54
Черная ель Picea mariana Зеленый 380 19,6 42
Черная ель Picea mariana 12,00% 460 41,1 74
Ель Энгельмана Picea engelmannii Зеленый 330 15 32
Ель Энгельмана Picea engelmannii 12,00% 350 30,9 64
Красная ель Picea rubens Зеленый 370 18,8 41 год
Красная ель Picea rubens 12,00% 400 38,2 74
Ситкинская ель Picea sitchensis Зеленый 330 16.2 34
Ситкинская ель Picea sitchensis 12,00% 360 35,7 65
Белая ель Picea glauca Зеленый 370 17,7 39
Белая ель Picea glauca 12,00% 400 37,7 68
Тамаракская ель Ларикс ларицина Зеленый 490 24 50
Тамаракская ель Ларикс ларицина 12,00% 530 49,4 80

Свойства бамбука:

Распространенное имя Научное название Содержание влаги Плотность (кг / м 3 ) Прочность на сжатие (мегапаскали) Прочность на изгиб (мегапаскали)
Балку запреты Bambusa balcooa зеленый 45 73,7
Балку запреты Bambusa balcooa сухой воздух 54,15 81,1
Балку запреты Bambusa balcooa 8,5 820 69 151
Индийский колючий бамбук Bambusa bambos 9,5 710 61 143
Индийский колючий бамбук Bambusa bambos 43,05 37,15
Кивая бамбук Бамбуса нутанс 8 890 75 52,9
Кивая бамбук Бамбуса нутанс 87 46 52,4
Кивая бамбук Бамбуса нутанс 12 85 67,5
Кивая бамбук Бамбуса нутанс 88,3 44,7 88
Кивая бамбук Бамбуса нутанс 14 47,9 216
Слипшийся бамбук Bambusa pervariabilis 45,8
Слипшийся бамбук Bambusa pervariabilis 5 79 80
Слипшийся бамбук Bambusa pervariabilis 20 35 год 37
Бирманский бамбук Бамбуса полиморфная 95,1 32,1 28,3
Bambusa spinosa сухой воздух 57 год 51,77
Индийский бамбук Бамбуса тулда 73,6 40,7 51,1
Индийский бамбук Бамбуса тулда 11,9 68 66,7
Индийский бамбук Бамбуса тулда 8,6 910 79 194
дракон бамбук Дендрокаламус гигантский 8 740 70 193
Бамбук Гамильтона Дендрокаламус гамильтоний 8,5 590 70 89
Белый бамбук Дендрокалам перепончатый 102 40,5 26,3
Строка Бамбук Gigantochloa apus 54,3 24,1 102
Строка Бамбук Gigantochloa apus 15.1 37,95 87,5
Ява Черный Бамбук Гигантохлоа атровиолацеа 54 23,8 92,3
Ява Черный Бамбук Гигантохлоа атровиолацеа 15 35,7 94,1
Гигантский Аттер Гигантохлоа аттер 72,3 26,4 98
Гигантский Аттер Гигантохлоа аттер 14,4 31,95 122,7
Гигантохлоа макросостахия 8 960 71 154
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 42 53,5
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 63,6 144,8
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 86,3 46
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 77,5 82
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 15 56 87
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 63,3
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 28 год
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 56,2
Американский узколистный бамбук Гуадуа узколистная 38
Ягодный бамбук Melocanna baccifera 12,8 69,9 57,6
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 51
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 8 730 63
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 64 44 год
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 61 40
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 9 71
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 9 74
Японский бамбук Phyllostachys bambusoides 12 54
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 44,6
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 75 67
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 15 71
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 6 108
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 0,2 147
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 5 117 51
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 30 44 год 55
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 12,5 603 60,3
Панцирь черепахи бамбук Phyllostachys edulis 10,3 530 83
Ранний бамбук Phyllostachys praecox 28,5 827 79,3
Оливер Thyrsostachys oliveri 53 46.9 61,9
Оливер Thyrsostachys oliveri 7,8 58 90

Жесткое против мягкого

Обычно древесину классифицируют как хвойную или лиственную . Древесина хвойных пород (например, сосны) называется хвойными, а древесина двудольных (обычно широколиственных, например, дуба) - твердой древесиной. Эти названия вводят в заблуждение, так как древесина твердых пород не обязательно твердая, а древесина мягких пород - не обязательно мягкая. Хорошо известный бальза (твердая древесина) на самом деле мягче любой коммерческой мягкой древесины. И наоборот, некоторые мягкие породы дерева (например, тис ) тверже, чем многие твердые породы.

Существует сильная взаимосвязь между свойствами древесины и свойствами конкретного дерева, из которого она была получена. Плотность древесины зависит от породы. Плотность древесины коррелирует с ее прочностью (механическими свойствами). Например, красное дерево - это древесина твердых пород средней плотности, которая отлично подходит для изготовления прекрасной мебели, тогда как бальза легкая, что делает ее полезной для изготовления моделей . Одна из самых густых пород - чёрное железное дерево .

Химия

Химическая структура лигнина , который составляет около 25% сухого вещества древесины и отвечает за многие ее свойства.

Химический состав древесины варьируется от вида к виду, но состоит примерно из 50% углерода, 42% кислорода, 6% водорода, 1% азота и 1% других элементов (в основном, кальция , калия , натрия , магния , железа и марганца ). по весу. Древесина также содержит в небольшом количестве серу , хлор , кремний , фосфор и другие элементы.

Помимо воды, древесина состоит из трех основных компонентов. Целлюлоза , кристаллический полимер , полученный из глюкозы, составляет около 41-43%. Следующей по численности является гемицеллюлоза , которая составляет около 20% у лиственных деревьев и около 30% у хвойных. В отличие от целлюлозы, нерегулярно связаны в основном пятиуглеродные сахара . Лигнин является третьим компонентом, составляющим около 27% в хвойной древесине против 23% в лиственных. Лигнин придает гидрофобные свойства, отражая тот факт, что он основан на ароматических кольцах . Эти три компонента переплетены, и между лигнином и гемицеллюлозой существуют прямые ковалентные связи. Основным направлением бумажной промышленности является отделение лигнина от целлюлозы, из которой производится бумага.

С химической точки зрения разница между твердой и мягкой древесиной отражается в составе входящего в ее состав лигнина . Лигнин из твердых пород древесины в основном получают из синапилового спирта и кониферилового спирта . Лигнин хвойных пород в основном получают из хвойного спирта.

Экстрактивные вещества

Помимо структурных полимеров , то есть целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина ( лигноцеллюлозы ), древесина содержит большое количество неструктурных компонентов, состоящих из низкомолекулярных органических соединений , называемых экстрактивными веществами . Эти соединения присутствуют во внеклеточном пространстве и могут быть извлечены из древесины с помощью различных нейтральных растворителей , таких как ацетон . Аналогичное содержание присутствует в так называемом экссудате, производимом деревьями в результате механического повреждения или нападения насекомых или грибов . В отличие от структурных составляющих, состав экстрактивных веществ варьируется в широких пределах и зависит от многих факторов. Количество и состав экстрактивных веществ различаются между породами деревьев, различными частями одного и того же дерева и зависят от генетических факторов и условий роста, таких как климат и география. Например, более медленно растущие деревья и более высокие части деревьев имеют более высокое содержание экстрактивных веществ. Как правило, древесина хвойных пород богаче экстрактивными веществами, чем древесина твердых пород . Их концентрация увеличивается от камбия к сердцевине . Кора и ветки также содержат экстрактивные вещества. Хотя экстрактивные вещества составляют небольшую часть содержания древесины, обычно менее 10%, они чрезвычайно разнообразны и, таким образом, характеризуют химический состав древесных пород. Большинство экстрактивных веществ являются вторичными метаболитами, а некоторые из них служат предшественниками других химических веществ. Экстракты древесины проявляют различную активность, некоторые из них вырабатываются в ответ на раны, а некоторые участвуют в естественной защите от насекомых и грибков.

Завод по переработке таллового масла Forchem в Рауме , Финляндия.

Эти соединения способствуют различным физическим и химическим свойствам древесины, таким как цвет древесины, аромат, долговечность, акустические свойства, гигроскопичность , адгезия и высыхание. Принимая во внимание эти воздействия, экстрактивные вещества древесины также влияют на свойства целлюлозы и бумаги и, что немаловажно, вызывают множество проблем в бумажной промышленности . Некоторые экстрактивные вещества являются поверхностно-активными веществами и неизбежно влияют на поверхностные свойства бумаги, такие как адсорбция воды, трение и прочность. Липофильные экстракты часто образуют липкие отложения во время варки крафт-целлюлозы и могут оставлять пятна на бумаге. Экстрактивные вещества также влияют на запах бумаги, что важно при производстве материалов, контактирующих с пищевыми продуктами .

Большинство экстрактивных веществ для древесины липофильны, и лишь небольшая часть растворима в воде. Липофильная часть экстрактивных веществ, которую вместе называют древесной смолой , содержит жиры и жирные кислоты , стерины и сложные эфиры стерила, терпены , терпеноиды , смоляные кислоты и воски . Нагревание смолы, то есть перегонка , испаряет летучие терпены и оставляет твердый компонент - канифоль . Концентрированная жидкость летучих соединений, извлекаемая при перегонке с водяным паром, называется эфирным маслом . Перегонка олеорезина, полученного из многих сосен, дает канифоль и скипидар .

Большинство экстрактивных веществ можно разделить на три группы: алифатические соединения , терпены и фенольные соединения . Последние более растворимы в воде и обычно отсутствуют в смоле.

Использует

Топливо

Древесина имеет долгую историю использования в качестве топлива, которая продолжается и по сей день, в основном в сельских районах мира. Твердая древесина предпочтительнее мягкой, потому что она создает меньше дыма и дольше горит. Добавление дровяной печи или камина в дом часто добавляет атмосферы и тепла.

Балансовая древесина

Балансовая древесина - это древесина, которую выращивают специально для изготовления бумаги.

Строительство

Saitta House , Dyker Heights , Бруклин , Нью - Йорк , построенный в 1899 году состоит из и отделанный деревом.

Дерево было важным строительным материалом с тех пор, как люди начали строить укрытия, дома и лодки. Почти все лодки делались из дерева до конца 19 века, и дерево по-прежнему широко используется в строительстве лодок. В частности, для этой цели использовался вяз, поскольку он сопротивлялся гниению, пока оставался влажным (он также служил для водопровода до появления более современной сантехники).

Древесина, используемая для строительных работ, в Северной Америке широко известна как пиломатериалы . В других странах под пиломатериалами обычно понимают срубленные деревья, а слово, обозначающее готовые к употреблению распиленные доски, - это древесина . В средневековой Европе дуб был предпочтительной древесиной для всех деревянных конструкций, включая балки, стены, двери и полы. Сегодня используется более широкий выбор пород дерева: двери из цельного дерева часто делают из тополя , мелкосучковой сосны и пихты Дугласа .

Церкви Кижи , Россия, входят в число немногих объектов всемирного наследия, построенных полностью из дерева без металлических соединений. Подробнее см. Кижский погост .

Новое жилищное строительство во многих частях мира сегодня обычно строится из деревянных конструкций. Конструкционные изделия из дерева становятся все более важной частью строительной отрасли. Их можно использовать как в жилых, так и в коммерческих зданиях в качестве конструкционных и эстетических материалов.

В зданиях из других материалов дерево по-прежнему будет использоваться в качестве вспомогательного материала, особенно при строительстве крыш, внутренних дверей и их рам, а также в качестве наружной облицовки.

Дерево также обычно используется в качестве опалубочного материала для формирования формы, в которую заливается бетон при строительстве железобетона .

Напольное покрытие

Древесину можно разрезать на прямые доски и сделать деревянный пол .

Пол из цельной древесины - это пол, уложенный досками или рейками, созданными из цельного куска древесины, обычно из твердой древесины. Поскольку древесина гигроскопична (она поглощает и теряет влагу из окружающих условий), эта потенциальная нестабильность эффективно ограничивает длину и ширину досок.

Полы из твердой древесины обычно дешевле, чем инженерная древесина, а поврежденные участки можно многократно отшлифовать и отполировать, причем количество раз ограничивается только толщиной древесины над шпунтом.

Полы из твердой древесины изначально использовались для строительных целей, будучи установленными перпендикулярно деревянным опорным балкам здания (балкам или опорам), а массивная строительная древесина до сих пор часто используется для спортивных полов, а также для большинства традиционных деревянных блоков, мозаики и паркета .

Разработанные продукты

Конструкционные изделия из дерева, клееные строительные изделия, «спроектированные» для конкретных требований к характеристикам, часто используются в строительстве и промышленности. Изделия из клееной древесины производятся путем склеивания древесных волокон, шпона, пиломатериалов или других форм древесного волокна с помощью клея, чтобы сформировать более крупную и более эффективную композитную структурную единицу.

Эти продукты включают в себя клееный брус (клееный брус), деревянные конструкционные панели (включая фанеру , ориентированно-стружечные плиты и композитные панели), клееный брус (LVL) и другие изделия из конструкционного композитного пиломатериала (SCL), пиломатериалы из параллельных прядей и двутавровые балки. В 1991 году для этой цели было израсходовано около 100 миллионов кубометров древесины. Согласно имеющимся тенденциям, древесно-стружечные и древесноволокнистые плиты вытеснят фанеру.

Древесина, непригодная для строительства в ее естественном виде, может быть разбита механически (на волокна или стружку) или химически (на целлюлозу) и использоваться в качестве сырья для других строительных материалов, таких как инженерная древесина, а также древесно-стружечная плита , древесноволокнистая плита и средние плиты. древесноволокнистая плита плотности (МДФ). Такие производные древесины широко используются: древесные волокна являются важным компонентом большей части бумаги, а целлюлоза используется как компонент некоторых синтетических материалов . Производные древесины могут использоваться для различных полов, например ламината .

Мебель и посуда

Дерево всегда широко использовалось для изготовления мебели , такой как стулья и кровати. Он также используется для ручек инструментов и столовых приборов, таких как палочки для еды , зубочистки и других принадлежностей, таких как деревянная ложка и карандаш .

Другой

Дальнейшие разработки включают новые области применения лигнинового клея, перерабатываемую упаковку для пищевых продуктов, приложения для замены резиновых шин, антибактериальные медицинские агенты и высокопрочные ткани или композиты. По мере того, как ученые и инженеры продолжают изучать и разрабатывать новые методы извлечения различных компонентов из древесины или, альтернативно, модификации древесины, например, путем добавления компонентов в древесину, на рынке появятся новые более совершенные продукты. Электронный контроль содержания влаги также может улучшить защиту древесины нового поколения.

Изобразительное искусство

Дерево издавна использовалось в качестве художественного средства . На протяжении тысячелетий из него изготавливали скульптуры и резьбу . Примеры включают тотемные столбы, вырезанные коренными жителями Северной Америки из стволов хвойных деревьев, часто из западного красного кедра ( Thuja plicata ).

Другое использование дерева в искусстве:

Спортивное и развлекательное оборудование

Многие виды спортивного инвентаря делаются из дерева или изготавливались из дерева в прошлом. Например, биты для крикета обычно делают из белой ивы . В бейсбольные биты , которые являются законными для использования в МЛБ часто сделаны из ясеня или гикори , и в последние годы были построены из клена , даже если это дерево несколько более хрупкими. Корты Национальной баскетбольной ассоциации традиционно делаются из паркета .

Многие другие виды спортивного и развлекательного оборудования, такие как лыжи , хоккейные клюшки , клюшки для лакросса и луки для стрельбы из лука , в прошлом обычно делались из дерева, но с тех пор были заменены более современными материалами, такими как алюминий, титан или композитными материалами, такими как как стеклопластик, так и углепластик . Одним из примечательных примеров этой тенденции является семейство клюшек для гольфа, широко известное как лес , головки которых на заре игры в гольф традиционно делались из древесины хурмы , но теперь они обычно изготавливаются из металла или (особенно в корпус драйверов ) углепластик.

Бактериальная деградация

Мало что известно о бактериях, разрушающих целлюлозу. Симбиотические бактерии в двухстворчатой ракушке могут играть определенную роль в деградации затонувшей древесины. Alphaproteobacteria , Flavobacteria , Actinobacteria , Clostridia и Bacteroidetes были обнаружены в древесине, находящейся под водой более года.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки