Изменение свойств древесины под воздействием физических и химических факторов
Влияние сушки. В процессе сушки происходит воздействие на сырую древесину пара, нагретого сухого или влажного воздуха, токов высокой частоты и других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной воды.
Правильно, с соблюдением режимов проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Если же высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это может не только привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.
Согласно данным ЦНИИМОДа, при высокотемпературной сушке с конечной температурой в камере 105-110°С продолжительность сушки сокращается в 1,5-2 раза, 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 — на 5-10,5 %).
Сушка древесины в поле токов высокой частоты практически не оказывает остаточного влияния на физико-механические свойства древесины.
Влияние повышенных температур. Первые исследования Н. Н. Чулицкого, проведенные на древесине сосны, ясеня и дуба в абсолютно сухом состоянии, показали, что под действием температуры 80-100 °С в течение 16 сут предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5-10%, а ударная вязкость — на 15-30 % (наибольшее снижение обнаружилось у дуба, наименьшее — у сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 сут действия высокой температуры.
Позднее в ЦНИИМОДе исследовали последствия воздействия температуры 80-140 °С. Было установлено, что механические свойства древесины сосны, лиственницы, березы снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.
Ударная вязкость древесины, имеющей низкую влажность, уменьшается с повышением температуры, а при высокой влажности, наоборот, увеличивается (испытывалась древесина в нагретом состоянии).
Нагреванием древесины можно достичь снижения гигроскопичности и способности к последующему разбуханию и усушке, однако такая обработка неизбежно связана со снижением прочности и особенно ударной вязкости.
Воздействие высоких температур приводит к тому, что древесина становится хрупкой. Более сильное снижение ударной вязкости при нагревании древесины лиственных пород некоторые исследователи связывают с повышенным (в 2-3 раза) содержанием пентозанов.
Влияние температуры при разной влажности древесины на ее свойства иллюстрируют результаты опытов ЦНИИМОДа на древесине сосны.
Эти данные показывают, что прочность 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. Влияние влажности наблюдается до предела насыщения клеточных стенок, дальнейшее увеличение влажности практически не отражается на прочности.
Воздействие повышенной температуры происходит при операциях пропаривания или проваривания в воде, применяющихся для увеличения податливости древесины при гнутье, прессовании и т. д. Однако при этом происходит снижение прочности древесины (тем большее, чем выше температура и продолжительнее ее воздействие). Имеются данные о том, что пропаривание древесины хвойных пород снижает прочность при изгибе примерно на 10-20% больше, чем проваривание.
Влияние низких температур. Проведенные А. А. Солнцевым испытания увлажненной до насыщения и замороженной древесины сосны; дуба и березы показали, что ее прочность стала больше при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе в среднем ка 35 %, при скалывании и раскалывании — на 75 %; в то же время ударная вязкость замороженной древесины сосны понизилась почти вдвое, а дуба — на 9 %.
Влияние температуры, изменяющейся от +100 до -80 °С, на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны. Для области положительных повышенных температур использованы данные Ф. П. Белянкина, а для отрицательных температур — данные М. Д. Бойко (за 100% принята прочность при влажности 0% и температуре 0°С). Характер влияния положительных температур одинаков для абсолютно сухой и мокрой древесины. В то же время при отрицательных температурах прочность мокрой древесины резко возрастает с понижением температуры до -25-30°С, после чего повышение прочности замедляется. При указанных температурах образуется уже столько ледяных включений, что они обеспечивают достаточную устойчивость стенок клеток.
Влияние ионизирующих излучений. Гамма-облучение, по данным А. С. Фрейдина (ЦНИИМОД), оказывает наименьшее влияние на сопротивление древесины сжатию. Значительно больше снижается при этом прочность на скалывание и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу. При двух последних видах испытаний древесины сосны резкое снижение прочности (на 20-24 %) наблюдается уже после дозы 50 Мрад. При дозе облучения в 100 Мрад прочность снижается вдвое. Прочность при статическом изгибе после дозы облучения 500 Мрад составляет немногим более 10 %. Прочность на сжатие вдоль волокон при такой дозе снижается примерно на 30%, а доза облучения 100 Мрад практически не оказывает на нее влияния. Наиболее сильно влияет облучение на ударную вязкость древесины. У древесины сосны после облучения дозой 50 Мрад ударная вязкость снизилась более чем в 2 раза.
Наиболее легко разлагаются гемицеллюлозы (в первую очередь пентозаны), более радиационно стойким веществом является целлюлоза, радиационная устойчивость лигнина еще выше. Поскольку лигнин лучше, чем целлюлоза, сопротивляется сжимающим нагрузкам, облучение меньше снижает прочность древесины именно при сжатии вдоль волокон.
Использование радиоактивных изотопов для контроля технологических процессов обработки древесины вызывает ее облучение, однако доза облучения в миллионы раз меньше той, которая приводит к заметному снижению прочности. Применяемая лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых примерно 1 Мрад) практически не снижает механические свойства древесины.
Влияние кислот, щелочей и газов. Воздействие на малые образцы комнатно-сухой древесины серной, соляной и азотной кислот концентрацией 10% при температуре 15-20°С приводит к снижению прочности при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе, ударной вязкости и твердости в среднем на 48 % для ядра лиственницы и сосны и на 53-54 % для ели (спелая древесина), бука и березы.
При воздействии на древесину в течение 4 недель щелочей были получены следующие данные: 2%-ный раствор аммиака почти не оказал влияния на прочность при статическом изгибе лиственницы, сосны, ели, но прочность дуба и бука снизилась на 34 %, а липы — почти вдвое; 10%-ный раствор аммиака снизил прочность лиственницы на 8 %, сосны и ели — на 23 %, а лиственных пород — почти втрое. Едкий натр оказал более сильное влияние.
Таким образом, прочность древесины лиственных пород снижается под влиянием кислот и щелочей в значительно большей степени, чем хвойных.
Газы (SO2, SO3, NO, NO2) при длительном воздействии на древесину изменяют цвет последней и постепенно разрушают ее. При увлажнении древесины разрушение происходит интенсивнее. Смолистость уменьшает вредное влияние газов, а синева способствует поражению.
Влияние речной и морской воды. Испытания топляковой древесины из бревен сосны, ели, березы и осины показали, что после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. Этот вывод был получен на основании сравнения данных топляковой древесины со средними данными обычной древесины тех же пород. Однако более длительное пребывание в воде вызывает снижение прочности наружных слоев древесины (толщиной 10-15 мм). В то же время в более глубоких слоях прочность древесины оказалась не ниже норм, допускаемых для здоровой древесины.
Пребывание в воде на протяжении нескольких сотен лет сильно изменяет свойства древесины. В зависимости от времени нахождения под водой цвет древесины дуба меняется от светло-коричневого до угольно-черного вследствие соединения дубильных веществ с солями железа. Древесина образующегося таким образом мореного дуба, пластичная в насыщенном водой состоянии, становится хрупкой после высушивания (усушка и разбухание ее в 1,5 раза больше, чем обычной древесины), при сушке склонна к растрескиванию. Прочность при сжатии, статическом изгибе и твердость снижаются примерно в 1,5 раза, а ударная вязкость — в 2-2,5 раза.
Эти выводы были в основном подтверждены результатами последних исследований МГУЛ (автор совместно с Я. Н. Станко, Л. В. Поповкиной) топляковой древесины, пребывавшей в речной воде сравнительно непродолжительно (15-20 лет) (лиственница, береза), так и длительно — до 1000 лет (дуб). Возраст мореного дуба определяют по повышению зольности древесины или радиоуглеродным анализом. Увеличение усадки древесины мореного дуба объясняется сморщиванием (коллапсом) клеток, толщина стенок которых существенно уменьшается. Точно определить, насколько изменились показатели свойств древесины из-за пребывания в воде, нельзя, так как неизвестны величины этих показателей до затопления древесины. Для установления возможности использования топляковой древесины проводят ее испытания и определяют степень отклонения полученных данных от справочных.
Сравнительные испытания показали, что прочность заболонной древесины сосны после пребывания в течение года в 3%-ном растворе морских солей снизилась при сжатии вдоль волокон на 15%, при растяжении вдоль волокон — на 10%, скалывании — на 5 %, ударная вязкость снизилась на 26 %. Механические свойства ядровой древесины после пребывания в растворе солей не изменились.
У древесины отрезков сосновых свай, взятых из сооружений морских портов в Баку и Махачкале и прослуживших в воде около 30 лет, показатели механических свойств оказались существенно снижены по сравнению с нормальной древесиной. Хотя из-за возможного несовпадения исходных свойств материала сопоставление условно. С. И. Ванин отмечает снижение прочности при растяжении вдоль волокон на 40-60%, при статическом изгибе — на 60-70%.
Следовательно, морская вода через сравнительно короткое время оказывает заметное влияние на прочность и ударную вязкость древесины.
Источник
Как дерево расширяется и сжимается?
Древесина является пористой и, как следствие, имеет тенденцию поглощать влагу, что приводит к ее расширению. Незащищенная древесина может расширяться на 6 дюймов (15 см) или более в течение влажных сезонов. Напротив, когда воздух сухой, то же дерево высыхает и медленно сжимается, уменьшаясь в размере. Высокие температуры также приводят к тому, что древесина в некоторой степени набухает, но по большей части набухание происходит из-за влаги в волокнах древесины, а не из-за высокой температуры. То же самое происходит с холодным воздухом, который заставляет древесину сокращаться. Холодный воздух имеет тенденцию быть намного более сухим чем теплый, таким образом нехватка влажности вызывает сокращение.
Когда древесина не может расширяться или сжиматься
Древесина сильно изгибается, если она находится в ситуации, когда у нее нет места для расширения, например, на полу или панели деревянной доски, где доски прижимаются своими концами и сторонами. Если влажность остается слишком долгой на такой древесине — например, при разливе, который не высыхает хорошо — или в случае стены, двери или оконной рамы — где влага могла стекать, не будучи видна вдоль древесина — доски будут расширяться и больше некуда будет идти, кроме как вверх или наружу.Края будут подниматься по другим краям дерева, образуя неровный и искривленный вид на поверхности. Это можно исправить, если поверхность тщательно высушить с помощью вентиляторов или средств против влажности, а затем отшлифовать выступающие края.
Частое расширение и сжатие
Если уровни влажности в здании сильно увеличиваются и уменьшаются, часто происходят расширения и сжатия, что в конечном итоге приводит к необычно большим промежуткам между досками, что будет очень непривлекательно и, вероятно, также приведет к образованию большого количества плесени за досками. Даже если столы останутся на месте, они, вероятно, со временем будут перекручиваться и создавать шумы. Всегда полезно вести учет влажности внутри здания и делать все возможное, чтобы поддерживать ровный уровень.
Идеи для школьных проектов
Каждый ребенок, который находится в школе, в конечном счете должен будет сделать школьный проект. Это может быть сложно, если вы не знаете, где найти вдохновение. Цель этой статьи — дать вам нескольк.
Читать далее
Дикие животные джунглей
Тропические леса существуют по всей Центральной Америке, Южной Америке, Африке и Юго-Восточной Азии. Тем не менее, по данным National Geographic, более 30% тропических лесов в мире находятся в Бразил.
Читать далее
Этапы репродукции человека
Воспроизводство человека можно разделить на несколько этапов, наиболее известной из которых является система триместра. Это делит приблизительно девять месяцев беременности на три равные части по три.
Источник