Физических и химических факторов

Изменение свойств древесины под воздействием

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, при соответствующих режимах, проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может при­вести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.

Согласно данным ЦНИИМОДа (Н.Л. Леонтьев, И.В. Кречетов и др.) 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 % и ударная вязкость на 5-10,5 %.

Влияние высокотемпературной сушки в перегретом паре и расплав­ленном петролатуме изучалось многими исследователями. Несмотря на противоречивость выводов, вызванную разным подходом к истолкованию результатов исследований, эти работы также показали, что высокотемпе­ратурная сушка приводит к снижению механических свойств древесины. В меньшей степени снижается прочность при сжатии вдоль волокон и стати­ческом изгибе, в большей мере - при тангенциальном скалывании и весьма существенно уменьшается ударная вязкость древесины.

Резко сокращается продолжительность сушки при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влия­ния этого фактора на свойства древесины пока еще не установлена.

Влияние повышенных температур. Повышение температуры вы­зывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительных воздействиях температуры до 100 °С эти изменения, в основном, обратимы, т. е. они ис­чезают при возвращении к начальной температуре древесины.

Влияние температуры при разной влажности древесины сосны на ее прочность при сжатии характеризуют данные Н.Л. Леонтьева (ЦНИИ-МОД), приведенные в табл. 49.

49. Влияние температуры и влажности на прочность древесины

сосны при сжатии вдоль и поперек волокон

Показатели свойств	Температура, °С	Влажность древесины, %
Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа		74,0 73,2 64,4	35,4 23,9 11,4	20,1 12,5 6,3	20,0 12,7 6,0	20,0 12,0 7,3
Условный предел прочности при сжатии поперек волокон, МПа		3,7* 7,7 2,5 5,4 2,3 5,0	2,3 4,1 1,7 2,8 1,5 1,7	1,5 2,2 1,2 0,8 0,8	1,3 2,1 1,3 1,4 0,6 0,7	1,2 2,0 1,1 1,4 0,6 0,7

*В числителе приведены данные для радиального сжатия, в знаменателе - для тангенциального.

Эти данные показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон 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, хотя ряд исследователей отмечали ее снижение (на 10-15 %) и в этом диапазоне изменения влажности. Прове­денные в МЛТИ [64] широкие исследования прочности древесины при растяжении поперек волокон также подтвердили закономерности, отме­ченные выше для сжатия. В табл. 50 показано влияние температуры и влажности древесины на ее прочность при растяжении поперек волокон в условиях медленного нагружения (реологические испытания).

50. Влияние температуры и влажности на прочность древесины при растяжении поперек волокон в тангенциальном направлении

Порода	Предел прочности, МПа, при температуре, °С
и влажности, %
				>Wп.н.			>Wп.н.				>Wп.н.
Лиственница Дуб Бук Береза	4,9 - - -	- - - 6,3	- 5,9 - -	- - 6,8 -	2,0 2,7 2,0 1,3	3,6 5,2 5,2 4,4	3,2 4,1 3,7 -	1,1 1,9 1,1 0,6	- - 3,3 -	2,7 2,7 - 3,4	- - 1,1 -	- 0,8 0,4 0,4

При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50 °С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.

Первые исследования Н.Н. Чулицкого [по 49], 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 для дуба, наименьшее - для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 сут. Позднее исследования К.Ф. Дьяконова (ЦНИИМОД) последствий воздей­ствия высоких температур в диапазоне 80 - 140 °С на механические свой­ства древесины сосны, лиственницы, березы показали, что механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.

В последнее время Н.В. Скуратов (МГУЛ), используя результаты ис­следований Н.Н. Чулицкого, К.Ф. Дьяконова, Дж. Маклина установил не­которые общие закономерности влияния каждого из указанных факторов на эксплуатационную прочность древесины сосны и ели при статическом изгибе. На рис. 78. показан характер этих закономерностей

Ударная вязкость древесины с низкой влажностью уменьшается с повышением температуры, а при высокой влажности, наоборот, увеличивается (испытывалась древесина в нагретом состоянии).

Нагреванием древесины можно достичь известного снижения гигроскопичности и способности к последующему разбуханию и усушке. Однако такая обработка неизбежно связана со снижением прочности и особенно – ударной вязкости. Повышение формостабильности древесины и снижение прочности тем больше, чем выше температура и продолжительность нагрева.

Воздействие повышенной температуры происходит в операциях пропаривания или проваривания в воде. Они предпринимаются 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 [59] 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 [по 49] испытания увлажненной до насыщения и затем замороженной древесины сосны, дуба и березы показали, что ее прочность больше при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе в среднем на 35 %, при скалывании и раска­лывании на 75 %; в то же время ударная вязкость понизилась для заморо­женной древесины сосны почти вдвое, а для дуба - на 9 %.

Влияние температур в пределах ее изменения от +100 до -80 °С на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны в абсолютно сухом и насыщенном водой состоянии показано на рис. 79; для области положи­тельных 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 абсолютно сухой древесины плавно увеличивается, а мокрой древесины резко возраста­ет с понижением температуры до -25... -30 °С, после чего повышение прочности замедляется. При указанных температурах образуется столько ледяных включений, что они обеспечивают достаточную устойчивость стенок клеток. Модули упругости древесины при ее замораживании воз­растают.

Влияние ионизирующих излучений. Гамма-облучение, по данным А.С. Фрейдина, оказывает наименьшее влияние на сопротивление древе­сины сжатию. Значительно больше снижается прочность на скалывание и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу. Для двух послед­них видов испытаний древесины сосны резкое снижение прочности (на 20 - 24 %) наблюдается уже при дозе 50 Мрад (Рад - единица измерения поглощенной дозы излучения; 1 Мрад (мегарад) - 10кДж/кг). При дозе облучения в 100 Мрад прочность снижается вдвое. Прочность при статическом изгибе после дозы облучения в 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 влияния на прочность. Наиболее сильно влияет облучение на ударную вязкость древе­сины. У древесины сосны после облучения дозой в 50 Мрад ударная вяз­кость снизилась более, чем в два раза.

Наиболее легко разлагаются гемицеллюлозы (в первую очередь пентозаны), более радиационно стойким веществом является целлюлоза. Од­нако устойчивость лигнина еще выше; он защищает полисахариды от радиолиза. Поскольку лигнин лучше, чем целлюлоза сопротивляется сжи­мающим нагрузкам, облучение меньше снижает прочность древесины именно при сжатии вдоль волокон.

При использовании радиоактивных изотопов для контроля техноло­гических процессов обработки древесины доза облучения в миллионы раз меньше той, которая приводит к заметному снижению прочности. Лучевая стерилизации древесины (смертельной дозой для грибов и насекомых яв­ляется примерно 1 Мрад) также практически не снижает ее механические свойства.

Влияние кислот и щелочей. Воздействие на комнатно-сухую древе­сину в малых образцах серной, соляной и азотной кислоты 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 четырех 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 натрий оказывает 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 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 топляковои древеси­ны из бревен сосны, ели, березы и осины показали [по 49], что после пре­бывания в речной воде 10-30 лет прочность древесины практически не из­менилась. 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 в сильной мере изменяет древесину. 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 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 (совместно с Я.Н Станко, Л.В Поповкиной) топляковой древесины при сравнительно кратковременном (15-20 лет) пребывании в воде (лиственница и береза) и длительном - до 1000 лет (дуб). "Возраст" мореного дуба определяют по повышению зольности древесины или радиоуглеродным анализом. Увеличение усадки древесины мореного дуба объясняется сморщиванием (коллапсом) клеток с умень­шенной толщиной стенок. Точно определить как изменяются показатели свойств древесины из-за пребывания в воде нельзя, т. к. неизвестны свой­ства древесины до затопления. Для установления возможности использо­вания топляковой древесины проводят ее испытания и определяют степень отклонения полученных данных от справочных.

Исследования В.Н Быковского показали, что прочность заболонной древесины сосны после пребывания в течение года в растворе морских со­лей снизилась: при сжатии вдоль волокон на 15 %, растяжении вдоль воло­кон на 10 %, скалывании на 5 %, а ударная вязкость 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 такое сопоставление условно, в работе С.И. Ванина [16] отмечено снижение прочности при растяжении вдоль воло­кон на 40-60 %, при статическом изгибе на 60-70 %. Можно, таким образом, заключить, что морская вода через сравнительно короткое время оказывает заметное влияние на прочность и ударную вязкость древесины.

ГЛАВА 7. ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ

Изменения внешнего вида древесины, нарушения правильности строения, целостности ее тканей и другие недостатки, снижающие ее каче­ство и ограничивающие возможности практического использования, назы­ваются пороками древесины

Значение порока зависит от области применения древесины, а также от уровня науки и техники в данный период Это находит отражение в со­держании стандартов на пороки древесины После разработки первого стандарта в 1931 г он пересматривался в 1934, 1943, 1961, 1971 ив 1981 гг.. Изменения в стандартах сводились главным образом к уменьшению числа пороков, а также к уточнению и унификации наименований

Следует подчеркнуть, что ГОСТ на пороки древесины - один из важ­нейших документов, широко используемый в практике На основании этого ГОСТа сформированы требования к качеству сырья и изделий, отра­женные в многочисленных стандартах и технических условиях на отдель­ные виды продукции лесной и деревообрабатывающей промышленности

Важную роль играет стандартизация пороков древесины и в между­народной торговле лесными товарами Поэтому уже в ГОСТ 2140-71, раз­работанном ЦНИИМОДом (С Н Горшин, И К Черкасов) и ЦНИИМЭ (Н Л Леонтьев и М В Акиндинов), были учтены рекомендации по стан­дартизации ИСО (Международной организации по стандартизации) и дру­гих организаций

В действующем с 1982 г ГОСТ 2140-81 "Пороки древесины" были полностью учтены соответствующие стандарты ИСО Позднее, в 1988 - 89 гг.. появились стандарты ИСО на видимые пороки пиловочных бревен В разработанных Европейским комитетом по стандартизации (СЕН), начи­ная с 1995 г, Европейских стандартах ЕН 844-1 12 на круглые и пиленые лесоматериалы также содержатся сведения о пороках древесины В рус­ской версии этих стандартов и разработанном на их основе Центром "Лес-эксперт" ОАО "ЦНИИМЭ" (А.К. Курицын) проекте термине тогического стандарта ИСО использованы некоторые термины, определения и способы измерения пороков, принятые в международной торговле, но отличающие­ся от традиционных, отечественных Поэтому при толковании понятий о пороках древесины, содержащихся в получившей распространение спра­вочной литературе [28, 57] следует руководствоваться сведениями, кото­рые приводятся ниже применительно к ГОСТ 2140-81

Этот стандарт охватывает широкую номенклатуру пороков, которые разделены на девять групп 1 - сучки, 2 - трещины, 3 - пороки формы ствола, 4 - пороки строения древесины, 5 - химические окраски, 6 - гриб­ные поражения, 7 - биологические повреждения, 8 - инородные включе­ния, механические повреждения и пороки обработки, 9 – покоробленности.

В каждую группу входит несколько видов пороков, для некоторых пороков указаны их разновидности Часть пороков характерна только для круглых лесоматериалов (бревна и др.), другие пороки свойственны только пилопродукции (доски, брусья, заготовки) или шпону Есть пороки, встре­чающиеся у двух или всех трех групп сортиментов.

Дата добавления: 2015-04-30