СОДЕРЖАНИЕ
· Вступление 1
· 2. Основные свойства древесины 2
· 2.1 Химические свойства древесины 2
· 2.2 Физические свойства древесины 5
· 2.3 Механические свойства древесины 7
· 3. Пороки древесины 10
· 4. Лесоматериалы и изделия из древесины 13
· Выводы 16
· Литература 17
ВСТУПЛЕНИЕ
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.
2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
2.1 Химические свойства древесины
Химический состав древесины и коры. Древесина в основном состоит из органических веществ. Элементарный химический состав древесины всех пород практически одинаков. Органическая часть абсолютно сухой древесины (высушенной при 103оС) содержит в среднем 49-50 % углерода, 43-44 % кислорода, около 6 % водорода и 0,1-0,3 %
Таблица 2.1 – Химический состав коры, %
| Вещества | Сосна | Ель | Береза | |||
| Луб | Корка | Луб | Корка | Луб | Корка | |
| Целлюлоза | 18,2 | 16,4 | 23,2 | 14,3 | 18,5* | 3,4* |
| Лигнин | 17,1 | 43,6 | 15,6 | 27,4 | 20,3 | 1,3 |
| Пентозаны | 12,1 | 6,8 | 9,7 | 7,1 | 20,2 | 1,1 |
| Гексозаны | 16,3 | 6,0 | 9,3 | 7,7 | -- | -- |
| Суберин | 0,0 | 2,9 | 0,0 | 2,8 | 1,2 | 38,7 |
| Экстрактивные: растворимые в воде растворимые в спирте растворимые в эфире | 20,8 3,9 -- | 14,2 3,5 -- | 33,1 1,7 -- | 27,9 2,6 -- | -- 13,7 1,7 | -- 5,6 38,1 |
* Включая гексаны
Таблица 2.2- Содержание органических веществ в древесине хвойных и лиственных пород
| Вещество | Содержание, % | |
| в хвойных | в лиственных | |
| Целлюлозы | 41 – 58 | 39 – 47 |
| Лигнина | 28 – 34 | 17 – 27 |
| Гемицеллюлозы | 15 – 23 | 20 – 38 |
| В том числе: пентозаны гексозаны | 5 – 12 9 – 17 | 15 – 30 до 8 |
Экстрактивные вещества получают путем экстракции водой и органическими растворителями. Водой извлекаются из древесины дубильные вещества, камеди и красящие вещества. Активную часть дубителей составляют таниды. Они содержатся в ядре дуба (6-11 %) и каштана (6-13 %), а также в коре ивы, лиственницы, дуба, ели, пихты (от 5 до 16 %).
Дубильные вещества растворимы в воде и спирте, легко окисляются в присутствии щелочей. Дубильные вещества используются в кожевенной промышленности при выделке кож из сырых шкур животных. Это придает коже стойкость против гниения, эластичность, способность не разбухать. Химический состав древесины основных пород приведен в таблице 2.3 [2].
Таблица 2.3 – Химический состав древесины основных пород, %
| Порода | Целлюлоза | Лигнин | Пентозаны | Гексозаны | Зола | Экстрактивные вещества, растворимые | |
| в эфире | в воде | ||||||
| Сосна | 51,9 | 28,2 | 11,2 | 9,3 | 0,2 | 1,6 | 0,6 |
| Ель | 58,3 | 29,0 | 10,1 | 9,8 | 0,2 | 1,1 | 1,8 |
| Лиственница сибирская | 45,8 | 29,5 | 9,3 | -- | 1,0 | 1,8 | 5,1 |
| Пихта | 48,0 | 29,9 | 5,3 | 17,8 | 0,7 | 0,9 | 1,4 |
| Кедр | 50,0 | 30,1 | 8,6 | 11,8 | 0,1 | 2,4 | 1,5 |
| Дуб | 38,9 | 23,8 | 28,8 | -- | 0,3 | 0,6 | 1,8 |
| Бук | 42,2 | 20,8 | 29,3 | 7,6 | 0,5 | 0,5 | 0,6 |
| Береза | 46,8 | 21,2 | 32,9 | -- | 0,4 | 3,0 | 1,5 |
| Клен | 41,5 | 23,1 | 25,6 | 7,7 | 0,3 | 0,3 | 0,5 |
| Осина | 52,4 | 20,3 | 22,6 | 0,5 | 0,2 | 1,6 | 2,2 |
Получение и использование целлюлозных материалов. В основе ряда широко применяемых материалов лежит целлюлоза. Ее можно получить, удалив из клеточных стенок древесины все остальные вещества. В процессах варки, воздействуя на древесину различными агентами, растворяют сопровождающие вещества, отличающиеся меньшей химической стойкостью.
В промышленности используют кислотные, щелочные и нейтральные способы получения целлюлозы.
Кислотные способы. К этой группе относят сульфитный и бисульфитный способы. При сульфитном способе в качестве сырья используется древесина малосмолистых хвойных пород (ели, пихты) и ряда лиственных пород.
Сульфитный щелок используется для получения путем биохимической переработки белковых кормовых дрожжей, этилового спирта и других продуктов. Химической переработкой из щелока можно получить ванилин, фенолы, ароматические кислоты.
Бисульфитный способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород. Варка щепы проводится в водном растворе бисульфата натрия, магния или аммония. Оборудование и технология во многом похожи с применяемыми при сульфитном способе.
Однако температура процесса варки выше (155-165оС).
Щелочные способы. К этой группе относятся сульфатный и натронный способы. Для получения целлюлозы сульфатным способом может быть использована древесина любых пород, в том числе и высокосмолистых (сосна и др.) измельченная в щепу древесина варится в растворе, содержащем едкий натрий NaOH и в 3 раза меньше сернистого натрия Na2S. Варка ведется в котлах вместимостью 75-160 м3 при 170-180оС и давлении 0,8-1 МПа в течение 3-5 часов. По окончании процесса варочный раствор приобретает черный цвет и называется черным щелоком. Черный щелок уваривают для компенсации потерь Na2S, смешивают с сульфатом натрия Na2SO4 и прокаливают. При этом органическая часть щелока сгорает (используется как топливо), а минеральная употребляется для приготовления варочного раствора (белого щелока). Остальные операции такие же, как и при получении сульфитной целлюлозы. Варка может осуществляться не только в котлах, но и в высокопроизводительных аппаратах непрерывного действия. Для получения высококачественной целлюлозы, идущей на химическую переработку, древесину подвергают предгидролизу (пропаркой, водной варкой при 170оС или другим способом) с целью удаления большей части гемицеллюлоз. Выход целлюлозы сульфатным способом составляет 40-50 %.
Нейтральный способ. Этот способ используется для получения из древесины лиственных пород целлюлозы с весьма большим содержанием сопутствующих веществ. Варочный раствор, содержащий сульфит натрия Na2SO3 или сульфат аммония (NH4)2SO3, имеет близкую к нейтральной реакцию, поэтому способ называют моносульфитным или нейтрально-сульфитным. Варка проводится в котлах периодического или непрерывного действия при конечной температуре 160-180оС, давлении 0,65-1,25 МПа и длится 0,2-6 часов. Основной недостаток – невозможность использования древесины хвойных пород.
Физические свойства древесины
Физическими свойствами древесины называются такие, которые определяют без нарушения целостности испытываемого образца и изменения ее химического состава, т. е. выявляют путем осмотра, взвешивания, измерения, высушивания.
К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид и запах, плотность, влажность и связанные с ней изменения – усушка, разбухание, растрескивание и коробление. К физическим свойствам древесины относится также ее электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры. Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.
Цвет древесине придают находящейся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.
Цвет древесины имеет важное значение в производстве мебели, музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид. Цвет древесины некоторых пород улучшают, подвергая различной обработке, - пропариванию (бук), протравливанию (дуб, каштан) или окрашиванию различными химическими веществами. Цвет древесины и его оттенки характеризуют обычно определениями – красный, белый, розовый, светло-розовый и лишь при особой необходимости по атласу или шкале цветов.
Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.
Блеск – способность направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском обладают зеркально гладкие поверхности, отражающие световой поток строго направленно. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.
Текстура – рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и серцевинных лучей. Она зависит от ее породы и строения. Чем сложнее строение древесины и разнообразнее сочетание отдельных элементов, тем богаче ее текстура. Хвойные породы имеют сравнительно простое строение, и текстура у них довольно однообразная; у лиственных пород текстура значительно богаче.
Запах древесины зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы – сосна, ель. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр – ванили. Приятно пахнет можжевельник, поэтому его ветви применяют при запаривании бочек. Большое значение имеет запах древесины при изготовлении тары. В свежесрубленном состоянии древесина имеет более сильный запах, чем после высыхания. Ядро пахнет сильнее заболони. По запаху древесины можно определить отдельные породы.