Czym jest drewno i jakie jest?

Drewno pełni wiele funkcji – służy do budowy domów i robienia mebli, ogrzewa nim pomieszczenia, otacza nas wszędzie. Ale czym jest drewno z punktu widzenia fizyki lub mechaniki? Jak można go używać i jakie ma wady?

Drewno to naturalny surowiec, który wykorzystywany jest do produkcji różnego rodzaju wyrobów i konstrukcji. Jeśli mówimy o tym materiale z punktu widzenia fizyki, to drewno jest tkanką roślinną, składającą się z komórek, które przylegają do siebie z dużą gęstością. Dzięki temu struktura drzewa jest gęsta i sprężysta. Komórki drzewa (jak wszystkie inne żywe komórki) mają powłokę. Zawiera celulozę, dzięki czemu drewno jest tak trwałe. Komórki mają kształt rurki - długiej i wąskiej, dlatego nazwano je włóknami.

Drewno ma zdolność zatrzymywania ciepła. Wynika to z obecności pustek między komórkami - to one zatrzymują ciepło i gromadzą je. Niespójna wytrzymałość i waga są związane z rozmiarem włókien. Im są grubsze, tym trwalsze drewno.

Łatwiej jest rąbać drewno w kierunku, w którym znajdują się włókna. Łatwiej jest przetwarzać drewno tych gatunków, w których znajdują się równolegle. Drzewa klonowe są trudniejsze w obróbce, ponieważ struktura klonu ma ścisłe przeplatanie się komórek włóknistych. Ale nie tylko celuloza znajduje się w komórkach drewna. Zawierają również bardzo złożoną i tajemniczą substancję zwaną ligniną. Dzięki niemu włókna są ze sobą połączone. Naukowcom nie udało się jeszcze wyprowadzić wzoru chemicznego ligniny, jest ona tak złożona.

Drewno ma niepowtarzalny odcień i zapach, który wyróżnia je spośród innych materiałów. Oba wynikają z obecności w składzie żywic, olejów, w drzewach iglastych - gum i innych substancji. Te same elementy pomagają drewnu walczyć z próchnicą. Drewno dzieli się na dwa rodzaje gatunków - liściaste i iglaste. Obie grupy są bardzo duże. Wyróżnia się osobną grupę - drzewa jednoliścienne, w tym palmę, bambus.

Wszystkie cechy drewna dzielą się na trzy duże grupy: fizyczną, technologiczną i mechaniczną.

Te właściwości, które podczas badań nie prowadzą do zmiany składu chemicznego drewna, nazywamy fizycznymi. Należą do nich następujące cechy:

• wygląd zewnętrzny;
• poziom wilgotności i wszystko związane z jego zmianami;
• przewodnictwo cieplne i zatrzymywanie ciepła;
• przewodnictwo elektryczne;
• izolacja akustyczna i wszystko z tym związane;
• zmiany, które materiał nabywa po ekspozycji na promieniowanie elektromagnetyczne.

Wygląd kształtują takie składniki jak kolor, połysk, faktura i makrostruktura. Kolor nazywa się wrażeniem wizualnym, które pozostaje po tym, jak drzewo odbija strumień światła, a raczej z spektralnej kompozycji tego odbicia. Kolor jest niezwykle ważny dla drewna.Kierują się nim przy wyborze rasy, z jaką zostanie udekorowany pokój, z jakiego będą wykonane meble, instrument muzyczny, gatunek dekoracyjny i użytkowy itp.

Kolor drzewa zależy od wielu czynników - rasy, wieku, regionu i klimatu obszaru, na którym rośnie. Kolor może się zmieniać pod wpływem wiatru, słońca, infekcji grzybiczych, a także wilgoci, zwłaszcza jeśli drzewo było przez długi czas w wodzie. Ale wiele ras ma unikalny ton, który specjalista może łatwo rozpoznać. Połysk jest właściwością drzewa, która odbija strumień światła. U niektórych ras połysk jest silniejszy, u niektórych słabszy. Spośród gatunków rosnących w Rosji najsilniej połyskuje drewno dębowe, bukowe, a także drzewa takie jak biała akacja.

Tekstura to nic innego jak rysunek drzewa. Uwidacznia się po wycięciu elementów anatomicznych (słoje roczne, promienie rdzenia, naczynia). Na podstawie szerokości słojów i zawartości drewna późnego ocenia się jego jakość. Szerokość słojów to liczba warstw zawartych w jednym centymetrze, ułożonych w kierunku promieniowym na końcu drewna.

Mierzy się go metodami bezpośrednimi lub pośrednimi. Najprostszym i najbardziej niezawodnym sposobem pomiaru wilgotności drewna jest jego wysuszenie. Potrzeba czasu, ale odpowiedź jest dokładna. Jeśli chodzi o metody pośrednie, są one znacznie szybsze. Na przykład pomiary za pomocą konduktometrycznego elektrycznego miernika wilgotności pokazują, ile wody zawiera drzewo i jakie jest jego przewodnictwo elektryczne. Ale dokładność takich metod jest niska - maksymalnie 30%, a to tylko tam, gdzie igła została włożona do pomiaru.

Woda w drzewie może być wolna i związana. Pierwszy można znaleźć we wnęce włókien oraz w przestrzeni między komórkami. Drugi znajduje się w strukturze komórki, jest utrzymywany przez wiązania fizykochemiczne. Jeśli niezwiązaną wodę usuwa się z drewna dość łatwo, to woda związana jest znacznie trudniejsza do usunięcia. Jeśli tarcica zmieni swój kształt podczas suszenia, piłowania lub przechowywania, nazywa się to wypaczeniem. Cokolwiek jest spowodowane, prowadzi do pojawienia się wad drewna, dlatego musi być przechowywane i przetwarzane zgodnie z technologią.

Drewno ma takie właściwości jak wchłanianie wilgoci i pęcznienie (w konsekwencji). Należy to wziąć pod uwagę podczas pracy z nim. Nie zawsze jest ujemna, na przykład w kadziach lub beczkach, właściwość drewna pęcznieje i powiększa się, z tego powodu zwiększa gęstość przylegania elementów drewnianych do siebie.

Drewno ma gęstość mierzoną w kilogramach na metr sześcienny (lub gramach na centymetr sześcienny). Różne gatunki drewna mają tę samą gęstość substancji drzewnej (wynosi 1,53 g/cm3), ale różną gęstość całkowicie wysuszonego drewna. Istnieje kilka wskaźników gęstości - mokre drewno ma jedną gęstość, a suche - inną. Drewno ma taką charakterystykę jak porowatość, czyli stopień wypełnienia pustych ubytków powietrzem. Porowatość różnych skał waha się w granicach 40-80%.

Wskaźnik przepuszczalności oznacza, ile substancji płynnej lub gazowej jest w stanie przejść pod wpływem nacisku na nie. Oddzielnie wśród właściwości fizycznych drewna wyróżnia się właściwości termiczne, które obejmują pojemność cieplną, zdolność przewodzenia ciepła i rozszerzania się pod jego wpływem, a także zdolność przewodzenia temperatury. Drzewo ma właściwość przewodności elektrycznej, to znaczy przepływa przez nie prąd elektryczny. Im suchsze drewno, tym gorzej przewodzi prąd i odwrotnie.

Ta kategoria właściwości drewna obejmuje takie parametry jak twardość, odporność na zużycie, ciągliwość, retencja różnego rodzaju łączników oraz możliwość obróbki materiału narzędziami skrawającymi. Udarność to właściwość drewna polegająca na pochłanianiu siły przyłożonej do niego podczas uderzenia bez zmiany struktury materiału. Wysoka lepkość oznacza, że ​​rozbicie próbki wymaga dużej siły.

Twardość odnosi się do zdolności drewna do opierania się twardszemu ciału podczas prasowania. Twardszy materiał do badania drewna i twardości to stal. Twardość określa się za pomocą skali siłomierza. O odporności drewna na ścieranie świadczy jego właściwość odporności na zużycie podczas tarcia o powierzchnię z powłoką ścierną. Istnieje specjalny wzór do obliczania szybkości ścierania.

Drewno jest w stanie wytrzymać pod działaniem przyłożonych do niego sił, to znaczy ma właściwości mechaniczne. Należą do nich wytrzymałość, odporność na odkształcenia, właściwości technologiczne i eksploatacyjne. Właściwości mechaniczne drewna określane są w badaniach takich jak rozciąganie, ściskanie, zginanie i ścinanie. Drewno zaliczane jest do materiałów anizotropowych, co oznacza, że ​​ma różne właściwości w różnych kierunkach.

Wytrzymałość graniczna to maksymalny dopuszczalny poziom naprężenia, który poprzedza początek pęknięcia próbki. Musi być określony na próbce wolnej od wad, małej wielkości i czystej. Do określenia wytrzymałości drewna na ściskanie potrzebna jest próbka o kształcie pryzmatycznym.

Odkształcalność to zdolność do wytrzymywania krótkotrwałych obciążeń bez zmiany pierwotnego kształtu. Dzięki swojej elastyczności drewno jest w stanie powrócić do pierwotnego kształtu po krótkotrwałych obciążeniach. Moduł sprężystości obliczany jest za pomocą specjalnego wzoru. Struktura drewna jest taka, że ​​może odkształcać się pod stałymi obciążeniami. Ważne jest, aby dokładnie znać zarówno wskaźnik wytrzymałości, jak i dodatkową granicę wytrzymałości, a także granicę wytrzymałości (dla próbek poddawanych obciążeniom zmiennym).

Gatunków drewna jest wiele, przy wyborze materiału do budowy lub obróbki należy wziąć pod uwagę indywidualne cechy i właściwości każdego z nich. Drewno dzieli się nie tylko na dobrze znane grupy gatunków liściastych i iglastych. Na przykład istnieje klasyfikacja drewna według koloru. W zależności od gatunku kolory drewna różnią się. Kolor drzewa zależy od kilku czynników. Jest to rasa, wiek, tempo wzrostu drzewa, a także ilość zawartych w nim barwników.

Jasność jest również bezpośrednio związana z tym ostatnim czynnikiem. Biel drzewa (zewnętrzna część, która zawiera żywe komórki), ton jest zawsze jaśniejszy niż w rdzeniu. W części rdzeniowej, w której skoncentrowane są taniny i żywice, odcień jest znacznie ciemniejszy. Odpowiednio, w twardzieli drewno jest ciemniejsze, w bielu jest jasne.

Te pierwsze to modrzew, sosna, jesion. Drugi, o wąskim rdzeniu - brzoza, gruszka, lipa, olcha. Spośród wymienionych brzoza ma całkowicie biały odcień drewna, podczas gdy reszta ma bardzo jasny odcień drzewny. Wynika to również z obecności skrobi w drewnie bielu. Biel wykorzystuje się do produkcji desek parkietowych.

Drzewa iglaste służą do tworzenia tarcicy i innych elementów budowlanych. Mają lekką i łatwą w obsłudze konstrukcję. W Rosji rośnie duża liczba drzew iglastych. Jeśli chodzi o drewno liściaste, są one używane do tworzenia mebli i wyposażenia.

Niektóre gatunki drzew mają wyższą wartość, nazywane są cennymi. Wartość polega na tym, że skały te mają znacznie większą wytrzymałość, dłużej trwają i mają niepowtarzalny wzór. Odmiany te służą do tworzenia pięknych elitarnych mebli, desek parkietowych, drzwi i innych elementów dekoracyjnych. Wszystkie kosztują znacznie więcej niż konwencjonalne produkty w tej samej kategorii. Cennymi gatunkami domowymi są czereśnia, dąb, grusza, palisander, a także klon biały lub ostrokrzew.

Drewno wyróżnia się również oznakami płynności i braku płynności.

• Płynne drewno - służy do potrzeb domowych. Drewno płynne składa się z drewna handlowego i drewna opałowego. Z kolei drewno handlowe obejmuje drewno okrągłe i strugane, ale nie obejmuje drewna opałowego. W składzie drewna przemysłowego wyróżnia się również wióry technologiczne i żywica do pniaków.
• drewno niepłynne - takiej, która nie może być wykorzystywana do celów gospodarczych ze względu na to, że utraciła swoje właściwości techniczne na skutek wad naturalnych lub wad technologicznych.

Wady drewna nazywane są wadami, które ono posiada. Dotyczy to całego bagażnika i jego poszczególnych elementów. Wada musi koniecznie pogorszyć jakość drewna, ograniczając możliwość jego wykorzystania. Wszystkie rodzaje wad i wad są wymienione w GOST 2140-81. Za wadę uważa się wszystko, co odbiega od normalnej struktury drewna.

Wady są naturalne, które powstają niezależnie od woli osoby (narażenie na czynniki klimatyczne, ptaki, owady, gryzonie, bakterie itp.) oraz występują wady przetwórcze, do których zalicza się wady powstałe w wyniku niewłaściwej obróbki, przechowywania lub przechowywania materiału.

Wady mogą być zarówno warunkowe, jak i bezwarunkowe. Taka wada jest uważana za bezwarunkową, co znacznie obniża jakość tarcicy, takiej jak zgnilizna czy grzyb. Najczęstszą wadą są sęki, ale często występują również wady strukturalne drewna. Sękaty pień można wykorzystać na przykład do oryginalnego wystroju, ale nie przestaje być występkiem. Skład dopuszczalny zawiera nie więcej niż dwa sęki na metr długości drewna, przy czym sęki muszą być zdrowe.

Wady obróbki obejmują wszystko, co uszkodziło drewno podczas mechanicznego uderzenia w nie., a mianowicie - piłowanie, zbieranie, magazynowanie, przechowywanie, transport itp. To właśnie w wyniku mechanicznego uderzenia drewno najczęściej cierpi, nabierając wad, których początkowo nie miało.

Drewno znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu, będąc jednym z najbardziej przyjaznych środowisku i jednocześnie niedrogich materiałów.

Ostatnie dziesięciolecia pokazały, jak ważne jest wykorzystywanie odnawialnych minerałów i zasobów. Ta ostatnia obejmuje drewno opałowe wykorzystywane jako paliwo. Na całym świecie odnotowano wzrost wykorzystania drewna opałowego do ogrzewania pomieszczeń, a Rosja nie jest wyjątkiem. Pellety opałowe (pelety) i brykiety opałowe produkowane są niemal we wszystkich regionach kraju, w których występują lasy - bez względu na to, czy są iglaste, czy liściaste. Węgiel drzewny również stał się nagle popularny, choć wcześniej niezasłużenie o nim zapomniano. Teraz jest szeroko stosowany w życiu codziennym i w pracy.

Dziś domy wiejskie w przeważającej większości są budowane z drewna. Zalety drewna są niezaprzeczalne: jest przyjazne dla środowiska, naturalne, ma atrakcyjny wygląd i umożliwia tworzenie wielu projektów - od klasycznej rosyjskiej chaty po alpejski domek. Z drewna budują nie tylko domy, ale także łaźnie, sauny, altany. Drewno znajduje zastosowanie w budownictwie mieszkaniowym oraz w konstrukcjach nośnych, belkach, podłogach. W osadach wiejskich wciąż buduje się niskie domy z drewna - dla 2 lub 4 właścicieli.

Przemysł drzewny dąży obecnie do zwiększenia odporności na wilgoć, ogień, wytrzymałości tarcicy, a także poprawy zgodności drewna i płyt z przepisami budowlanymi. Ale jednocześnie drewno powinno pozostać materiałem naturalnym, oddychającym, zachować niepowtarzalny wzór i nieodłączny aromat. Stale pojawiają się nowe technologie obróbki i budowy, na przykład budowa domów w technologii podwójnego drewna to stosunkowo nowe zjawisko, które dopiero zyskuje popularność w Rosji.

Poza budownictwem, drewno jest szeroko stosowane jako materiał konstrukcyjny do produkcji mebli. - sofy, krzesła, stoły, szafy i inne. Schody, balustrady, listwy, tralki, ścieżki i chodniki w ogrodzie oraz inne elementy dekoracyjne w architekturze krajobrazu i w budynkach wykonane są z drewna.

Obecnie sztuką użytkową zajmują się zarówno amatorzy, jak i profesjonaliści. Drewno wykorzystywane jest w rzemiośle w jego najróżniejszych formach – od trocin i płyt po listwy i deski parkietowe. Rzemieślnicy ze złotymi rękami iz drewnianych skrzynek lub palet stworzą krzesło ogrodowe - Adirondack, które będzie wyglądało nie gorzej niż fabryczne. Z cięć uzyskuje się zarówno oryginalne ścieżki spacerowe w ogrodzie, jak i wspaniałe deski do krojenia czy obrazy wypalane wyrzynarką.

Chociaż drzewo jest odnawialnym zasobem naturalnym, pełne odnowienie lasu zajmuje kilkadziesiąt lat. Wylesianie i pożary lasów negatywnie wpływają na warunki klimatyczne i środowiskowe oraz zmniejszają ilość zasobów dostępnych do wykorzystania. Dlatego drewno jest poddawane recyklingowi w celu ponownego wykorzystania w produkcji, a także do przetworzenia powstałych odpadów.

Drewno można podzielić na biznesowe i niebiznesowe. Pierwsza obejmuje na przykład deski stropowe i podsiodłowe. Druga to fornir i płyty, a dokładniej ich pozostałości, cięte kłody, różne kawałki i skrawki z działalności stolarskiej, a kora, trociny, wióry i pył również określane są jako drewno niegospodarcze. Do tworzenia nowych produktów wykorzystuje się drewno komercyjne. Niebiznesowe podlega odbiorowi, dodatkowemu przetwarzaniu i późniejszej utylizacji. Chociaż w odniesieniu do drewna niehandlowego trwają prace rozwojowe i poszukiwania sposobów obróbki. Na przykład wióry i trociny są kompresowane, po czym są przetwarzane na ściółkę dla kota.