Физические, механические, химические, биологические, технологические свойства древесины, их показатели и методы определения

Твердость и износостойкость

Твердостью называется свойство материала оказывать сопротивление проникновению твердых тел. Твердость торцевой поверхности ствола больше, чем твердость радиального и тангентального разрезов. Так, у лиственных пород эта разница в среднем составляет 30 %, а у хвойных — 40 %. Твердость древесины прямо пропорциональна ее объемному весу, но значительно снижается при увлажнении. На практике все породы подразделяются на твердые и мягкие. К твердым относятся дуб, граб, ясень, клен, каштан, ильм, вяз, орех, груша, береза, лиственница; к мягким — сосна, ель, пихта, ольха, липа, тополь, ива. Отдельно выделяют группу сверхтвердых пород: самшит, фисташка. Твердость торцевой поверхности твердых пород составляет 40 МПа и более. 

Износостойкость — это способность материала противостоять износу, то есть изменению его поверхности в процессе эксплуатации от истирания, смятия, выкрашивания и т. п. Износостойкость древесины довольно высокая и находится в прямой зависимости от ее твердости и объемного веса.

Способность удерживать металлические крепления

Свойство древесины удерживать в себе гвозди, нагели, шурупы и другие металлические крепления объясняется ее упругостью. Вбиваемый в древесину гвоздь раздвигает волокна, которые вследствие своей упругости давят на поверхность гвоздя и тем самым оказывают сопротивление его выдергиванию. Это сопротивление зависит от объемного веса, влажности и строения древесины, а также от направления вбиваемого гвоздя по отношению к волокнам. Оно определяется силой в килограммах, необходимой для извлечения забитого гвоздя. Сила удерживания креплений зависит от площади соприкосновения древесины с их поверхностью. Гвозди с квадратным или многогранным поперечным сечением, имеющие большую поверхность, нежели гвозди круглого сечения, держатся в древесине прочнее. Гвозди любой формы можно вколачивать только в мягкую древесину. В твердой древесине для них предварительно высверливают гнезда диаметром 0,7—0,8 толщины гвоздя и глубиной не менее половины его длины. В противном случае или материал расколется, или гвоздь согнется. Зато в твердой древесине гвоздь держится прочнее, чем в мягкой. Во влажную древесину вбить гвоздь легче, чем в сухую, так как упругость влажной древесины понижена. Но изогнутость волокон после ее высыхания остается, поэтому давление на гвоздь становится крайне незначительным и гвоздь держится слабо. В прямослойной древесине, более упругой, чем свилеватая, гвозди держатся прочнее, но прямослойная древесина легче раскалывается. Гвозди, вколоченные в торец древесины, держатся на 25—30 % слабее, чем вколоченные в боковую поверхность. Это объясняется тем, что в перерезанном конце волокна имеют пониженную упругость. Гвозди, вбитые в боковую поверхность в радиальном и тангентальном направлениях, держатся в древесине почти одинаково.

Химические свойства древесины.

Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остаётся её неорганическая часть - зола. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы.

Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы.

Целлюлоза - природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C6H10O5)n, где n - степень полимеризации, равная 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы - тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцеллюлозы, а также вода.

Лигнин - полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснения молодой клеточной стенки. Лигнин химически нестоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и её кислых солей.

Гемицеллюлозы - группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C5H8O4)n и гексозаны (C6H10O5)n. Формула гексозанов на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации у всех гемицеллюлоз гораздо меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более коротких цепочках молекул и меньшей стойкости этих веществ по сравнению с целлюлозой.

Кроме основных органических веществ, в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннидов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире.

Основным из химических свойств древесины является стойкость к действию кислот, щелочей, других реагентов.

Древесина под действием кислот и щелочей постепенно разрушается. Химическая стойкость ее различна в зависимости от среды, концентрации реагентов и породы. Древесина обладает большей стойкостью по отношению к щелочам и меньшей — к кислотам. С увеличением концентрации щелочей и кислот химическая стойкость древесины снижается. Более стойкой является древесина хвойных пород, и прежде всего ее ядровая часть, менее стойкой — заболонная. Древесина лиственных пород отличается от хвойной меньшей стойкостью к кислотам, в первую очередь к минеральным. Снижение химической стойкости древесины сопровождается изменением ее цвета — побурением, иногда происходит полное обугливание. Древесина постепенно разрушается и при длительном воздействии на

нее газов — S02, S03, NO, N02 и др. Пониженная химическая стойкость древесины лиственных пород объясняется меньшим содержанием целлюлозы и большим количеством пентозамов. 

Биологические свойства древесины.

Биологические свойства древесины определяются стойкостью против грибов, плесени и насекомых, которая зависит от содержания смолистых, дубильных и других веществ.

По биостойкости древесину подразделяют на три группы: наиболее стойкая (тис, дуб и др.), среднестойкая (сосна, кедр) и малостойкая (осина, бук и др.). Для защиты древесины от преждевременного разрушения грибами и насекомыми применяют ряд мер для создания и поддержания условий, в которых не могут развиваться грибы. Развитие грибов исключается полностью или замедляется при пониженных влажности и температуре, поэтому древесину высушивают и защищают от чрезмерного увлажнения.

Гнилостойкость древесины повышают путем обработки ее специальными химическими веществами — антисептиками. К ним относятся органические и минеральные вещества, которые имеют высокую токсичность для грибов и насекомых и сохраняют ее в течение длительного времени, но безвредны для древесины, человека и животных, легко проникают в толщу древесины.

 

 

Технологические свойства древесины.

 

Технологические свойства предусматривает такие случаи действия внешних механических сил, которые вызывают в древесине сложные напряжения и поэтому не могут быть отнесены к какому-либо иному случаю действия сил. Технологическими эти свойства названы потому, что они имеют непосредственное значение в производстве.

Ударная вязкость древесины – это ее способность поглощать усилия (работу) при ударе без разрушения. Чем больше величина работы, необходимой для излома образца, тем выше его вязкость.

 

Способность древесины удерживать металлические крепления.

При вбивании гвоздя древесные волокна раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине.

Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления по отношению к волокнам, породы древесины и ее плотности. Для выдергивания гвоздя, вбитого в торец, требуется меньшее усилие (на 10—50%) по сравнению с усилием, необходимым для выдергивания такого же гвоздя, забитого поперек волокон. Чем больше плотность древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа. Например, для забивания и выдергивания гвоздей из древесины граба (плотность 800 кг/м3) требуется усилие в 4 раза больше, чем для древесины сосны, плотность которой 500 кг/м3.

Способность древесины к гнутью. 

Наибольшей способностью к гнутью обладают лиственные кольцесосудистые породы (дуб, ясень) и рассеяннососудистые (береза). У хвойных пород невысокая способность к гнутью. У влажной древесины (оптимальная влажность 25—30%) способность к гнутью выше, чем у сухой. Для улучшения податливости древесины перед гнутьем ее пропаривают, затем после гнутья охлаждают и сушат в зафиксированном состоянии, в результате чего она приобретает стабильную изогнутую форму.

Износостойкость древесины. 

Износостойкость древесины характеризуется способностью ее поверхностных слоев противостоять износу, т. е. разрушению в процессе трения. Метод испытания древесины на износостойкость учитывает условия, подобные реальным условиям истирания полов и настилов. Для этих испытаний используют специальную машину, которая обеспечивает истирание древесины при возвратно-поступательном движении образца с одновременным его поворотом.

Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцовой. Износ уменьшается с повышением твердости и плотности древесины. Влажная древесина больше подвержена износу.

Сопротивление древесины раскалыванию. 

Раскалываемостью называют способность древесины под действием клина разделяться на части вдоль волокон. Раскалывание древесины по действию силы и характеру разрушения напоминает растяжение поперек волокон и объясняется малым сцеплением волокон по длине ствола. Это свойство древесины имеет практическое значение, так как ряд сортиментов древесины заготовляют путем раскалывания.

Раскалывание может происходить по радиальной и тангентальной плоскостям. Сопротивление по радиальной плоскости у древесины лиственных пород (дуб, бук, граб) меньше, чем по тангентальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей. У хвойных пород, наоборот, раскалывание по тангентальной плоскости меньше, чем по радиальной. При тангентальном раскалывании у хвойных пород разрушение происходит по ранней древесине, прочность которой значительно меньше прочности поздней древесины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Основы производства  мебели для сидения и лежания. Изготовление полуфабрикатов мягкой  мебели (оснований, каркаса мягких  элементов). Виды оснований, их влияние  на потребительские свойства  мебели для сидения и лежания. Категория мягкости. Особенности  конструкции ортопедических материалов.

Мебель для общих комнат обязательно включает предметы для размещения человека в положении сидя и лежа. 
Функциональные элементы мебели для сидения и лежания могут быть жесткими или мягкими. Согласно п. 2.2.5 ГОСТ 19917-93 "Спинка и сиденье мебели для сидения и лежания могут быть мягкими и жесткими. К жестким элементам мебели для сидения и лежания относятся элементы без настила или с настилом толщиной до 10 мм включительно".

Технология изготовления мягкой мебели:

1) В столярном цехе производится распил фанеры и досок на деревянные заготовки, которые здесь же собираются в каркас будущей мягкой мебели.

Заготовительные операции проходят по следующим этапам:

• На торцовочном станке пиломатериал (фанера) раскраивается по длине;

• На круглопильном станке происходит раскрой фанеры по ширине;

• Полученная деталь шлифуется на четырехстороннем станке, после чего шипорезный станок вырезает в ней шипы и проушины;

• С помощью ручного электроинструмента вырезаются внутренние детали из плит (ДВП, ДСП);

• Крепится механизм трансформации (для раскладных диванов);

• Собирается каркас-основа.

2) Готовые каркасы поступают в обивочный цех, где они обклеиваются поролоном и обстреливаются обивочным материалом. Для начала на деревянную основу, наклеивается специальный нетканый материал – дарнит. Это помогает избежать стуков и скрипов при эксплуатации готового изделия.

3) Устанавливаются  элементы мягкости – пружинные блоки, которые осуществляют ортопедическую функцию. Блоки фиксируются равномерно по всему периметру и в центральной части

4) По  периметру блока клеится поролон, что исключает возможность контакта с твердой рамкой каркаса

5) Сверху  пружинного блока клеится плотный тканый материал, который препятствует истиранию об пружины блока вышележащего слоя прокладочного материала.

6) В качестве прокладочного материала  чаще всего используют спангон, поролонили кокосовую койру.

Спангон и поролон (вторичного вспенивания) — более дешевый вариант, но уже через год-два активной эксплуатации такой диван начинает «проседать» и выходить из строя.

Кокосовая койра – более жесткий и долговечный материал, который прослужит около 7-8 лет.

 

7) После  прокладочного материала располагается  ещё один элемент мягкости  – поролон высотой 40 мм, плотностью  – 35-42. Между поролоном и обивочным  материалом необходимо установить  синтепон, который позволит поролону «дышать»

8) В швейном цеху используется оборудование для работы с любыми видами отделки – от искусственного меха до натуральной кожи. Здесь осуществляется раскрой обивочной ткани, которую в обивочном цехе «пристреливают» к многослойной основе.

9) Здесь шьют чехлы под определенные элементы мягкой мебели (подушки, спинки, подлокотники, сидения). Их «одевают» на каркас-основу с приклеенным мягким наполнителем – поролоном, синтепоном.