Основные физико-механические свойства древесины

МОУ СОШ №7 Презентация по технологии для 7 классаОсновные физико-механические свойства древесиныУчитель Цыганков Н.Н.Волгоград, 2015 Дерево – один из наиболее древних строительных материалов. В течение долгого времени применялись простые деревянные конструкции из бревен. Современные технологии позволяют воплощать последние достижения в строительстве с помощью деревянных конструкций. Рис.1 - Кижи – памятник деревянного зодчества Рис. 2 – Современные деревянные конструкции Рис. 1 Рис. 2 Строительным материалом является только определенная часть ствола дерева- древесина. Дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны (совокупность вервей, листьев, хвои). Ствол составляет 70-90% от всего объема дерева и имеет слоисто-волокнистую структуру. Строение древесины изучают в трех разрезах ствола - поперечном или торцевом, радиальном, проходящем через ось ствола, и тангенциальном, параллельном оси ствола. Ствол состоит из следующих структурных элементов. Кора состоит из корки и луба. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни. Кора составляет от 6 до 25% объема дерева. Камбий, расположенный под лубом,- тонкий кольцевой слой живых клеток, способных к делению и росту; большая их часть откладывается в сторону древесины, меньшая- в сторону луба. Рис 3. Строение ствола дерева Плотностью ρ называют количество массы древесины m (кг), содержащейся в единице объема V(м3):Например, если брусок из сосны имеет объем 0,01 м3 и массу 5 кг, то плотность древесины сосны составит 5 / 0,01 = 500 (кг/м3).Малую плотность имеют липа, ель, сосна, тополь, кедр (400...550 кг/м3). Большую плотность имеют дуб, береза, лиственница, ясень, клен, яблоня, груша (= 700...900 кг/м3).Влажностью древесины называют количество влаги, содержащейся в массе древесины. При высушивании древесины часть влаги испаряется. Массу воды, содержащейся в древесине, можно определить, если взвесить образцы до и после высушивания и найти разность .Теперь, если эту разность, т. е. массу испаренной влаги, разделить на массу высушенного образца и умножить на 100 %, то получим влажность древесины W: например, если масса образца древесины до высушивания составляла 60 г, а после высушивания — 40 г, то влажность древесины до высушивания составляла:[(60 - 40) / 40] • 100% = 50% . Под относительной влажностью подразумевается соотношение массы заключенной в ней влаги к массе сухой древесины.По степени влажности древесина может быть:· абсолютно сухой (влажность равна 0%)· комнатно-сухой (влажность от 8 до 15%)· воздушно-сухой (влажность от 16 до 20%)· полусухой (влажность от 21 до 23%)· сырой (влаги более 23%)· свежесрубленной (влажность от 40 до 75%)· мокрой (влажность более 75%) Твердостью древесины называют ее способность сопротивляться проникновению в нее других тел, например вдавливанию в ее поверхность с определенной силой стального шарика. По величине отпечатка (лунки) на поверхности древесины судят о ее твердости. Чем меньше лунка, тем тверже древесина. В твердую древесину трудно вбить гвоздь, труднее строгать ее рубанком, пилить, выдалбливать, сверлить, резать ножом.Прочностью древесины называют ее способность выдерживать не разрушаясь определенные нагрузки. Чем большие нагрузки она выдерживает, тем она прочнее. Высокой прочностью обладает древесина дуба, клена, березы, а низкой — осины, липы, ели. Различают прочность на растяжение, сжатие и изгиб. При этом волокна древесины растягиваются, сжимаются или изгибаются. И если действующие нагрузки превысят те, которые древесина может выдержать (допустимые), то изделие разрушится. На растяжение, например, работают подвески люстр. На сжатие работают ножки стульев, сваи мостов. На изгиб работают лыжи, балки и настилы мостов. Упругостью древесины называют ее способность восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия непродолжительной нагрузки. Из упругой древесины делают лыжи, палки, линейки, спортивные луки.Цвет древесины весьма различен у разных пород, поэтому по цвету можно определить породу древесины. Древесина имеет в основном приятные цвета желтоватых оттенков. В изделиях из древесины стараются сохранить ее естественный приятный цвет, не окрашивая ее или лакируя поверхности прозрачными лаками.Теплопроводность - способность древесины проводить тепло от одной поверхности к другой. Теплопроводность зависит от ее влажности и объемного веса. Влажная древесина имеет более низкий коэффициент теплопроводности. Вес древесины зависит от породы: хвойные имеют меньшую плотность, а следовательно, и меньшую теплопроводность. Звукопроводность - свойство дерева проводить звук. Звук в различных направлениях распространяется с неодинаковой интенсивностью. Звукопроводность древесины вдоль волокон в 4-5 раз выше, чем поперек волокон.Усушка - уменьшение общего объема древесины из-за испарения из нее влаги. Усушка прямо пропорциональна степени уменьшения влажности древесины. В различных направлениях древесина усыхает неодинаково. При уменьшении влажности от 30 до 0% усушка составляет следующие величины: вдоль волокон - 0,1%, по радиальному направлению - от 4 до 8%, по тангенциальному - от 8 до 12%. Многие изделия изготавливают из сухой древесины, влажность которой составляет 8...15 %. Детали из сухой древесины не коробятся, хорошо обрабатываются, не гниют, хорошо красятся, долго служат. Сушка древесины бывает естественной (атмосферной) и искусственной (камерной).Для естественной сушки пиломатериалы укладывают с прокладками в штабель на открытом продуваемом месте или под навесом.Искусственную сушку древесины осуществляют в сушильных камерах. Этот процесс проходит намного быстрее, так как древесина обдувается горячим воздухом и испаряет свою влагу.Разбухание - процесс, обратный усушке. Высокая гигроскопичность является причиной того, что древесина хорошо впитывает влагу, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают. Избыток влаги в древесине ухудшает ее физико-механические свойства. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает ее качество. Рис. 4 - Формы высушенных образцов, вырезанных из различных зон поперечного сечения ствола Усушка различна вдоль и поперек волокон, а также в радиальном и в тангенциальном направлениях. Поэтому образцы, выпиленные из различных зон поперечного сечения ствола, после высушивания имеют различные формы, т.е. коробятся.Рис. 5 - Типы покоробленности досокПокоробленность досок: а - продольная выпукло-вогнутая по пластиб- продольная волнистая по пластив – продолная выпукло-вогнутая по кромкег - поперечная выпукло-вогнутаяд – крыловатаяа1-а6- величина покоробленности в мм. Возгорание древесины и защитаГорение представляет собой процесс термического разложения древесины, состоящий из пламенной фазы и тления, при котором происходит движение кислорода в толщу древесины.Горение может происходить только в том случае, когда имеется достаточный приток кислорода, а сама теплота сгорания не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков древесины до температуры воспламенения. Температура воспламенения, т. е. момент вспышки горючих газов для различных пород древесины колеблется в сравнительно небольших пределах — от 250 до 300°. Длительный нагрев древесины при температуре 120—150° сопровождается медленным и постепенным обугливанием, с образованием при этом самовоспламеняющегося на воздухе угля, весьма опасного для незащищенных деревянных элементов.Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное,, вертикальное) и т, п. Решающее значение для процесса горения имеет калорийность материала. Сухая и легкая древесина воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами и относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.Хорошие результаты дает пропитка древесины в горячих и холодных ваннах. Для такой пропитки применяется аммофос— белый кристаллический порошок, представляющий собой аммониальные соли фосфорной кислоты, сернокислый аммоний (технический). Для получения раствора, обладающего одновременно огнезащитными и антисептическими свойствами, в состав добавляется фтористый натрий.Более простым, но менее эффективным средством огнезащиты деревянных элементов является поверхностная их пропитка путем погружения на 2—3 часа в водный раствор солей (фосфорнокислый, сернокислый аммоний и т. п.) или поверхностная двух трех кратная обработка (краскопультом или кистью) водными огнезащитными растворами того же состава. При этом раствор проникает на глубину 1 — 1,5 мм.Наконец, еще одним и также простым средством является окраска поверхностей деревянных элементов специальными огнезащитными силикатными и другими красками или обмазка огнезащитным составом (суперфосфатом и др.). Полуфабрикаты и строительные изделияПолуфабрикаты и строительные изделия изготовляют из хвойных и лиственных пород с влажностью не выше 12% для чистого пола и 15% -для других деталей. В зависимости от вида обработки к этой группе материалов из древесины относят: строганные бруски, строганные и шпунтовые доски для настила чистых полов, паркет, фанеру, профильные материалы - плинтусы, галтели, перильные поручни, наличники и др.Шпунтовые доски в отличие от обычной обрезной доски имеют с одной стороны кромки шпунт (выемку), а с другой - гребень, входящий в шпунт соседней доски. Шпунт и гребень, с помощью которых доски плотно подгоняют, могут иметь различную форму - прямоугольную, треугольную, трапецеидальную и сегментную. Шпунтованные доски используют для настилки пола, устройства перегородок и других работ.Профильные материалы - плинтусы и галтели - используют для заделки углов между стеной и полом, поручни - для устройства лестничных перил и наличники - для обшивки оконных и дверных проемов.Паркет выпускают в виде паркетных досок, наборного и штучного паркета с влажностью древесины 8±2%. Паркетные доски состоят из двух слоев: верхнего - лицевого покрытия из паркетных планок толщиной 6-8 мм и нижнего - в виде реечного основания толщиной 18-19 мм. Планки паркета изготовляют из высококачественной древесины: дуба, бука, ясеня, сосны, лиственницы, клена, вяза и некоторых других пород. Планки лицевого слоя паркетных досок склеивают с основанием водостойкими синтетическими клеями. Паркетные доски имеют с одной стороны кромки - паз, а с другой - гребень для плотного соединения при укладке досок в паркетный пол. Они имеют следующие преимущества по сравнению со штучным паркетом: меньший расход древесины ценных пород, более прочная наклейка паркетных планок, более высокая степень механизации производства и более высокая скорость настилки пола. Фанера - листы, получаемые склеиванием трех или более тонких слоев древесного шпона со взаимно перпендикулярным расположением волокон древесины. Фанерный шпон изготовляют на специальных лущильных станках путем срезания слоя древесины в виде непрерывной широкой ленты с последующим раскроем ее на форматные листы. Фанера бывает обычной (клееной), декоративной и бакелизированной. В зависимости от вида применяемого клея различают клееную фанеру марки ФСФ, обладающую повышенной водостойкостью - склеенную водостойкими фенолформальдегидными клеями; средней водостойкости марки ФК и ФБК - склеенную карбамидными или альбуминоказеиновыми клеями; ограниченной водостойкости марки ФБ - склеенную белковыми клеями. Для получения клееных видов фанеры широко используют древесину сосны, ели, пихты, ольхи, дуба, березы и бука.Декоративную фанеру изготовляют также горячим прессованием нескольких слоев шпона, пропитанных синтетической смолой. В процессе горячего прессования текстура древесины поверхностных слоев становится более четкой, придавая фанере декоративный вид. Часто для получения лицевой поверхности фанеры одноцвет-. -ной или разнообразной окраски применяют специальные пропитанные синтетическими смолами текстурные бумаги, ткани или смоляные-тонкие пленки. Такие окрашенные бумаги, ткани и пленки в процессе горячего прессования прочно соединяются с древесиной, придавая поверхности фанеры оригинальную текстуру. ВыводыДостоинства деревянных конструкций: высокая удельная прочность и легкость, химическая стойкость, малая теплопроводность, что позволяет использовать дерево одновременно как ограждающий и несущий материал, простота обработки, а также отсутствие ограничений при сезонных работах.Используемые источники:1 Берлинов М.В. Строительные конструкции.-М.: Агропромиздат, 1995.- 430 с.2 Самородский П.С., Симоненко В.Д., Тищенко А.Т., Технология. Трудовое обучение: Учебник для учащихся 7 класса (вариант для мальчиков) общеобразовательной школы. / Под ред. В.Д. Симоненко.— М.: Вентана-Графф, 2003. — 192 е.: ил.3. Физико-механические свойства древесины — Гипермаркет знаний http://school.xvatit.com