Курсовая работа: Деревина та деревні матеріали
1.4 Властивості деревини
Властивість – сторона предмету, яка обумовлює його різність чи подібність з іншими предметами і спостерігається в його відношенні до них.
Властивості деревини, для визначення яких не треба руйнувати досліджуваний зразок або змінювати його хімічний склад, називаються фізичними. До фізичних властивостей належать: колір, блиск, запах, текстура, щільність, вага, тепло-, звуко- та електропровідність, гігроскопічність, вологопоглинання, розбухання, усушування, жолоблення, розтріскування.
Колір деревини залежить від породи дерева і клімату, в якому воно росло. Кожна порода має характерне забарвлення деревини. У помірних поясах деревина порівняно блідого кольору, в тропіках вона яскрава. Деревина деяких порід має природний блиск. Добрий блиск мають у радіальному розрізі дуб, клен, бук, біла акація.
Запах деревини визначається вмістом у ній смолистих, ефірних і дубильних речовин. Цю властивість треба враховувати, коли збираються виготовити тару для харчових продуктів та інших виробів, в яких запах матеріалу має значення.
Текстурою називається природний рисунок на обробленій поверхні деревини, який утворюється в результаті перерізання волокон, річних шарів, серцевинних променів та ін. Щоб мати текстурний матеріал і облицювальну фанеру, застосовують спеціальні способи зрізання деревини.
Розрізняють абсолютну й відносну щільності деревини. Абсолютна щільність визначається кількістю деревинної речовини в одиниці об'єму і виражається об'ємною вагою. Відносна щільність характеризується рівномірністю будови деревини. Деревина, що має високу відносну щільність (яблуня, груша, горіх, самшит), в результаті обробки дає рівну, гарну поверхню, яка добре полірується і лакується.
Розрізняють вагу деревини питому і об'ємну. Питомою називається вага в грамах 1 см3 деревинної речовини в абсолютно щільному стані, тобто без пор, порожнин та інших сторонніх включень. Для всіх порід деревини питома вага практично однакова, виражається безрозмірною величиною і становить 1,54 — 1,56.
Об'ємною вагою називається вага одиниці об'єму деревини в її природному стані. Вимірюється об'ємна вага грамами на кубічний сантиметр.
Теплопровідність. Серед інших матеріалів деревина має дуже низьку теплопровідність і тому використовується для рукояток різних нагрівальних приладів і навіть як теплоізоляційний матеріал. Теплопровідність деревини вздовж волокон помітно більша, ніж упоперек.
Звукопровідність. Швидкість поширення звуку вздовж волокон у 15-18 раз і впоперек волокон у 3-5 раз більша, ніж у повітрі. Звукопровідність вологої дерени вини нижча, ніж сухої. Звукопровідність використовують для визначення якості стовбурів на корені, хлистів і кряжів. Якщо звук від удару по одному кінцю стовбура добре передається до другого кінця, то це свідчить про добру якість деревини. Якщо звук глухий або зовсім переривається, то це означає, що є порожнини або гнилі місця.
Електропровідність. Дерево є поганим провідником електричного струму і тому суху деревину нерідко застосовують як ізоляційний матеріал.
Гігроскопічність — властивість деревини поглинати вологу з повітря. Водопоглинання — властивість деревини вбирати воду при безпосередньому контакті з нею. Інтенсивність водопоглинання залежить від породи дерева, виду деревини, ступеня її вологості і відносного положення до поверхні води. Тверда й щільна деревина поглинає вологу менше і повільніше, ніж м'яка і легка, ядрова — менше, ніж заболонна, суха — більше, ніж волога, з бічних поверхонь — менше, ніж з торців. Внаслідок поглинання вологи і насичування нею стінок клітин і міжклітинних просторів збільшуються розміри і вага зразка. Ця властивість називається розбуханням деревини. Коли її висушують, вага і розміри зменшуються. Ця властивість називається усиханням деревини.
Розбухання й усихання деревини (мал. 5-2) в різних напрямах неоднакові: в тангентальному напрямі – 6 –10%. в радіальному – 3 – 5% і вздовж волокон – до 0,1%. Ці дані наведені для повного усихання, тобто при доведенні деревини до абсолютно сухого стану. Розмір усихання деревини в основному залежить від її щільності. Щільна деревина усихає більш, ніж м'яка. Сильно усихають граб, бук, модрина, береза, груша, акація. Менше усихають сосна, ялина, кедр, дуб, в'яз, волоський горіх, осика, клен. До дерев, що мало усихають, належать яловець, вільха, тополя, каштан, тис.
Властивість деревини деформуватися внаслідок різного усихання в різних частинах перерізу стовбура називається жолобленням. Чим далі розташований елемент деревини від серцевини, тим більше він деформується. Тому пожолоблена дошка завжди має опуклість у бік серцевини. Крім поперечного, є ще поздовжнє жолоблення (мал. 5-3) внаслідок неоднорідності будови деревини.
При великому і нерівномірному усиханні деревина розтріскується. Тріщини здебільшого спрямовані вздовж серцевинних променів, а іноді і вздовж річних шарів. При повільному висиханні деревини волога випаровується рівномірніше і матеріал не розтріскується.
Механічні властивості – відмінні сторони матеріалів, які проявляються в здатності чинити опір дії зовнішніх механічних зусиль.
До основних механічних властивостей деревини належать: міцність, твердість, пружність, крихкість, в'язкість, розколюваність і гвоздимість.
Міцністю називається властивість матеріалу чинити опір руйнівній дії зовнішніх сил. Залежно від характеру дії сили поділяються на розтягувальні, стискальні, згинальні, сколюючі, перерізуючі і скручувальні.
Характерною особливістю деревини є чітко виявлена анізотропія — відмінність механічних та інших властивостей матеріалу в різних напрямах. Опір розтягування вздовж волокон для деревини сосни при 15% вологості становить, в середньому, близько 1100 –1150 кГ/см2 , а впоперек – у З0 – 50 раз менше. Опірність деревини розривові впоперек волокон у радіальному напрямі в півтора рази більша, ніж у тангентальному. Дерев'яні деталі найчастіше бувають навантажені на стискання. При цьому найвищу міцність має деревина вздовж волокон. Наприклад, деревина сосни витримує до 440 кГ/см2 , а деревина модрини і дуба – 520 кГ/см2 . Коли навантажувати на стискання упоперек волокон, міцність деревини знижується в 5 – 10 раз. Деформація згину зовні виражається прогином зразка. При цьому на його опуклому боці волокна розтягуються, а на угнутому стискаються. Руйнування починається на угнутому боці і виражається в появі своєрідних складок, лише після цього починають розриватися або відщеплюватись елементи деревини на опуклому боці. Зсування елементів деревини в напрямі волокон без перерізання їх називається сколюванням, а впоперек волокон з перерізанням – зрізуванням.
У сучасній практиці дуже рідко зустрічаються дерев'яні деталі, навантажені скручувальними силами, бо опірність деревини невелика. Проте серед основних порід найкраще такі зусилля витримує береза.
Твердістю називається властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього інших тіл. Твердість деревини визначають удавлюванням в неї стальної загартованої кульки з площею поперечного перерізу 1 см2 . Сила в кілограмах, потрібна для вдавлювання кульки на глибину, що дорівнює її радіусу, називається коефіцієнтом твердості. Практично встановлено зв'язок між об'ємною вагою і твердістю: чим більша об'ємна вага, тим вища твердість деревини. В свою чергу твердість є характеристикою зносостійкості. Чим вища твердість і об'ємна вага, тим вища зносостійкість, тим краще деревина працює на стирання.
Пружністю називається властивість матеріалу відновлювати свою форму і об'єм після припинення дії зовнішніх сил. Деревина – досить пружний матеріал, що нерідко застосовується для виготовлення деталей, до яких ставляться вимоги пружності. Такими є рукоятки різних інструментів, рушничні ложа, підкладки під залізничні рейки тощо.
Пластичність – властивість матеріалу під впливом сил змінювати свою форму без ознак руйнування і зберігати цю форму після припинення дії сил. Пластичність деревини підвищується з підвищенням вологості і при нагріванні. З цією метою в деяких виробництвах перед гнуттям деталей застосовують пропарювання і проварювання заготовок.
Крихкість – властивість матеріалу руйнуватися під дією зовнішніх сил без помітних слідів пластичної деформації. Прикладом дуже крихких матеріалів можуть бути скло, загартована сталь, чавун. Будова деревини волокниста, тому цей матеріал має порівняно невелику крихкість.
Властивість, протилежну крихкості, називають в'язкістю. В'язкість тим вища, чим більші залишкові деформації зразка, який піддали руйнуванню. У техніці оцінка крихкості і в'язкості матеріалу ототожнюється з ударною в'язкістю, яку визначають на спеціальному приладі – маятниковому копрі і оцінюють роботою руйнування внаслідок удару, віднесеною до одиниці площі поперечного перерізу зразка. Вимірюється ударна в'язкість у кілограмах на квадратний сантиметр.
Розколюваність – властивість деревини розчленовуватися вздовж волокон. Розколюваність залежить від ступеня зчеплення волокон. Встановлено, що пружна деревина розколюється краще, а в'язка – гірше. Коли підвищується вологість (але тільки до певної межі), розколюваність деревини поліпшується. Наявність сучків та інших вад погіршує розколюваність деревини. Добру розколюваність мають усі хвойні породи, бук, каштан, осика, липа, а в радіальному напрямі – дуб. Розколюваність деревини має значення в бондарному виробництві, будівельній справі, зокрема виготовленні штукатурної драні.