ДЕРЕВНА

ДЕРЕВНА, порівняно твердий та міцний волокнистий матеріал, прихована корою основна частина стовбурів, гілок та коренів дерев та чагарників. Складається з незліченних трубкоподібних клітин з оболонками переважно з целюлози, міцно зцементованих пектатами кальцію і магнію майже однорідну масу. У природному вигляді використовується як будівельний матеріал і паливо, а в подрібненому та хімічно обробленому вигляді – як сировина для виробництва паперу, деревоволокнистих плит, штучного волокна. Деревина була одним із головних факторів розвитку цивілізації і навіть у наші дні залишається одним із найважливіших для людини видів сировини, без якої не могли б обійтися багато галузей промисловості.

Джерела.

Хоча деревна тканина є і в папороті, майже всю деревину люди отримують з дерев двох головних відділів царства вищих рослин – голонасінних та покритонасінних. Голосонасінні рослини - дуже давня форма, представлена ​​виключно деревними видами, до яких відносяться хвойні дерева («м'які породи»), а саме сосна, ялина, кедр, що постачають основну частину деревини, що використовується людством. Відділ же покритонасінних відрізняється великою різноманітністю і ділиться на два класи – однодольні та дводольні. Лише деякі з однодольних (бамбук, пальми, юкка) дають деревну тканину, яка має обмежене, переважно місцеве значення. Що ж до дводольних, то до цього класу відносяться важливі листяні («тверді») породи – дуб, евкаліпт, клен, деревина яких особливо цінна для меблів, оздоблення інтер'єрів та ін.

структура.

Клітини деревини, як і клітини кори, виникають з клітин прокамбію і камбію, що багаторазово діляться, які становлять майже безперервний шар освітньої тканини між корою і деревиною. Камбій виникає з клітин, що відокремилися від конуса наростання стебла або кореня. Останній бере початок у клітинно-освітньому центрі зародка в насінні. У деревині є два класи клітин – паренхімні та прозенхімні. Паренхімні клітини зазвичай тонкостінні з простими (неокаймленими) порами. У заболоні вони виконують функцію фізіологічно активної живої тканини (забезпечують зберігання поживних речовин). Прозенхімні ж клітини - товстостінні з облямованими порами. Вони втрачають свій протопласт, коли виростають і досягають остаточної товщини стінок, після чого перетворюються на середовище, що проводить рідину і забезпечує опору.

Для деревини характерні річні кільця, зумовлені змінами розмірів клітин та товщини їх стінок у зв'язку із змінами умов зростання. У зонах помірного клімату контраст кілець пов'язаний із відмінністю «літньої» деревини одного року від «весняної» наступного. За кількістю кілець на рівні землі можна визначити вік дерева.

Хімічний склад.

До складу деревини входить низка складних органічних сполук. Повний хімічний аналіз показує, що містить близько 50% вуглецю, 6% водню і 44% кисню. Стінка клітини має сітчасту структуру із взаємозалежних довголанцюгових молекул целюлози, наповнену іншими вуглеводнями (геміцелюлозами), а також лігніном та різними екстрактивними речовинами.Цементуючою міжклітинною речовиною є в основному пектати кальцію і магнію, а в клітинних порожнинах, особливо в деревині листяних порід, накопичуються смоли, камеді, жири, танніни, пігменти та мінеральні речовини. До складу деревини входить 45-60% целюлози, 15-35% лігніну та 15-25% геміцелюлоз. Кількість сторонніх, екстрактивних речовин значною мірою залежить від породи і неоднаково в заболоні та ядерній деревині. Вміст мінеральних речовин (зольність) деревини зазвичай значно менше 1%.

Фізичні характеристики.

Відносна щільність деревини лежить у межах від 0,1 (бальза) до ~ 1,3 (залізне дерево та деякі інші тропічні породи). Відносна густина більшої частини ділової деревини становить 0,2–0,75, густина – 190–850 кг/м 3 . Відносна щільність деревини дорівнює приблизно 1,5. Отже, лише близько 1/6 обсягу легкої ділової деревини становить тверду речовину, тоді як у більш важких сортах на неї припадає близько половини обсягу. Відносна щільність може бути різною і для однієї породи дерев, що зумовлено мінливістю умов проростання. Так, для сосни довгохвойної ця величина може становити від 0,25 до 0,80 (середнє значення 0,53).

І деревина дерева на корені, і ділова деревина сильно поглинають воду, що зумовлено її капілярною будовою. Вільна вода заповнює клітинні порожнини, а пов'язана утримується за рахунок адсорбції у проміжках між волокнами. Коли вся вільна вода при сушінні видалена, так що всю судинну систему заповнює зв'язана вода, деревина досягає точки насичення волокон, що для більшості порід відповідає вмісту вологи близько 28%.Подальше видалення води призводить до усадки, тому що при десорбуванні адсорбованої води волокна стискаються і просвіт судин зменшується.

Залежно від наявності вологи деревина сідає або набухає. Усадка від точки насичення волокон до стану після сушіння в печі максимальна (4–14%) у тангенціальному напрямку (паралельно річним кільцям), приблизно вдвічі менше (2–8%) у радіальному напрямку (поперек річних кілець) та практично відсутня (0, 1-0,2%) вздовж волокон. Тангенціальна, радіальна та об'ємна усадки приблизно пропорційні зміні вмісту вологи деревини.

Механічні властивості деревини тісно пов'язані з її волоконно-клітинною структурою. Її міцність максимальна вздовж і досить низька поперек волокон. Межа міцності (віднесена до одиниці маси) деревини при розтягуванні вздовж волокон у 40 разів, а при стисканні – в 3–4 рази більше, ніж у сталі. Межа міцності при стисканні вздовж волокон приблизно в 6 разів, а при зсуві – приблизно в 4 рази більше, ніж упоперек волокон. Оскільки зусилля стиснення та вигину типові для споруд, деревина особливо підходить для використання в будівельних конструкціях як колони та короткі балки. Майже всі характеристики міцності деревини змінюються пропорційно щільності і назад пропорційно вмісту вологи нижче точки насичення волокон. Нахил волокон, тобто. відхилення їхнього напрямку від поздовжньої осі, знижує міцність дерев'яного конструктивного елемента. Так само вона знижується за наявності в дошках і колодах сучків, включених частин гілок, що порушують або повністю переривають хід волокон. Однак без розтягуючих і згинальних навантажень невеликі сучки допустимі.Міцність деревини знижується також через пошкодження гнильними мікроорганізмами та комахами.

Використання деревини.

Застосування у будівництві.

Деревина застосовується в будівництві в таких формах, як пиломатеріали прямокутного перерізу (брус, дошки), шпон, фанера, залізничні шпали, стовпи, палі, стійки, гонти та деревноволокнисті плити. Найбільше споживається пиломатеріали прямокутного перерізу. Їх виробляють розпилюванням колод, потім обробляють до стандартної ширини і довжини, сортують за якістю, сушать і поставляють споживачам у необробленому з поверхні, обробленому або формованому вигляді. Фанеру виготовляють, склеюючи непарне число тонких шарів деревини (шпону) так, щоб волокна сусідніх шарів були перпендикулярні взаємно. Фанерні панелі відрізняються від звичайних пиломатеріалів тим, що (поряд з відсутністю обмежень по ширині) їхня міцність більш рівномірна в різних напрямках, вони краще опираються розколюванню, а їх розміри менше змінюються в умовах змінної вологості.

Паливо та деревна маса.

Застосування деревини як палива в масштабах усього світу має ще дуже важливе значення. У високорозвинених промислових країнах паливне споживання деревини протягом останніх десятиліть безперервно зменшувалося у зв'язку з переходом на вугілля, газ, нафту та електрику. Така тенденція, мабуть, збережеться і в майбутньому в міру того, як з подальшим розвитком техніки будуть доступніші інші види палива та джерела тепла. Застосування деревини у вигляді деревної маси останнім часом, навпаки, безперервно збільшувалося і, за прогнозами, продовжуватиме збільшуватися в найближчому майбутньому.Деревина перетворюється на деревну масу механічним стиранням із застосуванням води або шляхом обробки хімікатами, що руйнують лігніновий зв'язок і звільняють волокна. Потім деревина переробляється в різні види паперу, коробковий картон, деревноволокнисті плити. Після спеціальної обробки вона використовується як целюлозна сировина для виготовлення синтетичних тканин та пластиків.

Удосконалення технології.

Завдяки новим технологічним розробкам деревина стала ширше використовуватися в традиційних областях та знайшла нові сфери застосування. До таких досягнень відносяться удосконалення в технології сушіння, протигнильна та протипожежна обробка, шаруваті конструкції, збірні конструкції заводського виготовлення, високоефективні столярні клеї. Досягнуто великих успіхів у целюлозно-паперовій промисловості, а також у виробництві таких матеріалів на основі хімічної переробки деревини, як синтетичне волокно, целофан, спирт, дріжджі, деревноволокнисті плити, деревина з полімерним просоченням, деревний шаруватий пластик та різні. Прогрес у галузі переробки та застосування деревини став стимулом до подальшого розвитку лісового господарства.

Перелигін Л.М. Деревознавство. М., 1969
Уголєв Б.М. Деревознавство з основами лісового товарознавства. М., 1986

Хімічний склад деревини.

Деревина складається з органічних речовин, до складу яких входять вуглець С, водень Н, кисень і трохи азоту. Елементарний хімічний склад деревини різних порід практично однаковий. У середньому абсолютно суха деревина незалежно від породи містить 49,5% вуглецю, 44,2% кисню (з азотом) та 6,3% водню.Азот у деревині міститься близько 0,12%. Елементарний хімічний склад деревини стовбура та гілок мало відрізняється. Умови зростання також практично не відбиваються на змісті основних елементів.

Крім органічних речовин, у деревині є мінеральні сполуки, що дають при згорянні золу, кількість якої коливається в межах 02-17%; проте в окремих порід (саксаула, ядра фісташки) кількість золи сягає 3-3,5%. У однієї і тієї ж породи кількість золи залежить від частини дерева, положення у стовбурі, віку та умов проростання. Більше золи дають кора та листя; так, стовбурова деревина дуба дає 0,35%, листя – 3,5% та кора – 7,2% золи. Деревина гілок містить золи більше, ніж деревина стовбура; наприклад, гілки берези та ялини дають при згорянні 0,64 та 0,32% золи, а стовбурова деревина – 0,16 та 0,17% золи. Деревина верхньої частини стовбура дає золи більше ніж нижня; це вказує на великий вміст золи у деревині молодого віку; так, деревина бука у віці 10, 20 та 50 років давала при згорянні 0,56; 0,46 та 0,36% золи.

До складу золи входять головним чином солі лужноземельних металів. У золі з деревини сосни, ялини та берези міститься понад 40% солей кальцію, понад 20% солей калію та натрію та до 10% солей магнію. Частина золи (10-25%) розчинна у воді (головним чином, луги - поташ і сода). У колишній час поташ₂СО₃, що вживається у виробництві кришталю, рідкого мила та інших речовин, видобували з деревної золи. Зола від кори містить більше солей кальцію (до 50% біля ялини), але менше солей калію, натрію та магнію. Основні хімічні елементи (С, Н і О), що входять до складу деревини і названі вище, утворюють складні органічні речовини.

Найголовніші з них утворюють клітинну оболонку (целюлоза, лігнін, геміцелюлози — пентозани та гексозани) та становлять 90—95% маси абсолютно сухої деревини. Інші речовини називаються екстрактивними, тобто видобутими різними розчинниками без помітної зміни складу деревини; їх найбільше значення мають дубильні речовини і смоли. Вміст основних органічних речовин у деревині певною мірою залежить від породи. Це видно із табл. 7.

Таблиця 7. Зміст органічних речовин, у деревині різних порід.

Вміст органічних речовин % від маси абсолютно сухої деревини

Будова деревини

Деревина - шарувато-пористий матеріал рослинного походження. Складається із різноманітних клітин, пов'язаних між собою порами. Будова деревини складна та досконала. Природа створила матеріал із такими унікальними якостями як: твердість, низька тепло-, звукопроникність, висока міцність. Дерево легко піддається обробці інструментами, добре склеюється. Деревина була і залишається провідним матеріалом виготовлення будинків.

Макроскопічна будова деревини

Якщо на зрізі помітна будова штамба неозброєним поглядом, то говорять про таке поняття як макробудування деревини. Буває, що не вся площина зрізу пофарбована рівномірно: ближче до центру вона може бути темнішою, а далі світлішою. Темна частина, найміцніша, створена з мертвих клітин тканини, є ядром, а світла заболонню. Клітини ядра відмирають через закупорку провідних судин смолою. Породи деревини з таким забарвленням називають ядровими (дуб, сосна, ясен, модрина). Якщо зріз забарвлений рівномірно, такі породи є без'ядровими (вільха, береза).

Щороку життя відзначається на стовбурі збільшенням шару деревини певного розміру, який залежить від віку, умов життя рослини, швидкості зростання. Такі шари називають річні кільця. Вони особливо яскраво видно на спилах хвойних порід.

Річне кільце містить два такі шари тканини, як:

1. Ранній м'який. Виникає у першій половині річної вегетації. Має світле забарвлення. Знаходиться біля центру стовбура.
2. Пізня тверда. Створюється у другій половині річного зростання. Відрізняється темним забарвленням. Розташовується ближче до кори.

По каналах ранньої тканини транспортуються поживні елементи до вершини і назад. Зона пізнього шару захищає рослину від механічних ушкоджень. У комлі знаходяться найвужчі кільця. Через погані умови зростання вони можуть мати хвилястість, що підвищує декоративність деревної маси. Дерев'яний матеріал з найвужчими кільцями вважається найкращим.

Від кори по радіусу до центру рослини простягаються світлі лінії, що використовуються для переміщення поживних елементів. Ці лінії називаються серцевинними променями. Промені характерні всім порід. Вони чітко видно на зрізах. Ширина променів змінюється не більше 0,05 — 1 мм. Їхній розмір безпосередньо залежить від умов життя рослини. Серцеві промені відповідальні за текстуру деревної маси. Деякі з них перериваються далеко від серцевини. Такі промені називаються вторинними, на відміну від первинних, які доходять до неї.

На поперечному розрізі листяних порід помічаються невеликі отвори, що є судинами рослини. Вони постачають дереву воду та харчування. Якщо ранньому шарі лежать великі судини, а пізньому — дрібні, такий судинний малюнок відповідає кільцесудинної матерії (дуб, в'яз, ясен).Вона відрізняється міцною деревною масою. Рівномірне розташування судин по річному кільцю відповідає м'якій розсіяно-судинної тканини (береза, осика). Весною з деяких дерев (береза, цукровий клен) збирають сік, перерізаючи їх судини.

Для будови хвойних порід характерні протоки, наповнені смолою. Це смоляні ходи, властиві лише деяким хвойним деревам. Наприклад, ялиця та ялівець їх не мають. Смоляні ходи різних напрямів утворюють одну смолоносну систему.

Самий центр стовбура займає серцевина, пухка маса, що пронизує рослину знизу догори. Швидко піддається розкладанню. Вона створюється на початку життя дерева. На зрізі серцевина представляється як мітки, зазвичай, круглої форми діаметром 2 — 5 мм. Листяні породи мають серцевину більшої площі, ніж хвойні. Найбільшу серцевину має бузина.

Тонкий слизовий шар клітин, що у області між корою і деревиною, називається камбієм. Він виробляє мікроелементи для зростання деревини, приймаючи від лубу поживні елементи. Починаючи навесні, процес синтезування нових клітин закінчується восени. Цим пояснюється шарувата будова деревини.

Мікроскопічна будова деревини

Тільки мікроскопічна будова деревини відповідає повною мірою питанням: що таке деревина? Безліч різноманітних клітин, скріплених між собою - це деревна маса. Кожна клітина наповнена протопластом, а міжклітинний простір складними полімерними сполуками. Однозначні за будовою та функціями клітини створюють відповідні тканини: механічні (опорні), провідні та запасні.

Оболонка клітини створена з високомолекулярних природних полімерів: вуглеводів (70 - 80%) і лігніну (20 - 30%). Вуглеводна частина представлена ​​холоцелюлозою, геміцелюлозою та целюлозою. Лігнін - аморфна речовина, що зв'язує целюлозні волокна між собою, завдяки чому целюлоза набуває міцності та еластичністі. Лігнін і целюлоза просочують стінки клітин, викликаючи їхню одревінь. В результаті оболонка стає жорсткою, твердою, що за своєю міцністю не поступається залізобетону.

Хімічний склад деревини та кори

Тканина деревини створена з клітин. Тому всі хімічні компоненти розташовуються у клітинних оболонках. Деревина складається з мінеральних та органічних компонентів. До мінеральних (неорганічних) речовин відносяться елементи, що залишаються після згоряння деревної тканини (зола). Їхня величина становить 1% від загальної маси. За хімічним складом ці елементи є сумішшю різних солей, розчинних (натрію, калію) і нерозчинних (магнію, кальцію, заліза) у воді.

Решту займають органічні складові, які займають 99% від загальної маси. Їх елементний склад містить 49 - 50% вуглецю, 43 - 44% кисню, 6% водню та 0,1 - 0,3% азоту.

Органічні речовини представлені у вигляді двох груп:

1. Структурні компоненти, що утворюють структуру клітини (целюлоза, холоцелюлоза, геміцелюлоза, лігнін).
2. Екстрактивні речовини – компоненти, які можна витягти з деревини розчинниками (екстрагувати). Вони не входять до складу клітинної стінки. До них відносяться ефірні олії, барвники, дубильні речовини, жири, пектини. Деревина зобов'язана їм запахом, кольором, смаком, опору гниття та хвороб.Екстрактивні елементи становлять 3 - 5% від загальної маси органічних компонентів.

Хімічний склад листяних порід відрізняється від хвойних більшим вмістом структурних компонентів (геміцелюлози), але меншим вмістом лігніну. Залежно від географічного місця зростання, віку рослини хімічний склад може змінюватися в межах однієї породи.

Хімічний склад кори відрізняється підвищеним вмістом екстрактивних речовин, лігніну та зниженим вмістом целюлози. Частка неорганічних речовин у кількості становить 10-15 %, це у 10 разів більше, ніж у деревині. Переважними елементами золи є кальцій (82-95%), калій, магній.

Кора - цінна рослинна сировина:

1. Дубильні речовини незамінні при виробленні шкір.
2. Екстрактивні компоненти знаходять застосування у медицині.
3. Кору використовують як паливо.
4. Подрібнена кора є основою корокомпостів у сільському господарстві.

Різні хімічні склади кори та деревини призводять до необхідності переробляти їх окремо.

Пороки деревини

Ушкодження всієї структури деревини або окремих ділянок, які знижують якість та обмежують застосування, називаються вадами деревини. Деякі вади виникають у дереві, що росте, інші - при зберіганні або експлуатації сировини. Якість деревної маси визначається відповідно до видів та розмірів пороків, їх розташування, призначення продукції.

ГОСТ 2140-81 встановлює класифікацію вад за такими групами:

1. Сучки, основи колишніх гілок.
2. Тріщини, розриви тканини вздовж волокон.
3. Дефекти форми стовбура. До них відносяться звуження стовбура, кривизна, овальність, нарости, закомелісті.
4. Пороки будови деревини: прожилки, смужки, цятки.
5. Хімічні фарбування. Вони виникають у заготовленій сировині внаслідок окислення дубильних речовин.
6. Грибні ушкодження. Їх викликають гриби, які є рослинними організмами, що розвиваються із суперечок.
7. Ушкодження комахами, птахами. Така вада погіршує декоративність та фізико-механічні якості.
8. Сторонні включення.
9. Пошкодженість. Порок виникає внаслідок обробки матеріалу.

ГОСТ 2140-81 Видимі пороки деревини. Класифікація, терміни та визначення, способи вимірювання

Деякі з цих вад просто знижують сортність матеріалу, інші не мають особливого значення, а треті можуть відправити деревину на дрова.

Основні частини дерева

Дерево - багаторічна рослина, що складається з таких компонентів як:

Кожен елемент виконує конкретне завдання і має призначення для господарських потреб. Будова дерев листяних порід не відрізняється від будови хвойних.

Стовбур – це частка дерева, розташована вище за коріння. У густому лісі лише з його допомогою гілки можуть досягти світла. По штамбу вгору та вниз переміщаються елементи живлення та вода. Зверху ствол закінчується тонкою вершиною. Нижня зона, розташована одразу над коренем, називається комлем. Стовбур - основний матеріал для будівництва. Він використовується як джерело тепла потреб споживачів, служить сировиною для композитних матеріалів (ДСП, МДФ), скипидару, каніфолі.

Зовні штамб покритий оболонкою: корою, яка є кожухом, що захищає дерево. Будова та властивості кори мають свої особливості. Вона включає два шари: зовнішній кірковий або пробковий, що складається з мертвих клітин лубу, і внутрішній луб'яний, що є головною артерією стовбура.Корковий шар оберігає деревну масу від пошкоджень.

Крона - комплекс гілок з листям або хвоєю, що ростуть на стовбурі. В «зеленій» кроні відбувається складний процес фотосинтезу, спрямований на створення елементів живлення. Надлишок рідини крона виділяє в атмосферу.

Використання крони для господарських потреб невелике, незважаючи на цінність матеріалу.

Будова дерева така, що важливі всі елементи. Але корені - головна складова. елементи з великої площі та постачають їх усім зонам. підтримує рослину вертикально. Коріння не є паливом, не використовується для господарських потреб.