Физические свойства древесины

 

К физическим свойствам древесины относят:

- плотность (истинная и средняя);

- пористость;

- влажность;

- гигроскопичность;

- водопоглощение;

- теплопроводность;

- звукопроницаемость;

- теплотворная способность.

Истинная плотность (r_и) различных пород примерно одинакова: 1499…1584 кг/м³ (в среднем 1540 кг/м³), что объясняется одинаковым химическим составом древесины разных пород.

Средняя плотность (r_w) колеблется в широких пределах, зависит от породы деревьев, пористости, влажности древесины и других факторов.

Для сравнения плотность древесины пересчитывается при влажности 12 %. Так, средняя плотность, определенная при стандартной 12 % влажности, равна для древесины, кг/м³:

сосны – 500; березы – 630; дуба - 690;

ели – 450; бука – 670; клена – 700.

липы – 500;

Средняя плотность изменяется в зависимости от влажности древесины (W).

Влажность древесины W выражается в процентах от массы сухой древесины и вычисляется по формуле:

(11.1)

где m₂ – масса влажной древесины, г;

m₁ – масса абсолютно сухой древесины, г.

Средняя плотность древесины с фактической влажностью W пересчитывают на стандартную влажность (12 %):

r₀₁₂ = r_w [1 + 0,01(1 -K_o)(12 -W)], (11.2)

где r₀₁₂ – средняя плотность образца древесины при влажности 12 %;

r_w - средняя плотность древесины при фактической влажности W;

К_о – коэффициент объемной усушки, который показывает, на сколько процентов изменяется объем образца при изменении его влажности на 1 %. У древесины большинства пород К_о = 0,5.

Пористость древесины колеблется в широких пределах: для хвойных пород от 46 до 85 %, для лиственных – от 32 до 80 %. Характер и размер отдельных пор влияют на водопоглощеие, возможность пропитки, тепло-, звуко-, электропроводность и другие свойства.

Важным свойством древесины является ее отношение к воде, которое характеризуется влажностью, водопоглощением, гигроскопичностью и др. Вода в древесине может быть в форме капиллярной, гигроскопической и химически связанной.

Капиллярная вода заполняет полости клеток и межклеточные пространства.

Гигроскопическая вода находится в стенках клеток. Химически связанная вода входит в состав образующих древесину веществ. Основная масса воды находится в древесине в виде капиллярной и гигроскопической. В сухой древесине находится только гигроскопическая вода, в свежесрубленной и мокрой – капиллярная и гигроскопическая.

Влажность древесины, в которой содержится наибольшее количество гигроскопической влаги, при отсутствии капиллярной, называется точкой насыщения волокон. Для разных пород она составляет 23…30 %.

По степени влажности разделяют древесину:

- мокрую (влажность более 100 %)

- свежесрубленную (35 % и более);

- воздушно-сухую (15-20 %)

- комнатную (8…12 %).

При сушке древесины сначала удаляется капиллярная (свободная) вода до точки насыщения волокон, что снижает массу, но не сказывается на размерах образца. Испарение гигроскопической (связанной) воды сопровождается уменьшением размеров и объема древесины (линейная и объемная усушка), что оказывает существенное влияние на ее свойства.

При сушке древесины свободная влага быстро удаляется из крупных капилляров и пор, но трудно испаряется гигроскопическая от предела насыщения волокон, причем объем древесины уменьшается в связи с усадкой и уплотнением клеточных оболочек. Особенно трудно удаляются последние 4-6 % гигроскопической влаги, так как она ориентированно закреплена (адсорбирована) в монослое молекулами целлюлозы. Возникают водородные связи между гидроксилами целлюлозы и водой, тогда как другая большая часть гигроскопической влаги (20-25 %) находится под влиянием капиллярной конденсации.

С приближением при сушке к температуре 105 °С масса древесины сохраняет постоянное значение, что и принимается за абсолютно сухое ее состояние. Абсолютно сухая древесина состоит из двух компонентов – древесного вещества и воздуха. Фактически около 1 % гигроскопической влаги в абсолютно сухой древесине сохраняется, но за счет относительно прочных водородных связей она не снижает ее качественных показателей. Дальнейшее повышение температуры вызывает более или менее глубокое разложение целлюлозы – ее деструкцию, особенно в присутствии воздуха и влаги.

Таким образом, при нагревании свыше 105…110 °С непрерывно протекают процессы деструкции, а древесина сравнительно быстро теряет свои высокие физико-механические свойства, которые она имела в абсолютно-сухом состоянии.