Строение, основные свойства и применение древесины

Строение, основные свойства и применение древесины

Макроскопическое и  микроскопическое строение древесины. Ее химические, физические и механические свойства. Материалы, получаемые из древесины: композиционные древесные материалы  и модифицированная древесина, строганные, круглые и пиленые лесоматериалы.

 

Содержание

 

 

Введение	3
1 Общая характеристика  древесины	6
1.1 Строение дерева	6
1.2 Макроскопическое строение  древесины	9
1.3 Микроскопическое строение  древесины	13
2 Основные свойства  древесины	16
2.1 Химические свойства древесины	16
2.2 Физические свойства  древесины	22
2.3 Механические свойства  древесины	33
3 Материалы, получаемые  из древесины	42
3.1 Круглые лесоматериалы	42
3.2 Пиленые лесоматериалы  (пилопродукция)	43
3.3 Строганные, лущеные, колотые лесоматериалы, измельченная древесина	45
3.4 Композиционные древесные  материалы и модифицированная  древесина	47
Выводы	50
Список литературы	52

 

 

Введение

 

 

Огромные пространства нашей планеты покрывают леса, они занимают около одной трети  суши. Основным продуктом леса является древесина. По типу лесной растительности различают хвойные леса теплого умеренного климата, экваториальные дождевые леса, тропические влажные лиственные леса, леса сухих областей.

Древесина очень давно  используется для строительства жилищ, изготовления предметов домашнего обихода, для средств транспорта и разных изделий. Со временем наряду с древесиной в строительстве стали применяться металл, цемент, черепица, стекло, пластические массы.

Несмотря на это, объем  переработки древесины, постоянно растет, увеличивается выработка и переработка пиломатериалов. Потребление пилопродукции будет увеличиваться в домостроении, для производственных и бытовых нужд, в строительстве конструкций разной сложности и размеров, на ремонтных и эксплуатационных работах, в производстве мебели, тары и упаковки.

Многообразное использование  древесины объясняется редкостным сочетанием в ней многих ценных свойств. Древесина представляет собой прочный  и одновременно легкий материал, обладающий хорошими теплоизоляционными свойствами, способностью без разрушения поглощать работу при ударных нагрузках, гасить вибрации. Она легко обрабатывается режущими инструментами, склеивается, удерживает металлические и другие крепления. Древесина используется после переработки в виде пиломатериалов, целлюлозы, фанеры, бумаги, картона, древесноволокнистых и древесностружечных плит. Древесина – прекрасный конструкционный материал, и она находит применение в машиностроении. Из древесины изготовляют шпалы, мебель и спички, музыкальные инструменты, тару и спортивный инвентарь. Она является исходным сырьем для получения путем химической переработки кордных волокон для шинной промышленности, вискозного волокна, кормовых дрожжей, лекарственных препаратов и пр.

Однако древесина имеет и ряд недостатков: изменчивость свойств в направлении вдоль оси ствола и поперек; обладает гигроскопичностью, что приводит к увеличению ее массы и уменьшению прочности, а при высыхании древесина уменьшается в размерах (происходит усушка); она растрескивается и коробится; поражается грибами, что приводит к гниению; древесина способна гореть. Перечисленные недостатки в значительной мере устраняются путем химической и химико-механической переработки древесины в листовые и плитные материалы – бумагу, картон, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фанеру и др.

Чтобы улучшить внешний  вид и защитить изделия от воздействия  окружающей среды используются все виды обработки ее поверхности. К таким видам обработки относятся резьба и выжигание, инкрустация, золочение, оклеивание отделочными пленками, покрытие лакокрасочными материалами и др. Развитие техники отделки древесины имеет многовековую историю. Древесина была одним из первых материалов, которым человек стал пользоваться для изготовления орудий охоты и труда. Стремление украсить и защитить от разрушения эти орудия должно было зародиться у человечества на самых ранних стадиях развития культуры.

Все же техника отделки  древесины вплоть до XX века развивалась очень медленно, а отделочные материалы (пленкообразователи, пигменты, красители) были почти исключительно естественного происхождения.

Техника нанесения и  обработка лакокрасочных покрытий оставалась ручной значительно дольше, чем, например, обработка древесины  резанием. Лишь с начала XX века наблюдаются попытки использования механизмов для шлифования лакокрасочных покрытий и нанесения политуры. Более значительные изменения произошли после первой мировой войны, когда во все возрастающих количествах для отделки древесины стали применять нитроцеллюлозные лаки и эмали и первые лаки на синтетических фенолформальдегидных и затем глифталевых смолах.

Одновременно с нитроцеллюлозными  лаками и красками широкое распространение  получило пневматическое распыление вместо господствовавшего до этого ручного  нанесения покрытий тампоном и кистью.

В мебельной промышленности впервые нитроцеллюлозные лаки и  нанесение их распылением были внедрены в 1929 году на мебельной фабрике им.Халтурина  в Ленинграде.

В этот же период стали  появляться станки и механизированные аппараты для шлифования и полирования покрытий пастами, станки для нанесения политуры, вальцовые и щеточные станки.

Еще более значительные изменения в технике отделки  древесины произошли после Великой  Отечественной войны. Успехи химии  полимеров привели к появлению  в этот период целой серии новых лакокрасочных материалов на основе синтетических смол: алкидно-мочевино-формальдегидных; полиэфирных, эпоксидных, полиуретановых и др.

Характерная особенность  большинства новых лаков –  образование ими покрытий не в  результате процессов простого испарения растворителей, как например у шеллачных и нитроцеллюлозных лаков, а в результате химических превращений, происходящих после нанесения лака на поверхность древесины. Получающиеся покрытия по своей стойкости к действию многих реагентов значительно превзошли покрытия из известных ранее пленкообразователей. Поэтому уже в пятидесятые и шестидесятые годы в производстве мебели широкое применение получили полиэфирные лаки и эмали, а в производстве спортивного инвентаря и строительных деталей алкидно-мочевино-формальдегидные лаки и эмали.

В это время наряду с жидкими лакокрасочными материалами  для отделки древесины стали  применять пленочные материалы  в виде пропитанной термоактивными смолами бумаги с напечатанной на ней текстурой древесины.

Развитие производства древесных (стружечных и волокнистых) плит и их использование в корпусной  мебели и других изделиях из древесины  способствуют упрощению конструкции  последних и механизации процессов  отделки простых плоских поверхностей. Поэтому уже с середины 50-х годов начинается переход от отделки собранных изделий к отделке их узлов и деталей до сборки. Конструктивная простота таких узлов и деталей создает предпосылки для широкого применения новых механизированных способов нанесения лакокрасочных и пленочных материалов и обработки нанесенных покрытий.

В середине 50-х годов  появились так называемые лакообливочные машины, сделавшие буквально революцию  в технике нанесения лакокрасочных  материалов на плоские поверхности  изделий. По сравнению с широко распространенным пневматическим распылением эти машины позволили не только в несколько раз повысить производительность, но и значительно снизить потери лакокрасочных материалов.

В 60-х годах лакообливочные машины становятся основным оборудованием  для нанесения лакокрасочных материалов в производстве корпусной мебели. Широкое распространение в это время нашли также вальцовые станки, распыление и осаждение лакокрасочных материалов на изделия в электрическом поле высокого напряжения, ленточные шлифовальные и барабанные полировочные станки для облагораживания покрытий.

Для отделки мебели и  строительных деталей используются автоматические и полуавтоматические линии, ведется разработка способов быстрого отверждения покрытий с  помощью различного вида излучений (инфракрасного, ультрафиолетового, ускоренных электронов).

В целом техника отделки  древесины лакокрасочными и пленочными материалами в настоящее время  достигла довольно высокого уровня и  находится в стадии дальнейшего  развития и совершенствования

Введение в древесину антисептиков, антипиренов, смол, а также пластификация и прессование позволяют улучшить свойства натуральной древесины и получить био- и огнестойкие материалы, обладающие повышенной прочностью, износостойкостью и формоустойчивостью, антифрикционными и другими необходимыми технологическими и эксплуатационными свойствами.

Немалую роль при оценке древесины как материала будущего играют ее неповторимые эстетические свойства. Даже отработанная древесина  имеет преимущество перед другими  материалами, легко поддаваясь биологическому разложению и не загрязняя окружающую среду.

В данной курсовой работе излагаются сведения об особенностях макроскопического строения древесины, ее химических, физических и механических свойствах, а также о материалах, которые получают из древесины.

 

1 Общая характеристика древесины

 

 

1.1 Строение дерева

 

 

Древесина состоит из элементарных клеток, разнообразных  по размерам и форме. Они прочно связаны  между собой. Полости клеток могут  быть заполнены смолами, камедями, тиллами, водой. Из клеток образуются сосуды, сердцевинные лучи, создается древесная масса.

Взрослое дерево имеет  ствол, крону и корни (рисунок 1.1)

Ствол. Ствол связывает  корневую систему с кроной дерева. Он проводит воду с растворенными  минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами – вниз к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Ствол дает основную массу древесины (от 50 до 90% объема всего дерева) и имеет главное промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть – комлем.

Рисунок 1.1. Части растущего дерева

 

Камбий – это живая  образовательная ткань, функционирующая  у древесных растений в течение  десятков, сотен и даже тысяч лет. В умеренном климатическом поясе наибольшая активность его наблюдается весной и летом. Зимой камбий бездействует. Этим обуславливается слоистое строение ствола дерева. Ствол также служит для размещения и поддержания кроны. Ствол дает большую массу древесины (от 50 до 90 % объема дерева) и имеет главное промышленное значение.

Ствол изучают на трех главных разрезах: поперечном, и  двух продольных – радиальном и  тангенциальном (рисунок 1.2). Плоскость  поперечного, или торцевого, разреза  перпендикулярна оси ствола. Плоскость одного из продольных разрезов проходит через сердцевину ствола по радиусу торца – радиальный разрез, плоскость другого разреза – тангенциального – направлена по касательной к окружностям, образованным слоями годичного прироста. На поперечном разрезе можно указать радиальные и тангенциальные направления, а на продольных разрезах направления вдоль волокон и радиальное или тангенциальное.

Основные анатомические  части ствола легко обнаружить на его поперечном разрезе. Наружная часть  – кора резко отличается по внешнему виду от внутренней части – древесины, занимающей наибольший объем ствола. Древесина окружает небольшую центральную зону – сердцевину. Расположенный между древесиной и корой слой камбия для простого глаза незаметен.

Рисунок 1.2. Основные части ствола и главные разрезы: П – поперечный, Р – радиальный, Т – тангенциальный

 

Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола, обычно она  более или менее смещена в  сторону. Сердцевина на поперечном разрезе  имеет вид темного пятнышка диаметром 2-5 мм (у бузины достигает 1 см). У одних пород она имеет овальную или округлую форму, у других – треугольную (ольха), четырех- и пятиугольную (ясень и тополь) и звездчатую (дуб). Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола, обычно она более или менее смещена в сторону. На продольном радиальном разрезе сердцевина имеет вид узкой коричневой прямой у хвойных пород или извилистой полоски у лиственных пород.

Древесина занимает наибольшую часть объема ствола. Диаметр ствола изменяется в широких пределах, примерно от 6-8 до 100 см. Форма поперечного сечения ствола и, следовательно, древесины чаще всего близка к окружности, но иногда сечение приобретает форму эллипса. Диаметр уменьшается по высоте ствола. В верхней части ствола древесину пронизывают сучки, представляющие собой остатки ветвей.