Древесина — свойства, обработка и применение

Основные направления

Древесина может служить сырьем для многих продуктов. Производственникам эти показатели все известны, я просто пишу все истины на бумагу. Давайте сегодня рассмотрим критерии по которым можно оценить древесину как сырье для получения продукции, необходимо это когда древесина закупается у поставщиков. При этом при покупке и договоренности можно для производства экономить хорошие средства. Итак вот некоторые направления переработки древесины:

• Использование отходов древесины и дальнейшее производство продукции из этих отходов.
• Как древесное топливо.
• Использование древесины для распиловки.
• Использование древесины для получения деревянного погонажа.

Для того чтобы получить максимальную прибыль на производстве, необходимо правильно распределять что из древесины вам нужно, какая часть древесины, какая порода и затем уже закупать то, что вам нужно у поставщиков. Допустим вы распиливаете древесину на пиломатериалы, и для этого используете круглый лес с гнилью, вы будете недополучать высококачественную продукцию и соответственно прибыль. Или другой случай, в древесине высокий процент инородных включений, куда ее лучше использовать?

Древесина будущего

• Будущее древесины — перспективы
• Современное использовании древесины
• Запасы древесины в мире
• Производство древесины в России
• Современные виды древесины

В 21 веке отмечается высокая популярность традиционных, экологически чистых материалов, главным из которых можно назвать древесину. Объяснить это можно не только экологичностью сырья, но и тем, что современные методы обработки ощутимо улучшают её эксплуатационные характеристики и сферу применения.

Будущее древесины — перспективы

Все, кто бывал в гипермаркете IKEA, знают, что шведы просто в восторге от деревянных предметов. Почти 60% площади государства занимают леса — их на территории Швеции более 51 млрд. Невероятно, но факт – научные сотрудники Королевского технологического института Швеции изобрели способ производства прозрачной древесины. Это изобретение предоставляет колоссальные возможности для применения данного материала.

Прозрачные пиломатериалы станут заменой прозрачного стекла или прозрачного пластика. В будущем из него будут создавать тару, стеклопакеты, или бутылки для фанты. Идея изобретения принадлежит Ларсу Берглунду. Он — материаловед, который задался целью разработать композитное, то есть составное вещество на базе дерева.

Берглунд изобрел способ, который базируется на применении волокон древесного шпона. Способ производства чем-то схож с варкой целлюлозы, в процессе которого отделяется лигнин. Именно из-за него дерево имеет коричневый оттенок. Далее лигнин заменяют полимерным веществом, и в результате этого удается получить дерево прозрачное на 85%. Изобретенный продукт характеризуется всеми особенностями древесины, но при этом пропускает свет.

В этом году в рамках выставки «Технодрев Сибирь» состоялась презентация инновационного продукта от компании MATERIA, которая приехала из Нидерландах. Ее основатель — Элс Зейстр. Компания — это образовательный центр, в котором хранятся и применяются самые современные знания о древесине.

«Древесина и остальные биоматериалы были крайне популярны в прошлом. В процессе эволюции люди начали чаще использовать бетон, металлы, минеральные соединения, пластик. В то же время отрицательные качества таких материалов заключаются в том, что на их переработку тратятся колоссальные средства. По этой причине сегодня лесоматериалы снова набирают популярность, а также претендуют на звание «материал будущего»», – отметил Элс и продемонстрировал невероятные примеры их применения.

Он рассказал, что древесина, соединенная с прочими компонентами, становится абсолютно новым продуктом с необычайными качествами. Среди новинок был — Арбоформ или жидкая древесина. Он представляет собой прочное и термопластичное соединение, которое состоит из измельченных пиломатериалов, в мягких тканях которых содержатся полимеры. После таких превращений получается соединение, которое обладает как качествами пластика, так и древесины. Вторая новинка – Дендролайт. Этот материал отличается очень высокой прочностью, но при этом намного легче натурального дерева. Древесный материал Accoya, созданный при помощи пропитки особым кислотным раствором, характеризуется стойкостью к деформациям и долговечностью. По этим показателям он превосходит тропическую древесину.

Благодаря современным разработкам ученых уже существует древесина, которая отталкивает капли воды, они не впитываются, а просто стекают с поверхности. Существуют материалы, которые накапливают тепловую энергию.

Современное использовании древесины

Сегодня для возведения загородных домов чаще всего применяется дерево, потому что оно экологически чистое и натуральное. Такое сырье довольно популярно среди дизайнеров и архитекторов. Древесина – возобновляемый, естественный и не истощаемый ресурс.

Сейчас главными целями современной деревообрабатывающей отрасли можно назвать повышение показателей устойчивости к влажности, прочности, предотвращение горения, и приведение характеристик древесины к уровню строительных нормативов. В то же время мастера стремятся сохранить естественные свойства дерева: «дыхание» и сохранение «тепла», а также внешнего вида. На сегодняшний день самыми популярными являются клееные изделия из древесины, производимые из разных сортов дерева по особой технологии.

В результате применения новейших технологий пиломатериалы можно наделить особыми качествами, к примеру, идеальной геометрией, формоустойчивостью, чистой поверхностью.

В нашем государстве производство клееных материалов проводится на деревообрабатывающих предприятиях. Клееные сооружения из дерева в строительстве применяются очень широко. Наивысший экономический эффект от применения клееных конструкций фиксируется в том случае, когда ими перекрывают больше пролеты (от 18 до 36 метров). Подобные перекрытия присутствуют в кинотеатрах, крытых рынках, бассейнах, спортивных манежах.

В последние годы постоянно растет стоимость ископаемого топлива, вследствие чего растет и популярность возобновляемых источников энергии, а именно дров. Рост применения дерева для обогрева помещений фиксируется и в нашей стране. Предприятия по выпуску топливных гранул (пеллет), а также топливных брикетов располагаются почти в каждом регионе государства, в котором есть хоть какие-то лесные ресурсы. Отмечается увеличение выпуска и реализации несколько забытого вида топлива — древесного угля.

Применение древесины в качестве топлива и источника энергии в нашей стране сталкивается с огромным количеством проблем. Прежде всего, препятствием являются неразумные рекомендации законодательства, которые осложняют процесс заготовки дров населением для личного пользования. Немаловажное значение имеют и бюджетные проблемы региональных образований, а также технологические сложности. Однако, невзирая на эти проблемы, топливная древесина не перестает набирать популярность.

Запасы древесины в мире

Леса – важный ресурс биосферы. Географы разделили все мировые два больших лесных пояса — северный и южный. Северный — это область, в которой преобладает умеренный и субтропический климат. Он включает более 50% всех лесополос и практически такой же объем всех резервов древесины. Здесь лидером по объему лесных угодий является Россия. Южный — располагается в области преобладания тропического и экваториального климата. Он занимает чуть меньше 50% лесных угодий мира и суммарного резерва лесоматериалов. Этот пояс охватывает Амазонию, бассейн Конго и Юго-Восточную Азию.

Приблизительно 40% лесов произрастают в Евразии. Из этих лесов поставляется почти 2/3 резерва ценных сортов древесины. Наименьшее количество лесополос в Австралии. Абсолютно нет резервов древесины в Катаре, Бахрейне, Ливии.

Мировые лесные резервы имеют два основных показателя: объем лесных угодий (4,1 млрд. га, примерно 27% площади суши) и резервы древесины на корню (350 млрд. м3), которые вследствие ежегодного прироста возрастают на 5,5 млрд. м3. Ввиду того, что площадь континентов различна, стоит принимать во внимание их лесистость, т.е. отношение лесов к общей площади. В таком ракурсе лидирует территория Южной Америки.

Область тропического леса каждый год уменьшается на 1%. Общий запас древесины колеблется от 336,9 млрд. м3 до 370 млрд. м3. Каждый год примерное количество заготовок лесоматериалов достигает 3,4 млрд. м3. Около 40 лет назад этот показатель достигал 2-2,5 млрд. м3. Отметим, что половина все используемой древесины идет на топливо. Дрова жизненно необходимы почти 2 млрд. человек, из которых 1,3 млрд. вырубают деревья в своих странах быстрее, чем она может восстановиться.

Ученые фиксируют колоссальную скорость вырубки тропических насаждений. Около 200 лет назад лесные насаждения занимали в два раза большую площадь на нашей планете. В год люди уничтожают 125 тыс. км2.

Больше половины резервов древесины в нашем государстве растут в труднодоступных регионах, в которых не развита или вообще отсутствует инфраструктура. Кроме этого, все еще не преодолён давно сформировавшийся разрыв между строительством заводов по переработке древесины, которые главным образом находятся в Европейской части России и лесосырьевой базой, 80% которой находятся в Азиатской части России. Необработанные пиломатериалы перевозятся железнодорожным сообщением на большие расстояния. Эксперты заявляют, что наиболее эффективно расположение завода на расстоянии до 200 км. К сожалению, по глубине переработки древесного сырья наша страна находится почти на самом последнем месте в мире. Уровень применяемых технологий, пожалуй, самый низкий в мире. В лесозаготовительной отрасти наблюдается очень низкий уровень механизации труда, да и большая часть оснащения на заводах используется уже более четверти века.

Производство древесины в России

Ежегодно в стволе дерева формируются новые слои древесины. Этот прирост создает годичные кольца, придающие уникальный рисунок.

Как же происходит процесс заготовки пиломатериалов? Прежде всего, необходимо спилить дерево. Далее специальные машины за несколько секунд срезают со ствола все ветки. Полученные бревна доставляются на лесопилку, где распускают на доски, при помощи разных видов пилорамы. Далее следует этап просушки полученных лесоматериалов. Если этого не сделать сырье будет растрескиваться. Просушивают доски в особых помещениях, в которых поддерживается постоянная температура. Кроме доски и бруса древесина идет на производство листов фанеры. Из отходов производства делают щиты, в составе которых прессованные опилки. Кроме того, из дерева делают бумагу. Для этого используют тонкие стволы, их перемалывают, заливают клеем, в результате чего получается бумага. В некоторых государствах растут специальные леса для производства бумажной массы.

Главным продуктом лесной промышленности на сегодняшний день можно назвать деловую древесину, объем которой из суммарного объема вывозимых лесоматериалов достигает 75 – 80%. Лесозаготовительная отрасль — главное направление всей лесной промышленности. В конце 80–х годов СССР находился на втором месте по вывозу лесоматериалов после США. Сегодня наша страна занимает 6 – 7 место.

Наибольший объем выручки аккумулируется при помощи экспорта необработанных пиломатериалов. По информации аналитического агентства Lesprom Network, постановление государственной думы об увеличении экспортной таможенной пошлины на круглые пиломатериалы в 2007 году на 20 % и в 2008 году еще на четверть стало причиной падения конкурентоспособности отечественных предприятий-экспортеров.

Лесная отрасль каждый год заготавливает примерно 0,5 млрд тонн биологической массы, из которых в производство поступает лишь 25 %. Не применяют на производствах хвою, кору, сучья, по всей видимости в результате непродуманного пользования полученным сырьем. Готовой продукцией становится всего лишь 11 % сырья.

Современные виды древесины

Все лесоматериалы делятся на два класса:

• мягкие
• твердые.

Первый вид производят из хвойных сортов, к примеру, сосны, ели, кедра. Такие леса садят искусственно, ввиду их очень высокой скорости роста. Такие лесоматериалы довольно просто распиливается в пилорамах, сверлится и гнется. Этот сорт сырья очень востребован мебельной промышленности и в производстве упаковочной тары.

Твердое сырье добывается из медленно растущих деревьев, к примеру, дуба, ясеня или березы. Они тяжело поддаются распилу. Ее самым важным достоинством является то, что она практически не подвержена гнили и имеет очень высокую прочность. Из таких пород производят элитную мебель, катера. Тропические деревья с каждым годом становятся все дороже, в результате массовой вырубки.

Являясь самым важным на планете аккумулятором живого вещества, леса обозначают степень углеродного и кислородного баланса планеты. Они непосредственно влияют на биологический круговорот определенных химических соединений.

Древесина — топливо

Лучшее древесное топливо обладает следующими характеристиками:

1. Наименьшая влажность древесного сырья, если вы покупаете дрова или щепу для котельных, то влажность играет важную роль.
2. Наименьшее количество гнили как в круглом лесе так и в щепе, при этом если в круглом лесе заметна гниль, то щепа просто находясь долгое время в кучах перегорает, при этом ее теплотворная способность уменьшается.
3. Наибольшая плотность древесины и соответственно наибольшая теплотворная способность, береза дает больше тепла чем сосна, поэтому березовую щепу или дрова выгоднее брать чем топливо из сосны.
4. Инородные включения в древесной щепе и опилках не приводят к значительным повреждениям в котлах, в круглой древесине посторонние металлические тела могут приводить к повреждению бензопил.
5. Чем меньше коры в щепе и опилках тем выше теплотворная способность топлива.

Древесина в домостроении

Разновидность: бревно (подразделяется на семена, толщину, назначение), древесина, полученная вертикальным распилованием круглой древесины, полуфабрикаты и готовые изделия.

Характеристики: Древесина в основном состоит из органических веществ (99% от общей массы). В среднем полностью сухая древесина содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода и 0,1-0,3% азота. Горящее дерево оставляет его неорганическую часть — пепел.

В состав золы входят такие элементы, как кальций, калий, натрий и магний. Физические свойства древесины включают внешний вид и запах, плотность, электрическую, звуковую и теплопроводность, макроструктуру, влажность и связанные с этим изменения — усадку, расширение, растрескивание и коробление.

Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском, текстурой и макроструктурой (ширина годового слоя и содержание поздней древесины в годовом слое). Механические свойства: прочность и деформируемость, твердость, растрескиваемость.

• Сила — способность дерева противостоять разрушению механическими силами. Его особенностью является прочность на разрыв. Максимальное напряжение, которое может выдержать дерево, не ломаясь. При испытании на сжатие древесины, растяжение, изгиб и сдвиг, редко устанавливаются показатели прочности при скручивании.

• Деформируемость — это изменение формы и размера древесины под воздействием внешних сил. Твердость — это способность дерева сопротивляться поглощению большего количества твердых веществ. Растрескивание — это способность дерева отделяться (расщепляться) вдоль волокна под воздействием клина и нагрузки.

Наличие: древесина; модифицированная древесина; композитные древесные материалы; сырье для древесно-химических продуктов; целлюлоза, бумага и древесно-волокнистые материалы; продукты гидролиза и производства дрожжей; продукты из древесной химии.

Древесина — пиловочник

Использование древесины для распиловки:

• Наличие синевы снижает сортность пиломатериала, его товарные качества.
• Гниль снижает сортность пиломатериалов.
• Влажность пиломатериалов может играть роль только при транспортировке, автомобиль может перевозить 20 тонн, соответственно можно загрузить 40 кубометром сухого пиломатериала или 30 кубометров сырого пиломатериала. Потребитель выберет поставщика с более сухим пиломатериалом при всех остальных одинаковых качествах.
• Лес больших диаметров более предпочтителен, так как с него выше полезный выход пиломатериалов и больше производительность линии. На рисунке мы видим три реза (их может быть больше или меньше), с этих трех резов конечно будет лучше пилить первый и второй рез, третий рез пилить будет не так выгодно, с него будет меньше полезный выход, меньше производительность лесопильной линии.

• Плотность пиломатериалов как правило будет влиять на производительность лесопильной линии, при повышении плотности круглый лес пилить становится тяжелее, увеличивается расход режущего инструмента, повышается износ линии. Также повышение плотности негативно влияет на транспортировку готовых пиломатериалов, дешевле возить больший объем продукции за один рейс. Здесь получается более предпочтительна древесина 2 и 3 реза чем 1 реза, так как комлевая часть имеет повышенную плотность. Кстати многие производители пиломатериал зная о этих нюансах планируют отгрузку пиломатериала уже с учетом данных нюансов, при этом также следует учитывать тот факт что пиломатериал из заболонной части имеет плотность выше чем пиломатериал из сердцевинной части.
• Инородные тела приводят к повреждениям режущего инструмента, станков. Если все таки необходимо раскраивать древесину, то лучше устанавливать на линию металлоискатель, пилить более крупные размеры (допустим брус) с меньшим количеством пил, это снизит количество режущего инструмента выходящих из строя.

Состав древесины

Древесина состоит с крошечных волокон (целлюлоза)

и природного клея, который удерживает эти волокна вместе, данный клей называется
лигнин
. Кстати за счет природного лигнина мы можем получать древесные пеллеты.

Когда к примеру дерево превращается в целлюлозу для производства бумаги, образуется много побочных продуктов на основе лигнина. Полученные продукты люди используют для приготовления асфальта, краски, получения жевательной резинки и моющих средств, а также скипидара.

На фото целлюлоза в тюках…

Целлюлоза — используется для бумаги и многого другого. Она совместно с меламином применяется для изготовления посуды, унитазов, ручек для инструментов и целлофана. Также мы можем встретить с данных материалов шлемы, зубные щетки и электрические розетки.

Прочие продукты переработки целлюлозы включают получение искусственного шелка, и нитроцеллюлозы, которая используется при получении лака для ногтей, твердого ракетного топлива и взрывчатых материалов промышленного назначения.

Продукты получаемые при варке древесины — дезодоранты и лаки для волос, искусственные ароматизаторы с запахом ванили, лекарства и косметика.

Дрожжи производятся из древесного сахара выделяемого в процессе варки целлюлозы. Они имеют высокое содержание белка, часто используются в детском питании, крупах, имитации бекона, производстве кормов и хлебобулочных изделий.

Древесина для производства плитной продукции

Критерии по которым будем оценивать древесину как сырье для технологической щепы или для стружки, для плитных производств:

• Наличие гнили, сказывается негативно так как при транспортировке гнилой круглой древесины или гнилой щепы вы покупаете объем древесины на один объем плиты, в итоге у вас из гнилой древесины получается гораздо меньший объем плиты. Норма расхода из древесины с гнилью на один кубометр готовой плиты будет гораздо больше. Это нужно использовать когда вы закупаете лес на стороне.
• Наличие коры, с одной стороны кора не считается в общей кубатуре и идет около 11% сверх древесины, поэтому при закупке древесины с большим количеством коры для плитного производства неплохо, снижается норма расхода древесины на один кубометр плиты. С другой стороны снижается качество, а точнее товарный вид плиты. В конечном итоге решать производителю, что для него важнее.
• Плотность древесины влияет на норму расхода древесины на кубометр плиты. Конечно же закупка березы будет более выгодной чем закупка осины при одинаковых условиях, из березы будет произведено больше плиты. По этим же свойствам лучше древесина получаемая из первого реза чем из третьего. Продают как правило древесину по кубам, для нас лучше чтобы в данном случае кубометр имел большую массу.
• Влажность древесины влияет на себестоимость сушки, поэтому лучше древесина подсушенная, или же самим по возможности подсушивать.
• Наличие инородных тел увеличивает норму расхода режущего инструмента на продукцию, для уменьшения воздействия инородных тел необходимо внедрять магниты, камнеулавливатели.

Свойства древесины

Древесина как строительный материал получается из деревьев при распиливании их на части. Разные породы отличаются друг от друга, прежде всего, цветом, текстурой, блеском. Ещё одно важное свойство — это плотность.

Наибольшее количество древесины в России дают сосна, ель, лиственница. Фото: flickr.com/jacki-dee

Рассмотрим эти качества подробнее:

1. Количество дубильных, красящих и смолистых веществ определяет цвет древесины, который меняется в зависимости от территории произрастания и климата. В жарких районах он более насыщенный, яркий. Растущие в северных районах липа и ель — светлых, почти белых тонов, а цвет древесины африканского Чёрного дерева соответствует его названию.
2. Чем плотнее древесина и у неё больше по размеру сердцевидные лучи, тем её способность в обработанном виде отражать свет лучше, а блеск ярче. Дуб, бук, клён, акация, платан после обработки имеют красивую блестящую поверхность. Мягкие породы с короткими сердцевидными лучами липы, тополя, осины имеют матовое отражение.
3. Естественный рисунок на поверхности разрезов называется структурой. Современная технология распиловки леса позволяет как можно ярче показать уникальность, и декоративную ценность каждого вида.
4. Материал из разных пород дерева различается по плотности. Нет тяжелее древесины, чем у снейквуда — «Змеиного дерева». Один куб его весит 1300 кг. В 10 раз легче бальса — «Хлопковое дерево» — 130 кг в одном кубометре. Вес 1 м3 часто встречающихся деревьев России, находится примерно посередине этих значений:

• дуб — 700 кг;
• бук – 650 кг;
• ель – 450 кг;
• кедр – 580 кг;
• орех – 650 кг;
• сосна – 460-620 кг.

Древесина для погонажа

Для получения деревянного погонажа. Деревянный погонаж может быть как цельным так и сращенным. При цельном поганаже нам необходимо исключить пороки древесины приводящие к снижению качества погонажных изделий:

1. Синева
2. Гниль
3. Черные сучки
4. Выпадающие сучки
5. Прорость
6. Сросшиеся сучки
7. Смолянистость (у хвойных пород)

При этом для снижения количества вышеперечисленных пороков древесины нам лучше использовать свежую древесину, сухостои и лежавшая древесина обладает большим количеством пороков.

При этом наличие здоровых сучков в цельном погонаже как правило сильно не регламентируется. При просмотре картинки резов древесины, мы знаем что выпавшие, черные сучки, гниль, смолянистость, в основном будет на первом и втором резе. Третий рез обладает только большим количеством здоровых сучков. Как правило именно третий рез лучше всего использовать на цельный погонаж.

Сращенный погонаж получают методом вырезания из древесины цельной бес сучковой древесины и склеивания этой древесины. Поэтому лучшим сырьем здесь будет древесина с наименьшим количеством сучков. В данном случае оптимальной древесиной будет первый и второй рез, хотя первый рез и обладает повышенной смолянистостью (у хвойных пород древесины).

Как правило режущий инструмент при изготовлении погонажа стоит очень и очень дорого, цена одной фрезы может доходить до 5000 евро, поэтому инородные тела просто недопустимы в данной отрасли деревообрабатывающей промышленности.

Биологическая обработка

Это особая группа методов деревообработки, целью которой является получение сельскохозяйственного сырья. В качестве исходных материалов используются отходы деревообрабатывающих фабрик – например, опилки, стружка, щепа. Биологическая механическая обработка древесины организуется в специальных цехах с емкостями, где организуются процессы брожения. В качестве активаторов используются специальные бактерии, споры грибов и даже некоторые насекомые. На выходе такие процессы искусственного разрушения древесины позволяют получать кормовые материалы, этиловый спирт, ксилит, фурфурол и другие производные микробиологического синтеза, необходимые для сельскохозяйственной деятельности.