Общие сведения
Древесиной называют природный материал, который состоит из плотно прилегающих растительных клеток. Из-за физических особенностей у вещества упругая, плотная структура. Благодаря входящей в состав целлюлозе дерево очень крепкое и прочное.
Древесина отлично удерживает тепло. Между клетками есть пустоты, которые накапливают энергию. Ресурс противодействует динамическим и статическим нагрузкам, при этом остается легким. При сжатии вдоль волокон по прочности вещество не уступает цементу.
Вещество в досках Источник stroy-podskazka.ru
Древесину легко обрабатывать. Сырье можно резать, пилить, склеивать и спрессовывать под давлением. В материале удерживаются твердые крепления (скобы, гвозди). Из дерева создают как долговечные сооружения, так и декоративные изделия.
Из-за клеточного строения древесина может «дышать». Постоянный воздухообмен позволяет поддерживать благоприятный микроклимат внутри помещений. Из-за присутствия в составе масел и смол у сырья есть специфический аромат. Вещества помогают дереву бороться с разрушением тканей.
Декоративность и ценность древесины часто зависят от породы растения. Все сорта делят на две большие группы – хвойных и лиственных. Дополнительно выделяют однодольные культуры, к которым относят бамбук и пальмы.
Дерево распиленное Источник zen.yandex.ru
Из-за особенностей строения древесина легко горит, во влажных условиях – гниет. У материала есть много пороков, которые снижают сортность и ограничивают применение. Из-за высокой гигроскопичности вещество набухает, коробится или трескается. Последствия недостатков минимизируют изменением условий эксплуатации и специальной защитой при обработке.
Урок: «Древесина — конструкционный природный материал».
Урок № _____ Дата:_________________
Тема:
Древесина – природный конструкционный материал.
Цели
: создать условия для формирования у учащихся: понятий «древесина», «строение древесины» для выработки умений различать породы деревьев по их признакам; создать условия для развития у учащихся памяти, логического мышления, воображения; создать условия для формирования само- и взаимоконтроля.
Тип урока:
комбинированный
.
Формы работы:
самостоятельная, индивидуальная, групповая
.
ХОД УРОКА.
I. Организационный момент.
II. Актуализация опорных знаний.
Беседа
- Вспомни, какой материал называют конструкционным.
- Из какого сырья изготавливают бумагу, картон?
- Назови конструкционные материалы, которые используют для производства автомобилей, самолетов, сооружения домов, изготовления домашней мебели. Где изготавливают указанные материалы и какое сырье для этого используют?
III. Изучение нового материала.
Развитие современной техники и технологий зависит от производства и использования разнообразных конструкционных материалов: древесины, металла, пластичных масс, стекла и т.п.
Большое распространение получило использование древесины. Изделия из нее применяют практически во всех сферах нашей жизни. Из этого материала изготавливают бумагу, картон, искусственный шелк, пластмассу, мебель, элементы зданий, музыкальные инструменты и сувениры и много других нужных вещей.
Все древесные породы делят на две группы: хвойные и лиственные (рис. 13).
Хвойные породы имеют листья в форме игл. К ним принадлежат: ель, сосна, кедр, лиственница, пихта и т.п. Лиственными породами являются ольха, липа, дуб, бук, граб и другие (рис. 14). Деревья используют для изготовления конструкционных древесных материалов.
Древесные материалы легко поддаются обработке различными режущими инструментами: пилками, ножами, долотами, сверлами, напильниками и другими. Элементы конструкций из древесных материалов надежно и крепко соединяются гвоздями, шурупами, а также склеиванием.
Деревья – самые высокие из всех растений, хотя есть среди них и карлики, до нескольких сантиметров высотой.
Древесина как природный конструкционный материал получается из стволов деревьев при распиливании их на части.
Ствол дерева имеет более толстую (комлевую) часть у основания и более тонкую — вершинную. Поверхность ствола покрыта корой. Кора является как бы одеждой для дерева и состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего — лубяного. Пробковый слой коры является отмершим. Лубяной слой служит проводником соков, питающих дерево. Основная внутренняя часть ствола дерева состоит из древесины. В свою очередь, древесина ствола состоит из множества слоев, которые на разрезе видны как годичные кольца. По числу годичных колец определяют возраст дерева.
Рыхлый и мягкий центр дерева называют сердцевиной. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий простираются сердцевинные лучи. Они имеют различную окраску и служат для проведения воды, воздуха и питательных веществ внутрь дерева. Сердцевинные лучи создают рисунок (текстуру) древесины.
Камбий — тонкий слой живых клеток, расположенный между корой и древесиной. Только с камбия происходит образование новых клеток и ежегодный прирост дерева по толщине. «Камбий» — от латинского «обмен» (питательными веществами).
Основные разрезы ствола.
1 — торцовый разрез;
2 — радиальный разрез;
3 — тангенциальный разрез
Для изучения строения древесины различают три основных разреза ствола. Разрез, проходящий перпендикулярно сердцевине ствола, называют торцовым. Он перпендикулярен волокнам. Разрез 2, проходящий через сердцевину ствола, называют радиальным. Он параллелен волокнам. Тангенциальный разрез 3 проходит параллельно сердцевине ствола и удален от нее на некоторое расстояние. По этим разрезам выявляются различные свойства и рисунки древесины.
Породы древесины определяют по их характерным признакам: текстуре, запаху, твердости, цвету.
Дерево /порода/
Твердость
Цвет
Применение
Сосна
/хвойная порода/
Мягкая. Пропитана смолистыми веществами
Древесина светло-красного цвета с ярко выраженной текстурой
Применяется для изготовления окон и дверей, полов и потолков, мебели, в строительстве судов, вагонов, мостов
Ель
/хвойная порода/
Мягкая. Пропитана смолистыми веществами
Цвет белый с желтоватым оттенком
Применяется для изготовления музыкальных инструментов, мебели, окон и дверей
Береза
/лиственная порода/
Твердая
Цвет белый с буроватым оттенком
Используется для изготовления фанеры, мебели, посуды, ружейных лож, ручек инструментов, лыж
Осина
/лиственная порода/
Мягкая. Склонна к загниванию.
Цвет белый с зеленоватым оттенком.
Используется для изготовления спичек, посуды, игрушек, бумаги.
Липа
/лиственная порода/
Мягкая.
Цвет белый с нежно-розовым оттенком.
Применяется для изготовления посуды, чертежных досок, карандашей, изделий с художественной резьбой.
Ольха
/лиственная порода/
Мягкая.
Цвет белый, на воздухе краснеет.
Служит сырьем для изготовления фанеры, долбленой посуды, упаковочных ящиков.
Дуб
/лиственная порода/
Твердая. На радиальном разрезе четко просматриваются сердцевинные лучи в виде блестящих полосок.
Цвет светло-желтый с коричнево-серым оттенком и ярко выраженной текстурой
Применяется для изготовления мебели, паркета, облицовывания ценных изделий, а также в конструкциях мостов и вагонов.
Рисунок на поверхности древесины, образованный в результате перерезания годичных колец и волокон называют текстурой древесины. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатую текстуру. Например, древесина грецкого ореха имеет коричневые и серые цвета самых разнообразных оттенков, она высоко ценится при изготовлении из нее мебели, лож охотничьих ружей. Красивые текстуры имеют дуб, ясень, а также растущие в Африке, Америке и Австралии породы красного дерева, которые дают древесину красного цвета различных оттенков. Такие ценные породы древесины строгают на тонкие листы (шпон), которые наклеивают на ценные изделия.
Для изготовления полезных вещей используют разнообразные конструкционные материалы: металл, пластмассу, оргстекло, шелк, текстильные и другие материалы. Широкое распространение получило использование древесины и материалов из нее. Все конструкционные материалы имеют определенные свойства, которые необходимо учитывать при изготовлении изделий. К ним относятся уже известные тебе цвет и текстура древесины. Кроме того, необходимо также знать, как легко обрабатывается определенный вид древесины и материалы из нее, какой инструмент нужно для этого использовать, будут ли удерживаться в ней гвозди, шурупы и другие детали крепления, как будут влиять на древесные материалы влажность, изменения температуры окружающей среды и т.п. Нужно также предусмотреть, какой вид древесины или материалов из нее необходимо использовать, чтобы конструкция, например мост или многоэтажное здание, не разрушилась, если она будет использоваться при больших нагрузках и т.п.
Поможет дать ответ на эти вопросы знание механических свойств
конструкционных материалов. К основным из них в первую очередь относятся:
прочность, твердость, упругость.
Прочность
–
свойство, характеризующее устойчивость древесины против внешних механических усилий, то есть ее способность выдерживать большие нагрузки и не разрушаться. Из древесины высокой прочности стоит изготавливать конструкционные элементы, то есть те, которые подлежат значительной нагрузке. Наиболее прочной является древесина дуба, затем идут ясень, граб, клен, береза, сосна, ель, ольха, осина, липа.
Твердость
– способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого твердого тела, например орудий обработки (ножей, пилок, стамесок, сверл и других режущих инструментов). Знание твердости древесины имеет большое значение. Режущие инструменты для обработки древесины используют с учетом этого свойства. Чем тверже древесина, тем тяжелее ее обрабатывать и тем больший угол обострения должен иметь инструмент.
По твердости древесину можно расположить в такой последовательности: граб, дуб, ясень, клен, береза, сосна, ольха, ель, липа. То есть самую большую твердость имеет граб. Следовательно, его трудно обрабатывать режущим инструментом. Легче всех древесных материалов обрабатывать липу. Поэтому ее используют преимущественно для изготовления сувениров, вещей домашнего потребления и т.п.
Упругость
–
свойство материала изменять свою форму (и не разрушаться) под действием нагрузки и возобновлять ее после прекращения этого действия. Древесина сгибается (деформируется) под действием силы и опять выравнивается, или пружинит, после снятия нагрузки. Высокую упругость имеет древесина ясеня, дуба, лиственницы, сосны и других пород.
IV. Закрепление изученного материала.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Определение пород древесины по образцам.
- Изучите таблицу пород деревьев.
- Выпишите в тетрадь основные признаки, по которым определяются породы древесины.
- Определите породы древесины по образцам, выданным учителем.
V. Подведение итогов.
Беседа:
1. Какие породы древесины относят к хвойным? К лиственным?
2. Какие древесные материалы изготавливают на деревообрабатывающих предприятиях?
3. Что называют текстурой древесины?
4. Каково строение дерева?
5. Какие виды пиломатериалов ты знаешь?
6. Охарактеризуй роль леса в жизни человека.
7. Как влияют зеленые насаждения на улучшение окружающей природной среды?
VI. Домашнее задание.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Выучить конспект.
Строение материала
Древесина – это внутренняя часть ствола, расположенная под корой и освобожденная от корней и веток. Пористые волокнисто-слоистый ресурс состоит из многочисленных клеток. За счет плотного прилегания мелкие частицы создают непрерывный слой ткани.
Внутренние стенки клеток содержат органические соединения. Среди основных компонентов выделяют:
- Целлюлозу. Строительный элемент волокнистого строения придает материалу эластичность и прочность.
- Лигнин. Безуглеводное вещество расположено в межклеточном пространстве, соединяет волокна между собой, вызывает жесткость и одеревенение.
- Луб, камбий. Тонкие слизистые слои состоят из клеток. Деление активно происходит с весны по осень, зимой останавливается. Элементы можно увидеть на спиле дерева в виде годовых колец.
- Сердцевину. Расположена внутри первого цикличного круга, чуть смещена от центра. В жизнедеятельности деревьев участвует только в ранние годы, потом превращается в мягкий, непрочный материал.
В процессе роста через корни в древесину поступают минеральные вещества, которые после сгорания станут золой. Экстрактивные элементы входят в состав эфирных масел, придают материалу аромат, вкус и цвет, предупреждают гниение. Клетки дерева собираются в части, создавая структуру сырья.
В поперечных элементах у лиственных видов располагаются лучи сердцевинные, по которым перемещаются и накапливаются питательные вещества. Вещества окрашены светлее или темнее основного материала. У разных пород деревьев свой уникальный текстурный рисунок.
Строение материала на спиле Источник twimg.com
У хвойных видов в сырье есть горизонтальные и вертикальные ходы, по которым движется живица. Смоляные компоненты защищают дерево от гниения, снижают показатели поглощения влаги. Параметры ограждают древесину от разрушения, не влияя на внешний вид и прочность.
Свойства древесины
Чтобы правильно определиться с областью применения древесины в строительстве, необходимо знать ее свойства.
Физические свойства:
- Плотность — 400-700 кг / м3 (пихта 390, сосна 540, лиственница 790). Истинная плотность 1,54 г / см3. Плотность, определенная при определенной влажности древесины, обычно пересчитывается при стандартной влажности древесины 12%.
- Гигроскопичность. Предел гигроскопичности (предел насыщения волокна) составляет 30%.
- Влажность W. Свежесрезанный имеет влажность 50-100%; на воздухе — 15-20%; комнатная сушка — 8-12%. Вода в древесине вызывает снижение ее прочности, деформацию набухания, достигающую 6% (в радиальной плоскости) и 12% (в тангенциальной плоскости). При сушке древесины наблюдается усадка и коробление: по волокнам — 0,1%; в радиальной плоскости — 3-6%; тангенциальный — 6-12%.
- Теплопроводность сухой древесины по волокнам 0,17 Вт / м 0К. Влажность определяют сушкой или электрическими влагомерами. Диапазон измерения влажности древесины электрическим влагомером (ЭВ-2М) от 7 до 30%.
- Прочность древесины, особенно хвойных пород, очень высока (растворы солей, щелочей, органических и минеральных слабых кислот). В морской воде древесина плохо сохраняется. Также он разрушается концентрированными растворами минеральных кислот (азотная кислота любой концентрации). Смолистая древесина лиственницы наиболее устойчива к агрессивным средам.
- Цвет древесины определяется дубильными веществами. Фактура (рисунок на поверхности) очень разнообразна. Дерево, в отличие от других строительных материалов, имеет приятный ароматный запах (смолы, эфирные масла).
Механические свойства. Прочность древесины максимальна при нулевом содержании влаги и быстро падает с повышением влажности до предела гигроскопичности.
Прочность древесины на сжатие: по волокнам — 50 МПа; по горизонтали — 20 МПа. Прочность на изгиб — 100 МПа. В растянутом состоянии — 130 МПа (сталь — в 15 раз, стеклопластик — в 3 раза). Модуль упругости при изгибе — 104 МПа.
Дефекты древесины сильно снижают прочность. Пороки: сучки (здоровые, гнилые, сросшиеся, несросшиеся); трещины (метичные, морозные); дефекты формы туловища (кривизна, консистенция); дефекты структуры древесины (наклон волокон, двойная сердцевина); химические красители; грибковые поражения; червоточины; механическое повреждение.
Свойства вещества
Характеристики материала зависят от физических и химических особенностей. В пределах одной породы параметры изменяются из-за условий роста, уровня влажности и методов обработки. Среди основных показателей выделяют 6 свойств древесины.
Текстура
Естественный рисунок состоит из анатомических компонентов дерева, которые можно увидеть при распиливании. Чем сложнее структура растения, тем роскошней текстура. Узоры определяют декоративные свойства материала, что важно при создании строительной отделки и фасадов мебели.
Разная текстура материала Источник rubankom.com
Цвет
Параметр помогает определить породу дерева, варьируется в пределах от почти белого до черного. За многообразие оттенков отвечают дубильные и красящие компоненты, расположенные в межклеточном пространстве сырья. Интенсивность цвета зависит от возраста и периода рубки. Изменение тона может быть связана с болезнью и условиями развития.
Цветовая гамма вещества Источник guns.allzip.org
Измененные свойства древесины
Физико-механические свойства
Модифицированная древесина — это материал с заранее определенными свойствами. Таким образом, по желанию заказчика возможно изготовление модифицированной продукции с требуемым набором свойств.
При ацетилировании и обработке аммиаком свойства древесины меняются в наименьшей степени: плотность увеличивается до 800 кг / м3; прочность на сжатие увеличивается в 1,5 раза; древесина темнеет.
Обработанная аммиаком и прессованная древесина (лигнамон) уплотняется в большей степени: = 1400 кг / м3; прочность на сжатие по волокнам увеличивается почти на порядок; прочность на сжатие по волокнам Rс = 180 МПа (для натуральной древесины 70 МПа).
При модификации увеличивается износостойкость древесины поперек волокон: береза (лигнамон) — 12% потеря веса; натуральный дуб 22%, бук 21%.
Устойчивость к гниению увеличивается в 2-3 раза. Лигнамон нетоксичен, легко воспламеняется.
Древесина ДПК, модифицированная полимерами, характеризуется следующими свойствами: цвет — коричневый — фенольные спирты; объемное набухание снижено с 15% до 3-4%; прочность увеличивается в 4-6 раз (кроме прочности на статический изгиб и сдвиг по волокнам — в 1,5 раза); ударная вязкость может даже снизиться с 70 до 40 кДж / м2, потому что большинство модификаторов имеют пониженную ударную вязкость; для увеличения деформируемости в них вводятся пластификаторы; Износостойкость ДПК в 2-3 раза выше, чем у натурального дуба; повышенная стойкость и долговечность в агрессивных средах (морская вода, растворы минеральных удобрений, растворы кислот, щелочей).
Огнестойкость. Модифицированная древесина также приобретает огнестойкость. Натуральное дерево в муфельной печи при 500 o загорается за 1-1,5 минуты, а сгорает за 5 минут. Модифицированная древесина (FS) загорается через 9 минут и горит в течение 8 минут.
Огнезащитные свойства модифицированной древесины зависят от пропитывающих полимеров. Например, для древесины, модифицированной ММА, антипиренами являются акриловая кислота (ингибирует окислительные реакции) и мочевину (способствует самозатуханию). При огневых испытаниях самостоятельного горения не было, потеря веса составила 4,4%.
Биостойкость. Полимер, заполняющий полости древесины, увеличивает ее биостойкость. Уже при 5% содержании фенольных спиртов модифицированная древесина приобретает практически абсолютную устойчивость к разрушающим дереву грибам. Это связано с действием фенола и трудностью проникновения мицелия глубоко в древесину. После двухмесячной выдержки образцов на культуре плёночного домового грибка древесина, модифицированная фенольными спиртами и карбамидной смолой, потеряла в весе 2-3%, необработанная — 16-23%.
Химическая устойчивость. Повышенная химическая стойкость модифицированной древесины объясняется медленной диффузией агрессивного агента в древесину (забивающий — забивающий эффект полимера); повышенная прочность полимера.
Прочность на сжатие модифицированной древесины (FC) в 10% -ной серной кислоте снижается в 1,3 раза, натуральной — в 4 раза. Модифицированная древесина также отличается повышенной стойкостью к растворам солей и щелочей. Модифицированную древесину предпочтительно использовать в особо сложных условиях эксплуатации.
Устойчивость к погодным условиям. Замедленная диффузия влаги в модифицированной древесине и пониженный уровень влажности приводят к ее повышенной атмосферостойкости и стабильности формы.
На открытом воздухе влажность натурального дерева в течение года варьировалась от 23%, модифицированного — 5-8%. Таким образом, влажные деформации и напряжения в модифицированной древесине были в 4-5 раз меньше, чем в натуральной.
Пороки сырья
Физические особенности или недостатки сырья ухудшают эксплуатационные характеристики. Специфические природные изъяны возникают на стадии развития растения или из-за действий вредителей, болезней. Пороки снижают качество древесины и ограничивают возможность эксплуатации.
Сучки – остатки ветвей, заключенные в ткани. У дефектов собственная система цикличных кругов, которая более твердая и темная, чем остальной материал. Недостатки нарушают естественную целостность и однородность древесины, искривляя волокна и ухудшая внешний вид текстуры. За счет разрушения структуры уменьшается прочность и усложняется обработка.
Остатки сучков в сырье Источник fonstola.ru
