Лекция по дисциплине Методика преподавания технологии Древесина. Лесные богатства Казахстана.

Лекция-2
Древесина. Лесные богатства Казахстана. Использование древесины в народном хозяйстве. Ассортимент древесных материалов . Инструменты, приемы и отделка ручной работы древесины
Древесина - сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.
Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась в том ли ином виде, и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал.
Древесину применяют для изготовления мебели, столярно-строительных изделий. Из неё делают элементы мостов, судов, кузовов, вагонов, тару, шпалы, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты, спички, карандаши, бумагу, предметы обихода, игрушки, сувениры. Натуральную или модифицированную древесину применяют в машиностроении и горнорудной промышленности; она является исходным сырьём для целлюлозно-бумажной промышленности, производства древесных плит.
Широкому использованию древесины способствуют её высокие физико-механические качества. Хорошая обрабатываемость. А также эффективные способы изменения отдельных свойств древесины путем химической и механической обработки. Древесина легко обрабатывается, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, при небольшой массе хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Древесина соединяется крепёжными изделиями, прочно склеивается, сохраняет красивый внешний вид, на неё хорошо наносятся защитно-декоративные покрытия. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она подвержена горению и загниванию, разрушению от воздействия насекомых и грибов, гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию. Кроме того, древесина имеет пороки биологического происхождения, которые снижают её качество. Чтобы использовать древесину, надо знать её свойства, строение и пороки.
 
1. Строение и состав древесины.
Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из него получают от 60% до 90% древесины.
Макроструктурой называют строение дерева и древесины, видимое невооружённым глазом или через лупу, а микроструктурой – видимое под  микроскопом. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола.
Макростроение древесины. При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: кору, камбий, древесину и сердцевину.
Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Это часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.
Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица защищает дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни. Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток – камбий. Ежегодно в вегетативной период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большом объеме, - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью. Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном срезе состоит из ряда концентрических, так называемых годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое кольцо состоит из двух слоёв: ранней (весенней) древесины, образующейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая образуется в конце лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большой прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками. В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постоянно изменяют свой состав, одеревеневают и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных – дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других – спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой ещё имеются живые клетки. Обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне. Называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, мало прочна, обладает большой усушкой и склонностью к короблению.
В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создании запаса этих веществ на зимнее время. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.
 
Древесные материалы являются наиболее часто применяемым строительным материалом, отличаются легкостью, простотой обработки, достаточной прочностью и упругостью в сухих условиях. Горючесть, загнивание, усушка и разбухание ограничивают область их применения.
Материалы из древесины подразделяют на круглый лес, пиломатериалы, полуфабрикаты, готовые изделия, детали сборных конструкций, столярные изделия, сборные дома, комплект деталей для них.
Круглый лес. Круглые лесные материалы в зависимости от толщины верхнего торца подразделяют на мелкие (6—13 см), средние (14—24 см) и крупные (26 см и более).
Крупные круглые лесоматериалы делят по назначению на материалы для распиловки, материалы для лущения и строгания; , материалы для использования только в круглом виде (для стен, перекрытий, стропил).
Пиломатериалы получают путем продольной распиловки бревен на пластины, четвертины, горбыль, брусья, бруски, доски (обрезные и необрезные), шпалы и др. (рис. 34).

Рис. 34. Виды пиломатериалов: 1— пластины; 2— четвертины; 3— горбыль; 4— брусья; 5— доски
Для изготовления пиломатериалов используют в основном  хвойные породы — сосну, ель, кедр, лиственницу, пихту.
Пластины — это половинки бревна распиленного вдоль оси  ствола. В результате распиловки бревна по двум взаимно перпендикулярным диаметрам получают четвертины. Горбыли — это 1
отходы, которые получают при распиловке бревна на доски или брусья.
Брусья имеют ширину и толщину более 100 мм.
Доски — пиломатериалы толщиной до 100 мм. Доски различают по толщине на тонкие — до 32 мм и толстые — толщиной более 32 мм.
Тонкие доски толщиной до 32 мм называют — тесом.
Доски и бруски изготовляют пяти сортов — отборный (0), 1, 2, 3 и 4.
Пиломатериалы лиственных пород подразделяют на доски и бруски; тонкие и толстые; по длине — короткие и длинные. В зависимости от качества подразделяют на 1, 2 и 3-й сорт.
На каждую поставляемую партию пиломатериалов оформляют документ с указанием наименования продукции, породы, сорта, размеров, количества кубометров, номера стандарта.
Готовые изделия и полуфабрикаты.
Шпунтованные доски используют для устройства полов, потолков, обшивки стен. Шпунт-вырез на боковых кромках доски в половину толщины.
Погонажные изделия — поручни, плинтусы, галтели, наличники и др. Наличники применяют для обрамления и для обшивки оконных проемов и дверных коробок. Галтели применяют для заделки углов между стеной и чистым полом из паркета. Поручни — накладки для лестничных перил. Плинтусы — изделие для заделки углов между полом и стеной при устройстве пола из досок.
Детали сборных конструкций. Щиты дощатые применяются для перегородок; входят в комплекты сборных домов.
Плиты фанерные представляют собой многослойную клееную фанеру из березового шпона. Шпон — листы толщиной от 0,4 до 1,5 мм, получают лущением или строганием отрезков ствола на специальных станках.
Столярные изделия. К столярным изделиям относят дверные полотна, оконные переплеты и др. Применяют для заполнения дверных и оконных проемов в жилых и других зданиях.
Сборные щитовые дома и комплекты деталей для них. Сборные дома различают брусчатые, каркасные, щитовые, деревянно-панельные.
  Звукопроводность.
Свойство материала проводить звук называется звукопроводностью. Она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медленнее – в радиальном и очень медленно – в тангенциальном направлениях. Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном в 3…4 раза больше звукопроводности воздуха. Это отрицательное свойство древесины требует при устройстве древесных перегородок, полов и потолков применения звукоизолирующих материалов. Звукопроводность древесины и ее способность резонировать (усиливать звуки без искажения тока) широко используется при изготовлении музыкальных инструментов. Повышенная влажность древесины понижает ее звукопроводность.
 
                 
Достоинства и недостатки древесины
Достоинства древесины как материала
Малая плотность при относительно высокой прочности. Малая теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности (ккал/м * ч * град) Теплопроводность древесины возрастает с увеличением плотности и влажности. Хорошая обрабатываемость режущими инструментами. Возможность склеивания. Легкая гвоздимость. Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10 - 15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон. Способность хорошо окрашиваться, лакироваться, полироваться, красивая текстура (рисунок, образующийся на поверхности древесины следствие перерезания анатомических элементов). Способность благодаря упругости хорошо поглощать звуки, возникающие при ударе и вибрации. Звукоизоляционные свойства древесины имеют большое значение при использовании в качестве звукоизоляционного строительного материала, а также для улучшения акустики общественных зданий. Звукоизлучающие свойства (резонанс). Древесина широко применяется для изготовления инструментов. Стойкость к действию растворов кислот и щелочей; в связи с этим древесину хвойных пород применяют для изготовления емкостей, труб. Способность к изгибу, что имеет существенное значение при гнутье древесины. Более высокой способностью к изгибу отличается древесина лиственных пород. Сравнительно большая износостойкость. Свойства "предупреждать" (потрескиванием) при критических нагрузках о своем скором разрушении.
 
Недостатки древесины как материала
Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений. Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала. Растрескивание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8 - 32 кгс/см2. Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов. Загнивание, повреждение насекомыми, возгорание в неблагоприятных условиях службы.
Промышленное использование древесины
Отрасли производства
Использование
Лесозаготовительная
Продукция ширпотреба Сырье для лесохимических производств Корье для выработки Шпалы Дрова всех видов Кругляш
Деревообрабатывающая
Паркет Древесная мука Тара Обозные изделия Столярные изделия Спички Мебель Лыжи Древесные плиты Строительные детали Заготовки
Фанерная
Шпон различный Фанера
Целлюлозно-бумажная
Картон Бумага Целлюлоза
Лесопильная
Пиломатериалы строганные Шпалы Пиломатериалы не строганные
Гидролизная
Спирт этиловый Дрожжи кормовые и пищевые Фурфурол
Лесохимическая
Барасс Деготь Уксусная кислота Скипидар Канифоль Уголь древесный Древесная смола Живица
 
Заключение
По окончанию исследований древесины можно прийти к следующему заключению, что она - один из наиболее широко распространённых материалов в мире, имеющих многовековой опыт применения в строительстве, производстве мебели, шпал, авто-, вагоностроении и других отраслях народного хозяйства. Основные преимущества древесины как материала: самовосстанавливаемость ресурсов; экологическая безопасность применения; высокая прочность; атмосферостойкость; химическая стойкость; небольшая плотность; невысокая теплопроводность и небольшой коэффициент линейного расширения; лёгкая обрабатываемость; гвоздимость; возможность использования древесных отходов производства.
Еще наши предки строили дома и бани из этого материала, а также мебель и посуду. Из поколения в поколения этот материал не выходил их производства, а только приобретал все больше положительных откликов. Древесными конструкциями пользуются в каждой семье и в каждом доме. И, конечно, многовековой опыт применения древесины не пройдет даром. Древесное производство не исчезнет никогда. Но для этого мы должны следить за природой, регулируя посадку и вырубку деревьев.