Строение, основные свойства и применение древесины

Древесные слоистые пластики. Этот композиционный материал изготавливают в процессе термической обработки под большим давлением из листов шпона, склеенных синтетическими клеями. Древесные слоистые пластики используют в электротехнике, судостроении (материал для дейдвудных подшипников), машиностроении в качестве конструкционного, самосмазывающего, антифрикционного материала.

Столярные плиты. Эти композиционные материалы, применяемые в мебельной промышленности, судостроении, вагоностроении и строительстве, изготавливаются из реечных щитов, оклеенных с обеих сторон двумя слоями лущеного шпона. Для изготовления щитов плит используют древесину хвойных и мягких лиственных пород.

Композиционные материалы на основе измельченной древесины.

Древесностружечные плиты (ДСтП). Этот композиционный материал получают путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Древесностружечные плиты широко используются в производстве мебели, строительстве и других областях.

Древесные частицы получают путем переработки технологического сырья (низкокачественной древесины), технологической щепы, а также отходов деревообрабатывающих и фанерных производств, частично опилок. В качестве связующего для производства древесностружечных плит применяют чаще всего карбамидные, а также фенолформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы. У однослойной плиты размеры древесных частиц и содержание связующего примерно одинаковы по всей ее толщине. У трехслойной плиты внутренний слой отличается от наружных слоев размерами частиц и содержанием связующего. У многослойной плиты - более трех слоев, симметрично расположенных относительно среднего слоя.

Для придания древесностружечным плитам био- , водо- и огнестойкости в них вводят антисептики. Перспективны плиты с ориентировочными частицами - для строительства, плиты с пониженной материалоемкостью и высоким качеством поверхности - для мебельного производства и тонкие однослойные плиты непрерывного прессования - для тары, панелей.

Древесноволокнистые плиты (ДВП). Это слоистый материал, изготовленный в процессе горячего прессования или сушки сформированной в виде ковра массы из древесных волокон. Древесными волокнами условно названы клетки, их обрывки и группы, получающиеся при разломе древесины (щепы).

Древесноволокнистые плиты применяют в строительстве, при изготовлении стандартных деревянных домов, в производстве мебели, автомобилей, вагоно-, судостроении и в других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.

Массы древесные прессовочные (МДП). Это смеси, точнее, готовые композиции, полученные в результате совместной обработки частиц древесины и синтетических смол. МДП предназначаются для изготовления методом горячего прессования деталей машин, строительных деталей и товаров народного потребления. Таким способом изготавливают втулки, блоки, шкивы, подоконные доски. Массы древесные прессовочные подразделяются на три типа: МДПК - из частиц шпона (крошки), МДПС - из стружки, МДПО - из опилок.

Композиции древесно-клеевые. Эти смеси состоят из измельченной древесины и связующего; предназначены для изготовления формованной тары. Для приготовления смеси используют стружку длиной 10-20 мм, шириной 1-3,5 мм и толщиной 0,1-0,4 мм из древесины хвойных и мягких лиственных пород, а также связующее на основе мочевиноформальдегидных смол. В качестве гидрофобной добавки применяют парафин.

Арболит. Это строительный материал, относящийся к категории легких бетонов, иногда его называют «деревобетоном». В состав арболита входит древесный заполнитель, неорганическое вяжущее и вода. В качестве древесного заполнителя используют дробленые отходы лесозаготовительной, лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Ветви, сучья, вершинки, горбыли, рейки, срезки сначала перерабатывают в щепу, которую, в свою очередь, на молотковых мельницах превращают в дробленку.

В качестве вяжущего используют портландцемент. Для нейтрализации действия водорастворимых веществ, замедляющих схватывание и твердение цемента, а также снижающих прочность материала, в арболитовую массу вводят минерализаторы: хлористый кальций, жидкое стекло и сернокислый алюминий совместно с известью. Арболит био- и огнестоек, обладает хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, удерживает гвозди, морозостоек.

Фибролит. Это также строительный материал, представляющий собой смесь древесной стружки, портландцемента, химических добавок. Для фибролита из древесины преимущественно хвойных пород изготавливается специальная стружка толщиной от 0,25 до 0,5 мм шириной 2-6 мм. Стружку смешивают с вяжущим и добавками (хлористым кальцием, жидким стеклом и др.), затем смесь формируют и прессуют. Фибролитовые плиты легко обрабатываются, био- и огнестойки, удерживают гвозди. Применяются для строительства каркасных домов.

Плиты цементно-стружечные. Более правильное название: цементно-древесностружечные плиты (ЦДСтП). Это строительный материал, который изготавливают прессованием древесных частиц (таких же, как и для ДСтП) с портландцементом и химическими добавками. Плиты предназначаются для ограждающих конструкций деревянных домов. Плиты водо-, морозо-, био- и огнестойки, нетоксичны, хорошо обрабатываются.

Ксилолит. Это строительный материал, состоящий из смеси опилок или древесной муки с магнезиальным вяжущим. Используется в виде плиток для покрытия полов, отделки стен и других целей. Ксилолит - износостойкий, негорючий, водоупорный материал высокой прочности.

Модифицированная древесина.

Модифицированной называют цельную древесину с направленно измененными физическими или химическими методами свойствами. Различают пять способов модифицирования и соответствующие виды продукции.

Древесина термомеханической модификации. Иначе этот вид продукции называют прессованная древесина (ДП). При прессовании (обычно в плоскости поперек волокон) предварительно пропаренной или нагретой древесины происходит изменение макроструктуры древесины, увеличение плотности и улучшение показателей связанных с ней свойств. Для получения ДП используют мягкие и твердые лиственные, а также хвойные породы. Прессованная древесина имеет в несколько раз большую прочность, твердость и ударную вязкость, чем натуральная древесина. Она обладает достаточно хорошими антифрикционными свойствами и может быть использована для изготовления подшипников вместо бронзы, баббита и других металлов. В воде прессованная древесина разбухает, и задержанные деформации возвращаются. Однако в некоторых случаях разбухание и распрессовка ДП могут быть полезными, например, в уплотнительных устройствах гидравлических машин. Прессованную древесину можно дополнительно модифицировать, наполняя ее маслами, металлами, полимерами.

Древесина химико-механической модификации. При этом способе модификации древесину предварительно (или одновременно) обрабатывают аммиаком, мочевиной или другими веществами, а затем уплотняют. Лигнамон - материал из древесины, подвергнутой обработке аммиаком, прессованию и сушке.

Предварительная химическая обработка вызывает изменение клеточных стенок, древесина пластифицируется, ей легко придать новую форму. Пластифицированная аммиаком древесина поглощает воду, разбухает и распрессовывается. Воздействием повышенной температуры можно уменьшить эти недостатки. Из цельной пластифицированной аммиаком прессованной древесины изготовляют детали мебели, паркет, музыкальные инструменты.

Древесина термохимической модификации. Это материал, получаемый пропиткой древесины мономерами, олигомерами или смолами и последующей термообработкой для полимеризации или поликонденсации пропитывающего состава. В некоторых случаях наблюдается химическая прививка модификатора к полимерным компонентам древесины. Древесину пропитывают чаще всего фенолформальдегидными смолами, например, в виде водного раствора фенолоспиртов, смолами фуранового типа, полиэфирными смолами.

Модификация древесины синтетическими смолами снижает ее гигроскопичность, водопоглощение и водопроницаемость, уменьшает разбухание, повышает прочность, жесткость и твердость, но часто снижает ударную вязкость. Модифицированная этим способом древесина используется в строительных конструкциях, мебельном, лыжном производствах.

Древесина радиационно-химической модификации. В данном случае полимеризация введенных в древесину веществ происходит под воздействием ионизирующих излучений. Древесину пропитывают метилметакрилатом, стиролом, винилацетатом, акрилонитрилом и другими мономерами, а также их смесями. Такой способ модификации также улучшает формоустойчивость, механические и эксплуатационные свойства древесины. Модифицированная древесина используется для паркета, деталей машиностроения и других целей.

Древесина химической модификации. Это древесина, подвергнутая обработке аммиаком, уксусным ангидридом или другими веществами, изменяющими тонкую структуру и химический состав древесины. Обработку аммиаком предпринимают, как уже отмечалось, для повышения податливости древесины, а также для самоуплотнения при сушке и изменения цвета. Обработку уксусным ангидридом проводят с целью ацетилирования древесины, т.е. введения ацетильных групп в состав ее химических компонентов. У ацетилированной древесины лишь несколько изменяются механические свойства, но существенно снижается водо- и влагопоглощение, разбухание и усушка. Ацетилированную древесину целесообразно использовать для изготовления изделий повышенной формоустойчивости.

ВЫВОДЫ

Древесина - продукт живой природы, что определяет ее достоинства и недостатки как материала. Она обладает высокой прочностью при малой массе; хорошо обрабатывается режущими инструментами, удерживает металлические крепления, хорошо склеивается и отделывается. Древесина обладает красивыми декоративными свойствами. Она имеет малую теплопроводность и прекрасные резонансные свойства; хорошо поглощает ударные и вибрационные нагрузки.

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. Эти материалы наряду с натуральной древесиной применяются в индустриальном производстве стандартных домов, в судо- и вагоностроении, машиностроении, мебельной, авиационной, электротехнической, пищевой промышленности и многих других отраслях народного хозяйства.

Древесина - материал живой природы и поэтому ее свойства меняются от различных факторов. Эти свойства неодинаковы для различных древесных пород, но и в пределах одной породы они различны. Свойства древесины изменяются от возраста, условий произрастания, времени, рубки и т.д. Условия произрастания включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря.

Древесина в основном состоит из органических веществ. Элементарный химический состав древесины всех пород практически одинаков. Органическая часть абсолютно сухой древесины (высушенной при 103^оС) содержит в среднем 49-50 % углерода, 43-44 % кислорода, около 6 % водорода и 0,1-0,3 % азота.

Неорганическая часть может быть выделена в виде золы путем сжигания древесины. Количество золы в древесине около 0,2-1 %. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний, в меньших количествах фосфор, сера и другие элементы. Они образуют минеральные вещества, большая часть которых нерастворима в воде. К растворимым относятся щелочные - поташ и сода, а к нерастворимы - соли кальция.

Химические элементы образуют сложные органические соединения. Главные из них - целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, входящие в состав клеточных стенок древесины. Остальные вещества называются экстрактивными. Это смолы, дубильные и красящие вещества.

Древесина используется для получения различных древесных материалов. К этим материалам относятся: круглые материалы, пиленые, строганные, лущеные, колотые лесоматериалы, измельченная древесина, композиционные древесные материалы. Все эти материалы широко используются в мебельной промышленности, судостроении, вагоностроении, машиностроении, электротехнике, строительстве, при изготовлении стандартных деревянных домов, в производстве автомобилей, пластмасс, линолеума, промышленных взрывчатых веществ, для упаковки продовольственных и промышленных товаров, для изготовления фибриловых плит и др., а также в других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 368 с.

2. Михайличенко А.Л., Сметанин И.С. Древесиноведение и лесное товароведение. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 224 с.

3. Бывших М.Д., Горбенко А.Ф. и др. Древесиноведение и лесное товароведение. - Минск: Высшая школа, 1989. - 279 с.

4. Лапиров-Скобло С.Я. Лесное товароведение. - М.: Высшая школа, 1991. - 463 с.

5. Садовничий Ф.П. Древесиноведение и лесное товароведение. - М.: Высшая школа, 1989. - 224 с.

6. Перелыгин Л.М., Уголев Б.Н. Древесиноведение. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 286 с.

7. Ярмолинский А.С., Калашников П.А., Бахтеяров В.Д. Лесное товароведение. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 204 с.

8. Ванин С.И. Древесиноведение. - М. - Л.: Гослесбумиздат, 1989. - 581 с.

9. Мелехов И.С Лесоведение. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 408 с.

10. Москалева В.Е. Строение древесины и его изменение при физических и механических воздействиях. - М.: Высшая школа, 1989. - 165 с.

11. Осипенко Ю.Ф., Рябчук В.П. Лесное товароведение. - Л.: Высшая школа, 1987. - 279 с.

12. Перелыгин Л.М. Древесиноведение. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 316 с.

13. Перелыгин Л.М. Строение древесины. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 200 с.

14. Полубояринов О.И. Плотность древесины. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 160 с.

15. Соболев Ю.С. Древесина как конструкционный материал. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 248 с.

16. Уголев Б.Н. Испытания древесины и древесных материалов. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 252 с.

17. Уголев Б.Н. Деформативность древесины и напряжения при сушке. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 174 с.

18. Чудинов Б.С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1989. - 270 с.

19. Григорьев М.А. материаловедение столяров и плотников. - М.: Высшая школа, 1981. - 283с.