Человек использует древесину с незапамятных времен. Топливо, строительные материалы, мебель, музыкальные инструменты – изделия из нее сопровождают нас всю жизнь. Кроме этого, деревья – это природные календари и живые исторические памятники.
Существует целая отрасль науки – дендрохронология, которая позволяет узнать возраст изделия, а также в какой области было срублено дерево, из которого оно было изготовлено. Изучая срезы годовых колец, можно узнать о природе и атмосфере давних времен. Достоинства и недостатки, строение, древесина как строительный материал, свойства – все эти вопросы заслуживают внимания.
Как все устроено
Свойства и характеристики материала невозможно понять, предварительно не изучив строение и состав древесины. Само понятие зависит от того, кто его употребляет. Для обычного человека и строителя это исключительно часть дерева под корой, которую можно употреблять в быту или производстве. Для ботаника строение дерева и древесины – это весь комплекс, включающий в себя все элементы от корней до кроны.
Крона в промышленности используется незначительно, а ветви идут как сырье для древесноволокнистых плит и картона. Основное значение имеет ствол. На поперечном разрезе взору открывается строение ствола древесины. Самый верхний слой – кора, защищает живые клетки от внешних воздействий. Между корой и телом ствола располагается слой живых клеток – кадмий. В самом центре через весь ствол проходит сердцевина. Рыхлые ткани, из которых она состоит, делают ее непригодной для утилитарных нужд.
Микроскопическое строение древесины
Применяя микроскоп, можно глубже изучить строение. Древесина состоит в целом из омертвевших клеток. Молодые растительные клетки состоят из оболочки и внутренней части – цитоплазмы и ядра. Основой тонкой прозрачной мембраны является целлюлоза или клетчатка. С течением времени растительные клетки претерпевают метаморфозу и, в зависимости от заложенной функции, превращаются в своей массе либо в кору (пробкование), либо в древесину (одревеснение).
В клетках постоянно образуется лигнин. Он и служит причиной одревеснения. Разделяют два вида древесных клеток – прозенхимные и паренхимные. Первый вид составляет основную массу древесины, в зависимости от породы – от 85% до 99%. В свою очередь, они разделяются по своим функциям. Проводящие клетки отвечают за доставку питательных веществ и влаги от корней к листве, механические – за прочность и устойчивость дерева. Паренхимные клетки выполняют функцию кладовой для растения. Они накапливают питательные вещества (жиры, крахмалы) и отдают их по мере надобности в трудный период.
Хвойные породы
В зависимости от вида деревьев различается и их строение. Породы древесины делят на хвойные и лиственные. Строение хвойных пород отличается большей простотой. Основную массу составляют трахеидные клетки. К особенностям хвойных пород можно отнести наличие клеток, вырабатывающих смолу. У разных видов они могут быть как хаотично разбросаны, так и объединены в систему смоляных ходов.
Лиственные породы
Более сложны деревья лиственных пород и их строение. Древесина состоит из сосудов, волокон либриформа и паренхимных клеток. Так как лиственные деревья сбрасывают осенью листву, зимой они нуждаются в большом запасе пищи. Отсюда и большее количество паренхимных клеток, отвечающих за накопление питательных веществ, чем у хвойных пород. Это можно увидеть по ярко выраженной сердцевине.
Свойства
Целым рядом характерным свойств обладает древесина. Особенности строения тому причина. Прочность у древесины довольно высока, и среди строительных материалов по этому показателю она занимает промежуточное положение. А учитывая небольшой удельный вес, она сравнима в этом плане с металлом. Слабым местом древесины является то, что она – анизотропный материал. Способность сопротивления к разрушению зависит от направления силы относительно расположения волокон. Самые лучшие показатели прочности видны при воздействии на материал вдоль волокон.
Жесткость древесины мала, причина этому – специфическое строение. Древесина – пористый, гибкий материал. Балки способны восстановить свою форму после кратковременной нагрузки. Но остаточные деформации, вследствие длительного воздействия, остаются навсегда. Деревянная балка не сможет восстановить свою форму после долгой эксплуатации.
Твердость строительных материалов определяется тем, какая нагрузка необходима для вдавливания стального шарика с определенными размерами. Для самых жестких пород древесины она составляет всего 1000 Н. При этом низкая твердость – это и одно из главных достоинств материала. Дерево легко обрабатывается, в нем прочно удерживаются гвозди, шурупы, самонарезающиеся винты.
Влажность древесины определяется удельным содержанием влаги в порах. В только что срубленном дереве оно достигает 100%. В зависимости от назначения свежесрубленную древесину подвергают сушке до необходимых показателей от 40 до 15%.
Достоинства
Древесина обладает малым значением теплопроводности. Ее можно с успехом применять в качестве теплоизолирующего материала. Простота в обработке позволяет использовать широкий круг инструментов. Невозможно представить любой оркестр без музыкальных инструментов, изготовленных из дерева. Чарующие звуки скрипки – результат такого свойства древесины, как способность к резонансу. Древесина легко изгибается, открывается большой выбор для изготовления различных гнутых конструкций. Также деревянные изделия отличаются хорошими звукопоглощающими характеристиками. Красивая поверхность открывает простор для фантазии при дизайне помещений.
Недостатки
Способность деревянных изделий воспринимать нагрузки зависит от направления приложения силы. Это объясняется анизотропным строением древесины. Кроме того, характеристики прочности зависят еще и от близости к центру ствола, влажности, наличия сучков, трещин. Это заставляет тратить много времени на отбор пригодного материала для работы.
Являясь органическим материалом, древесина беззащитна для насекомых, плесени, грибков. Для долговечной эксплуатации требуется проводить дорогостоящую химическую обработку. Стоит отметить, что деревянные конструкции без предварительной обработки – легкая добыча для огня.
Переработка древесины
В целом можно выделить три вида обработки древесины:
- Самый распространенный – механический способ. Дерево пилят, строгают, раскалывают.
- При химико-механической обработке материал подвергают промежуточной подготовке. Щепу, стружку смешивают со связующим веществом и нагревают. Происходит химическая реакция полимеризации, и на выходе получают такие материалы, как фанера, древесностружечные плиты, фибролит.
- При химической обработке на древесину воздействуют кислотами, щелочами, солями, подвергают нагреву. Из продуктов такой обработки можно назвать древесный уголь, канифоль, камедь, дубильные вещества, целлюлозу.
Деревья старше человека на сотни миллионов лет. Все когда-либо существовавшие цивилизации основаны на применении древесины. Книги, мебель, музыкальные инструменты – все это возможно благодаря этому уникальному природному материалу.
