Контрольная работа по "Древесиноведение"

 

Вариант 1.

 

Вопрос 1.

 

Роль древесины в  народном хозяйстве Республики Беларусь и перспективы её применения. Достоинства  и недостатки древесины как материала.

 

Ответ.

 

Трудно, пожалуй, назвать  какую – либо отрасль народного  хозяйства, где древесина не использовалась бы в том или ином виде (природном или переработанном). В республике нет ни одного дома, где ни применялась бы древесина.

С ростом культуры, духовных запросов человека повышаются требования к тем отраслям производства, которые призваны материально обеспечивать удовлетворения этих запросов, в частности, к целлюлозно – бумажной промышленности. Наряду с бумагой разных назначений и картоном целлюлозно – бумажная промышленность вырабатывает вискозную целлюлозу и много других продуктов государственного значения. Громадное народнохозяйственное значение имеет производство тарного картона. Значительную часть деревянной тары можно заменить картонной. Картон можно изготавливать из отходов древесины.

Древесина – основное сырьё для спичечной промышленности. Древесина - универсальное сырьё, на базе которого развиваются многие отрасли промышленности: производство пластмасс, ДВП и ДСП, искусственного шёлка и т.п.

Большое народнохозяйственное значение имеет производство для кожевенной промышленности дубильных экстрактов из коры (ивовой, еловой и лиственничной) и из древесины дуба, а также из отходов дубовой древесины в виде щепы, стружек и опилок.

Также древесина может  применятся в качестве топлива. Древесина  применяется для строительства грузовых и пассажирских судов, плавучих доков, барж и т.д. Древесина как строительный материал обладает рядом ценных качеств (объёмный вес). Широкое распространение древесины, её высокие технические свойства, небольшой вес, простота обработки лесных материалов и ряд других достоинств древесины и изделий из неё обеспечивали ей до последнего времени одно из ведущих мест среди строительных материалов. Также древесина нашла применение в продукциях лесозаготовительной промышленности, лесопильной промышленности, фанерной, лесохимической, гидролизной промышленностях.

Древесина представляет собой прочный и одновременно лёгкий 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.

Однако материалы, получаемые из древесины чисто механическим путём, имеют недостатки: изменчивость свойств, неоднородность строения, анизотропия, наличие пороков, способность усыхать, разбухать, коробиться и растрескиваться, загнивать и возгораться.

Вопрос 13.

 

Усушка древесины, её величина в различных направлениях, причины усушки и ёё неоднородности. Влияние усушки при использовании древесины. Определить величину усушки и ширину тангенциальной доски после высыхания её до 8%, если её ширина при влажности 50% составляла 90 мм., коэффициент усушки К_t=0,30.

 

Ответ.

 

Уменьшение линейных размеров и  объема древесины при удалении из нее связанной воды называется  усушкой. Снижение содержания свободной воды, находящейся в полостях клеток и межклеточных пространствах, усушкой не    сопровождается.

Усушку вызывает удаление адсорбционной воды, находящейся внутри древесинного вещества. Однако одновременно с адсорбционной водой происходит испарение микрокапиллярной воды, поэтому усушка наблюдается при любой температуре сразу же после снижения влажности за предел насыщения клеточных стенок. Вначале удаляется преимущественно микрокапиллярная вода и сравнительно небольшое количество адсорбционной воды. Поэтому на начальном этапе снижения влажности усушка растет сравнительно медленно. После удаления 
всей микрокапиллярной воды наблюдается значительно более интенсивный рост усушки.

Адсорбционная вода находится главным образом  в промежутках между микрофибриллами и частично внутри самих микрофибрилл. Поскольку микрофибриллы ориентированы в основном по направлению продольной оси клетки, удаление адсорбционной воды приводит к уменьшению толщины клеточных стенок и поперечных размеров клетки. Учитывая, что анатомические элементы вытянуты преимущественно вдоль оси ствола, наибольшая усушка должна наблюдаться в поперечных направлениях. Действительно, продольная усушка, обусловленная некоторым наклоном микрофибрилл, в несколько десятков раз меньше, так как составляет лишь долю от основной поперечной деформации. В тангенциальном направлении поперек волокон усушка в 1,5—2 раза больше, чем в радиальном.

Причины анизотропии  усушки в плоскости поперек волокон состоят в следующем . Усушка прямо (но нелинейно) зависит от плотности древесины: чем больше масса клеточных стенок в единице объема древесины (т. е. чем больше находится в данном объеме древесины адсорбционной воды), тем больше усушка. Более плотные поздние зоны годичных слоев древесины должны усыхать больше, чем ранние зоны. Это подтверждается экспериментальными данными , пересчитанными согласно современным способам исчисления усушки и представленными в табл. 1.

Сильно усыхающие  поздние зоны стягивают ранние зоны и в основном определяют величину усушки всей древесины в тангенциальном направлении. Так, по данным МЛТИ, полученным на микросрезах заболони сосны, тангенциальная усушка изолированных поздних и ранних зон составила соответственно 9,2 и 
5,5 % , а усушка всей древесины в этом направлении была 8,5 %. По радиальному направлению усушка древесины равна средней (точнее— средневзвешенной) величине между усушками ранней и поздней зон. Ясно, что радиальная усушка древесины должна быть значительно меньше тангенциальной .

   1.ТАНГЕНЦИАЛЬНАЯ УСУШКА РАННЕЙ И ПОЗДНЕЙ ЗОН 
ГОДИЧНОГО СЛОЯ ДРЕВЕСИНЫ*

 

	Усушка, %			Усушка, %
Порода	ранней	поздней	Порода	ранней	поздней
	зоны	зоны		зоны	зоны
Лиственница	7,8	9,4	Бук	11,4	11,8
Сосна	6,7	7,5	Береза	8,6	9,3
Ель	6,1	7,4	Тополь	9Д	10,6
Дуб	8,4	9,8	Ива	6,5	6,9

* Для рассеяннососудистых пород под ранней зоной годичного слоя подразумевается его первая половина, обращенная к сердцевине, а под поздней — вторая половина, обращенная к коре.

 

Взаимодействием ранних и поздних зон годичного слоя объясняется главным образом анизотропия поперечной усушки древесины у хвойных пород. Древесина лиственных пород отличается большим содержанием сердцевинных лучей. В стенках паренхимных клеток сердцевинных лучей микрофибриллы направлены под сравнительно малым углом к их длине. Поэтому продольная усушка сердцевинных лучей по крайней мере в 2 раза меньше поперечной. Сердцевинные лучи сдерживают усушку древесины в радиальном направлении . С увеличением содержания сердцевинных лучей радиальная усушка древесины снижается.

На усушку влияют также особенности тонкого строения древесины. Это проявляется в том, что отношение тангенциальной усушки к радиальной в ранней зоне годичных слоев составляет у хвойных пород 2—3 (у лиственницы даже 5), в то время как в поздней зоне указанное отношение примерно в 2 раза меньше. Наблюдаются большая поперечная усушка радиальных стенок клеток по сравнению с тангенциальными, различия в усушке отдельных слоев клеточной стенки и т. д.

Однако для  практики наибольшее значение имеет  анизотропия усушки сравнительно больших объемов древесины. При этом наблюдается обратная связь между анизотропией усушки и упругих свойств (модулей упругости). В направлении наибольшей жесткости, т. е. вдоль волокон, усушка наименьшая. Поперек волокон усушка больше в тангенциальном направлении, в котором жесткость меньше, чем в радиальном.

Показателем усушки является влажностная (несиловая) деформация. Под полной, или максимальной, усушкой В_max понимают уменьшение линейных размеров или объема древесины при удалении всего количества связанной воды. Следовательно, для установления В_max влажность древесины должна быть 
снижена от предела насыщения клеточных стенок до нуля. Замеренное при этом уменьшение размеров (объема) образца относится к размеру (объему) образца при пределе насыщения клеточных стенок и выражается в процентах.

Формула для  вычисления полной усушки, %, имеет вид

В_max = 100 (а_max — a_min)/ а_max, (1) 

где а_max — размер (объем) образца при влажности равной пределу насыщения клеточных стенок или выше его, мм (мм³); a_min — размер (объем) образца в абс. сух. состоянии, мм (мм³).

Полная усушка древесины наиболее распространенных лесных пород в тангенциальном направлении составляет 8—10 %, а радиальном направлении 3 — 7 %, вдоль волокон 0,1 — 0,3 %. Полная объемная усушка находится в пределах 11 — 17%. Для расчетов влажностной деформации необходимо располагать коэффициентом усушки, определяющим величину усушки при снижении содержания связанной воды в древесине на 1 % .

С достаточным  для инженерных расчетов приближением можно полагать, что между усушкой и убылью связанной воды существует прямая пропорциональная связь. Коэффициент усушки К_в, % на 1 % влажности древесины, вычисляют по формуле

К_в=В_max /W_п.н.   (2)

Значение W_п. „ обычно принимают равным 30%. Результаты вычислений округляют до 0,01 % на 1 % влажности.

Кроме описанного способа измерения максимальной усушки предусматривается возможность определения частичной усушки при высыхании древесины до нормализованной влажности, равной обычно 12%. Формула для вычисления частичной усушки, %, имеет вид

В_max=100(а_max – a₁₂)/ а_max,   (3)

где a₁₂ — размер (объем) образца при нормализованной влажности, мм (мм³).

При необходимости  по формуле аналогичной формуле приведенной выше можно определить частичную усушку В_w при снижении влажности до любого значения W<W_п.н., измерив размер (объем) образца a_w.

Об усушке древесины наиболее распространенных пород можно судить по данным, приведенным в табл. 2. Следует иметь в виду, что приводимые в изданной до начала 70-х годов справочной литературе; в том числе и в Руководящих технических материалах (РТМ) «Древесина, показатели физико-механических свойств» (1962), коэффициенты определены по усушке, величина которой исчислялась как отношение уменьшения размеров (объема) образца к его размеру (объему) в абсолютно сухом состоянии. Таким образом, в этих справочниках даются 
не коэффициенты усушки, а коэффициенты разбухания .

Коэффициент усушки К_в  можно вычислить по коэффициенту разбухания К_а (принимая W_п.н. = 30%) по формуле

К_в=100К_а/(100+30К_а), (4)

поэтому в  табл. 2 наряду с известными значениями коэффициентов разбухания К_а из РТМ даны пересчитанные нами по формуле (4) средние значения коэффициентов усушки К_в .

 

 

 

2.  КОЭФФИЦИЕНТ УСУШКИ К_в ДРЕВЕСИНЫ

 

	Коэффициенты  усушки , %/% влажности
Порода	по объему	по радиальному  направлению	по тангенциальному направлению
	Кв	Кв	Кв
Лиственница	0,52	0,19	0,35
Сосна	0,44	0,17	0,28
Ель	0,43	0,16	0,28
Пихта сибирская	0,39	0,11	0,28
Кедр	0,37	0,12	0,26
Береза	0,54	0,26	0,31
Бук	0,47	0,17	0,32
Ясень	0,45	0,18	0,28
Дуб	0,43	0,18	0,27
Осина	0,41	0,14	0,28
Клен	0,46	0,19	0,29

 

Если известны значения коэффициентов радиальной К_вr и тангенциальной К_bt усушки, то, принимая W_п.н.= 30%, можно достаточно точно определить значение коэффициента объемной усушки К_вv по формуле

К_вv= К_вr+ К_bt-0,3 К_bt К_вr . (5)

Усушку в  направлении промежуточном между  радиальным и тангенциальным можно найти по формуле

В₀=В_tsin²0+B_rcos²0, (6)