Древесина. виды, свойства, классификация и пороки древесины

Применение древесины дуба

Дуб – один из стандартных вариантов пиломатериалов для производства мебели и напольных покрытий. Высокая плотность продукции обеспечивает повышенную прочность, которая со временем только возрастает. Древесина отличается звукоизоляцией, медленным набором влаги и устойчивостью к процессам гниения.

За счет стабильности, красивого рисунка и эстетичности дуб применяется в производстве следующих видов напольных покрытий:

паркетная и инженерная доска, где используется шпон толщиной 2-4 мм, которым оклеивается березовая или хвойная основа. За счет такой конструкции удается получить сбалансированный вариант пола, с хорошими эксплуатационными свойствами;

массивная доска и штучный паркет – сырье применяется на всю толщину ламели. Отсутствие клеевого слоя обеспечивает высокий уровень экологичности и безопасности для здоровья человека.

Укладка покрытия из дуба, при наличии замкового соединения, выполняется без использования клея, на подложку. Если доски имеют соединение шип-паз, тогда монтаж проводится клеевым способом, на основание или фанеру.

Готовую продукцию покрывают сверху слоем масла или лака, что обеспечивает дополнительную защиту от механических повреждений и повышает устойчивость к физическим нагрузкам. Преимущества дуба в том, что он поддается реставрации. Со временем на поверхности пола могут образовывать царапины, вмятины, потертости, которые легко устраняются в процессе циклевки или шлифовки.

Древесные породы

В природе существует множество древесных пород, имеющих различные свойства, применяемые в разных сферах промышленности. Чтобы правильно выбрать нужную породу дерева, необходимо знать особенности каждой из них.

Разные виды древесины отличаются один от другого по цвету. Цвет зависит от нескольких факторов: породы дерева, возраста, скорости роста, а яркость цвета — от количества содержащихся в нем красящих веществ. Заболонь дерева имеет более светлый оттенок, чем ядро. Заболонью называют внешнюю часть дерева с живыми клетками. Ядровая часть дерева всегда более темная, где сконцентрировано основное количество дубильных веществ и смол. Ядровые породы деревьев имеют темную древесину, а заболонные – светлую. К ядровым относятся такие распространенные породы деревьев: лиственница, сосна, ясень и другие. У заболонных пород ядровый слой очень узкий и по цвету мало отличается от заболони. К таким породам относится береза, груша, липа, бук, граб и ольха. У клена, ясеня и граба очень светлая древесина, а у березы — белая. В основном из этих пород изготавливают паркетную доску. Желтую древесину имеет самшит. Используется в художественных и декоративных целях. Сосновая древесина при старении приобретает серый оттенок.

Из хвойных пород изготавливают пиломатериалы и другие строительные компоненты, так как они обладают легкой структурой, удобной для обработки. Самой легкой из них является пихта. Большинство используемых хвойных пород, произрастают в нашей местности, поэтому покупателю предоставляется широкий выбор дерева для различных целей по приемлемым ценам.

Самой легкой в мире является древесина бальсы. Она растет в лесах Южной Америки. Использовалось индейцами для изготовления плотов. Оно растет настолько быстро, что не имеет годичных колец. Его структура состоит из сплошной клетчатки, наполненной водой. После просушки древесина стает тверже дубовой, а вес составляет 120 г на 1 куб.м., что в два раза легче коры пробкового дерева. Бальсу используют в самолето- и кораблестроении, также это отличный изоляционный материал.

Змеиное дерево или снейквуд – самое тяжелое и твердое дерево в мире. Произрастает в Гвиане, Гайане и Суринаме. Его плотность составляет 1300 кг на 1 куб.м. Из снейквуда изготавливают декоративные поделки высочайшего качества, ручки для ножей, зонтов, смычки и луки для стрельбы. Материал из этого растения трудно поддается обработке из-за своей твердости, но дает хороший результат при отделке и полировке.

Лиственные породы успешно используются для производства различных видов мебели. Они имеют более темную древесину, широкую палитру цветов, успешно используемую в дизайне элементов мебели и декора.

Качество любого изделия, изготовленного из дерева, зависит от уровня твердости используемого материала. Чем тверже материал, тем выше его износостойкость. Уровень твердости определяется методом Бриннеля. Для этого в поверхность заготовки вдавливают металлический шарик диаметром 10 мм с силой 100 кг. Результат определяется по диаметру углубления и типу деформации. Чем выше показатель коэффициента твердости, тем крепче и тверже порода дерева.

Мягкая древесина

Мягкие сорта древесины с коэффициентом до 40 МПа имеют такие известные лиственные растения: липа, тополь, каштан. Хвойные: ель, сосна, пихта. Все они используются в строительстве, хорошо обрабатываются, из них сооружают стропильные конструкции, изготовляют мебель, окна, двери, мелкие декоративные изделия.

Твердая древесина

Коэффициент твердости от 40.1 МПа до 80 МПа имеют твердые породы, а выше 80 МПа – очень твердые породы древесины. Вершину твердости среди лиственных пород занимает дерево ятоб, растущее в лесах Южной Америки. Дерево имеет кирпично-красный цвет при распиле. Из него производят мебель, паркет, мелкие элементы интерьера. За ятобом по твердости следует сукупира, ярра амазонская, мутения, орех грецкий, ясень, дуб. А из хвойных пород рекорд твердости принадлежит лиственнице, изделия из которой приравниваются к каменным. Твердые сорта деревьев нашли свое применение в изготовлении высокопрочных конструкций.

Определение твердости методом бринелля

Бринелля метод: особенности и суть

Чтобы определить твёрдость материала, чаще всего используется изобретение шведского инженера Бринелля — метод, измеряющий свойства поверхности и дающий дополнительные характеристики полимерных металлов.

Оценка материала

Именно благодаря этому открытию сейчас оцениваются пути наиболее эффективного применения пластиков. Не слишком высокой твёрдости пластмассы проверяются на эластичность и мягкость, чтобы быть использованными как герметизирующий, уплотнительный и прокладочный материал. Разработка Бринелля — метод, позволяющий определить прочность и твёрдость материала, который будет служить в важных конструкциях — в зубчатых колёсах и венцах, подшипниках под тяжёлой нагрузкой, деталях резьбовых соединений и т.д.

Оценку прочности наиболее точно даёт именно этот способ. Значение параметра, который обозначается Р1В, трудно переоценить. Наиболее часто для этой цели применяется разработка Бринелля — метод, при котором пятимиллиметровый стальной шарик вдавливается в материал. По глубине вдавливания шарика и определяется ГОСТ.

История

В 1900 году инженера из Швеции Юхана Августа Бринелля метод, предложенный им мировому материаловедению, сделал знаменитым. Он не только был назван в честь изобретателя, но и стал наиболее широко использоваться, стандартизировался.

Что такое твёрдость? Это особое свойство материала, не испытывающего пластическую деформацию от контактного местного воздействия, которое чаще всего сводится к внедрению индектора (более твёрдого тела) в материал.

Восстановленная и невосстановленная твёрдость

Метод Бринелля помогает измерить восстановленную твёрдость, которая определяется отношением величины нагрузки к объёму отпечатка, площади проекции или площади поверхности. Таким образом, твёрдость бывает объёмная, проекционная и поверхностная. Последняя определяется отношением: нагрузка к площади отпечатка. Объёмная твёрдость измеряется отношением нагрузки к объёму его, а проекционная — нагрузка к площади проекции, которую оставил отпечаток.

Невосстановленная твердость по методу Бринелля определяется по тем же параметрам, только основной измеряемой величиной становится сила сопротивления, отношение которой к площади поверхности, объёму или проекции показывает внедрённый в материал индектор. Таким же образом рассчитывается объёмная, проекционная и поверхностная твёрдость: отношением силы сопротивления либо к площади поверхности внедрённой части индектора, либо к площади проекции его, либо к объёму.

Определение твёрдости

Способность к сопротивлению пластической и упругой деформации при воздействии на материал более твёрдого индектора — это определение твёрдости, то есть, фактически это тест материала на вдавливание. Метод измерения твердости по Бринеллю — измерение, насколько глубоко индектор проник в материал. Чтобы знать точное значение твёрдости данного материала, нужно измерить глубину проникновения. Для этого существует метод Бринелля и Роквелла, реже применяется метод Виккерса.

Если метод Роквелла определяет непосредственно глубину проникновения шарика в материал, то Виккерс и Бринелль измеряют отпечаток по площади его поверхности. Получается, что чем глубже индектор в материале, тем отпечаток получается большей площади. На твёрдость можно тестировать абсолютно любые материалы: минералы, металлы, пластмассы и тому подобное, но определяется твёрдость каждого из них собственным методом.

Ясень

Плотность древесины составляет 690 кг/м3.

Ясень – род листопадных растений семейства маслиновых, который насчитывает около 70 видов. Растёт ясень одиночно или группами в смешанных лесах, часто вместе с дубом, реже с хвойными.

Это скромный сосед дуба, который почему-то не стал таким знаменитым, хотя заслуживает всяческих похвал. Не уступая ему по прочности и твёрдости, богатству текстуры, он существенно превосходит его по длительной стойкости к деформациям и ударной вязкости. Поэтому он идеально подходит для изготовления лестниц, напольных покрытий и для других деталей интерьера. В настоящее время ясень всё больше входит в моду у мебельщиков и производителей паркета. О потребительских качествах можно сказать, что ясень при стандартном уходе служит долго и не преподносит никаких сюрпризов. Стоимость изделий из него близка к стоимости изделий из дуба и бука.

Древесина ясеня, имеющая высокие физические и механические свойства, находит самое широкое применение. Из неё изготавливают облицовочный шпон, гнутую и резную мебель, перила и паркет, обшивку, рамы окон и диваны, охотничьи и боевые луки, спортивный инвентарь.

Плотность 660 кг/м3.

Бук – второй по распространённости и ценности для человека род семейства буковых после дуба. Это листопадные деревья, стройные, колонновидные, высотой 45-50 м, диаметром ствола до 2 м. Буки растут до 350 лет, наиболее интенсивно в возрасте 40-100 лет. Продолжительность жизни – свыше 500 лет.

Древесина бука белая с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои хорошо видны. Старые деревья иногда имеют окрашенную в красно-коричневый цвет спелую древесину. Это не сказывается на качестве, напротив, такие деревья особенно ценятся мастерами-краснодеревщиками, но встречаются они достаточно редко. Цветовая гамма древесины бука довольно разнообразна – от розовой до белой. Чтобы убрать эту разноцветность и придать древесине более равномерный оттенок, а также сделать её более стабильной, для бука нужна предварительная пропарка. Если этого не делать, фактура древесины будет очень пёстрой. По времени эта процедура занимает около трёх суток.

Бук обладает, пожалуй, самой высокой способностью к загибу, что широко использовалось при производстве гнутой мебели. Древесина хорошо обрабатывается, прекрасно отделывается, принимает различные лакокрасочные материалы.

Благодаря высокой износостойкости бук широко применяется для изготовления деревянных лестниц. Приятный тёплый оттенок является причиной того, что её часто используют и для раздельных мелких изделий.

Лёгкий розоватый оттенок бука вызывает ощущение тепла. Простая и благородная структура этого покрытия является прекрасным завершением любых интерьеров.

Плотность древесины составляет 650 кг/м3.

Берёза получила своё название за белую кору. Это безъядровая порода. Древесина белая, с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои заметны плохо. Сердцевинные лучи видны лишь на строго радиальных разрезах.

Область распространения берёзы очень широка – 2/3 площади всех лиственных лесов нашей страны.

Применяется берёза для изготовления фанеры и столярных плит, мебели, инвентаря, фурнитуры, токарных изделий, шпона. Древесина берёзы прекрасно тонируется, открывая практически неограниченные возможности для дизайна.

Определение прочности и виды нагрузок

Одним из важных механических свойств древесины является ее устойчивость к разрушающим механическим воздействиям, то есть прочность. Зависит она от разных факторов, самые важные из которых:

• Плотность;
• Влажность;
• Присутствие пороков;
• Порода древесины;
• Наличие разрушающих нагрузок в разных направлениях (например, поперек или вдоль волокон), то одно и тоже дерево будет иметь разную прочность.

На прочности дерева отражается содержание влаги в клеточных оболочках – связанная влага. Чем больше влажность, тем меньше прочность. Однако это правило действует до показателя влажности 30 %, который является пределом гигроскопичности. После достижения этого предела прочность остается неизменной даже при увеличении количества влаги. При определении показателей прочности образцы древесины должны иметь одинаковую влажность. Продолжительность разрушающей нагрузки также сильно отражается на показателе прочности.

Нагрузки различают по силе, направлению и времени воздействия. Статические действуют с постоянной силой или с постепенным увеличением, а динамические очень недолго, только в момент соприкосновения с поверхностью дерева. Эти нагрузки принято называть разрушительными, поскольку от их действия структура древесины нарушается. Крайние показатели прочности, при которых древесина способна сохранить свою структуру, называют пределом прочности. Единица измерения прочности – Па/см2 или иначе кгс на 1 кв. см.

Прочность измеряют во всех направлениях – продольном, радиальном и тангенциальном. При испытаниях применяют силы растяжения и сжатия, а также испытывают на изгиб и скалывание. Ниже приведена таблица механических свойств древесины.

Сосновый брус как материал (основные преимущества):

– не меняет своей формы во время эксплуатации; – имеет большую по сравнению с обычной древесиной прочность; – имеет меньшую теплопроводность; – имеет минимальную усадку по высоте; – не растрескивается; – имеет высокое качество лицевых поверхностей; – пазы и гребни по длине бруса жестко фиксируют в брус в стене и не пропускают влагу – уплотнитель не требуется; – стена выглядит монолитной и не требует дополнительной отделки; – угловые соединения – точны и влагонепроницаемы; – позволяет существенно сэкономить сроки строительства.

Сосна (лат. Pi’nus) — род растений из семейства Сосновые (лат. Pinaceae).

Есть две версии происхождения латинского названия. Первая версия: от кельтского слова pin, что означает – скала, гора, то есть растущая на скалах. Вторая версия: от латинских слов pix, picis, что означает – смола, то есть смолистое дерево.

Существует от 105 до 125 видов сосен, которые рассеяны по всему Северному полушарию до полярного круга. В умеренном и холодном климате они образуют леса на равнинах, в тёплом обитают в горах.

Сосна – одна из наиболее распространенных пород деревьев не только в России, но и в мире. У нас она занимает примерно 1/6 часть всех лесов. Высота сосны колеблется от 20 до 40 метров. Живет сосна в среднем 300-500 лет. Сосна – быстрорастущая порода. Годовой прирост сосны в высоту при благоприятных условиях произрастания может составлять 0,8-1 м.

Орех (Nussbaum).

Плотность   650  Твердость  4  Стабильность  4 

Произрастает преимущественно в горах Южной Европы, Азии и Америки

Включает 40 видов, растущих в смешанно–широколиственных лесах Основной цвет древесины составляет серая и коричневая гаммы с почти черными прожилками. Заболонь ореха кремово–белого цвета. Древесина обладает роскошным налетом, который с возрастом становится ярче. Орех имеет ярко выраженную текстуру, образующую сложные композиции.Паркет из ореха оптимален в контрастном сочетании с более светлыми породами. Орех помимо богатой палитры оттенков и завораживающих узоров имеет очень приятный запах и перламутровый блеск.

Табличные значения плотности древесины

В следующей таблице представлена плотность различных пород древесины:

Наименьшей плотностью обладают хвойные породы деревьев. Наибольшее отношение массы к объему наблюдается твердых лиственных и тропических деревьев. Это обусловлено климатическими условиями. Хвойные деревья произрастают в лесных зонах и тундрах, где наблюдается недостаток влаги. По этой причине масса у них ниже, чем у тропических или лиственных пород. На плотность этих пиломатериалов могут оказывать влияние следующие факторы:

1. Коробление – искажение формы дерева в результате внутренних напряжений.
2. Наличие масел и смол в структуре древесины.
3. Мягкость фактуры.

Плотность свежесрубленных хвойных деревьев составляет не более 850 кг/м³. Для твердых твёрдых лиственных пород значение этого показателя составляет 1000 кг/м³. Плотность клееной древесины равна плотности неклееной. Значение этого показателя для фанеры равен отношению массы древесных шпонов к его объему.

Ипе (Лапачо) (Ipe).

Плотность   1100-1300  Твердость 5,7- 6,0  Стабильность   4

ПроизрастаетЦентральная и Южная Америка, особенно Колумбия, Венесуэла, Бразилия

Деревья достигают высоты в 40-45 метров со стволами правильной формы диаметром 60-90 см. Листва имеет пальчатую форму. Цветы в основном желтые, но иногда встречаются розовые, красные, либо фиолетовые, в зависимости от рассматриваемого вида. Плод представляет собой длинную древесную капсулу с разлетающимися семенами. Цвет древесины  может варьироваться от светлого желтовато-коричневого с зеленоватым отблеском до темно-коричневого, практически черного.Паркет из ипе и массивная доска ипе устойчивы к намоканию, эластичны и тверды  до такой степени, что на нем не остается царапин даже, если по нему ходить в обуви на шпильках. Благородный темно–коричневый оттенок со временем приобретает светлый отлив («серебристая патина»), что придает напольному покрытию своеобразность и уникальность Ипе может применяться на открытых площадках, вне зданий: древесина является очень долговечной породой: срок службы в контакте с грунтом превышает 25 лет.

Дуб

Его плотность – около 750 килограммов на метр кубический. Влагостойкость дуба настолько высока, что, например, паркет из него можно укладывать абсолютно в любых помещениях — от балкона до ванной комнаты. Эта порода, в отличие от многих других, еще и устойчива к появлению грибка и плесени.

Показатель твердости дуба по Бринеллю – 3,7 – довольно высокий. То есть изделия из этого материала будут готовы к большим нагрузкам — лестница и паркет, например, не только выдержат массивную мебель, но и останутся очень стойкими к механическим повреждениям.

Эстетические качества дуба – тоже на высоте: есть множество как темных, так и светлых оттенков. Структура – равномерная. Безусловно, эта порода способна облагородить любой интерьер.

Из недостатков можно отметить только трудности в обращении с такой твердой породой. Укладывать, например, паркет из дуба – сложный процесс, который сложно реализовать без определенных профессиональных навыков и опыта. В остальном эту породу древесины можно по праву назвать одной из лучших.

В любом случае, вложение в дубовый интерьер точно будет оправдано, ведь мебель и предметы декора из этого материала вполне смогут претендовать на семейную реликвию – они будут служить вам веками, а великолепная текстура порадует не одно поколение. На благородном интерьере можно и немного сэкономить, если использовать сращенные дубовые щиты, а не цельноламельные.

Что еще нужно знать о хвойных породах

В основном хвойную древесину выбирают для строительства исключительно в регионах с суровым климатом, так как они считаются гораздо более выдержаннее к таким условиям, нежели сырье лиственных сортов деревьев. Также такой выбор обусловлен свойствами материала и их широкой сферой использования.

Породы дерева для столярных работ.

Заключение

Хвойная порода дерева является популярным высокопрочным материалом с рядом других интересных и качественных свойств. В идеале все пиломатериалы из таких сортов довольно безопасны (кроме тиса), потому и подходят как для уличных, так и внутренних видов строительных и декоративных работ.

Лиственница (Larche).

Плотность   665  Твердость   2,5  Стабильность  4

Произрастает в холодных и умеренных зонах Европы, Азии и Северной Америки. в горных системах Гималаев, Восточного Тибета и Кордельер

Единственный род хвойных, у которого хвоя опадает на зиму. Впрочем, сеянцы лиственницы сохраняют хвою в течении всего года Лиственница относится к ядровым породам. Она имеет ядро красновато-бурого цвета и резко отграниченную узкую белую или слегка желтоватую заболонь, хорошо видимые годичные слои с четкой границей между ранней и поздней древесиной. Текстура лиственницы определяется на продольных разрезах шириной годичных слоев, разницей в окраске поздней и ранней древесины, а также ядра и заболони. Особенно богата и красива текстура на тангенциальных разрезах. Древесина малосучковата. При использовании защитных покрытий изделия из нее практически не меняют своей влажности в процессе эксплуатации, поэтому лиственницу используют для паркета и паркетной доски.Паркет имеет золотистый оттенок, что придает интерьеру » солнечности» и простора.

Мербау (Merbau).

Плотность   800  Твердость   4,4  Стабильность   4

Произрастает  включает до 10 видов, встречающихся от восточного побережья Африки до Австралии и Полинезии

Породы представляют собой большие лиственные деревья с широкой кроной и массивными крепкими стволами, часто достигающие в высоту 30 и более метров. Длина окружности ствола составляет до 1,5 метров. Ствол дерева часто искривленный, короткий и испещренный желобками.Сердцевина дерева резко отличается от светло-желтой заболони. В свежеспиленном виде сердцевина желтая или оранжево-коричневая, но с течением времени ее цвет изменяется до бронзового либо темно-красного. С годами под воздействием климатических условий древесина приобретает серебристо-серый оттенок, схожий с древесиной тика  Мербау называют железным деревом: паркет мербау устойчив к внешним механическим воздействиям, не подвергается выгоранию, отталкивает излишнюю влагу, совсем не подвержен гниению, устойчив к деформации и не рассыхается.

Методы определения твердости древесины в напольных покрытиях

На сегодняшний день твердость напольных покрытий из дерева определяется двумя основными методами: по Бринеллю и Янка, которые, однако, очень похожи между собой и появились примерно в одно и то же время (на рубеже предыдущих столетий, но метод Бринелля предложен чуть раньше — в 1900 году).

Тем не менее, метод шведского инженера Бринелля используется для испытания твердости не только древесины, но и металлов и иных материалов, включая сплавы, а метод австрийского технолога Янка — исключительно для определения свойств износа и твердости древесины.

Оба метода широко применяются на практике, но первый (твердость по Бринеллю) чаще указывается на упаковках паркета в России, а второй (твердость по Янка) — в США. В Европе используются оба метода. При измерении твердости методом Янка используются различные единицы силы (в США — фунт-сила в lbf, в Швеции — килограмм-сила в кгс, в Австралии — ньютон в Н и килоньютон в кН).

Теплоотдача древесины

Существует еще один показатель, который позволит с легкостью определить, например, сколько весит куб сухой доски сосны. Таким параметром является теплоотдача

Показатель имеет немаловажное значение для тех людей, которые используют древесину в качестве отопительного материала. Следует отметить, что теплопроводность напрямую зависит от плотности древесной породы

И чем выше твердость, тем выше и теплопроводность.

Безусловно, использовать самшит в качестве отопительного материала никто не будет. Однако при выборе между сосной или березой, представится возможность получить намного больше тепла, если знать, какая из пород является наиболее твердой. Согласно справочным таблицам, можно узнать информацию о плотности каждого дерева.

Итак, начиная строительство дома, приходится сталкиваться с нюансами, которые на первый взгляд кажутся незначительными. Однако не все так просто. Существуют определенные показатели, которые необходимы учитывать при выборе древесины, чтобы не ошибиться с выбором и получить желаемый результат от задуманного дела.

Компания Дрова72 провела эксперимент, мы взвесили 1 складочный куб (складометр) березовых колотых дров, естественной влажности, ~50%. О результатах этого эксперимента подробнее расскажем ниже.

Этот эксперимент никоим образом не претендует на звание — «научный» или «100% объективный»

, скорее что-то среднее между информацией из интернета и лабораторными исследованиями. Но тем не менее — это первый шаг на пути к истине и объективности.

В следующий раз мы повторим эксперимент и постараемся найти влагомер, а так же заснять весь процесс на видео.

Если коротко, результаты

При влажности ~50% и длине полена ~50см:

• 1 складочный куб весит ~561 кг ;
• 1 плотный кубический куб весит ~790 кг .

В тексте ниже, мы подробно раскрываем суть эксперимента. Расчёт сделан на основе информации из ГОСТ»а 3243-88 и справочника по лесопилению .

Зебрано (Zebrano).

Плотность   750  Твердость   3,2  Стабильность   3

ПроизрастаетГабон и Камерун

Зебрано очень декоративна, хорошо шлифуется и полируется. Различают африканское и азиатское зебрано. У африканского более ровная структура, у азиатского–сероватый оттенок, структура более живая Зебрано используется преимущественно в виде шпона, для инкрустации, а также при изготовлении паркета или массивной доски.Название «зебрано» используется для древесины с узором, который напоминает раскраску зебры: тёмные полосы на светлом фоне. Древесина декоративная светло–золотистого цвета, с узкими штрихами от темно–коричневой до почти черной окраски. Поверхность блестящая. Текстура несколько крупная. Древесина твердая и тяжелая.