Характеристика властивостей і будови деревини сосни

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

;;. ;;. . ;;. . . ;;. . . . ;;. . . . . ;;. . . . . . ;;. . . . . . . ;;. . . . . . . . ;;;;;. ;;. . ;;. . . ;;. . . . ;;. . . . . ;;. . . . . . ;;. . . . . . . ;;. . . . . . . . ;;;;;. ;;. . ;;. . . ;;. . . . ;;. . . . . ;;. . . . . . ;;. . . . . . . ;;. . . . . . . . ;;;.;;.;;.;;.;;.;;.;;.;;.;;.;;; Введення

Важко назвати яку-небудь галузь народного господарства, де деревина не використовувалася б у тому чи іншому вигляді, і перерахувати вироби, в яких деревина не є складовою частиною. За обсягом використання і різноманітності застосування в народному господарстві з нею не може зрівнятися жоден інший матеріал. Деревину застосовують для виготовлення меблів, столярно-будівельних виробів. З неї роблять елементи мостів, суден, кузовів, вагонів, тару, шпали, спортивний інвентар, музичні інструменти, сірники, олівці, папір, предмети побуту, іграшки, сувеніри. Натуральну або модифіковану деревину застосовують у машинобудуванні і гірничорудної промисловості; вона є вихідною сировиною для целюлозно-паперової промисловості, виробництва деревних плит.

Деревина - це продукт рослинного походження, за хімічним складом являє собою складний комплекс, що складається в основному з органічних речовин різного складу і структури. Найбільш значущими для характеристики рослинної сировини є целюлоза, геміцелюлоза і лігнін, істотне значення має вміст екстрактивних речовин, уроннових кислот, зольних компонентів, а так само вуглеводний склад гідролізатів, що утворюються при кількісному гідролізі легко-і трудногідролізуемих полісахаридів і інших речовин.

Визначення цих компонентів і веде до найбільш повної характеристиці хімічного складу рослинної тканини.

Останнім часом хвойні породи деревини отримали широке застосування в лісохімічної і деревопереробної промисловості, вивчення їх хімічного складу, будови та морфологічних особливостей відіграє важливу роль в правильному і раціональному використанні деревинних порід.

1. Аналітичний огляд

Сосна (Pinus L.) - Вічнозелене дерево з сімейства соснових (Pinuseae Lindl). В даний час налічується близько ста видів, що відносяться до цього роду, з яких у Росії росте чотирнадцять і ще близько дев'яноста було інтродуковано, підвиди деяких сосен занесені до Червоної книги. Найпоширеніший вид сосни, що виростає в Росії, - сосна звичайна.

Сосна звичайна (P inus silvestris L.) Широко поширена на всій території Росії. Це одна з найцінніших хвойних порід нашої країни. Дерево першої величини, що досягає висоти (35-40) м, вічнозелене, однодомне, роздільностатеві, анемофільное (вітрозапилюваних). За умов несприятливих, наприклад, на болоті, сосна залишається карликом, і столітні екземпляри не перевищують іноді висоти одного метра. Дуже світлолюбна деревна порода. Крона у молодих дерев конусоподібна, пізніше - округла, більш широка, а в старості зонтикоподібне або плоска. Дуже морозо-і жаростійкий. Тривалість життя дерева від 150 до 200 (інколи 400) років. Розмножується насінням. Володіє пластичної кореневою системою, що розвивається відповідно до характеру і структурою грунту. Зазвичай для сосни звичайної виділяють чотири типи кореневих систем, досить сильно розрізняються за формою і будовою.

1. Потужна коренева система з розвиненим стрижневим («редькою») і бічними корінням типова для грунтів, достатньо свіжих і добре дренованих.

2. Потужна коренева система зі слабко розвинутим стрижневим коренем, але виключно сильно розвиненими бічними корінням, що розташовуються на нікчемною глибині паралельно поверхні грунту, - типова для сухих грунтів з дуже глибоким горизонтом грунтових вод.

3. Слабо розвинена коренева система, що складається тільки з поверхнево розташованих коротких, рідко розгалужених коренів, - типова для грунтів з надмірним зволоженням, полуболотних і болотних.

4. Густа, але неглибока коренева система «щіткою» - типова для щільних грунтів з глибоким розташуванням рівня грунтових вод.

Ця пластичність кореневої системи сосни робить її надзвичайно цінною в лісівничо щодо деревної породою, даючи можливість для штучного залісення на самих сухих, бідних і заболочених грунтах.

Стовбур сосни, що росте в порівняно зімкнутих насадженнях, стрункий, прямий, рівний, високоочищений від сучків; в розріджені насадженнях або на просторі дерево менш високу, стовбур сбежістий і більше сучкуватим. Кора в різних частинах дерева різної товщини і різного кольору: у нижній частині стовбура вона товста, борозниста, червоно-бура, майже сіра; в середній і верхніх частинах стовбура і на великих гілках - жовтувато-червона, відшаровується тонкими пластинками, майже гладка, тонка . Нирки червонувато-бурі, подовжено-яйцеподібні, загострені, довжиною (6-12) мм, в більшості смолисті, розташовані на кінці втечі мутовчато навколо кінцевої нирки, іноді нирки з'являються на пагонах збоку, але гілок не утворюють. Найбільший приріст по висоті дає в сприятливих умовах у віці (15-30) років, досягаючи до вісімдесяти років 30 м.

Деревина сосни з рожевим або буро-червоним ядром і жовтувато-бурого заболонню, прямошаруватою, легка, смолиста, міцна, легко обробляється. Річні шари добре видно, рання частина річного шару світла, пізня - темна.

Хвоя темно-зелена, росте в пучках по дві, довжиною (4-7) см, зверху опукла, знизу плоска, жорстка, загострена. Тримається на дереві протягом трьох років, опадає разом з укороченим втечею. Укорочені пагони розташовуються спірально, рівномірно покриваючи як головний, так і бічні пагони і надаючи їм радіальну симетрію. Укорочені пагони виходять з пазухи лусочок, що представляють собою редуковані листя. Ці лусочки добре видно тільки на молодому втечу. Скорочений пагін має складну будову, добре помітне одразу після розпускання бруньок. Він складається з дуже короткого від 1 до 2 мм стебла, двох хвоїнок, між якими на стеблі є маленька спляча брунька. Крім того, скорочений пагін має ще плівчасті лусочки двох видів, щільно охоплюють його у вигляді трубки, - так зване піхву укороченого втечі. Ці плівчасті лусочки є редукованими листками. Вони добре видно тільки навесні на молодих пагонах, пізніше засихають і обпадають. Спляча нирка опадає разом з хвоєю. При сильному пошкодженні хвої, наприклад, комахами або при поломці верхній частині подовженого втечі, при пошкодженні верхівкової нирки у багатьох укорочених пагонів сплячі бруньки проростають, і між двома хвоинками з'являється подовжений втечу. Хвоя щорічно опадає з дерева, але не вся відразу, а частково, так як окремі голки живуть (2-3) року. Хвоя сосни може служити джерелом вітамінних препаратів. Її широко використовували в роки Великої Вітчизняної війни для профілактики лікування гіпо-та авітамінозу.

В кінці травня сосни починають цвісти. У цей час можна бачити цілі хмари «жовтої пилу», що піднімається над лісом. У випадку дощу вся ця пилок падає на землю і зноситься водою в низини, що дає привід нетямущим людям говорити про випадання «сірчаного дощу». На одних гілках утворюються чоловічі шишки, зібрані у великій кількості у вигляді колосовидному «суцвіття», жовтого кольору, а на верхівках молодих пагонів, того ж дерева знаходяться жіночі шишки. Жіночі шишечки овальної форми, довжиною від 5 до 6 мм, під час цвітіння червонуваті, сидять на коротких ніжках. Запилення відбувається навесні, а запліднення влітку наступного року. Зрілі шишки сосни подовжено-яйцеподібні, довжиною (2,5-7,0) см і шириною (2-3) см, буро-сірі, матові, з щільними дерев'янистими насіннєвими лусками, що звисають на загнутих ніжках вниз. Щитки, або Апофіз, на кінцях насіннєвих лусок матові або слабо блискуче майже ромбічні, пупок (горбочок Апофіз) слабовипуклий. Зустрічаються шишки червоно-коричневі, лілово-коричневі, сірі, сіро-зелені. Приблизно 85% загального врожаю горіхів в Росії припадає на сосну сибірську. У роки із середньою врожайністю сировинної запас горіхів складає 733 тис. т, з них 672 тис. т. доводиться на Сибірський, 43 тис. т. на Уральський і 18 тис. т. на Далекосхідний федеральні округи. Найбільша щільність врожаю горіхів припадає на Томську область, Республіку Тува і на Іркутську область.

Врожайність сибірської сосни залежить від умов її зростання. У центрі ареалу лише один рік з п'яти буває неврожайним, в той же час на північній межі ареалу хороші і середні врожаї бувають три - чотири рази за 10 років. Середньобагаторічне врожайність сибірських кедрівників знаходиться в межах від 10 до 170 кг / га. У розріджених лісах від 140 до 180-річного віку врожаї сягають 800 кг / га.

Насіння видовжено-яйцеподібні, довжиною (3-4) мм, різного забарвлення (строкаті, сірі, чорні) з крилом в три-чотири рази довше насіння, що охоплює насіння з двох сторін, як щипчиками, і легко від нього відокремлюється. Час вильоту насіння розтягнуто і триває з перших днів весни до кінця травня - початку червня. Проростання насіння і поява сходів можливо протягом усього вегетаційного періоду. У лісі сосна починає плодоносити з сорока років, при вільному стані з (15-30) років. Насіннєві роки повторюються через два-три-п'ять іноді навіть до двадцяти років (залежно від регіону і погодних умов).

Сходи звичайно з (4-7) тригранними сім'ядолями. Хвоїнки на сходах поодинокі, сидять спірально. Парна хвоя з'являється на другий рік. Верхівка подовженого втечі другого року закінчується однієї верхівкової і декількома бічними нирками, з яких навесні наступного року утворюється перша колотівка. Отже, при визначенні віку молодих сосонок до числа мутовок треба додавати дві одиниці, так як перші два роки мутовки не утворюються. Визначати вік сосни по колотівками порівняно легко до (40-50) років, оскільки з віком сучки нижніх мутовок відмирають і робляться непомітними на стовбурі, зарастая деревиною і корою. До того ж при сприятливих умовах протягом вегетаційного періоду сосна може за один рік давати два і більше приросту, відповідно створюючи дві і більше колотівки.

Сосна утворює ряд форм, що розрізняються кольором шишок, формою Апофіз, будовою крон. У сосни звичайної є форми з пірамідальною та плакучою кроною, із золотистою, сріблястою і білуватою забарвленням хвої у молодих пагонів, з корою пластинчастої і лускатої.

Поширення ареалу сосни в Сибіру займає територію близько 5,7 млн. км 2 на південь від 66 ° с.ш. Далі всього на північ вона проникає по долині ріки Лени (приблизно до 68 ° с.ш.). Найбільш великі масиви високопродуктивних соснових лісів зосереджені в басейні річки Ангари, у верхів'ях Підкам'яної Тунгуски, Іртиша і Обі.

Сосна сибірська мало вимоглива до родючості і вологості грунту (мезоксерофіт, оліготроф). Може рости на надзвичайно сухих грунтах, на яких не можуть рости не тільки інші деревні породи, а й навіть трав'янисті рослини. На сухих і бідних грунтах часто утворює чисті насадження - бори. На родючих грунтах вона зазвичай входить до складу змішаних лісів.

Стовбур і гілки сосни пронизані смоляними ходами, наповненими смолою, яку зазвичай називають «живицею», вона має велике значення для дерева: загоює рани, нанесені йому, відлякує комах шкідників. Живицю добувають шляхом підсочки. Використовують для отримання скипидару, каніфолі і т.д. «Смолистий повітря», багатий озоном і чистий від мікробів, в соснових лісах здавна славиться своїми сприятливими властивостями для здоров'я людини. У медицині широко використовуються соснові бруньки, що збираються навесні до їх розпускання. У нирках містяться смоли, ефірні масла, крохмаль, гіркі і дубильні речовини. Хвоя сосни звичайної в великих кількостях містить вітамін С і каротин. Соснові ліси, завдяки винятковій цінності соснової деревини, є основним об'єктом лісоексплуатації.

Будова деревини

Деревина хвойних порід складається з ранніх і пізніх трахеїдів, серцевинних променів, смоляних ходів, деревної паренхіми. Макроструктурою називають побудова деревини та деревини, видима неозброєним оком або через лупу, а мікроструктурою - видиме під мікроскопом. Зазвичай вивчають три основних розрізу стовбура: поперечний (торцевий), радіальний, що проходить через вісь стовбура, і тангенціальний, що проходить по хорді вздовж стовбура. При розгляді розрізів стовбура дерева неозброєним оком або через лупу можна розрізнити наступні основні його частини: кору, камбій, деревину і серцевину. Серцевина складається з клітин з тонкими стінками, слабко пов'язаних один з одним. Серцевина спільно з деревної тканиною першого року розвитку дерева утворюють серцевину трубку. Це частина стовбура дерева легко загниває і має малу міцність. Кора складається з шкірки або шкірки, пробкової тканини і лубу. Кірка або шкірочка захищає дерево від шкідливих впливів середовища і механічних пошкоджень. Луб проводить поживні речовини від крони в стовбур і коріння. Під луб'яних шаром у зростаючого дерева розташовується тонкий кільцевої шар живих клітин - камбій. Щорічно в вегетативний період камбій відкладає в бік кори клітини лубу і всередину стовбура, в значно великому обсязі, - клітини деревини. Розподіл клітин камбіальних шару починається навесні і закінчується восени. Тому деревина стовбура (частина стовбура від лубу до серцевини) в поперечному зрізі складається з ряду концентричних, так званих річних кілець, розташованих навколо серцевини. Кожне кільце складається з двох шарів: ранньої (весняної) деревини, що утворюється навесні або на початку літа, і пізньої (річної) деревини, яка утворюється в кінці літа. Рання деревина світла і складається з великих, але тонкостінних клітин; пізня деревина більше темного кольору, менш пориста і має велику міцність, тому що складається з мелкополостних клітин з товстими стінками. У процесі росту дерева стінки кліток деревини внутрішньої частини ствола, що примикає до серцевини, постійно змінюють свій склад, одеревеневают і просочуються у хвойних порід смолою, а в листяних - дубильними речовинами. Рух вологи в деревині цій частині стовбура припиняється і вона стає більш міцною, твердою і менш здатною до загнивання. Цю частину стовбура, що складається з мертвих клітин, називають в деяких порід ядром, в інших - стиглої деревиною. Частина більш молодий деревини стовбура ближче до кори, в якій ще є живі клітини, які забезпечують пересування поживних речовин від коренів до крони, називають заболонню. Ця частина деревини має велику вологість, відносно легко загниває, мало міцна, має велику усиханням і схильністю до викривлення. У деревині всіх порід розташовуються серцевинні промені, які служать для переміщення вологи та поживних речовин в поперечному напрямку і створення запасу цих речовин на зимовий час. Деревина легко розколюється за серцевинним променям, по них же вона розтріскується при висиханні.

У більшості хвойних порід, переважно в шарах пізньої деревини, розташовані смолені ходи - міжклітинні простори, заповнені смолою. У деревині листяних порід є дрібні і великі судини, що мають форму трубочок, що йдуть уздовж стовбура. У зростаючому дереві по судинах пересувається волога від коренів до крони. У хвойних порід судин немає, їх функції виконують подовжені замкнуті клітини, звані ранніми трахеідамі. Механічну функцію виконують пізні трахеіди, які утворюються в другу половину вегетаційного періоду. Переміщення в горизонтальному напрямку і зберігання в період спокою запасних поживних речовин відбувається за паренхімних клітин, із яких складаються серцевинні промені. Паренхімні клітини також є елементом будови смоляних ходів і деревної паренхіми. [1]

Трахеіди складають від 90 до 95% обсягу деревини хвойних порід. Типово прозенхімние клітини, мають форму сильно витягнутих волокон з кососрезаннимі кінцями. Трахеіди - мертві клітини, в стовбурі дерева, що росте тільки знову утворюється (останній) річний шар містить живі трахеіди. Їх відмирання починається ще навесні, все більше трахеїдів відмирає до осені, а до середини зими все трахеіди останнього річного шару відмирають. [9]

Форма поперечного перерізу трахеїдів може бути прямокутна, іноді квадратна, п'яти-або шестикутна. Розміри трахеїдів в тангенціальному напрямку у всіх порід практично однакові й становлять від 27 до 32 мкм. Розмір ранніх трахеїдів в радіальному напрямку в два рази більше, ніж у пізніх, і знаходиться в діапазоні від 21 до 52 мкм. Довжина трахеїдів вітчизняних порід становить від 2,5 до 4,5 мм. По довжині ранні та пізні трахеіди майже не відрізняються. Умови зростання впливають на величину трахеїдів, в хороших умовах їх довжина і товщина збільшуються. У річному шарі трахеіди розташовані правильними радіальними рядами. Ранні трахеіди, складові ранню зону річного шару, мають тонкі стінки і великі внутрішні порожнини; у пізніх трахеїдів, складових пізню зону річного шару, стінки товсті, внутрішні порожнини малі. У межах одного річного шару перехід від ранніх трахеїдів до пізніх поступовий. Характерна особливість трахеїдів - наявність облямованих пір, розташованих переважно на радіальних стінках у кінців трахеїдів. Кількість пір у ранніх і пізніх трахеїдів різному. У пізніх трахеїдів пори менших розмірів і в значно меншій кількості. У ранніх трахеїдів пір від 70 до 90 на одну трахеіди, у пізніх від 8 до 25 пір. Вивчаючи будову деревини під мікроскопом, можна побачити, що основну її масу складають клітини веретеноподібної форми, витягнуті уздовж стовбура. Деяка кількість клітин витягнуте в горизонтальному напрямку, тобто поперек основних клітин. Однакові за формою і функціями групи клітин об'єднуються в тканини, що мають різне призначення в житті деревини: провідні, запасаючі, механічні. Жива клітина має оболонку, протоплазму, клітинний сік і ядро. Оболонки клітин складені з декількох шарів дуже тонких волоконець, званих мікрофібрили, які компактно укладені і направлені по спіралях під різним кутом до поздовжньої осі клітини в кожному шарі. Іноді мікрофібрил орієнтовані по зустрічним спіралях. Мікрофібрил складається з довгих ниткоподібних ланцюгових молекул целюлози - високомолекулярного природного полімеру зі складною будовою макромолекул. Макромолекули целюлози еластичні і сильно витягнуті. У клітинній оболонці містяться й інші органічні речовини - лігнін і геміцелюлоза, які розміщуються переважно між мікрофібрили, а також невелика кількість неорганічних речовин у вигляді солей лужноземельних металів.

Таблиця 1 - Вміст різних елементів в деревині хвойних порід

Порода

Вміст,% від загального обсягу деревини


трахеїдів

серцевинних

променів

смоляних

ходів

деревної паренхіми

Сосна (різні види)

91,0-94,0

5,3-8,4

0,5-1,1

-

Ялина (різні види)

92,5-95,0

5,0-7,2

0,2-0,3

-

Хімічний склад

Хімічний склад окремих видів деревних порід, а також їх частин якісно схожий, проте в кількісному змісті окремих компонентів є істотні відмінності. Є й індивідуальні особливості в кількісному змісті окремих компонентів всередині одного виду, пов'язані з віком і умовами виростання. Деревина складається з органічних речовин, до складу яких входять вуглець, водень, кисень і трохи азоту. Абсолютно суха деревина сосни в середньому містить: 49,5% вуглецю; 6,1% водню; 43,0% кисню; 0,2% азоту.

Крім органічних речовин, в деревині є мінеральні сполуки, що дають при згорянні золу, кількість якої коливається в межах (0,2-1,7)%; проте в окремих порід (саксаулу, ядра фісташки) кількість золи досягає (3-3,5 )%. В однієї і тієї ж породи кількість золи залежить від частини дерева, положення в стовбурі, віку та умов зростання. Більше золи дають кора і листя; Деревина гілок містить золи більше, ніж деревина стовбура; наприклад, гілки берези та сосни дають при згорянні 0,64 і 0,32% золи, а стовбурова деревина - 0,16 і 0,17% золи. Деревина верхній частині стовбура дає золи більше, ніж нижня; це вказує на великий вміст золи в деревині молодого віку.

До складу золи входять головним чином солі лужноземельних металів. У золі з деревини сосни, ялини та берези міститься понад 40% солей кальцію, понад 20% солей калію і натрію і до 10% солей магнію. Частина золи від 10до 25% розчинна у воді (головним чином, луги - поташ і сода). За старих часів поташ К 2 СО 3, що вживається у виробництві кришталю, рідкого мила та інших речовин, добували з деревної золи. Зола від кори містить більше солей кальцію (до 50% у ялини), але менше солей калію, натрію і магнію. Вхідні до складу деревини і названі вище основні хімічні елементи (С, Н і О) утворюють складні органічні речовини.

Найголовніші з них утворюють клітинну оболонку (целюлоза, лігнін, геміцелюлози - пентозани і гексозани) і складають 90-95% маси абсолютно сухої деревини. Решта речовини називаються екстрактивними, тобто вилучаються різними розчинниками без помітної зміни складу деревини, з них найбільше значення мають дубильні речовини і смоли. Зміст основних органічних речовин у деревині в деякій мірі залежить від породи. Це видно з таблиці 2

Таблиця 2 - Вміст органічних речовин у деревині різних порід

Органічні речовини

Вміст органічних речовин,% від маси абсолютно сухої деревини


сосни

їли

бука

берези

Розчинні в ефірі .....

4,91

1,87

0,45

1,50

Розчинні в гарячій воді

2,98

3,19

3,41

2,30

Целюлоза, вільна від пентозанів

56,50

55,17

47,75

47,20

Лігнін

27,05

27,00

27,72

19,10

Пентозани

10,45

11,24

23,40

28,70

У середньому можна прийняти, що в деревині хвойних порід міститься (48-56)% целюлози, (26-30)% лігніну, (23-26)% геміцеллюлоз, що містять (10-12)% пентозанів і близько 13% гексозанов; в Водночас деревина листяних порід містить (46-48)% целюлози, (19-28)% лігніну, (26-35)% геміцеллюлоз, що містять (23-29)% пентозанів і (3-6)% гексозанов. З цих таблиці 2 видно, що деревина хвойних порід містить підвищену кількість целюлози і гексозанов, а для деревини листяних порід характерний високий вміст пентозанів. У клітинній оболонці целюлоза знаходиться у сполученні з іншими речовинами. Особливо тісний зв'язок, характер якої до цього часу не ясний, спостерігається між целюлозою і лігніном. Раніше вважали, що лігнін лише механічно домішані до целюлози, а проте останнім часом все більше приходять до переконання, що між ними існує хімічний зв'язок.

Хімічний склад ранньої та пізньої деревини в річних шарах, тобто вміст целюлози, лігніну і геміцеллюлоз, практично однаковий. Рання деревина містить лише більше речовин, розчинних у воді і ефірі-це особливо характерно для модрини. По висоті стовбура хімічний склад деревини змінюється мало. Так, у складі деревини дуба по висоті стовбура не виявлено практично відчутних відмінностей. У сосни, ялини та осики у віці стиглості виявлено незначне збільшення вмісту целюлози і зниження вмісту лігніну і пентозанів в середній по висоті частини стовбура. У деревині гілок сосни, ялини та осики міститься менше целюлози (44-48)%, але більше лігніну і пентозанів. Однак у дуба не виявлено помітних відмінностей в хімічному складі деревини стовбура і великих гілок, лише в дрібних гілках знайдено менше дубильних речовин (8% в стовбурі і 2% у гілках). Різниця в хімічному складі деревини заболоні і ядра річного дуба видно з даних таблиці 3.

Таблиця 3 - Різниця в хімічному складі деревини заболоні і ядра сосни

Частина

деревини

Склад,% від маси в абсолютно сухому стані


целюлози, вільної від пентозанів

лігніну

пентозанів

дубильних

речовин

золи

Заболонь

31,52

22,35

19,47

3,9

0,58

Ядро

32,91

21,07

24,42

10,1

0,20

Як бачимо з таблиці, помітне розходження виявилося тільки у змісті пентозанів і дубильних речовин: у деревині ядра їх більше (а золи менше). Хімічний склад оболонок клітин камбію, знову утворилася деревини і заболоні, сильно різниться: в елементах деревини різко зростає вміст целюлози та лігніну (у ясена з 20,2 до 4,6% у камбії, до 58,3 і 20,9% в заболоні ), але також різко знижується вміст пектинів і протеїнів (з 21,6 і 29,4% в камбії і до 1,58 і 1,37% в заболоні). Вплив умов зростання на хімічний склад деревини вивчено мало.

Зміст целюлози в деревині сосни зменшується в міру погіршення грунтових умов: в лісостанах I бонітету - 58%; III бонітету - 56,8%; IV бонітету - 52,9% і V бонітету-51,5%; аналогічне явище виявлено і для деревини їли: в лісостанах III бонітету - 52,1% і IV бонітету 48,5%.

Целюлоза - природний полімер, полісахарид з довгою ланцюгової молекулою. Загальна формула целюлози (C 6 H 10 O 5) n, де n ступінь полімеризації складає від 6000 до 14000. Це дуже стійка речовина, нерозчинна у воді і звичайних органічних розчинниках (спирті, ефірі і інших), білого кольору. Пучки макромолекул целюлози - найтонші волоконця називаються мікрофібрили. Вони утворюють целюлозний каркас стінки клітини. Мікрофібрил орієнтовані переважно уздовж довгої осі клітини, між ними знаходиться лігнін, геміцелюлози, а також вода. Целюлоза складається з довгих ланцюгових молекул, утворених повторюваними ланками, що складаються з двох глюкозних залишків. Кожна пара пов'язаних між собою глюкозних залишків називається целлобіозой. Глюкозні залишки утворюються після виділення молекули води при з'єднанні молекул глюкози в процесі біосинтезу полісахариду целюлози. У целлобіозе глюкозні залишки повернені на 180 0, перший вуглецевий атом одного з них пов'язаний з четвертим вуглецевим атомом сусіднього ланки. [1]

Розглядаючи целюлозу на молекулярному рівні, можна сказати, що макромолекула її має вигляд витягнутої неплоскою ланцюга, утвореної різними структурами ланок. Наявність різних ланок пов'язано зі слабкими внутрішньомолекулярними зв'язками між гідроксильними групами (ОН-ОН) або між гідроксильною групою і киснем (ОН - О).

Целюлоза на 70% володіє кристалічною структурою. У порівнянні з іншими лінійними полімерами целюлоза має особливі властивості, що пояснюється регулярністю будови ланцюга макромолекули і значними силами всередині-і міжмолекулярної взаємодії.

При нагріванні до температури розкладання целюлоза зберігає властивості скловидного тіла, тобто їй притаманні в основному пружні деформації. Целюлоза - хімічно стійке речовина, вона не розчиняється у воді та більшості органічних розчинників (спирті, ацетоні і ін.) При дії лугів на целюлозу протікають одночасно фізико-хімічні процеси набухання, перегрупування і розчинення низькомолекулярних фракцій. Целюлоза мало стійка до дії кислот, що зумовлено глюкозидним зв'язками між елементарними ланками. У присутності кислот відбувається гідроліз целюлози з руйнуванням ланцюгів макромолекул. Целюлоза - це речовина білого кольору, щільністю від 1,54 до 1,58 г / см 3. [3]

Поняттям геміцелюлоза об'єднується група речовин, близьких за хімічним складом до целюлозі, але відрізняються від неї здатністю легко гидролизоваться і розчинятися в розбавлених лугах. Геміцелюлози є переважно полісахариди: пентозани (C 5 H 8 O 4) n і гексозани (C 6 H 10 O 5) n з п'ятьма або шістьма атомами вуглецю в основній ланці. Ступінь полімеризації геміцеллюлоз (n = 60-200) значно менше, ніж целюлози, тобто ланцюжки молекул коротше. При гідролізі полісахаридів геміцеллюлоз утворюються прості цукри (моносахариди); гексозани переходять в гексози, а пентозани - у пентози. Зазвичай з деревини не отримують геміцеллюлоз у вигляді товарних продуктів. Однак при хімічної переробки деревини вони широко використовуються для одержання багатьох цінних речовин. Наприклад, при нагріванні деревини з двенадцатіпроцентной соляною кислотою майже всі пентозани (93-96)% переходять на прості цукру - пентози - і після відщеплення від кожної молекули моносахарида трьох молекул води утворюється фурфурол - продукт, широко застосовуваний у промисловості. У зростаючому дереві гексозани - запасні речовини, а пентозани виконують механічну функцію [2].

Крім вуглеводів (целюлози і геміцелюлози), до складу клітинної оболонки входить ароматичне з'єднання - лігнін, яке відрізняється високим вмістом вуглецю. Целюлоза містить 44,4% вуглецю, а лігнін (60-66)%. Лігнін менш стійкий, ніж целюлоза, і легко переходить в розчин при обробці деревини гарячими лугами, водними розчинами сірчистої кислоти або її кислих солей. На цьому грунтується отримання технічної целюлози. Лігнін виходить у вигляді відходів при варінні сульфітної та сульфатної целюлози, при гідролізі деревини. Що міститься в чорних лугах лігнін в основному спалюється при регенерації.

Лігнін використовується як пилоподібного палива, замінника дубильних речовин, у виробництві закріп формувальних земель (у ливарної промисловості), пластичних мас, штучних смол, для отримання активованого вугілля, ваніліну та іншого. Однак питання про повне кваліфікованому хімічному використанні лігніну поки ще не вирішено. З інших органічних речовин, що містяться в деревині, найбільше промислове використання отримали смоли і дубильні речовини.

Під смолою увазі гідрофобні речовини, розчинні у нейтральних неполярних розчинниках.

Цю групу речовин прийнято ділити на нерозчинні у воді смоли (рідкі та тверді) і камедесмоли, що містять розчинні у воді камеді. Серед рідких смол найбільше значення має живиця, яку отримують з деревини (іноді з кори) хвойних порід у результаті підсочки. Підсочка сосни і кедра ведеться наступним чином. Восени на очищеному від грубої кори ділянці стовбура спеціальними інструментами проводиться вертикальний жолобок, а з настанням теплої погоди навесні систематично знімаються спрямовані під кутом 30 ° до жолобку смужки кори і деревини та утворюються так звані подновкі. Глибина подновок зазвичай (3-5) мм. Рана, що наноситься дереву при підсочці, називається Карром.

З перерізаних смоляних ходів живиця, що знаходиться під тиском (10 - 20) атмосфер, витікає в подновкі і по жолобку направляється в приймач. Після нанесення чотирьох-п'яти подновок з конічного приймача сталевий лопаточкою вибирають живицю. Для збільшення виходу живиці застосовують хімічні стимулятори (хлорне вапно або сірчану кислоту), якими обробляють свежевскритую поверхню деревини.

Підсочка їли ведеться шляхом нанесення Карр у вигляді вузьких поздовжніх смуг. Для отримання живиці з модрини просвердлюють канали углиб стовбура до зустрічі з великими смоляними «кишенями», які часто утворюються в нижній частині стовбура. Модринова живиця високо цінується і застосовується в лакофарбовій промисловості для виготовлення кращих сортів лаків і емалевих фарб. Піхтова живиця видобувається з «пухирів», що утворюються в корі. Живицю з проколотих «пухирів» видавлюють в переносні приймачі. Піхтова живиця нагадує за своїми властивостями канадський бальзам і знаходить застосування в оптиці, мікроскопічної техніки тощо.

У найбільших кількостях видобувається соснова живиця, яка представляє собою прозору смолистую рідина з характерним сосновим запахом. На повітрі живиця твердне і перетворюється на тендітну білясті масу - Баррас. Отримана в результаті підсочки соснова живиця містить приблизно 75% каніфолі і 19% скипидару, інше становить вода. Живицю можна розглядати як розчин твердих смоляних кислот (каніфоль) в рідкому терпентінное маслі (скипидар). Переробка живиці здійснюється на каніфольно-терпентінное заводах і полягає в отгонке з водяною парою летючої частини - скипидару. Залишається нелетких частина являє собою каніфоль.

Скипидар і каніфоль можна отримувати шляхом екстракційної переробки пневого осмолу - ядрової частини соснових пнів, що збагатилися смолою за рахунок отгніванія малосмолістой заболоні. Як розчинник найчастіше використовують бензин. Отриманий екстракт піддають разгонке. Розчинник і скипидар відганяються, а каніфоль залишається. Екстракційні продукти поступаються за якістю скіпідару і каніфолі, отриманим з живиці. Скипидар знаходить широке застосування як розчинник у лакофарбовій промисловості, для виробництва синтетичної камфори та інших продуктів. Камфора у великих кількостях використовується як пластифікатор у виробництві целулоїду, лаків та кіноплівки.

Основний споживач каніфолі - миловарна промисловість, де вона використовується для виготовлення господарського мила. У великій кількості використовується каніфольний клей для проклейки паперів. Гліцериновий ефір каніфолі вводять до складу нітролаків для додання плівці блиску. Каніфоль використовується для приготування електроізоляційних матеріалів, у виробництві синтетичного каучуку та ін Велике промислове значення має камедь модрини. Камедь екстрагується з подрібненої деревини кислою водою (концентрація оцтової кислоти 0,2%) при температурі 30 °. Після упарювання до концентрації (60-70)% отримують товарний продукт. Застосовують її у текстильному виробництві для виготовлення фарб, у поліграфічній, паперової промисловості. [2]

Поняттям дубильні речовини або таннідов об'єднуються всі речовини, які мають властивості дубіть сиру шкіру, надаючи їй стійкість проти гниття, еластичність, здатність не розбухати. Найбільш багата дубильними речовинами деревина ядра дуба від 6 до 11% та каштана від 6 до 13%. У корі дуба, їли, верби, модрини та ялиці міститься від 5 до 16% таннідов. У наростах на листі дуба - галлів міститься від 35% до 75% таннідов (однієї з різновидів дубильних речовин). У листі і коренях бадану зміст таннідов становить (15-25)%.

Таннідов розчиняються у воді і спирті, мають терпким смаком, при з'єднанні з солями заліза дають темно-синє забарвлення, легко окислюються. Дубильні речовини екстрагують гарячою водою з подрібненої деревини і кори. Товарним продуктом є або рідкий, або сухий екстракт, який отримують після упарювання розчину у вакуум-апараті та сушіння. З деревних рослин можна отримувати також ефірні масла, лакторезіни і фарбувальні речовини.

Ефірні олії відносять до групи терпенойди (ізопренойди) - вуглеводні побудовані з різної кількості ізопреновий одиниць.

З хвої і шишок різних видів ялиці видобувають ялицеве ​​масло, що представляє собою прозору, безбарвну ароматичну рідину, що швидко випаровується на повітрі. Хвоя сибірської ялиці містить від 0,63 до 3%, а хвоя кавказької ялиці 0,2% пихтового масла. Ялицева масло має застосування у фармацевтичному виробництві, в парфумерії і для приготування лаків. Летючі ефірні масла хвойних порід сосни, ялини, туї західної, володіють властивостями фитонцидности, тобто здатність вбивати мікробів, що знаходяться в повітрі або у воді.

Бруньки сосни містять ефірну олію, смоли, крохмаль, дубильні речовини, пініпікрін. У хвої багато аскорбінової кислоти, дубильних речовин, а також містяться алкалоїди, ефірна олія. У живиці до 35% ефірного масла та смоляні кислоти. У медицині бруньки сосни застосовуються у вигляді настою, настоянки, відвару, екстракту як відхаркувальний, сечогінний, дезінфікуючий, протизапальний і протицинговий засіб. Бруньки сосни є складовою частиною грудного збору; в поєднанні з хвойними голками у вигляді настою і екстракту можуть бути застосовані для приготування хвойних ванн. Полипренолов - активний компонент соснової хвої має антисеротонінергічні дією. З хвойних голок готують концентрати і настої, що застосовуються при цинзі, а також для лікувальних ванн. Екстракт соснових бруньок має бактерицидні властивості по відношенню стафілокока, шигел і кишкової палички. Скипидар входить до складу мазей, лініментів, вживаних при невралгіях, міозитах, для розтирань. Його призначають всередину і для інгаляцій при бронхітах, бронхоектазів. Дьоготь має дезінфікуючу і інсектицидними властивостями, надає місцеву подразнюючу дію. Він використовується у вигляді мазі для лікування шкірних захворювань і ран. Кора містить дубильні речовини. Живиця з кори кедрової сосни містить скипидар і каніфоль.

Лакторезіни - чумацькі соки деяких рослин, близькі до смолам. До них відносяться каучук і гутаперча. Каучук видобувається з кори дерева Hevea brasiliensis і являє собою аморфну ​​масу від жовтого до темного кольору, розчинну в сірковуглеці, хлороформі, ефірі і скипидарі. Гутаперчу отримують з деяких тропічних деревних порід (наприклад, Isonandra gutta Hook та інших). З російських порід гутаперчу містять в корі коренів (до 7%) бересклет бородавчастий і європейський. Очищена гутаперча являє собою тверду масу бурого кольору, легко розчинну в сірковуглеці, хлороформі і скипидарі. З неї виготовляють кліше для малюнків, ізоляцію електричних кабелів і інше.

Барвники можуть перебувати як у деревині, так і в корі, листках і коренях. У деревині зустрічаються фарбувальні речовини червоного, жовтого, синього та коричневого кольорів. З виростають в нашій країні порід для фарбування тканин і пряжі в жовтий колір місцеве населення на Кавказі використовує деревину маклюри, шовковиці, скумпії, кору граба, сумаха і хмелеграб, для фарбування в червоний колір - суху кору крушини, в коричневий - деревину скумпії, шкірку волоського горіха та інше.

Хімічний склад кори дерев різко відрізняється від хімічного складу деревини (ксилеми). Потрібно також відзначити, що внутрішня і зовнішня частини кори, які мають різне функціональне призначення і відповідно будова, істотно відрізняються один від одного і за складом. Але досить часто аналіз хімічного складу кори робиться без поділу її на луб і кірку.

Відмінною особливістю хімічного складу кори є високий вміст екстрактивних речовин і наявність якихось специфічних компонентів, що не видаляються нейтральними розчинниками. Послідовним екстрагуванням розчинниками зі зростаючою полярністю з кори різних видів витягають від 15 до 55% його маси. Наступна обробка однопроцентним розчином NaOH додатково розчиняє від 20 до 50% маси. У результаті таких почергових обробок деревна кора втрачає від 10 до 75% власної маси. При цьому з кори видаляються не тільки деяка частина геміцелюлози, але й такі специфічні складові, як суберіном та поліфенольні кислоти кори, які не можна відносити до екстрактивним речовин. Особливості будови та хімічного складу кори викликають певні труднощі при її аналізі і вимагають модифікування методик, розроблених для аналізу деревини, а саме, введення додаткових попередніх обробок водним і спиртовим розчинами і фоксіда натрію. В іншому випадку наявність суберіна і поліфенольних кислот може призвести до значного завищення результатів визначення холоцеллюлози і лігніну. Кора якщо порівнювати з деревиною містить більше мінеральних речовин (1,5-5,0)%. Іноді це обумовлено відкладенням в корі кристалів карбонатів. Зольність кори в значній мірі залежить від умов зростання дерева (складу і вологості грунту та іншого.).

Масова частка холоцеллюлози в корі приблизно в два рази менше, ніж у деревині, при цьому в лубі її зміст вище, ніж у шкірці. Целюлоза в корі, як і в деревині, є головним полисахаридом, але на відміну від деревини її не можна назвати переважаючим компонентом кори У літературі для масової частки целюлози в непроекстрагірованних зразках кори наводяться значення від 10 до 30%.

Як і в деревині, головні геміцелюлози кори хвойних порід - глюкоманнани і ксилана, а листяних - ксилана. У стінках пробкових клітин знайдений глюкан - каллоза. Каллоза з'являється і під флоема як речовина, що закупорює сітовідние платівки. Звертає на себе увагу досить велика масова частка уронових кислот в корі, особливо в тканинах лубу, що пов'язують з високим вмістом пектинових речовин. З цим узгоджується значно більшу кількість водорозчинних полісахаридів в корі порівняно з деревиною Склад пектинових речовин кори істотно не відрізняється від складу цих речовин у деревині. Відзначають тільки більш високий вміст арабінози.

Як уже підкреслювалося, потрібно обережно ставитися до наявних в літературі даними по визначенню лігніну та інших компонентів у корі. Наприклад, для сосни ладанної (Pinus taeda) інтервал результатів визначення лігніну в корі дуже широкий: від 20,4 до 52,2%. Відмінності можуть бути обумовлені впровадженням різних способів підготовки зразків кори до аналізу і проведення самого аналізу.

Лігнін в тканинах кори розподілений менш рівномірно, ніж в деревині. Зовнішній шар кори найбільш лігніфіцірован, ніж внутрішній. Найбільш лігніфіціровани стінки кам'янистих клітин. Лігнін також міститься в стінках волокон і деяких типів паренхімних клітин флоеми і кірки. Розподіл лігніну серед різних видів клітин в корі має сильні видові відмінності. Лігнін кори найбільш конденсувати, ніж у деревині цієї ж деревної породи, що в якійсь мірі підтверджується даними по делігніфікації кори. Кора важче делігніфіціруется, ніж деревина.

Характерним компонентом зовнішнього шару кори є суберіном продукт сополіконденсаціі, головним чином, вищих (С16-С24) насичених і одноненасищенних аліфатичних а, дикарбонових кислот з гідроксикислот (останні можуть бути додатково гідроксильованих). Участь у поліконденсації мономерів з трьома і більш багатофункціональними групами (карбоксильними, гідроксильними) призводить до утворення складного поліефіру з сітчастою структурою. Деякі дослідники припускають існування і простих ефірних зв'язків. У результаті суберіном неможливо виділити з кори в незміненому вигляді, так як він не екстрагується нейтральними розчинниками, а складноефірні зв'язку роблять його дуже лабільним компонентом. З кори суберіном виділяють у вигляді суберінових мономерів після омилення водним або спиртовим розчинами лугу і розкладання утворився суберінового мила мінеральної кислотою.

Суберіном міститься в перідерме, в тому числі і в рановий. Він локалізується в коркових клітинах, що є складовою частиною клітинної стінки. Коркові тканини коркового дуба містять (42-46)% суберіна, бразильського тропічного дерева паосанта (Kielmeyera coriacea) - 45%, а пробкові клітини берези бородавчастої - 45% суберіна. Масова частка суберіна в зовнішньому шарі кори зрідка перевищує (2-3)%, але є деревні породи, що відрізняються високим вмістом суберіна. У перерахованих вище деревних породах суберіновие мономери складають (2-40)% маси зовнішньої частини кори. Характерною особливістю коркової тканини берези - бересту є накопичення поряд з суберіном тритерпенового спирту - бетуліном. Склад суберінових мономерів дуже різноманітний. Крім згаданих вище дикарбонових і гідроксикислот, до складу суберінових мономерів входять одноосновні жирні кислоти, одноатомні вищі жирні спирти (до 20% маси суберіна), фенольні кислоти, ділігноли (димери фенілпропанових одиниць) та інші.

Як вже зазначалося, обробкою попередньо проекстрагірованной нейтральними розчинниками кори однопроцентним водним розчином NaOH витягається до (15-50)% матеріалу, що представляє собою групу фенольних речовин, що володіють кислими властивостями. Це дало привід назвати їх поліфенольними кислотами. Однак у них виявлені не карбоксильні, а карбонільні групи. Після осадження з лужного розчину лодкісленіем мінеральними кислотами поліфенольні кислоти стають частково розчинними у воді і полярних органічних розчинниках. По всій імовірності, «поліфенольні кислоти" - полімерні речовини флавоноїдного типу, родинні конденсованим таніну і здатні тому в лужному середовищі зазнавати перегрупування з появою карбонільних груп.

Істотні відмінності в будові і хімічному складі кори і деревини обумовлюють необхідність роздільної переробки цих складових частин біомаси дерева як з технологічної, так і з економічної точок зору. Проте існуючі методи видалення кори (окорки) взаємодіє з втратами деревини. У відходах окорки поряд з корою міститься значна кількість деревини, що ускладнює хімічну переробку такої сировини. Різноманітність представлених в корі хімічних сполук робить привабливою ідею вилучення найбільш цінних компонентів. Розвиток даного напряму утилізації кори стримується відносно низьким вмістом видобутих компонентів. Внаслідок цього основні напрямки переробки кори все ще обмежені її утилізацією як органічного матеріалу в якості палива, в сільському господарстві і т.п. Рідкісні приклади використання кори окремих деревних порід для виділення дубильних речовин, виробництва пробки, отримання дьогтю (з берести берези) і виділення з кори дерев, що ростуть ялиці пихтового бальзаму не покращують, на жаль, загальну картину неефективного використання містяться в корі цінних органічних сполук.

1.3 Фізичні властивості

Фізичними називають такі властивості деревини, які спостерігаються при взаємодії її із зовнішнім середовищем і не призводять до зміни складу і цілісності деревини. Дані властивості характеризуються зовнішнім виглядом деревини (колір, блиск, текстура), щільністю, вологістю, гігроскопічністю, теплоємність і іншими.

1 Властивості, що визначають зовнішній вигляд деревини. З-поміж таких властивостей відзначимо її колір, блиск і текстуру. Колір деревини надзвичайно різноманітний. Він залежить від породи дерева і клімату. Як правило, деревні породи помірного поясу мають бліде забарвлення, а породи тропічного поясу - яскраву. Так, деревина сосни, ялини, осики, берези забарвлена ​​слабо, а породи теплої зони (дуб, горіх, самшит, біла акація) мають більш інтенсивне забарвлення. Інтенсивність забарвлення підвищується з віком дерева. Деревина змінює своє забарвлення також під впливом світла і повітря. Деякі породи дерева мають блиском. Блиск деревини залежить від ступеня розвиненості серцевинних променів. У радіальному розрізі блиском володіють такі породи, як клен, бук, біла акація, червоне дерево. Сильно розвинуті серцевинні промені дуба в радіальному розрізі дають блискучі плями. Текстура деревини являє собою малюнок в радіальному або тангенціальному розрізі і залежить від будови деревини. Вона складається з ясно помітних великих судин, широких серцевинних променів, річних шарів, напрямку волокон. Чим складніше будова деревини, тим різноманітніше її текстура. Гарною текстурою в радіальному розрізі мають породи дуба і бука, а в тангенціальному розрізі - ясен, каштан, горіх, дуб, модрина. Запах деревини залежить від перебування в ній смоли, ефірних масел, дубильних та інших речовин. Характерний запах смоли мають хвойні породи - сосна, ялина. Дуб має запах дубильних речовин. У свежесрубленном стані деревина має більш сильним запахом, ніж після висихання.

2 Гігроскопічність і вологість. Деревина, маючи волокниста будова і велику пористість від 30 до 80%, володіє величезною внутрішньою поверхнею, яка легко збирає водяні пари з повітря (гігроскопічність). Вологість, яку набуває деревина в результаті тривалого перебування на повітрі з постійною температурою і вологістю, називається рівноважною вологістю. Вона буває у той момент, коли пружність парів над поверхнею деревини виявляється рівною пружності парів навколишнього її повітря. По змісту вологи розрізняють мокру деревину - з вологістю до 100% і більше; свіжозрубану - 35% і вище; повітряно-суху - (15-20)%; комнатно-суху - (8-12)% і абсолютно суху деревину, висушену до постійної маси при температурі 100-105 ° С. Вода в деревині може перебувати в трьох станах - вільному, фізично зв'язаному і хімічно зв'язаному. Вільна або капілярна вода заповнює порожнини клітин і судин і міжклітинні простори. Пов'язана або гігроскопічна вода знаходиться в стінках клітин і судин деревини у вигляді найтонших гідратних оболонок на поверхні дрібних елементів, що складають стінки клітин. Вологість деревини, коли стінки клітин насичені водою, а порожнини і міжклітинні простори вільні від води, називається приделом гігроскопічної вологості. Для деревини різних порід вона коливається від 23 до 35% (в середньому 30%) від маси сухої деревини. Гігроскопічна вода, покриваючи поверхню дрібних часток у стінках клітин водними оболонками, збільшує і розсовує їх. При цьому обсяг і маса деревини збільшуються, а міцність знижується. Вільна вода, накопичуючись в порожнинах клітин, суттєво не змінює відстань між елементами деревини і тому не впливає на її міцність і обсяг, збільшуючи лише масу і теплопровідність.

3 Усушка і розбухання. Усушка деревини із зменшенням її лінійних розмірів і об'єму відбувається тільки при випаровуванні гігроскопічної вологи, але не капілярної. Однак при випаровуванні гігроскопічної вологи відбувається лінійне скорочення і, навпаки, при поглинанні гігроскопічної вологи - розбухання. Усушка деревини внаслідок неоднорідності її будови у різних напрямках неоднакова. Вздовж волокон лінійна усушка для більшості деревних порід не перевищує 0,1%, у радіальному напрямку - (3-6)%, а в тангенціальному - (7-12)%. Це супроводжується виникненням внутрішніх напружень в деревині, що може викликати її викривлення і розтріскування. Викривлення може бути поздовжнім і поперечним. При розбуханні деревини внаслідок поглинання води, просочуються оболонки клітин, вона збільшується в об'ємі. Розбухання деревини неоднаково в різних напрямках: уздовж волокон (0,1-0,8)%, у радіальному напрямку (3-5)% і тангенціальному - (6-12)%. При зволоженні, в результаті насичення оболонок клітин водою, деревина збільшується у вазі та об'ємі. Після подальшого насичення деревини водою волога насичує порожнини клітин і простір між ними. При цьому вага деревини змінюється. А обсяг не збільшується.

4 Щільність і об'ємна маса. Так як у складі всіх деревних порід переважає одне і теж речовина - целюлоза, щільність їх деревини приблизно однакова і становить у середньому 1,54 г / см 3. Об'ємна маса деревини різних порід і навіть однієї і тієї ж породи залежить від будови і пористості дерева, що росте, змінюються від клімату, грунту, затіненості та інших природних умов. У більшості деревних порід в абсолютно сухому стані вона менше 1 г / см 3. З підвищенням вологості об'ємна маса деревини збільшується, тому характеристика деревини по об'ємній масі завжди проводитися при однаковій вологості. Відповідно до Госту об'ємну масу деревини прийнято визначати при вологості в момент випробування 11-13%, а також в абсолютно сухому стані. По об'ємній масі при вологості 12% деревні породи поділяються на групи: малої щільності (540 кг / м 3), середньої щільності (550-740 кг / м 3.), Високої щільності (750 кг / м 3).

5 Теплопровідність. Теплопровідністю деревини називається її здатність проводити тепло через всю товщу від однієї поверхні до іншої. Теплопровідність сухої деревини незначна, що пояснюється пористістю її будови. Коефіцієнт теплопровідності деревини (0,12-0,39) Вт / (м * град). Порожнини, міжклітинні і внутрішньоклітинні простору в сухій деревині заповнені повітрям, який є поганим провідником теплоти. Завдяки низькій теплопровідності деревина набула широкого поширення в будівництві. Щільна деревина проводить теплоту дещо краще рихлою. Вологість деревини підвищує її теплопровідність, тому що вода в порівнянні з повітрям є найкращим провідником теплоти. Крім того, теплопровідність деревини залежить від напрямку її волокон і породи. Наприклад, теплопровідність деревини вздовж волокон приблизно вдвічі більше, ніж впоперек.

6 звукопровідність. Властивість матеріалу проводити звук називається звукопровідністю. Вона характеризується швидкістю поширення звуку в матеріалі. У деревині швидше за все звук поширюється вздовж волокон, повільніше - в радіальному і дуже повільно - в тангенціальному напрямках. Звукопровідність деревини в поздовжньому напрямку в 16 разів, а в поперечному у три-чотири рази більше звукопровідності повітря. Це негативна властивість деревини вимагає при влаштуванні деревних перегородок, підлог і стель застосування звукоізолюючих матеріалів. Звукопровідність деревини та її здатність резонувати (підсилювати звуки без спотворення струму) широко використовується при виготовленні музичних інструментів. Підвищена вологість деревини знижує її звукопровідність.

7 Електропровідність. Електропровідність деревини характеризується її опором проходженню електричного струму. Електропровідність деревини залежить від породи, температури, спрямування волокон і вологості. Електропровідність сухої деревини незначна, це дозволяє застосовувати її як ізоляційний матеріал. При збільшенні вологості в діапазоні від 0 до 30% електричний опір падає в мільйони разів, а при збільшенні вологості понад 30% - у десятки разів. Електричний опір деревини вздовж волокон менше в кілька разів, ніж поперек волокон, підвищення температури деревини призводить до зменшення її опору приблизно в два рази.

8 Властивості деревини, що проявляються під впливом електромагнітних випромінювань. Поверхневі зони деревини можуть ефективно прогріватися за допомогою невидимих ​​інфрачервоних променів. Значно глибше - до (10-15) см - проникають в деревину промені видимого світла. За характером відображення світлових променів можна оцінювати наявність видимих ​​вад деревини. Світлове лазерне випромінювання пропалює деревину і останнім часом успішно використовується для випалювання деталей складної конфігурації. Ультрафіолетові промені проникають набагато гірше в деревину, але викликають світіння - люмінесценцію, яке може бути використане для визначення якості деревини. Рентгенівські промені використовуються для визначення особливостей тонкої будови деревини, виявлення прихованих пороків і в інших випадках. З ядерних випромінювань можна відзначити бета-випромінювання, які використовуються при денсиметром зростаючого дерева. Набагато ширше можуть застосовуватися гамма-випромінювання, які глибше проникають в деревину і використовуються при визначенні її щільності, виявленні гнилей в рудничної стійці і конструкціях.

1.4 Механічні властивості

Механічні властивості характеризують здатність деревини чинити опір впливу зовнішніх сил (навантажень). За характером дії сил розрізняють навантаження статичні, динамічні, вібраційні і довготривалі. Статичними називають навантаження, зростаючі повільно і плавно. Динамічні, або ударні, навантаження діють на тіло миттєво і в повну силу. Вібраційними називають навантаження, у яких змінюються і величина, і напрямок, Довготривалі навантаження діють протягом дуже тривалого часу. Під дією зовнішніх сил у деревині порушується зв'язок між окремими її частинами і змінюється форма. З-за опору деревини зовнішніх навантажень в деревині виникають внутрішні сили. До механічних властивостей деревини відносяться міцність, твердість, деформативність, ударна в'язкість.

1 Міцність. Міцністю називається здатність деревини чинити опір подразнення під дією механічних навантажень. Міцність деревини залежить від напрямку діючих навантажень, породи. Вона характеризується межею міцності - напругою, при якому руйнується зразок. Істотний вплив на міцність деревини робить тільки пов'язана волога, що міститься в клітинних оболонках. При збільшенні зв'язаної вологи міцність деревини зменшується (особливо при вологості (20-25)%. Подальше підвищення вологості за межу гігроскопічності (30%) не робить впливу на показники міцності деревини. Крім вологості на показники механічних властивостей деревини впливає і тривалість дії навантажень. Тому при проведенні випробувань деревини дотримується заданої швидкості навантаження на кожен вид випробування. Розрізняють основні види дій сил: розтяг, стиск, вигин, сколювання. Межа міцності при розтягуванні. Середня величина придела міцності при розтягуванні вздовж волокон для всіх порід становить 130 МПа. На міцність при розтягуванні вздовж волокон дуже впливає будову деревини. Навіть невелике відхилення від правильного розташування волокон викликає зниження міцності. Міцність деревини при розтягуванні поперек волокон дуже мала і в середньому становить 1 / 20 границі міцності при розтягуванні вздовж волокон, тобто 6,5 МПа. Тому деревина майже не застосовується в деталях, що працюють на розтяг поперек волокон. Міцність деревини поперек волокон має значення при розробці режимів різання і режимів сушіння деревини. Межа міцності при стискуванні. Розрізняють стиснення вздовж і впоперек волокон. При стисненні вздовж волокон деформація виражається в невеликому вкороченні . Руйнування при стисканні починається з поздовжнього вигину окремих волокон; у вологих зразках і зразках з м'яких і в'язких порід воно проявляється як зминання торців і випинання боків, а в сухих зразках і у твердій деревині викликає зсув однієї частини зразка щодо іншої. Міцність деревини при стисканні поперек волокон нижча, ніж уздовж волокон, приблизно у вісім разів. При стисненні поперек волокон не завжди можна точно встановити момент руйнування деревини і визначити величину руйнування вантажу. Деревину випробовують на стиск поперек волокон в радіальному і тангенціальному напрямках. Межа міцності при статичному вигині. При вигині, особливо при зосереджених навантаженнях, верхні шари деревини відчувають напругу стиснення, а нижні - розтягнення вздовж волокон. Приблизно по середині висоти елемента проходить площина, в якій немає ні напруження стиснення, ні напруги розтягнення. Цю площину називають нейтральною; в ній виникають максимальні дотичні напруги. Межа міцності при стисненні менше, ніж при розтягуванні, тому руйнування починається в розтягнутій зоні і виражається у розриві крайніх волокон. Межа міцності деревини залежить від породи і вологості. При вигині в два рази більше межі міцності при стисненні вздовж волокон. Міцність деревини при зсуві. Зовнішні сили викликають переміщення однієї частини деталі по відношенню до іншої, називаються зрушенням. Розрізняють три випадки зсуву: сколювання уздовж волокон, поперек волокон і перерізання. Міцність при деформуючих вздовж волокон складає 1 / 5 міцності при стисненні вздовж волокон. Межа міцності при деформуючих поперек волокон приблизно в два рази менше межі міцності при деформуючих вздовж волокон. Міцність деревини при деформуючих поперек волокон в чотири рази вище міцності при деформуючих вздовж волокон. Опір деревини сколюванню. Раскаливаемостью називається здатність деревини під дією клину розділятися на частини вздовж волокон. Розколювання деревини за дії сили і характеру руйнування нагадує розтяг поперек волокон, що у цьому випадку є позацентровому, тобто результатом дії розтягування і вигину. Розтягування може проходити по радіальній і тангенціальною площинах. Опір по радіальній площині у деревини листяних порід менше, ніж по тангенціальною. Це пояснюється впливом серцевинних променів. У хвойних порід, навпаки, сколювання по тангенціальною площині менше, ніж за радіальною. При тангенціальному розколюванні у хвойних порід руйнування відбувається по ранній деревині, міцність якої значно менше міцності пізньої деревини.

2 Твердість. Твердістю називається здатність деревини чинити опір впровадженню в неї більш твердих тіл. Твердість торцевої поверхню вище тангенціальною і радіальної на 30% у листяних породи на 40% - у хвойних. На величину твердості впливає вологість деревини. При зміні вологості на 1% торцева твердість змінюється на 3%, а тангенціальна і радіальна - на 2%. За ступенем твердості всі деревні породи при 12% - ної вологості можна розділити на три групи:

А) м'які (торцева твердість 38,6 МПа і менше) - сосна, ялина, кедр, ялиця, тополя, липа, осика, вільха;

Б) тверді (торцева твердість від 338,6 до 82,5 МПа) - модрина сибірська, береза, бук, в'яз, ільм, карагач, клен, яблуня, ясен;

В) дуже тверді (торцева твердість більше 82,5 МПа) - акація біла, береза ​​залізна, граб, кизил, самшит.

Твердість деревини має істотне значення при обробці її ріжучими інструментами: фрезеруванні, розпилюванні, лущенні, а також у тих випадках, коли вона піддається стиранню при влаштуванні підлог, сходів перил.

3 Зносостійкість. Зносостійкість - здатність деревини чинити опір зносу, тобто поступового руйнування її поверхневих зон при терті. Випробування на зносостійкість деревини показали, що знос з бічних поверхонь значно більше, ніж з поверхні торцевого розрізу. З підвищенням щільності і твердості деревини знос зменшився. У вологої деревини знос більше, ніж у сухої.

4 Здатність утримувати кріплення. Унікальною властивістю деревини є здатність утримувати кріплення: цвяхи, шурупи, скоби, милиці та ін При забиванні цвяха в деревину виникають пружні деформації, які забезпечують достатню силу тертя, що перешкоджає висмикування цвяха. Зусилля, необхідне для висмикування цвяха, забитого в торець зразка, менше зусилля, що додається до цвяха, забитому поперек волокон. З підвищенням щільності опір деревини висмикування цвяха або шурупа збільшується. Зусилля, необхідні для висмикування шурупів (за інших рівних умов), більше, ніж для висмикування цвяхів, так як в цьому випадку до тертя приєднується опір волокон перерізання й розриву.

5 Здатність гнутися. Технологічна операція гнуття деревини заснована на її здатності порівняно легко деформуватися при дії уникають зусиль. Здатність гнутися вище у кольцесосудістих порід - дуба, ясена та інших, а з неуважно-судинних - бука. Хвойні породи мають нижчу здатність до загину. Гнуттю піддають деревину, що знаходиться в нагрітому і вологому стані. Це збільшує піддатливість деревини і дозволяє внаслідок утворення заморожених деформацій при наступному охолодженні і сушці під навантаженням зафіксувати нову форму деталі.

36


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Сільське, лісове господарство та землекористування | Реферат
146.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Загальна характеристика відділу голонасінних Біологія хвойних Чергування поколінь у сосни звич
Характеристика властивостей нобеля
Лишайники Загальна характеристика Особливості зовнішньої та внутрішньої будови та процесів жит
Лишайники Загальна характеристика Особливості зовнішньої та внутрішньої будови та процесів жит 2
Характеристика загальних властивостей мікроорганізмів
Характеристика асортименту та споживчих властивостей прянощів
Загальна характеристика хімічних властивостей Купруму
Характеристика функціональних і ергономічних властивостей товарів
Характеристика асортименту та споживчих властивостей чоловічих рукавичок
© Усі права захищені
написати до нас