Древесина и древесные материалы

Технические и декоративные свойства, качество древесины как поделочного материала обусловлены ее строением. В растущем дереве различают верхнюю ветвистую часть дерева – крону, ствол и корни. Для изготовления мебели и других изделий главное значение имеет древесина ствола, в котором заключена ее основная масса. Крону частично используют в качестве сырья для получения древесноволокнистых плит, картона и других материалов. Ветви некоторых пород деревьев и кустарников, например ивы, являются прекрасным материалом для изготовления плетеных изделий (мебели, корзин и др.) В месте перехода ствола в корни (комлевая часть дерева, или комель) древесина обычно имеет неправильное строение, обусловливающее у таких пород, как береза, карагач, орех, платан, красивый рисунок и переливчатый блеск в разрезах. Такая древесина высоко ценится в производстве художественных изделий, а также при изготовлении мебели.

Древесина имеет волокнистое строение, волокна, как правило, направлены вдоль ствола. Ежегодно под слоем коры происходит нарастание нового слоя древесины (годичное кольцо), который в молодом возрасте дерева формируется по длине ствола в виде конуса. У взрослых деревьев вследствие этого для ствола является характерным уменьшение диаметра от комля к вершине – сбег.

В зависимости от строения древесины и внешнего вида все древесные породы делят на две основные группы: хвойные и лиственные. К хвойным породам, имеющим игольчатую чешуйчатую хвою, большей частью вечнозеленую, среди наших лесных пород относятся: сосна, ель, пихта, кедр, лиственница, тис и можжевельник.

Древесина хвойных пород отличается сравнительной простотой и правильностью строения, высокими техническими свойствами и долговечностью.

Лиственные породы значительно меньше распространены, чем хвойные, но отличаются многочисленностью видов, разнообразием свойств и широкой областью применения.

Строение древесины изучают на трех главных разрезах ствола (рис. 1):

поперечном, или торцовом, (П) – плоскость разреза проходит перпендикулярно оси ствола; радиальном – (Р) – плоскость проходит вдоль оси ствола через центр; тангенциальном (Т) – плоскость проходит вдоль оси ствола на некотором расстоянии от центра. На поперечном разрезе в центре видна сердцевина 1, которая представляет собой темное пятнышко звездчатой или округлой формы диаметром 2 – 5 мм. Она состоит из рыхлой ткани, поэтому при использовании древесины ее обычно вырезают.

Сердцевина окружена концентрическими кольцами – годичными слоями 2, которые у большинства пород состоят из двух колец, одно из которых темнее другого. Более светлое, обращенное к сердцевине, представляет собой раннюю, весеннюю древесину. Она рыхлая и мягкая, так как в ней расположено множество сосудов, по которым весной поступают питательные вещества и влага от корней к кроне. Более темное, обращенное к коре, кольцо – поздняя или летняя древесина, отличается повышенной плотностью и прочностью. Различие в цвете и твердости между ранней и поздней древесиной сильнее выражено у хвойных пород (особенно у лиственницы), чем у лиственных.

На поперечном разрезе у части древесных пород можно видеть более темную центральную часть – ядро 3 и светлую периферическую зону – заболонь 4. Ядро отличается большей плотностью и твердостью, меньшим содержанием влаги. Оно является старой по возрасту древесиной и состоит из омертвевших клеток, не принимающих участие в жизни дерева. В раннем возрасте древесина всех пород состоит только из заболони, которая является проводником влаги и питательных веществ, и лишь через 10 – 30 лет у некоторых пород образуется ядро. У других пород центральная часть ствола, не отличаясь по цвету от периферической, содержит значительно меньше влаги и называется спелой древесиной. Породы, имеющие ядро, называются ядровыми, а породы со спелой древесиной – спелодревесными. Если между древесиной центральной и периферической частей ствола нет разницы ни в цвете, ни в содержании влаги, породы называются заболонными.

На границе между заболонью и корой находится тонкий слой камбия, который состоит из живых клеток. Развиваясь, эти клетки образуют ежегодно новый слой древесины. Затем идет кора, в которой заметны два слоя: более светлый, прилегающий к древесине, – луб и наружный, темного цвета – корка. Особенностью строения лиственных пород являются сосуды, имеющие форму трубок.

Сосуды могут быть крупные и мелкие. Крупные сосуды чаще сосредоточены в одной ранней зоне годичных слоев, образуя на поперечном разрезе пористое кольцо (например, у дуба). Реже они распределены по годичному слою равномерно, как, например, у ореха грецкого. По этому признаку лиственные породы разделяют на кольцесосудистые и рассеяннососудистые. К кольцесосудистым относятся дуб, ясень, каштан, вяз, ильма, карагач, бархатное дерево, фисташка, белая акация. К рассеяннососудистым относятся большинство лиственных пород. Среди них с крупными сосудами: грецкий орех, хурма, с мелкими – осина, ива, береза, липа, ольха, бук, клен, платан, лещина, тополь, рябина, груша и др.

У многих лиственных пород на поперечном разрезе хорошо видны узкие линии, направленные от сердцевины к коре. Их называют сердцевинными лучами 5. В растущем дереве сердцевинные лучи служат для запаса питательных веществ и проведения их в горизонтальном направлении. На радиальном разрезе сердцевинные лучи видны в виде блестящих поперечных полос или пятен, а на тангенциальном разрезе они имеют веретенообразную или чечевицеобразную форму. Ярко выраженные серцевинные лучи имеют лещина, ольха, дуб, бук, платан, граб.

Для хвойных пород характерны смоляные ходы, которые представляют собой тонкие, наполненные смолой каналы. Вертикальные, более крупные, смоляные ходы можно наблюдать на поперечном разрезе в виде беловатых точек у сосны, кедра, ели и лиственницы. Все эти элементы строения древесины служат основными признаками для определения породы. Дополнительными признаками являются физико-механические свойства древесины.

К физическим свойствам древесины относятся свойства, определяющие внешний вид древесины – текстура, цвет, блеск; влажность древесины и свойства, связанные с ее измерением – усушка и разбухание; плотность древесины.

Текстура древесины – это рисунок, образующийся на ее поверхности вследствие перерезания элементов строения. Чем сложнее строение древесины и разнообразнее сочетание элементов, тем богаче текстура.

На характер текстуры влияют:

направление разреза (радиальное, тангенциальное, тангенциально-торцовое);

а также то, какая часть дерева попала в разрез (стволовая, комлевая, у развилин крупных ветвей, наплыв или кап).

Древесина хвойных пород имеет чаще всего однообразную, хотя и четко выраженную текстуру в виде параллельных (на радиальном разрезе), образующих конус (на тангенциальном разрезе) чередующихся светлых и темных полос. У лиственных пород, имеющих более сложное строение, текстура очень разнообразна и во многих случаях очень красива.

Богатой текстурой обладает древесина грецкого ореха, платана, клена "птичий глаз", карельской березы и многих иноземных пород (палисандра, красного, фиалкового и др.) Выразительная текстура у древесины дуба, ясеня, карагача и др. Слабовыраженная текстура у древесины березы, ольхи, груши. К бестекстурным породам относят липу, граб, осину.

Важной характеристикой породы древесины и ее качества является цвет. Ту или иную окраску и степень ее интенсивности определяют содержащиеся в древесине красящие и дубильные вещества, смолы и продукты их окисления. Для большинства пород характерны желтовато-бурые и красновато-коричневые тона с различными оттенками. Но встречаются породы с почти белым (береза, осина, граб, пихта) и черным (эбеновое дерево) цветом. Каждой породе присущ свой, неповторимый колорит, однако он не всегда постоянен. С возрастом дерева интенсивность окраски усиливается. От прямых солнечных лучей цвет древесины утрачивает яркость, темнеет и сереет. Изменяется он и при поражении древесины плесенью и грибами.

Блеск древесины проявляется главным образом на радиальном срезе, когда свет отражается от гладких и блестящих внутренних стенок сосудов и сердцевинных лучей. Характер блеска у разных пород различен: полуматовым блеском обладает древесина граба, тополя, груши; шелковистым – платана, кедра, клена, сосны; муаровым – березы, лавровишни, серого клена и т.д. Блеск и цвет древесины зависят не только от природных свойств, но и от условий освещения поверхности, что называют светоотражением древесины. Цвет древесины может менять оттенок, приобретая то золотистый, то серебряный отлив. Это ценное декоративное качество древесины используют при изготовлении мебели, в мозаичных работах и художественном паркете.

Большое влияние на свойства древесины как поделочного материала оказывает влажность. Изделие, изготовленное из сырого материала, легко поражается плесенью и загнивает, при сушке изменяет размеры и форму, коробится и растрескивается. Установить точное значение влажности не всегда возможно. Однако опытые мастера по обработке дерева достаточно точно определяют степень влажности древесины по стружке. Если скомкать в руке стружку средней толщины, снятую с прямослойного участка, и она при этом раскрошится, значит, древесина пересушена; если стружка останется цельной, но легко ломается – древесина достаточно сухая; если же стружка не ломается, а мнется – древесина сырая. С изменением влажности древесины связаны такие ее свойства, как усушка и разбухание.

Усушкой называют уменьшение линейных размеров и объема древесины при сушке. Величина усушки зависит от породы дерева и места его произрастания. К малоусыхающим относятся ели, пихта, кедр, можжевельник, тис, хурма кавказская, черешня лесна, ива; к среднеусыхающим относятся сосна, дуб, ясень, вяз, груша, орех грецкий, липа, рябина, ольха черная, осина, тополь; к сильноусыхающим – лиственница, белая акация, береза, граб, клен, бук.

Разбухание – явление обратное усушке. Разбухание является отрицательным свойством древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений, например в деревянных трубах, бочках, судах и т.д. Для предотвращения разбухания древесины ее покрывают лаками и красками, но это не всегда эффективно. Лучшие результаты дает пропитка синтетическими смолами.

Способность древесины сопротивляться воздействию внешних механических усилий характеризуют ее механические свойства. При изготовлении мебели наиболее важными механическими свойствами являются прочность и твердость древесины.

Прочность – это способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий. При изготовлении мебели прочность имеет очень большое значение. Так, способость древесины расщепляться даже при небольших нагрузках необходимо учитывать на всех этапах ееы обработки, начиная с заготовки, которую нужно хорошо проверить на отсутствие трещин, и кончая сборкой, когда одна деталь может расколоться при чрезмерно плотном ее соединении с другой. Плотная, тяжелая древесина обычно обладает большей прочностью. Прочность резко уменьшается с увеличением влажности древесины. Значительно снижается прочность при наличии в древесине пороков, особенно сучков.

Твердость древесины имеет большое значение при обработке ее режущим инструментом (пилении, строгании, резьбе), а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию (полы). В зависимости от твердости породы древесины разделяют на три группы:

I – мягкие: сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, каштан, ольха, липа, осина, ива;

II – твердые: береза, лиственница, бук, вяз, ильм, карагач, груша, дуб, клен, лещина, орех грецкий, платан, ясень, яблоня, рябина;

III – очень твердые: тис, акация белая, граб, железное дерево, хмелеграб, кизил, самшит, фисташка.

Жесткость является способностью древесины сопротивляться изменению ее размеров и формы проявляется при гнутье древесины. Менее жесткая древесина легче поддается гнутью, изгибу, особенно с повышением влажности и температуры. Такими породами являются ель, сосна, бук, дуб, береза.

Ценным свойством древесины при изготовлении мебели является ее способность удерживать металлические крепления – гвозди, шурупы, скобы и др. Сопротивление выдергиванию шурупов и гвоздей зависит от их длины и диаметра, породы древесины, ее влажности и разреза (радиальный, тангенциальный, торцовый). Выше сопротивление у сухой плотной и твердой древесины (ясень, дуб, бук).