Древесина и структура древесины

15

Министерство образования и науки Российской федерации

РЕФЕРАТ

"Древесина и структура древесины"

Выполнил: аспирант 1 курса Назаров Фаниль Гайфуллович

Проверила: к.ф.н. доцент Вяльцева Светлана Ивановна

Магнитогорск 2010г.

СОДЕРЖАНИЕ

Древесина и структура древесины

1. Введение в представление информации о дереве как о материале

2. Природа древесины: внешний вид, клеточная структура и идентификация

Список литературы

Приложение

ДРЕВЕСИНА И СТРУКТУРА ДРЕВЕСИНЫ

Для сохранения мебели важно знать свойства и поведение древесины. Только тогда, когда определены основные рабочие свойства, идентифицированы, и выявлены понятия о древесине, знания по её сохранению могут принять ответственные решения в дальнейшей работе. Собственное знание дерева, как материала, будут способствовать углублению понимания в нём таких проблем как: ухудшение, профилактическое сохранение и реставрация. В этой главе рассматриваются структура и свойства древесины, и их соотношения друг с другом. Она также включает информацию о структуре древесины и основных данных о производстве пиломатериалов.

1. Введение в представление информации о дереве как о материале

Древесина была всегда необходимой для человеческих потребностей, и поэтому не удивительно, что мы находим древесину в центре нашего культурного наследия. Из-за своих уникальных физических свойств, древесина держит заслуженный статус как технический, материальный и функциональный товар. Но красота самого материала, если его рассматривать с тактильными свойствами и рабочими характеристиками, гарантирует, что древесина обладает качественным средством в декоративном искусстве. Хотя та манера, в котором часто использовали древесину, используя его в своих интересах как эстетическую ценность, его историческое использование наиболее близко связано с материальными свойствами. Только путём изучения древесины в качестве конструкционного материала, помня его биологическое происхождение, можно в полной мере оценить ремёсла и искусства, развитые вокруг него.

Достоинства и свойства древесины, настолько хорошо известны всем, что иногда трудно сделать шаг назад и рассмотреть её объективно - и научно. Учитывая, что есть десятки тысяч разновидностей древесины, пригодной для употребления в производстве, очевидно, что при этом можно ожидать и широкий спектр её характеристик. Однако многие основные характеристики, являются общими для всех древесных растений, и было бы целесообразно начать с рассмотрения этих обобщений, которые наиболее важны, но чаще занижены.

Одна идея является главенствующей: древесина поступает из деревьев. Хотя такое утверждение, кажется глупо элементарным, оно имеет фундаментальное значение для понимания сложного характера древесины. Запоминание этой основной действительности, поможет предотвратить или решить многие проблемы, связанные с древесиной. Структура древесины является результатом целого ряда сложных химических реакций. Она начинается с фотосинтеза, протекающего в живых деревьях. Фотосинтез - это процесс, в котором преобразуются углекислый газ и вода, используя энергию солнечного света, захваченного хлорофиллом в листьях, на простой сахар. Этот простой сахар в конечном итоге образует как продукты питания, так и строительный материал для дерева. Ствол обеспечивает механическую поддержку кроны, служит в качестве средства транспортировки между кроной и корнями, и, при случае, хранит заметное количество материального резерва питания. Древесина является стойкой, закалённой, относительно лёгкой, так как её клетки, в основном, заполнены воздухом. Будучи растительного происхождения, она мягкая, по сравнению с железом или камнем (другими материалами эквивалентной силы), и поэтому сравнительно легка в обработке, но, при этом, удивительно прочна. Эти свойства, вместе с богатой вариацией в декоративных характеристиках, являются результатом образования зёрен и цветных маркировок, на продольных поверхностях древесины, что делают его уникальным среди строительных материалов.

Хотя её строение, и многие приложения сравнительно просты, дерево само по себе является веществом большой сложности. Для наилучшего использования этого материала, необходима степень научно - технического понимания. Техническое определение древесины - ксилема от стебля (ствола) растения, которая является сосудистой, многолетней, стойкой и способной, на основании деятельности камбия или растущего слоя, вторичному утолщению. Древесину можно также описать как клеточное полимерное соединение. Эта короткая фраза заключает много важной информации о дереве. Во-первых, древесина - это клетчатка. Происхождение, идентификация и рабочие свойства древесины, могут быть поняты наилучшим образом и истолкованы через природу организации и распределения различных типов её клеток. Во-вторых, это полимерный композитный характер дерева, который лучше всего объясняет механические свойства и древовидные отношения.

Исследование древесины обычно начинается на клеточном уровне. Это целесообразно и важно для того, чтобы думать о древесине как о системе клеток. Древесные клетки развивались в удовлетворении потребностей дерева, с одной стороны, для того чтобы быть хорошими структурными балками и колоннами, с другой стороны, чтобы обеспечить систему для проведения сока и для хранения пищевых продуктов материала. Клетки специализированны для этих механических и физиологических функций, прежде всего, являясь удлинёнными и подобными волокну, располагаясь параллельно оси ствола дерева. Выравнивание этих продольных ячеек в древесине определяет своё "направление зёрен". Ствол дерева "растёт" в диаметре, добавляя цилиндрические слои ячеек, которые мы называем годичными кольцами. Сочетание осевого направления продольных клеток, и их расположение, в годичных слоях, даёт древесной ткани трехмерную ориентацию, и свойства древесины значительно отличаются по своей структуре в трёх направлениях.

Основными химическими компонентами вещества клеточной стены является целлюлоза, химические добавки и лигнин - поразительно схожий со всем множеством массива всего леса. Однако, такая часть как живая заболонь (внешняя, функционально активная часть ствола), преобразуясь в неживую сердцевину дерева, формирует химические вещества известные как экстракты, в довольно незначительном количестве могут передать существенные изменения некоторым свойствам.

Хотя многие общие положения можно применять ко всем древесинам, тем ни менее, важно ценить широкий диапазон различий, которые существуют. Например, в целом, плотность - вероятно одна физическая характеристика древесины, которые лучше всего предсказывает многие другие свойства и определяет его потенциальное использование. Плотность - масса объёма единицы вещества, то есть, масса, разделенная на объём. В единицах СИ, плотность может выражаться в килограммах на кубический метр (кг/м³), в граммах на кубический сантиметр (г/см³) или в фунтах на кубический фут (lb/ft³).

Термин удельная масса был прежним термином для отношения плотности вещества к воде. В настоящее время в место него используется термин относительная плотность. Осознание того, что диапазон относительной плотностью менее чем 0,1 для самых лёгких древесин и более чем 1,3 для тяжёлых - показывает очевидные различия между лесами.

В традиционном подходе к классификации древесины, ботаническая таксономия служит логической структурой, по которой древесина классифицируется по одному из двух больших групп, называемых хвойными и лиственными породами. Слова хвойные и лиственные породы, к сожалению, являются неудачными для терминологии, поскольку они не точно отображают относительную твёрдость и плотность древесины, которую они представляют. Скорее древесина этих двух групп различается по типу и расположению состава их клеток. Хвойные породы принадлежат к группе деревьев называемых Гумно-сперматозойдами - примитивные, хвойные или имеющие конус деревья с голыми семенами и, главным образом, иглой в качестве листьев. Соответственно, лиственные породы относятся к группе деревьев, более точно называемые - покрытосеменные растения. Фактически, на основе клеточных различий, древесину из этих двух групп можно легко отличить визуально при относительно низком увеличении. Дальнейшее разграничение древесины в пределах каждой группы для идентификации, предполагает изучение дополнительных клеточных структур, обычно с микроскопическим увеличением. Систематическое изучение анатомии, идёт рука об руку с изучением строения дерева, хотя дружественные отношения с анатомией, также, фундаментальны с пониманием других аспектных свойств древесины.

Взаимоотношение древесины и влаги, вероятно, является наиболее первостепенной проблемой при использовании древесины и в области сохранения объектов, чем любой другой аспект свойств древесины. Хотя такие проблемы могут быть и сложны, основные принципы можно легко разрешить. Во-первых, деревья являются влажными, так как содержат большое количество влаги в виде сока. Во-вторых, так как пиломатериал, взятый из деревьев, высушен для соответствующего использования, он теряет большую часть своей влажности. В-третьих, потеря этой влажности влияет на многие свойства, такие как: увеличение силы, но уменьшение размеров (усадка). В-четвёртых, после первоначального высыхания, древесина остаётся гигроскопической и продолжает адсорбировать или выделять влажность, и, следовательно, изменять размеры и другие свойства, при изменении относительной влажности окружающую её среды.

Следующий параграф будут более подробно посвящён различным аспектам взаимоотношения между внешним видом, структурой и функциями древесины, чтобы правильно понимать множество проблем, с которыми сталкиваются мебельщики.

2. Природа древесины: внешний вид, клеточная структура и идентификация

Практически вся древесина в производстве мебели является продуктом стебельной части зрелых деревьев. Стебель, также называют стволом, и чаще поставляют в виде "брёвен" для дальнейшей обработки и складирования. Поэтому каждый из компонентов мебели, будь то плоским листом пиломатериала поверхности стола или повернутой ножкой стула, можно интерпретировать с точки зрения его первоначального положения в дереве. Многие характеристики являются общими для всех деревьев и могут обсуждаться без учёта конкретного типа древесины. При рассмотрении возможных подробностей клеточной структуры, будет уместно обсудить хвойные и лиственные породы в отдельности.

Поверхностные особенности

Поперечный или продольный разрез бревна представляет вниманию его важные составляющие, как показано на рисунке 1a. На периферии бревна - слой коры (также называемый флоэмой), которую легко распознать. В пределах коры - главная часть ствола дерева (ксилема). Микроскопически тонкий слой клеток - камбий, отделяет кору от основной части дерева. При рассматривании продольной поверхности разреза, отдельные части клеток древесины, обычно, невозможно рассматривать без увеличения, а в некоторых видах лиственных пород, крупнейшие элементы клеток, можно увидеть на чисто отпиленных поверхностях (рис. 1б).

Однако мы признаём, знакомую схему круговых колец роста, концентрически расположенных вокруг центральной сердцевины. В приделах каждого кольца, и в зависимости от разновидности, первоначально сформированного слоя в раннем возрасте дерева, можно значительно отличать от внешнего - позднего древесного слоя. Текстурное проявление или "рисунок" продольной поверхности, по которому мы можем распознать древесину, является наиболее частым результатом вариации раннего и позднего древесного слоя. Отличие раннего слоя древесины от поздней, обычно объясняется изменением характеристик в ячейках, в результате этого, поздний слой древесины - с большей плотностью, чем ранний слой дерева, но в некоторых лесах, может и не быть значительных различий в свойствах в рамках годичных колец.

Индивидуальные клетки древесины, как правило, имеют вытянутую форму, хотя они различаются в зависимости от пропорций: от корот-ких и бочкообразных к продолговатым и подобным игле (рис. 2). Большинство клеток являются продольными, то есть, они вытянуты параллельно к оси ствола, поэтому мы видим их в поперечном сечении. По продольной части древесины рассеяны группы клеток, расположенные горизонтально к оси дерева. Эти группы расходятся радиально к наружной части по отношению к сердцевине и называются лучами. Лучи плоских лент клеток располагаются горизонтально плоскостям вертикальных лент. Индивидуальные клетки лучей всегда слишком малы, чтобы увидеть их без увеличения, и поэтому узкие лучи не являются очевидными. Однако у некоторых разновидностей лиственных пород, лучи имеют ширину до нескольких клеток, что отчётливо позволяет увидеть их на поперечных сечениях. Совокупность лучей клеток у большинства видов, составляют менее 10% объёма древесины. Важно помнить, что лучи присутствуют в каждой разновидности и, независимо от того, видны ли они или нет, они несут большое значение во многих свойствах древесины.

Композиция из годичных колец на древесном стволе, вместе с вертикальным и горизонтальным расположением клеток, создают трёхмерную ориентацию в структуре ячеек (рис. 3). Плоскости, перпендикулярные к оси ствола называются поперечными плоскостями или плоскостями поперечного сечения, как правило, представляются на торцах бревна. Поскольку поперечные сечения дерева проходят по окружности, через сердцевину ствола (как и радиус окружности), они являются радиальными плоскостями или поверхностями. Плоскости, параллельные сердцевине, но не проходящие через неё, формируют тангенс по касательным круговым кольцам структуры роста, и называются тангенциальными плоскостями или поверхностями. Кривизна годичных слоёв не являются геометрически регулируемой, и поэтому рассматривается поверхность наиболее идеальная тангенциальной, где плоскость перпендикулярна к радиальной плоскости. Однако любая поверхность бревна, как правило, принимает тангенциальную поверхность. В небольшом кубе из дерева, кривизна колец незначительна, так что куб может представлять достаточно точные ориентиры по поперечным, радиальным и тангенциальным видам. Эти части или разделы древесной ткани, как правило, удалены с поверхности для изучения, они называются поперечными, радиальными и тангенциальными секциями. Эти плоскости зачастую просто обозначаются буквами X, R и T, соответственно.

Текстура

Древесина может иметь грубую или гладкую поверхность, с неравномерной текстурой или промежуточными группами. Классификации по степени грубости или гладкости делается на основании анализа плоскостей - шероховатости и изобилия лучей. Древесные породы, такие как дуб, в котором в большей степени или, как говорится, гораздо шире нуждаются суда, состоят из грубой текстуры. Когда изготовление из платана коробок или судов - меньше востребовано из-за содержания узких лучей древесины, тонкости и мелкозернистости структуры. Текстура древесины - является важным фактором в определении его пригодности для специфического применения. Например, самшит является наиболее соответствующим для точного, детального вырезания или обрабатывания, чем дуб. Текстура также связана с гладкостью поверхности и в связи с этим влияет на окраску поверхности и применение в производстве. Все хвойные - являются шероховатыми или, в лучшем случае, с относительно грубой текстурой, так как их клетки относительно небольшого диаметра. На текстуру древесины хвойных пород влияют чередования зон ранней и поздней древесины дерева. Когда отмечен контраст между зонами, как в пихте Дугласа и лиственнице, можно сказать, что текстура неравномерна. Такие пиломатериалы, как ель, в которых мало или нет значительного контраста от ранней и поздней древесины дерева, являются текстурированными. Эти условия могут быть применены и к древесине, где его пористые кольца можно рассматривать как неравномерное и диффузно-пористые, если они не имеют широких лучей или широкого слоя древесной паренхимы, так же как и текстурированные.

Рисунок

Признаётся много видов рисунков. Упомянутые выше текстуры, являются основными компонентами, вытекающими из всего многообразия зёрен (с которыми взаимодействуют многие другие компоненты). Кроме того, рисунок может быть получен от распределения отдельных видов тканей в древесине. Примером этого являются широкие лучи истинных дубов и Австралийского шелковистого дуба, рисунки которых называются серебряными фигурами, образованными в результате конкретного распределения лучей тканей в этих деревьях.

Чередующиеся слои тёмной, плотной поздней древесины и светлой, менее плотной ранней древесины, образовывают пламенные фигуры у некоторых хвойных пород, например у пихты Дугласа, когда просматривается плоскость рассечении при распиле. Распределения древесной паренхимы широко заметны в лиственных породах, и также приводят к изображению пламенного рисунка, более известного как муар. Аналогичный рисунок может также быть в древесинах с чередующимися слоями разных цветов, в таких, как полосатый Эбонис (чёрное дерево). Положение и декоративный эффект рисунка зависит не только от правильного распила древесины, но также и от его природного блеска, благодаря способности клеток отражать свет. Также важно, хотя и не обязательно связанное с блеском, это способность древесины принимать хорошую полировку.

Цвет

Цвет древесины, является важной частью с практической точки зрения, поскольку это может усилить или отвлечь от декоративной ценности древесины, что обусловлено в основном инфильтратами в клеточных стенках. Они могут быть затронуты при воздействии света, воздуха и тепла, в результате чего цвета древесины меняться с течением времени. Они могут также взаимодействовать с другими материалами, к примеру, когда дуб вступает в реакцию с железом отмечено изменение цвета. Инфильтрат и попадание в клетки небольшого количества древесных пород, во время строгания, распиловки, шлифовки и т. д., могут вызывать раздражение слизистых мембран или дерматита, что в некоторых случаях, может быть весьма опасно. Мэйнсония, мэйко и тик - специфические примеры лесоматериалов, которые могут вызвать более серьёзные побочные реакции. В других случаях отличительных запах или вкус может сделать древесину особенно подходящей или особо неподходящей для данного применения.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Shayne Rivers. Conservation of Furniture. - CD-ROM/ Shayne Rivers, Nick Umney; Series Editors: Arts and Archaeology - Andrew Oddy, Derek Linstrum; US Executive Editor: Norbert S. Baer; Consultants: Sir Bernard Feilden, David Bomford, C.V. Horie, Sarah Staniforth, John Warren [etc.]. - Butterworth-Heinemann Series in Conservation and Museology. - Elsevier: Linacre House, Jordan Hill, Oxford; Wheeler Road, Burlington, 2003. - 845с.

2. Словарь: краткий англо-русский и руско-английский словарь/ С. Г. Займовский; под редакцией А. В. Литвиновой; ответственный за выпуск Н. А. Рожкова; художник В. П. Куршунов; технический редактор Г. Г. Гаврилова; корректор Р. А. Трушкина. - Репринтное издание. - М.: Культура и традиции, 1997. - 414 с.

3. Англо-русско-английский словарь 1.0 [Электронный ресурс]./ Ю. Д. Апресян, Н. Королёв; разработчик Киртвин. - версия 1.0 (7,91 Mb). - [Россия], 2009. - Режим доступа: http://www.softportal.com/software-13740-anglo-russko-anglijskij-slovar.html. Saturday, 9 January 2010 19:16

ПРИЛОЖЕНИЕ