Древеси́на — вторичная ксилема некоторых многолетних растений, совокупность вторичных тканей (проводящих, механических и запасающих), расположенных в стволах, ветвях и корнях древесных растений между корой и сердцевинойГОСТ 23431—79.
Стволы, корни и ветви древесных растений состоят в основном из древесины. Породы древесины подразделяются на хвойные и лиственные. Используется человеком как строительный и поделочный материал, а также как сырьё для получения целлюлозы, в основном в виде бумаги.
Самые ранние из известных науке ископаемых древесных растений были обнаружены в 2011 году в канадской провинции Нью-Брансуик, где между 395 и 400 миллионами лет назад произрастал древний лес.
Значение и ценность древесины
Человек использует древесину на протяжении тысячелетий для многих целей: в первую очередь в качестве топлива, а также в качестве строительного материала для зданий, для изготовления орудий труда, оружия, мебели, тары, произведений искусства и бумаги.
Благодаря годичным кольцам, которые в ходе роста из-за сезонных колебаний температуры или влажности образуют в своём стволе многие виды деревьев — путём изучения древесных спилов, поперечных оси роста деревьев — с помощью методов дендрохронологии можно очень точно определить местность, где произрастало дерево, из которого было создано деревянное изделие или часть сооружения, а также год его вырубки. Изучение ежегодного изменения ширин годичных колец и исследование содержания в них некоторых изотопов элементов позволяет получить представление о состоянии климата и атмосферы Земли в древние времена.
Образование древесины
Древесина является одной из составных частей сосудисто-волокнистого пучка и противопоставляется обыкновенно другой составной части пучка, происходящей из того же прикамбия или камбия — лубу, или флоэме. При образовании сосудисто-волокнистых пучков из прокамбия наблюдаются 2 случая: либо все прокамбиальные клетки превращаются в элементы древесины и луба — получаются так называемые замкнутые пучки (высшие споровые, однодольные и некоторые двудольные растения), либо же на границе между древесиной и лубом остаётся слой деятельной ткани — камбий и получаются пучки открытые (двудольные и голосеменные).
В первом случае количество древесины остаётся постоянным, и растение неспособно утолщаться; во втором благодаря деятельности камбия с каждым годом количество древесины прибывает, и ствол растения мало-помалу утолщается. У российских древесных пород древесина лежит ближе к центру (оси) дерева, а луб — ближе к окружности (периферии). У некоторых других растений наблюдается иное взаимное расположение древесины и луба.
В состав древесины входят уже отмершие клеточные элементы с одеревеневшими, в основном толстыми оболочками; луб же составлен, наоборот, из элементов живых, с живой протоплазмой, клеточным соком и тонкой неодеревеневшей оболочкой. Хотя и в лубе попадаются мёртвые, толстостенные и одеревеневшие составляющие, а в древесине, наоборот, живые, от этого, тем не менее, общее правило не изменяется существенно. Обе части сосудисто-волокнистого пучка отличаются ещё друг от друга и по физиологическому назначению: по древесине поднимается вверх из почвы к листьям так называемый сырой сок, то есть вода с растворёнными в ней веществами, по лубу же спускается вниз образовательный, иначе пластический, сок.
Явления же одеревенения клеточных оболочек обусловливаются пропитыванием целлюлозной оболочки особыми веществами, соединяемыми обыкновенно под общим названием лигнина. Присутствие лигнина и вместе с тем одеревенение оболочки легко узнаётся при помощи некоторых реакций. Благодаря одеревенению, растительные оболочки становятся более крепкими, твёрдыми и упругими; вместе с тем при лёгкой проницаемости для воды они теряют в способности впитывать воду и разбухать.
Химический состав древесины В основном древесина состоит из холоцеллюлозы — около 70 % и лигнина — смесь полимеров родственного строения ароматической природы, не менее 20 %. В холоцеллюлозы входят гемицеллюлозы и целлюлоза, не менее 40 %.
Свойства древесины
Для древесины основными и наиболее важными являются следующие свойства: механические: прочность, твёрдость, деформативность, удельная вязкость, эксплуатационные характеристики, технологические характеристики, износостойкость, способность удерживать крепления, упругость; физические: внешний вид (текстура, блеск, окраска), влажность (усушка, коробление, водопоглощение, гигроскопичность, плотность), тепловые (теплопроводность), звуковые (акустическое сопротивление, звукопроводность), электрические (диэлектрические свойства, электропроводность, электрическая прочность); химические свойства.
Древесина является анизотропным материалом, то есть материалом с неодинаковыми свойствами по направлениям относительно волокон. Так, например, усушка вдоль волокон меньше, чем поперёк волокон, а усушка в радиальном направлении меньше, чем в тангентальном. Различны также, в зависимости от направления волокон, влагопроводность, паропроницаемость, звукопроводность и некоторые другие характеристики.
Прочность древесины — способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Различают прочность на сжатие и растяжение по направлениям приложения нагрузки — продольной и поперечной; статический изгиб. Твёрдость древесины — способность древесины сопротивляться внедрению в неё более твёрдого тела. Для оценки твёрдости древесины используется тест Янка Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу, то есть постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Износ боковых поверхностей больше, чем торцовых; износ влажной древесины больше, чем сухой. Влажность древесины. Различают абсолютную и относительную влажность древесины. Абсолютная влажность древесины — это отношение веса содержащейся в древесине влаги по отношению к массе абсолютно сухой древесины, выраженная в процентах. (Если образец 300 г после сушки стал весить 200 г, то его абсолютная влажность (300—200)/200*100 % = 50 %) Относительная влажность древесины — это отношение веса содержащейся в древесине влаги к весу сырой древесины, выраженное в процентах. Так, если образец 300 г после сушки стал весить 200 г, то его относительная влажность (300—200)/300*100 % = 33 %.
Влажность древесины определяется следующим образом: измеряется масса пробы влажного материала, затем измеренная проба высушивается в сушилке при температуре 100—105 °С, затем происходит повторное взвешивание, но уже сухого материала. Разница между массой влажного и сухого материала как раз и определяет количество воды, содержащееся в образце.
Для практических целей наибольшую важность имеет показатель абсолютной влажности древесины, так как именно этот показатель используется в технологических расчетах. Например, для производства фанеры лущёный шпон сушат до абсолютной влажности 4—6 %. Усушка древесины (то есть уменьшение её линейных размеров и объема) начинается при уменьшении влажности от 30 % до абсолютно сухого состояния.
Древесину по абсолютной влажности делят на следующие категории:
сырая — 23 % и более, полусухая — 18—23 %, воздушно-сухая — 12—18 %, комнатно сухая — 8 %, абсолютно сухая — менее 6 %.
+ Степени абсолютной влажности древесиныНаименованиеАбсолютная влажность в %Условия образованияМокрая древесинаболее 100 %долговременное нахождение в водеСвежесрубленная50—100 %Воздушно-сухая15—20 %долговременное хранение на воздухеКомнатно-сухая6—10 % Абсолютно сухая0 %
Влажность свежесрубленной древесины в зависимости от месяца рубки (в процентах к абсолютно сухому весу древесины)Петровский, B. C. Исследования образующей древесных стволов. // Лес. хоз-во. — 1964. — № 9. — С. 10—11.:
Тип древесины / Месяц 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 Сосна: заболонь 122 116 135 153 102 102 109 100 96 119 123 123 Сосна: ядро 33 33 35 33 33 32 31 31 33 34 32 34 среднее значение 83 86 89 92 85 84 85 80 84 92 94 97
Чем больше влажность древесины, тем сложнее её использовать в производстве. Сырая древесина хуже клеится; если при производстве каких-либо изделий использовалась влажная древесина, то по мере её высыхания в предмете могут появляться трещины и щели между досками. Для предотвращения этого необходимо произвести предварительную сушку древесины. Гигроскопичность — свойство материала поглощать влагу из окружающей среды. Данное свойство зависит от влажности древесины. Сухая древесина обладает большей гигроскопичностью, чем влажная. Для уменьшения скорости поглощения влаги материал покрывают масляными красками, эмалями или лаками. Количество гигроскопически поглощенной влаги мало зависит от породы древесины. Максимальная влажность древесины, которая может быть достигнута вследствие поглощения влаги из окружающей среды при 20°С составляет 30 % (абсолютных) и почти не зависит от породы древесиныЛеонтьев Н. Л. Влияние влажности на физико-механические свойства древесины. Гослесбумиздат 1962, 114 с. В отличие от водопоглощения, гигроскопичность не зависит от пористости древесины. Водопоглощение — свойство погруженного в воду материала впитывать её в жидком состоянии. Водопоглощение древесины зависит от её пористости. Вследствие водопоглощения, в отличие от гигроскопичности, может быть достигнута влажность древесины значительно большая 30 %. Пористость — отношение объёма пор к общему объёму древесины. Для древесины различных видов пористость имеет разное значение, но в среднем разбег её значения составляет 30—80 %. Разбухание древесины проявляется при нахождении материалов при повышенной влажности воздуха длительное время. Усушка — изменение размеров при потере влаги древесиной в результате сушки. Усушка происходит естественным образом. Прямым следствием усушки является образование трещин. Коробление происходит в результате неравномерной сушки древесины. Высыхание древесины происходит быстрее в слоях более удалённых от сердцевины, поэтому если сушка производилась с нарушением технологии, происходит изменение формы древесины, она коробится. Коробление под действием усушки различно по разным направлениям. Вдоль волокон оно незначительно и составляет примерно 0,1 %. Изменения размеров поперёк волокон более значительны и могут составлять 5—8 % от начального. Кроме того, коробление часто сопровождается появлением трещин в древесине, что сильно сказывается на качестве конечного продукта. Коробления и образования трещин можно избежать при соблюдении технологии сушки и при использовании определённых техник во время сборки изделий. Так, например, в брёвнах на всю длину материала делаются продольные разгрузочные пропилы, которые снимают внутренние напряжения, образующиеся при усушке. Растрескивание — результат неравномерного высыхания наружных и внутренних слоёв древесины. Процесс испарения влаги продолжается до тех пор, пока количество влаги в древесине не достигнет определённого предела (равновесного), зависящего напрямую от температуры и влажности окружающего воздуха. Теплопроводность. В отличие от других строительных материалов, древесина является менее теплопроводной. Это позволяет использовать её для теплоизоляции помещения. Звукопроницаемость — способность материала проводить звуковые волны. Если по теплопроводности древесина — более предпочтительный материал, то по звукопроницаемости древесина проигрывает другим строительным материалам. В связи с этим при строительстве стен и деревянных перекрытий необходимо использовать дополнительные материалы (засыпки), снижающие показатель звукопроницаемости. Электропроводность— способность материала проводить электрический ток. Данное свойство у древесины напрямую зависит от влажности. Цвет — своеобразный индикатор, показывающий качество, возраст и состояние древесины. Качественная и здоровая древесина имеет равномерный цвет без пятен и прочих вкраплений. Если в древесине присутствуют вкрапления и пятна, это свидетельство её загнивания. Цвет древесины может изменяться также под влиянием атмосферных условий.