Что такое плотность древесины
Единицей измерения плотности древесины является гм/см3 или кг/м3 (в системе СИ). Этот показатель определяется по формуле: р = mb/Vb. Символ m обозначает массу материала, b – параметр влажности, Vb – объем влажного вещества. Выделяют следующие виды плотности древесины:
- Удельный вес (условная или базисная плотность): характеризует отношение массы сухого древесинного вещества к его объему.
- Объемный вес (средняя плотность): определяет отношение массы структурированного физического тела во влажном состоянии к его объему.
В древесине присутствует большое количество межклеточных пространств, называемых пустотами. Древесинное вещество получается при помощи спрессовывания дерева. В результате пустоты полностью исчезают. Плотность спрессованной древесины меньше удельного веса древесинного вещества. Чем выше величина этого показателя, тем прочнее материал. Древесина с большим удельным весом труднее поддается обработке и не пропитывается антисептиками.
Измерение плотности осуществляется по следующему алгоритму:
- Выдержать измеряемый образец до влажности не менее 11 %.
- Расчет размерных характеристик и веса деревянной заготовки.
- На основе проведенных измерений производится расчет объема древесины. Заготовка увлажняется в дистиллированной воде в течение 3 суток, пока ее толщина не увеличится на 0,1 мм.
- Повторно измеряются размер и вес увлажненной древесины. На основе новых данных производится расчет максимального объема.
- Заготовка высушивается и повторно взвешивается. Масса сухого образца делится на максимальный объем. Результат вычислений будет являться базисной плотностью.
- Повторно измеряется масса сухой заготовки. На основе этих значений вычисляется удельный вес древесины.
Алгоритм вычисления данного показателя указан в ГОСТ 16483.1-84. Проводить измерения рекомендуется на заготовках в форме прямоугольной линзы. Длина основания измеряемого образца должна равняться 20 мм, ширина – 20 мм, высота – 30 мм. Грани заготовки необходимо тщательно обработать перед измерением плотности древесины.
ГОСТ 16483.1-84 Древесина. Метод определения плотности
1 файл 197.93 KB
В большинстве стран Европы, вместо плотности древесины, используется показатель прироста. Он характеризует среднюю толщину слоев роста. Этот параметр используется при расчете величины изменения объема дерева в течение некоторого промежутка времени. Главным преимущества параметра прироста является легкость расчета, что позволит снизить затраты на проведение математических измерений. Согласно мнению профессиональных специалистов, этот параметр не характеризует физические свойства древесины. Поэтому он не связан с плотностью вещества. В Российской Федерации показатель прироста используется центрами по экспертизе и стандартизации лесоматериалов.
Что такое кедр и где используют кедровую древесину
Кедр — это хвойно-сосновое вечно зеленое дерево. Кедр требовательное дерево и предпочитает расти только в экологически чистых и преимущественно теплых местах. Однако достаточно хорошо переносит холодный климат, потому прижился кедр в Сибирских лесах, которые не отличаются теплым климатом. Практически не приживается в загрязненных регионах. Это одно из самых древних деревьев в Мире.
кедровый лес
Кедр растёт медленно, встречаются кедры, возраст которых достигает 800 лет. В диаметре, ствол дерева может достигать от 2 до 7 метров. Это второе по размерам дерево в Мире , после американской секвойи.
Кедровые ареалы, можно отнести к медленно, но исчезающим видам деревьям. В настоящее время осталось только 8 видов этого дерева. Причиной этому служит не только деятельность человека, но и разного рода природные процессы. Выращивают кедры на территориях Южного Кавказа, Крымском полуострове, некоторых регионах Чёрного моря, Центральной Азии, были завезены и выращиваются в некоторых странах Европы. Много растёт кедров одиночек в самых неожиданных местах Кедр может произрастать как кедровой рощей, таки одиночкой в мешаных ареалах деревьев. Кроме Сибирских лесов кедр встречается, в Подмосковье, Ленинградской области, Алтае, Урале, Воронежской области РФ.
Из кедра в былые времена изготавливали посуду, емкости для хранения продуктов. Такие продукты сохранялись дольше и по верованиям таежных народов особый вкус и силу. Бревенчатые дома из кедра являются природным антисептиком, обладают оздоровительным эффектом. Кедровую древесину используют карандашного производства, изготовления емкостей для продуктов, для настила полов изготовления мебели, внутренней отделки помещений.
Взаимосвязь с другими параметрами
Плотность древесины связана со следующими физическими свойствами дерева:
- Пористость: структура деревянных брусков имеет неоднородную структуру и состоит из большого количества пор. Чем больше пустых пространств в составе деревянной заготовки, тем меньше плотность ее материала.
- Вес: чем больше вес бруска, тем больше его масса. Этот показатель напрямую связан с плотностью вещества. Чем тяжелее пиломатериалы, тем они более плотные.
- Влажность: чем больше жидкости содержится в деревянном бруске, тем выше отношение массы материала к его объему. Этот показатель зависит от температуры окружающей среды и автоматически снижается при сушке дерева. При испарении влаги возможна механическая деформация деревянной заготовки.
- Абсорбция: это свойство характеризует способность дерева поглощать влагу. Чем выше впитывающая способность материала, тем выше его плотность. Если древесина поглощает большое количество жидкости, то на поверхности бруска будет присутствовать малое число пор. Степень абсорбции выше на поперечном срезе бруска, где основные поры не закрыты.
- Теплопроводность: характеризует способность вещества проводить тепловую энергию. Материалы с небольшой плотностью проводят тепло с меньшей интенсивностью. Это обусловлено большим количеством пор, заполненных кислородом. Они изолируют поверхность дерева от воздействия тепла. В результате материал нагревается в течение длительного промежутка времени. По этой причине в помещениях, где осуществляется термообработка материалов, используют пиломатериалы с высокой прочностью.
- Горючесть: чем меньше отношение массы древесины к объему, тем быстрее она воспламеняется. Это связано с большим количеством пор, заполненных жидкостью. Мягкие породы древесины горят с наибольшей интенсивностью.
- Прочность: при низкой плотности материал приобретает устойчивость к физическим деформациям. Крепкие бруски быстро раскалываются и изменяют свою форму при соударениях с инородными предметами.
- Биологические факторы: пиломатериалы с высокой плотностью материала не поддаются гниению. Это обусловлено большим количеством пор, поглощающих влагу. При выдержке материала в дистиллированной воде можно улучшить его устойчивость к воздействию биологических факторов.
Одним из главных свойств, связанных с плотностью, является твердость древесины. Она характеризует способность дерева выдерживать сильные нагрузки. Чем больше объемный вес деревянного бруска, тем больше его твердость. Мягкие породы имеют высокую теплопроводность и не подвергаются механическим деформациям. Твердая древесина воспламеняется с меньшей интенсивностью.
Твердость определяется тестом по Бринеллю. Для осуществления расчетов требуется металлический шарик диаметром 1 мм. Он вдавливается в поверхность деревянной заготовки. Проделанное отверстие измеряется при помощи линеек и штангенциркулей. Глубина измеряемой лунки является коэффициентом Бринелля, использующимся для оценки твердости материала.
При самостоятельном определении коэффициента Бринелля могут возникнуть погрешности, что приведет к неточности измерении. Поэтому для оценки устойчивости материала применяется таблица твердости разных пород древесины:
Коэффициент Бринелля пород древесины
| Разновидность древесины | Коэффициент Бринелля | Особенности материала и область применения |
| Акация | 7,1 кгс/мм² | Произрастает в Северной Америке. Используется для изготовления паркета и мебели. |
| Бук | 3,8 кгс/мм² | Растет на территории Европы, Западной Азии, Северной и Южной Америки. Бук обладает мягкой фактурой легко обрабатывается режущими инструментами. |
| Бамбук | 4,7 кгс/мм² | Растет в Юго-Восточной Азии. Устойчив к высоким перепадам температур, эффективно впитывает влагу. Используется в медицине. |
| Берёза | 3,3 кгс/мм² | Произрастает в Европе. Имеет низкую устойчивость к воздействию высоких температур. Применяется при производстве элементов декора. |
| Вишня | 3,6 кгс/мм² | Растет в Европе, Азии и Северной Америке. Имеет ровноволокнистую структуру и легко поддается обработке. |
| Граб | 3,5 кгс/мм² | Произрастает на юге России. Обладает скрученными волокнами и высокой прочностью. |
| Дуб | 3,8 кгс/мм² | Растет в Европе и Северной Америке. Устойчив к механическим деформациям, имеет долгий срок эксплуатации. Используется при изготовлении дощатых полов. |
| Ель | 1,3 кгс/мм² | Произрастает на территории Европы и Северной Америки. Отличается неоднородностью цвета и низкой степенью абсорбции. Применяется в строительном секторе. |
| Клён | 4,8 кгс/мм² | Произрастает в Северной Америке и Европе. Склонен к образованию трещин. Применяется при изготовлении мебели. |
| Орех грецкий | 5 кгс/мм² | Произрастает на территории Южной Европы, Средней Азии и Ближнего Востока. Отличается высокой влажностью и прочностью структуры. Применяется в медицине. |
| Ольха | 3,0 кгс/мм² | Растет в Западной Азии. Европе и Северной Африке. Имеет тонкую структуру и поддается деформации. Применяется при производстве паркета. |
| Сосна | 1,6 кгс/мм² | Растет в Европе, Северной Америке и Азии. Имеет низкую теплопроводность и не воспламеняется. По этой причине данный материал активно используется при строении помещений, где проводится термическая обработка. |
| Ясень | 4,1 кгс/мм² | Произрастает в Европе. Эластичен, легко поддается механической обработке. Используется для изготовления спортивных снарядов. |
Таблица твердости используется на промышленных предприятиях. Она позволяет работникам выбрать оптимальные материалы для проведения физико-математических измерений.
Зависимость от влажности
Влажность древесины является одним из главным параметров, влияющих на плотность этого материала. При наличии большого количества влаги повышается вес бруска. В результате масса заготовки увеличивается. Поэтому плотность дерева, где отсутствует влага, ниже. Влажные образцы имеют высокую прочность и твердость.
Выделяют 3 основных категории древесины по влажности:
- Абсолютно сухая: значение влажности составляет менее 25 %.
- Воздушно-сухая (полусухая): влажность составляет от 25 до 35 %.
- Сырая: значение влажности составляет свыше 35 %.
Влажность свежесрубленной древесины составляет не менее 50 %. Поэтому сырье подвергается естественной сушке под навесом. Эта процедура позволяет снизить количество влаги до 25 %. Для дальнейшего снижения этого показателя требуется поместить дерево в сушильные камеры. Измерение можно проводить при влажности не более 12 %.
Измерение показателя твердости
Для определения твердости используются 3 основных метода:
- По коэффициенту Бринелля: в поверхность бревна или бруска вбивается шарик из металлических материалов. Диаметр вставляемого предмета составляет не более 1 см. Степень нагрузки на шарик определяется по следующей формуле: F = K × D2. K – отношение массы материала к его объему, D – диаметр шарика. Глубина полученного отверстия измеряется. Для определения твердости нужно разделить длину образованной лунки и степень нагрузки на шарик.
- По шкале Янка: в поверхность бревна или бруска вбивается стальной шарик с диаметром 11,3 см. После этого рассчитывается сила, с которой предмет был вдавлен в поверхность древесины. Важно, чтобы шарик углубился в заготовку на 50 % своего диаметра.
- По шкале Роквелла: в поверхность дерева вбивается индентор, представляющий собой алмазный конус. Измеряется глубина проделанного отверстия. Полученный результат сравнивается с табличными значениями. Оценка твердости осуществляется при помощи единицы измерения HR, равной 0,0002 мм.
Основные методы расчета показателя твердости описаны в ГОСТ 16483.17-81. В справочных материалах величина этого показателя указывается в 1 кгс/мм2 = 9,81 Н/мм2.
ГОСТ 16483.17-81 Древесина. Метод определения статической твердости
1 файл 138.94 KB
Почему у разных пород древесины разная плотность?
Такова воля природы. Деревья растут и в жаркой пустыне, и в прохладных болотах, и в любых условиях стараются выжить. В средней полосе, где только зимой или в ветреную погоду приходится нелегко, растения имеют доступ к изобилию питательных веществ в увлажненной, умеренно теплой и вполне удобренной почве. Дерево, ни в чем себе не отказывая, насыщается через корни, камбий быстро разрастается, а волокна наполняются влагой. После сушки такая древесина сильно теряет в весе и, соответственно, в плотности.
Растениям в сложных климатических условиях приходится накапливать жизненно необходимые вещества внутри волокон. Они учатся вырабатывать масла, которые защищают их от засухи и насекомых. Постоянный дефицит и стресс делает деревья не только запасливыми, но и медленно растущими. Минимальное нарастание камбия в течение года делает годичные кольца практически неразличимыми, а недостаток влаги ведет к появлению масел в волокнах, которые не испаряются после усушки.
Промасленность некоторых пород чувствуется пальцами, а иногда и визуально — наприме, если обработать поверхность бруска растворителем:
Разные породы древесины зародились и прижились там, где смогли приспособиться к условиям, и растут в тесной взаимосвязи с окружающей флорой и фауной. Деревья улавливают любые изменения среды, отвечая на них адаптацией в самой структуре, поэтому даже внутри породы, семейства, рода и вида растения могут сильно отличаться друг от друга. В том числе и по плотности.
Эти породы произрастают на одном континенте в похожих погодных условиях, однако под микроскопом их структура сильно отличается:
Классификация пород деревьев по плотности
Выделяют следующие разновидности древесины по показателю плотности:
- Породы с малой плотностью: от 1 до 540 кг/м3.
- Породы со средней плотностью: от 541 до 740 кг/м3.
- Породы с высокой плотностью: от 750 кг/м3.
Самое большое количество деревьев с плотной древесины растет на территории Европы, Северной и Южной Америки. Наивысшей плотностью обладает бакаут (до 1300 кг/м3). Самые плотные породы древесины указаны в Государственной системе справочных данных, контролируемой Госстандартом Российской Федерации.
Таблица плотности разных пород древесины
Для любителей чисел и сравнений мы сделали табличку с показателями плотности тех пород, которые встречаются у нас в ассортименте. Для наглядности писок отсортирован от большего к меньшему – от древесины, по тяжести сравнимой с камнем, до той, из которой делают невесомые поплавки.
Все показатели намеренно усреднены и не гарантируют, что купленный вами брусок им соответствует. Ведь, как мы уже говорили, дерево – живой и неоднородный материал, который не вписывается в строгие рамки и характеристики.
Табличные значения плотности древесины
В следующей таблице представлена плотность различных пород древесины:
| Таблица плотности древесины | |
| Наименование дерева | Плотность кг/м3 |
| Акация | 830 |
| Бамбук | 870 |
| Берёза | 540-700 |
| Бук | 650-700 |
| Вишня американская | 490-670 |
| Вяз | 670-710 |
| Граб | 500-820 |
| Дуб | 600-930 |
| Ель | 400-500 |
| Кедр | 580-770 |
| Липа | 320-560 |
| Лиственница | 950-1020 |
| Ольха | 380-640 |
| Орех грецкий | 500-650 |
| Сосна | 400-500 |
| Эвкалипт | 690-1110 |
| Ясень | 660-700 |
| Бальса (Бальза) | 120-160 |
| Пихта сибирская | 390-430 |
| Секвойя | 410 |
| Тополь | 400-500 |
| Ива | 460 |
| Сосна | 450-500 |
| Красное дерево | 540 |
| Конский каштан | 560 |
| Каштан съедобный | 590 |
| Кипарис | 600 |
| Черемуха | 610 |
| Сапелли | 620 |
| Лещина | 630 |
| Клен полевой | 670 |
| Тиковое дерево | 670 |
| Груша | 690 |
| Афрормозия | 700 |
| Свитения (махагони) | 700 |
| Платан | 700 |
| Жостер (крушина) | 710 |
| Падук | 750 |
| Тисс | 750 |
| Дуссия | 800 |
| Кемпас | 800 |
| Слива | 800 |
| Сирень | 800 |
| Боярышник | 800 |
| Палисандр | 800-1000 |
| Пекан (кария) | 830 |
| Ярра | 830 |
| Мербау | 840 |
| Ятоба (мареил) | 840 |
| Керуинг | 850 |
| Кулахи | 850 |
| Мутения | 850 |
| Венге | 900 |
| Лапачо | 900 |
| Олива | 900 |
| Сандаловое дерево | 900 |
| Панга-панга | 950 |
| Самшит | 960 |
| Лим | 970 |
| Сукупира | 1 000 |
| Кумару | 1 100 |
| Эбеновое дерево (Хурма) | 1 080 |
| Черное дерево | 1 160 |
| Квебрахо | 1 210 |
| Гваякум или бакаут | 1 280 |
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:
- Коробление – искажение формы дерева в результате внутренних напряжений.
- Наличие масел и смол в структуре древесины.
- 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.
Сандаловое дерево
Сандаловое дерево. Общий вид взрослого растения
Лес красных сандаловых деревьев
Кора
Листья сандалового дерева
Соцветие Сандаловое дерево или Птерокарпус сандаловый
(лат. Pterocarpus santalinus) – небольшое дерево, 9–15 м высотой и 0,6–1 м диаметром ствола, растущее в лиственных лесах востока тропической Азии и на Цейлоне; вид рода Птерокарпус семейства Бобовые. Это дерево ценится за насыщенный красный цвет его древесины. Древесина не является ароматической. Птерокарпус сандаловый не следует путать с ароматическими сандаловыми деревьями (
Santalum Sandalwood
), которые происходят из Южной Индии.
Ботаническое описание
Ботаническая иллюстрация из книги Köhler’s Medizinal-Pflanzen
, 1887
В высоту достигает 9–15 метров, диаметр ствола – 50–150 см. Грубая чешуйчатая кора коричневато-чёрного цвета и с частичными глубокими бороздами.
Листья непарно-перистые или трёхцветные, длиной около 8–18 сантиметров. Форма у них яйцевидная до эллиптической, округлая с цельным краем.
Цветки одиночные жёлтые с красными полосками; тычинок 10, из которых девять спаяны нитями в трубку. Плод – округлый гладкий боб. Содержит всего 1–2 семя.
Цветёт в сухой период с конца марта и до конца мая. Цветы открываются ночью до раннего утра и лунными ночами; опыляется пчёлами.
Древесина
Цвет сердцевины колеблется от тёмного апельсина к более глубокому красноватому пурпуру, часто с более тёмными прожилками повсюду. Цвет, как правило, значительно темнеет с течением времени до глубокого красновато-фиолетового почти чёрного цвета. Общий внешний вид и цвет могут быть очень похожи на Буа де Роуз
(Bois de Rose). Бледно-белая узкая заболонь чётко отделена от сердцевины дерева. Иногда встречается волнистые переплетённые волокна. Имеет высокий естественный блеск.
Диффузно-пористые, одиночные и радиальные кратные, крупные и очень крупные поры без определенного расположения. Оранжево-коричневые отложения присутствуют редко. Паренхима крылатая; узкие лучи, расположенные довольно близко друг к другу.
Значение и применение
Шахматные фигуры из красного сандалового дерева
Древесина сандалового дерева используется для создания дорогой мебели. Из-за его медленного роста Pterocarpus santalinus
и его редкости, мебель из красного сандала всегда была очень дорога. Это был один из самых дорогих лесоматериалов на протяжении тысячелетий. Качеству древесины отдавал дань еще царь Соломон. Дерево исторически ценилось в Китае, особенно в периоды правления династии Мин и Цин, и называется по-китайски, как
Zitan
(紫檀) и пишется Цзы-Тань у более ранних западных авторов, таких как Густав Экке (Ecke), который ввёз классическую китайскую мебель на запад. Между 17-м и 19-м веками в Китае редкость этой древесины привела к резервации сандаловой мебели для династии Цин императорского двора. Цзы-Тань является древней китайской аналогией индийского слова Chandan для названия красного сандалового дерева. В Индии еще существует рынок экспорта сандалового дерева контрабандистами, что является весьма прибыльным занятием в связи с высокими ценами на это дерево в Китае.
Из древесины выделяют краситель, он содержит санталин, санталовую кислоту, сантал и птерокарпин.
