Особенности производства и сырьевого состава древесины лиственных пород – осина, береза, ольха, тополь

Ядро образуется за счет отмирания  живых клеток древесины, закупорки  водопроводящих путей, отложения дубильных, красящих веществ, смолы, углекислого  кальция. В результате этого изменяются цвет древесины, ее масса и показатели механических свойств.

Каждое дерево имеет годичные слои, расположенные вокруг сердцевины. Эти образования представляют собой ежегодный прирост древесины. Годичные слои нарастают ежегодно от центра к периферии и самым молодым слоем является наружный. По числу годичных слоев на торцевом разрезе на комле можно определить возраст дерева.

Каждый годичный слой состоит  из двух частей – ранней и поздней  древесины: ранняя древесина (внутренняя) обращена к сердцевине, светлая и  мягкая; поздняя древесина (наружная) обращена к коре, темная и твердая.

Ранняя древесина образуется в начале лета и служит для проведения воды вверх по стволу; поздняя древесина  откладывается к концу лета и  выполняет в основном механическую функцию. От количества поздней древесины  зависят ее плотность и механические свойства.

3.   Микроскопическое строение древесины

Древесина состоит из мельчайших частичек – клеток, преимущественно (до 98%) мертвых. Растительная клетка имеет тончайшую прозрачную оболочку, внутри которой находится протопласт, состоящий из цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка у молодых  растительных клеток представляет собой  прозрачную, эластичную и весьма тонкую (до 0,001 мм) пленку. Она состоит из органического вещества – клетчатки, или целлюлозы.

По мере развития, в зависимости  от функций, которые призвана выполнять  та или иная клетка, размеры, состав и строение ее оболочки существенно  изменяются. Наиболее частым видом  изменения клеточных оболочек является их одревеснение и опробкование.

Одревеснение клеточной  оболочки происходит при жизни клеток в результате образования в них  особого органического вещества – лигнина. Одревесневшие клетки или совсем прекращают рост, или  увеличивают размеры в значительно  меньшей степени, чем клетки с  целлюлозными оболочками.

Целлюлоза в клеточной  оболочке представлена в виде волоконец, которые называются микрофибриллами. Промежутки между микрофибриллами  заполнены в основном лигнином, гемицеллюлозами  и связанной влагой.

В процессе роста клеточные  оболочки утолщаются, при этом остаются неутолщенные места, называемые порами. Поры служат для проведения воды с  растворенными питательными веществами из одной клетки в другую.

Клетки составляющие древесину, разнообразны по форме и величине. Различают два основных вида клеток: прозенхимные и паренхимные.

Паренхимные клетки служат для  отложения запасных питательных  веществ. Органические питательные  вещества в виде крахмала, жиров  и других веществ накапливаются  и хранятся в этих клетках до весны, а весной они направляются в крону  дерева для образования листьев. Ряды паренхимных клеток расположены  у дерева по радиусу

Основная масса древесины  всех пород состоит из клеток прозенхимных, которые в зависимости от выполняемых  ими жизненных функций разделяются  на проводящие и опорные или механические. Проводящие клетки у растущего дерева служат для проведения из почвы в  крону воды с растворами минеральных  веществ, опорные создают механическую прочность древесины.

Клетки одинакового строения, выполняющие одни и те же функции, образуют ткани древесины.

В соответствии с назначением  и видом клеток, из которых состоят  ткани, различают: запасающие, проводящие, механические (опорные) и покровные  ткани.

Запасающие ткани состоят  из коротких запасающих клеток и служат для накопления и хранения питательных  веществ. Запасающие ткани находятся  в стволе и корнях.

Проводящие ткани состоят  из вытянутых тонкостенных клеток (сосудов, трубок), через которые влага, впитанная  корнями, проходит к листьям.

Механические ткани (опорные) находятся в стволе. Эти ткани  придают устойчивость растущему  дереву. Чем больше этой ткани, тем  древесина плотнее, тверже, прочнее. Механические ткани называют либриформом.

Покровные ткани находятся  в коре и выполняют защитную роль.

Основной объем древесины  лиственных пород составляют сосуды и сосудистые трахеиды, волокна либриформа, паренхимные клетки.

4.   Свойства древесины лиственных пород

В данной главе будут рассмотрены  некоторые свойства древесины лиственных пород.

• Физические свойства

• Цвет древесины обусловлен климатом, составом почвы, возрастом дерева, его породой и т. д. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, красящие, смолистые вещества и окислы этих веществ.

• Блеск древесины - это способность отражать световой поток с поверхности в определенном направлении. Блеск зависит от плотности древесины, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Светлая и более плотная древесина обладает большим блеском, что придает текстуре древесины особую красоту.
• Запах древесины зависит от количества эфирных масел, смол и дубильных веществ. Древесина только что срубленного дерева или сразу после ее механической обработки обладает сильным запахом, у лиственных пород менее выраженный запах, чем у древесины хвойных пород.
• Текстура древесины - это естественный рисунок древесных волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения. Текстура зависит от расположения древесных волокон на разрезе ствола, видимости годовых слоев, цветовой гаммы древесины, количества и размеров сердцевинных лучей. Декоративные породы: орех, красное дерево, дуб обладают красивыми текстурой и цветом, а также блеском.
• Влажностью (абсолютной) древесины называется отношение массы воды к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. В древесине различают воду связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Свободная вода заполняет полости клеток и пространства между клетками, а связанная находится в толще клеточных стенок. Свободная вода удерживается механическими связями и удаляется легко. Общее количество воды в древесине складывается из свободной и связанной.
• Усушка - уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Она начинается после полного удаления из древесины свободной влаги и с начала удаления связанной влаги.
• Влагопоглощение - способность поглощать воду из окружающего воздуха, при этом в древесине увеличивается содержание связанной воды. Влагопоглощение зависит от температуры и относительной упругости пара воздуха и не зависит от породы древесины. Отрицательное свойство.
• Теплопроводностью называется способность древесины проводить тепло. Для характеристики теплопроводности используют коэффициент теплопроводности. Теплопроводность зависит от влажности, плотности, температуры и направления теплового потока. При увеличении всех этих показателей теплопроводность увеличивается. У древесины теплопроводность невысокая по сравнению с другими материалами, что определило ее широкое применение в жилищном строительстве. Так, толщина деревянных стен меньше толщины кирпичных.

4. Способы получения  и обработки (заготовка, хранение, сушка)

Получение древесины - это, естественно, в основном биологический процесс, и многие используемые для разведения леса и ухода за ним машины пришли из сельского хозяйства. Лесное и сельское хозяйство связывает также и то, что основным средством производства является земля. Только заготовка и поставка леса - процессы преимущественно механические - образуют переход к деревообрабатывающей и перерабатывающей   промышленности.

Наши предки весьма тщательно  относились к выбору и подготовке древесины для сруба. Отбирали только спелую, здоровую древесину, без гнили  и червоточин, примерно одинаковой толщины, с ровной поверхностью. Строительный лес заготавливали обычно зимой  или в начале весны, «пока дерево спит, и лишняя вода в землю ушла».

Древесину вывозили из леса и сразу же очищали от коры. Известно, что свежерубленная древесина в зимний период имеет влажность 30%. Но для изготовления сруба пригодна подсушенная древесина (18–20 процентной влажности). Чтобы получить такую древесину, ее выдерживали под навесом. Бревна укладывали в штабеля на подкладки, чтобы обеспечить сквозное проветривание. Кору, опилки и прочие отходы сжигали, чтобы обезопасить заготовленные бревна от жука-древоеда.

Заготовка леса сегодня происходит примерно так же.

Первая операция по подготовке бревна к изготовлению сруба –  его окорка и острожка. Очистка  бревна от коры, как правило, выполняется  без применения механизированного  инструмента. Острожка, наоборот, делается при помощи электрических рубанков. В настоящий момент осваивается  технология окорки бревен без повреждения  заболони и без последующей острожки. Заболонь – верхний, наиболее плотный  слой дерева, который выполняет защитную функцию. Сохранение этого слоя позволяет  снизить образование трещин и  избежать других дефектов древесины. Чаще всего при окорке на бревне остаются небольшие участки луба при незначительных повреждениях древесины. После высыхания луб темнеет, и бревно приобретает характерную для не строганных бревен пегую окраску. Некоторые заказчики отказываются от острожки бревен ради этой характерной окраски и во избежание повреждения волокнистой структуры дерева. Однако луб наиболее подвержен гниению, поэтому в большинстве случаев бревно остругивают.

Хранят древесину в штабелях, уложенных на деревянные, бетонные или каменные подставки-подштабельники высотой 50—65 см. На подставки кладут для гидроизоляции куски толя, а на них прочные поперечины. На поперечины и укладывают пиломатериалы, желательно одинаковых размеров по толщине, ширине, одной породы древесины. Сухие пиломатериалы, если есть возможность, лучше хранить в помещении.

Штабель накрывают крышей, которую устраивают на 120—150 мм выше верхнего ряда, чтобы воздух под  крышей не задерживался. В домашних условиях штабель пиломатериалов обычно укрывают толью.

Сушка древесины - процесс удаления влаги из древесины путем испарения. В живом дереве пористая структура древесины заполнена соками, которые при сушке срезанного дерева начинают испаряться. При этом процесс испарения идет неравномерно. Это обусловлено неоднородностью строения древесины в продольном и поперечном направлениях.

Физическая сущность процесса сушки заключается в том, что  нагретый воздух направляется к сырому материалу при соприкосновении  с которым он отдает свое тепло  а сам охлаждается. Влага в  древесине за счет восприятия тепла  превращается в парообразное состояние. Влага быстрее испаряется из торцов заготовки и с ее поверхностных слоев. Из-за этого древесина трескается и коробится, чему особенно подвержены заготовки большого сечения (объема), поэтому сушку последних проводят в медленном темпе. Время сушки от нескольких месяцев до нескольких лет.

Процесс сушки древесины  можно подразделить на два этапа. На первом этапе древесину от природной  влажности доводят до влажности, которую древесина приобретает  при сушке в атмосферных условиях. На втором этапе древесину досушивают до влажности, при которой предполагается эксплуатировать изделие из древесины. Предназначенные для сушки бревна очищали от коры, после чего держали несколько месяцев на улице под навесом. Торцы бревен заделывали, то есть замазывали смолой, варом, краской. После бревна распускали на доски или бруски, которые, в свою очередь, выдерживали также под навесом еще в течение года, а иногда и больше. Только после этого материал досушивали до нужной влажности и пускали в переработку.

5. Способы повышения  качества

Улучшить качество древесины  очень часто желательно, а иногда просто необходимо. Есть способы блокировать  гигроскопичность древесины, изменить прочностные показатели или понизить ее восприимчивость к некоторым  химикалиям. Но эти способы пока еще очень редко бывают в ходу. Мягкие древесные породы, например, при производстве паркета пропитывают  искусственными смолами для уменьшения гигроскопичности и увеличения износостойкости. Но разумные с точки зрения экономики  средства полной блокировки гигроскопических свойств пока не созданы. Процессы набухания  и усадки можно временно подавить, что и применяется в некоторых  случаях, например для защиты деревянных произведений искусств.

К способам повышения качества древесины и изделий из дерева нужно в первую очередь отнести  сушку, пропитку, обработку поверхности  лаками и красками, введение веществ, защищающих от разрушения грибками и  насекомыми, и другие методы.

Распространенным методом  защиты является пропитка каменноугольными маслами, высококипящими фракциями  буроугольного масла, растворами солей  плавиковой и фторкремниевой кислот, солей мышьяка, хлоридов ртути и  цинка, а также некоторыми органическими  соединениями. Против насекомых применяются  специальные препараты гексахлоран  и ДДТ, хотя для этого подходят и некоторые из вышеназванных  соединений. Средства для защиты от огня различаются по принципу действия на материалы: теплоизолирующие (силикаты) и теплопоглощающие (фосфаты, карбонаты). И, наконец, можно пропитать древесину  восками и маслами для уменьшения разбухания или искусственными смолами.

Правильно проведенные мероприятия  по защите древесины существенно  удлиняют срок ее эксплуатации. Они  обеспечивают гораздо лучший результат, чем все другие меры по экономии древесины. Пренебрегать необходимыми мерами защиты, особенно там, где детали из нее недостаточно хорошо защищены от доступа влаги, равнозначно неосуществленным мероприятиям по антикоррозионной защите металлов.

Основными способами защиты поверхности древесины и изделий  из нее являются протравливание, окраска, лакировка, оклейка фольгой и  другие. В большинстве случаев  функция защиты поверхности (например, снижение износа) тесно связана с  эстетическими функциями.

6. Применение

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

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