1.5 влияние различных факторов на свойства древесины

1. ОК 4 ПК 1.4
Тема 1.5 Влияние различных
факторов на физико-механические
свойства древесины

4. Влияние строения древесины.
Коэффициенты качества. Влияние
лесоводческих факторов.
Специалисты лесного дела должны направить свои
усилия на разработку мероприятий,
обеспечивающих повышения производительности
лесов, путем улучшения роста древостоев,
улучшения качества выращиваемой древесины,
рационального использования лесосырьевых
ресурсов и отходов лесозаготовок,
деревообработки и деревопереработки

5.  Всестороннее знание строения и
физико-механических свойств
древесины и зависимости их от
разных лесоводственных и других
факторов; знание пороков древесины
и условие их появления, а также
методов улучшения и промышленного
использования древесины

6. в.

7. Влияние времени рубки на физико-
механические свойства древесины
 Главная часть древесины ствола в растущем еще дереве
состоит из отмерших уже элементов, которые не могут
изменяться в зависимости от времени года.
 Полученные экспериментальные данные
подтверждают, что убедительных доказательств
влияния времени рубки на физико-механические
свойства древесины в результате проведенных работ не
получено.
 Плотность и прочность при сжатии древесины сосны
зимней и летней рубки не отличаются. У древесины,
срубленной в течение вегетационного периода,
обнаружена тенденция к понижению стойкости против
гниения.

8. Влияние окорения на корню и подсочки
на физико-механические свойства
древесины
 Окорение на корню заключается в снятии с растущего
дерева кольца коры в комлевой части ствола, в
результате чего дерево медленно увядает и отмирает.
Рекомендовалось оно с целью снижения способности
дерева давать корневые отпрыски (осина) и для
подсушивания древесины перед валкой
(лиственницы — для повышения плавучести, бука —
для предохранения от быстрого загнивания).
Одновременно, будто бы, достигалось повышение
физико-механических свойств древесины.

9.  Кратковременную подсочку можно рассматривать
как частичное окорение дерева на корню, поэтому,
учитывая изложенное выше, нет оснований
ожидать, что она окажет какое-либо влияние на
свойства древесины, за исключением повышения
смолистости древесины в области карры.

10. Влияние мер ухода за древостоями и
почвой на физико-механические свойства
древесины
 В результате рубок ухода, вызывающих изменение
светового режима для остающихся деревьев, у дуба
увеличивается прирост по диаметру с одновременным
увеличением содержания механических элементов,
процента поздней древесины и плотности (на 8—9%); у
осины отмечено увеличение прироста по диаметру и
увеличение числа механических элементов.

11.  В то же время для хвойных пород имеющиеся данные
выявляют другие результаты. Наиболее высокие
свойства древесины наблюдаются при полноте 0,8—
0,9; при изреживании древостоев, т. е. при меньшей
полноте, физико-механические свойства древесины
сосны понижаются.
 У ели из Ленинградской обл. оказалось, что древесина
светового прироста, наросшая после проходной
рубки, имеет пониженные механические свойства
(примерно на 10%). Равным образом наблюдалось,
что со снижением полноты древостоев сосны и ели
при прореживании сучковатость повышается, а
форма ствола ухудшается.

12. Положение дерева в древостое
 Наиболее высокие физико- механические свойства
обнаружены в самых крупных деревьях I класса; с
уменьшением размеров деревьев (от I класса к V
классу) свойства древесины ухудшаются.
 Свойства древесины не зависят от положения
дерева в отношении стран света; показатели
физико-механических свойств древесины с южной и
северной части ствола оказываются практически
одинаковыми.

13. Влияние условий произрастания на
физико-механические свойства древесины
 Понятие «условия произрастания» включает комплекс
следующих факторов: географическая область, высота
над уровнем моря, температура, количество осадков, тип
леса, положение дерева в древостое и т. д.
 Выделить влияние одного какого-либо изучаемого
фактора не всегда возможно.

14.  Влияние климата или почвы - преобладающее
влияние того или иного из этих факторов.
 Имеющиеся данные о физико-механических свойствах
древесины наших лесных пород из различных районов
произрастания показывают, что у сибирской
лиственницы и сибирского кедра обнаруживается
тенденция к улучшению физико-механических
свойств древесины по мере продвижения с запада на
восток по территории всего Союза ССР, за
исключением показателей удельной работы при
ударном изгибе древесины лиственницы, которая на
территории Сибири оказывается ниже. В то же время
физико-механические свойства древесины сосны
несколько ухудшаются по мере продвижения в том же
направлении.

15.  Отмеченное различие в характере влияния
климатических факторов на физико-механические
свойства древесины разных пород позволяет
предположить, что степень влияния климатических
факторов стоит в связи с ареалом распространения
породы.
 Это влияние выражается яснее для древесины пород,
имеющих широкий ареал (лиственницы, сосны, березы,
осины); для пород же с малым ареалом, более
требовательных к условиям произрастания (дуба,
ясеня), влияние климатических факторов заметно
меньше.

16.  Древесина сосны обнаруживает наиболее высокие
свойства при средних почвенных условиях (резкие
отклонения и в лучшую и в худшую сторону
вызывают снижение качества древесины), а
древесина дуба имеет лучшие показатели при
влажных бедных почвах

17.  Влияние мер ухода за почвой под древостоем
(устранение избыточного увлажнения путем
осушки) на качество древесины изучалось
применительно к сосне. В первое двадцатилетие
после осушки наблюдается резкое увеличение
прироста по диаметру (ширина годичных слоев
увеличивается в 1 1/2 — 2 1/2 раза), однако физико-
механические свойства древесины при этом
снижаются. В дальнейшем прирост постепенно и
заметно падает, но физико-механические свойства
повышаются и достигают величины, превышающей
те же свойства до осушения.

18. Влияние возраста на физико-
механические свойства древесины
 Механические свойства сосны с возрастом
увеличиваются, но влияние возраста сказывается в
разной степени на различные свойства; так, для
сопротивления древесины сосны скалыванию и
раскалыванию зависимости от возраста не
обнаружено.
 Ширина годичных слоев с возрастом убывает, а
прочность при статических нагрузках
увеличивается. Наиболее резкое увеличение не
только прочности, но и удельной работы при
ударном изгибе сосны наблюдается при переходе из
I класса возраста во II (увеличение для разных
свойств 25 — 35 %); в дальнейшем увеличение
свойств идет медленнее.

20. Физико-механические свойства
древесины с возрастом
повышаются до некоторого
предела, достигают максимума
и при дальнейшем стоянии
дерева на корне начинают
снижаться.

21. В перестойных деревьях
периферическая зона ствола,
состоит из очень узких годичных
слоев с пониженным содержанием
поздней древесины; вследствие
этого физико-механические
свойства древесины оказываются
заметно сниженными, что влечет
за собой понижение и средних
свойств древесины всего ствола.

22.  Физико-механические свойства
древесины сосны достигают
максимума в возрасте 150— 200 лет,
после чего следует снижение;
 в возрасте 260—280 лет плотность
падает на 8—10%,
 содержание поздней древесины на 16
— 18%,
 прочность при сжатии вдоль волокон
на 8%,
 удельная работа при ударном изгибе —
на 6—7%.

23.  Зависимость между строением древесины
и ее физико-механическими свойствами
и факторами: ширина годичного слоя,
процент поздней древесины, сердцевинные
лучи, сосуды; разница в физико-
механических свойствах ядра и заболони у
хвойных и лиственных пород, влажность
древесины, плотность; закономерность в
изменении свойств древесины по высоте и
радиусу ствола у пород разных классов,
возраст дерева, условия
местопроизрастания, лесомелиоративные и
лесохозяйственные мероприятия.

24. Влияние строения древесины на ее
физико-механические свойства
 Тонкое строение клеточной оболочки оказывает
существенное влияние на свойства древесины.
 Уменьшение количества связанной влаги ведет к
уменьшению расстояний между клетками, что
увеличивает силы сцепления между ними и содержание
твердой массы в единице объема. Все это приводит к
улучшению механических свойств древесины.
 При увеличении количества связанной влаги клетки
раздвигаются, что снижает механические свойства
древесины.

26. Ядро и заболонь

27. Ядро
 Ядровая древесина, физиологически не активная
зона в центре сечения ствола, биологически мертва,
более тёмного цвета, чем внешняя - светлая
заболонь.
 Настоящее ядро содержит в основном цветные,
большей частью фенольные вещества (ядровые
вещества), которые импрегнируют стенки клеток и
как правило повышают долговечность древесины.
Дерево прерывает связи между клетками, таким
образом что между ними больше невозможен
капиллярный обмен.

28. Заболонь
 За́болонь - содержит запасные вещества. Заболонь
отличается от ядра светлой окраской, меньшей
механической прочностью; содержит больше воды и
менее стойка к поражениям грибами и насекомыми,
чем ядро и спелая древесина.
 По причине меньшей прочности заболонь дуба,
принципиально не используется. Однако у вишни,
вопрос использования решается, исходя из
визуальных характеристик заболони.
 В заболони откладывается наиболее важная в
промышленном отношении смола - живица, которую
добывают из сосен подсочкой (разрезом коры с
обнажением поверхности заболони).

30. Влияние сердцевинных лучей.

31. Заболонь.

32. Влияние физических и химических
факторов: сушки, пониженных и
повышенных температур, ионизирующих
излучений, кислот и щелочей, речной и
морской воды.

35. Влияние сушки
 В процессе сушки на сырую древесину происходит воздействие пара, нагретого
сухого и влажного воздуха, токов высокой частоты других факторов, приводящих
в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной влаги.
 Правильно проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне
равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать
древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только
может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям,
но и оказать влияние на механические свойства древесины.
 Согласно исследованиям, при высокотемпературной сушке с конечной
температурой в камере 105-110 грд С продолжительность сушки сокращается в 1, 5-
2 раза по сравнению с продолжительностью атмосферной сушки, но прочность
древесины сосны (в досках толщиной 30-60 мм) снижается при сжатии вдоль
волокон на 0,8-8,7 %, радиальном скалывании на 1-12%. Ударная вязкость
снижается на 5-10,5%.
 Влияние высокотемпературной сушки изучалось многими исследователями.
Несмотря на противоречивость выводов, вызванную разным подходом
к истолкованию результатов исследований, эти работы показали, что
высокотемпературная сушка приводит к ухудшению механических свойств
древесины.
 Продолжительность сушки резко сокращается при использовании
электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого
фактора на свойства древесины пока еще не до конца изучена.

36. Влияние повышенных температур
 Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-
механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительном воздействии
температуры до 100 грд С эти изменения обычно обратимы, т.е., они исчезают при
возвращении к начальной температуре древесины.
 Данные ЦНИИМОД показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон
понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины.
Одновременное действие обоих факторов вызывает большее снижение прочности
по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия.
 При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50 грд
С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят
не только от уровня температуры, но и от влажности.
 Исследования, проведенные на древесине показали, что под действием температуры 80-
100 грд С в течении 16 суток предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается
на 5-10%, а ударная вязкость на 15-30% (наибольшее снижение обнаружилось для дуба,
наименьшее — для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-
4 суток.
 Исследование последствий воздействия высоких температур в диапазоне 80-140 грд
С на механические свойства древесины показали, что механические свойства снижаются
с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности
древесины.

37. Влияние низких температур
 Низкие температуры оказывают обратное
влияние на прочность древесины: прочность
замороженной древесины заметно повышается.
Лед обеспечивает повышение устойчивости
стенок клеток. Этим объясняется рост значений
пределов прочности на изгиб, сжатие
и раскалывание.

38. Влияние ионизирующих излучений
 Ионизирующие излучения снижают прочностные
характеристики древесины. Объясняется это
радиолизом (разложением) ее органических
составляющих. Однако использование
радиоизотопов в процессе неразрушающего
контроля деталей из древесины и их лучевая
стерилизация (смертельная доза для грибов
и насекомых составляет примерно 1 Мрад) не ведет
к снижению механических свойств материала,
потому что доза облучения ниже той, которая
вызывает заметные разрушения в веществе
древесины.

39. Влияние агрессивных жидкостей и
газов
 Под действием кислот и щелочей происходит
изменение цвета и разрушение древесины.
Смолистые вещества, содержащиеся в хвойной
древесине, заметно ослабляют негативное
воздействие агрессивных сред, поэтому
от их воздействия меньше страдают изделия
из лиственницы и больше (в два-три раза) —
лиственные породы, особенно мягкие. Древесина,
пораженная синевой, подвержена разрушению
в большей степени, чем здоровая. Само собой
разумеется, что разрушение древесины под
действием кислот и щелочей приводит к снижению
ее прочности.

40. Влияние морской и речной воды
 Испытания показали, что после пребывания в речной воде в течение
10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. При
более длительном воздействии речной воды поверхностный слой
(толщиной 10-15 мм) постепенно теряет прочность и начинает
разрушаться. В то же время за этим поверхностным слоем прочность
остается в пределах нормы, определенной для здоровой древесины.
 Если древесина находится в воде несколько сотен лет, ее свойства
сильно меняются. Количественные и качественные показатели этих
изменений зависят от породы древесины. Наиболее известны
результаты воздействия речной воды на древесину дуба. Мореный
дуб меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-
черного, что происходит в результате соединения дубильных
веществ с солями железа. В насыщенном водой состоянии древесина
мореного дуба сохраняет пластичность, но после высушивания
становится более твердой и хрупкой по сравнению с обычным
состоянием. Усушка мореного дуба в 1,5 раза больше, чем обычного,
что объясняют сморщиванием (коллапсом) клеток с уменьшенной
толщиной стенок, поэтому и растрескивается древесина мореного
дуба при сушке больше обычного. Прочность мореного дуба при
сжатии и статическом изгибе снижается в 1,5 раза.

41. Воздействие морской воды
 Длительное воздействие морской воды приводит
к заметному повышению твердости лиственницы.
 При строительстве Венеции около 400 тыс. штук
лиственничных свай было забито для укрепления
оснований различных сооружений. Позже часть свай
была обследована. В заключении об их прочности
сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых
основана подводная часть города, как будто окаменели.
Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила
едва берет его.
 Обследование же сосновых свай, взятых из портовых
сооружений, показало, что за 30 лет эксплуатации они
на 40-70% снизили свои прочностные свойства.

42. Венеция

44. Климатические факторы
разрушения
 При эксплуатации в постройках древесина испытывает
на себе постоянное влияние природных факторов,
которые в совокупности с агентами биоразрушения
приводят к ухудшению внешнего вида, старению
и разрушению древесины.
 Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят
к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению,
накоплению влаги, увеличению риска биологического
поражения древесины.
 Солнечная радиация приводит к химическому
изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина
приобретает сероватый оттенок и ворсистость.
 Наибольший вред древесине приносит изменение
влажности и солнечное излучение.

45. Содержание влаги
 При постоянно меняющихся погодных условиях содержание
влаги в древесине будет изменяться, что ведет к усушке, или
разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины,
она коробится, что, в свою очередь, повышает риск
попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода,
находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины
только посредством (медленного) испарения, со временем
повышается риск накопления влаги. Если содержание влаги
превышает 20%, опасность поражения грибами повышается.
Чем дольше период, в течение которого уровень влаги
держится на отметке выше 20%, тем выше риск развития
грибов! Многие виды древесины содержат цветные
водорастворимые соединения, которые подвергаются
выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета
поверхности древесины.

46. Солнечный свет и тепло
 Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из изучений разных длин
волн, каждое из которых имеет свою особенность воздействия на древесину.
 ИК — составляющая спектра, с длиной волны более 720нм, при взаимодействии
с древесиной нагревает ее. Поскольку древесина является хорошим изолирующим
материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что
на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами,
могут образовываться трещины.
 Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения
смолы в древесине хвойных пород, а это ведет к проблемам при обновлении
покрытий поверхности.
 Видимый свет (длина волны 380-720 нм) не оказывает вредного влияния
на древесину.
 УФ-составляющая спектра с длиной волны менее 380 нм, вызывает разрушение
древесины на молекулярном уровне — деструкцию лигнина. В итоге, древесина
быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.
 Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение
первоначального цвета древесины ее необходимо защищать пленкообразующими
зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ — фильтр. К таким
покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР».

47. Вопросы для самопроверки
 Как зависит прочность древесины от размеров
анатомических элементов?
 Какова зависимость между средней шириной
годичного слоя, процентом поздней древесины
и физико-механическими свойствами у
древесных пород разных классов?
 Как влияют сердцевинные лучи на прочность
древесины?
 В чем различие между показателями физико-
механических свойств древесины заболони и
ядра?

48.  Как изменяются физико-механические свойства
по высоте и радиусу ствола?
 Какова зависимость между плотностью,
прочность и влажность древесины?
 Как влияют на физико-механические свойства
происхождение и возраст дерева?
 Какова связь физико-механических свойств
древесины с условиями роста дерева?


49.  Как влияют на свойства древесины время
рубки, подвяливание на корню, подсочка и
сплав?
 Как влияют рубки ухода и осушка территории
на свойства древесины?
 Какое влияние оказывают на свойства
древесины высокая и низкая температура,
пропаривание и проваривание древесины?
 Как влияют ионизирующие излучения на
прочность древесины?