Деревина

Дереви́на, де́рево — анізотропний волокнистий матеріал для будівництва, отриманий з дерев.

Деревина, це природний матеріал рослинного походження. Він складається з рослинної тканини, яка утворює більшу частину стовбура деревних рослин. У рослині, деревина забезпечує провідність сирого соку від коренів до листя та міцну опору для дерева чи куща.

Стандарт (що визначає номенклатуру деревини) окреслює її як «набір вторинних стійких тканин (опорних, провідних і накопичувальних), які утворюють стовбури, гілки та коріння деревних рослин».

Це один із найбільш цінних матеріалів за його механічні властивості, теплотворну здатність і як сировина для художнього виробництва, а також для багатьох галузей промисловості. Деревина має багато застосувань у будівництві та промисловості (паперова промисловість, хімічна промисловість тощо), а також як паливо. Деякі рослини (пальми, бамбук тощо) утворюють здерев’янілі тканини, але не з вторинного камбію: отже, це не деревина.

Дисципліна, що вивчає деревину — деревинознавство, зібрання зразків деревини, у світі називається ксилотекою. Збирання деревини або пристрасть до цього матеріалу, називається ксилофілією.

Основна структурна одиниця деревини будь-яких порід — клітковина. Клітковина в початковій стадії розвитку має доволі еластичну і легкопроникну для води та водних розчинів оболонку. З віком міцність оболонки різко підвищується, а проникність знижується внаслідок перетворення її на високомолекулярні органічні з'єднання: целюлозу, геміцелюлозу і лігнін.Автомобильные материалы: Справочник. — 3-е изд., перераб. и доп. / Г. В. Мотовилин, М. А. Масино, О. М. Суворов, — М.: Транспорт, 1989. — 464 с. — ISBN 5-277-00458-0 Розрізняють клітини механічні (волокна ліброфома), провідневі (судини і трахеїди), запасаючі (паренхімні).

Утворення деревини Деревина є однією із складових частин судинно-волокнистого пучка і протиставляється зазвичай іншій складовій частині пучка, що походить з того ж прокамбію або камбію — лубу або флоеми. При утворенні судинно-волокнистих пучків з прокамбію спостерігаються 2 випадки: або всі прокамбіальні клітини перетворюються в елементи деревини і лубу — виходять так звані замкнуті пучки (вищі спорові, однодольні та деякі дводольні рослини), або ж на границі між деревиною і лубом залишається шар діяльної тканини — камбію і виходять пучки відкриті (дводольні і голонасінні рослини).

У першому випадку кількість деревини залишається сталою, і рослина не здатна збільшувати товщину, у другому, завдяки діяльності камбію, з кожним роком кількість деревини прибуває, і стовбур рослини помалу потовщується. В українських деревних порід деревина лежить ближче до центру (осі) дерева, а луб — ближче до периферії. У деяких інших рослин спостерігається інше взаємне розташування деревини і лубу.

До складу деревини входять вже відмерлі клітинні елементи з задерев'янілими, в основному товстими оболонками; луб же складений, навпаки, з елементів живих, з живої протоплазми, клітинного соку і тонкої незадеревілої оболонки. Хоча і в лубі трапляються мертві елементи, товстостінні і здерев'янілі, а в деревині, навпаки, живі, але від цього, загальне правило істотно не змінюється. Обидві частини судинно-волокнистого пучка відрізняються ще один від одного і за фізіологічною функцією: по деревині піднімається вгору з ґрунту до листя так званий сирий сік, тобто вода з розчиненими в ній речовинами, по лубу же спускається вниз утворений пластичний сік. Явища ж одеревіння клітинних оболонок обумовлюються просяканням целюлозної оболонки особливими речовинами, що об'єднуються зазвичай під загальною назвою лігнін.

Присутність лігніну й разом з тим одеревіння оболонки легко розпізнається за допомогою деяких властивостей. Завдяки дерев'янінню рослинні оболонки стають міцнішими, твердими і пружними; разом з тим попри легкій проникності для води вони втрачають в здатності вбирати воду і розбухати.

Розрізняють первинну деревину, що утворюється клітинами прокамбію, і вторинну деревину, що виникає внаслідок діяльності камбію. На поперечному розрізі стовбура деревних і кущових порід добре помітні річні кільця, які утворюються внаслідок періодичної діяльності камбію протягом року. У багатьох дерев, особливо в південних широтах, у деревини, крім світлої зовнішньої частини — заболоні, є ще внутрішня, темніша (ядро деревини), в клітинах якої відкладаються смоли, дубильні речовини, олії, камеді, ароматичні та барвні речовини тощо.

Зусиллями генної інженерії і селекціонерів в технології прискореного вирощування деревини для енергетичних і сировинних цілей досягнуті значні успіхи: середня продуктивність сосни в Бразилії станом на 2006 рік становить 28,5 м3 з 1 га в рік, евкаліпта — 119 м3. Для порівняння: інтенсивність росту деревини в російських лісах становить від 1,5 м3 з га в рік для хвойних і до 2,5-3,0 м3 для листяних порід.Самылин А. А. Пеллеты и автомобиль — встреча неизбежна // ЛесПромИнформ — 2006. — № 3 (34)

Хімічний склад До складу деревини входить низка складних органічних сполук. Повний хімічний аналіз показує, що вона містить близько 50 % вуглецю, 6 % водню і 44 % кисню«Древесина» // Энциклопедия Кругосвет. Стінка клітини має сітчасту структуру із взаємопов'язаних ланцюгових молекул целюлози, наповнену іншими вуглеводнями (геміцелюлозами), а також лігніном і різними екстрактивними речовинами. Цементуючою міжклітинною речовиною є в основному пектати кальцію і магнію, а в клітинних порожнинах, особливо в деревині листяних порід, накопичуються смоли, камеді, жири, таніни, пігменти і мінеральні речовини. До складу деревини входить 45-60 % целюлози, 15-35 % лігніну і 15-25 % геміцелюлози. Кількість чужорідних, екстрактивних речовин значною мірою залежить від породи і є неоднаковим в заболоні і ядрі деревини. Вміст мінеральних речовин (зольність) деревини зазвичай значно менший за 1 %.

Деревина містить 5-25 % екстрактивних речовин.

Властивості деревини Для деревини основними й найважливішими є такі властивості. Механіко-технологічні: міцність, твердість, деформівність, питома в'язкість, експлуатаційні характеристики, технологічні характеристики, зносостійкість, здатність утримувати кріплення, гнучкість; Фізичні: зовнішній вигляд (текстура, блиск, колір), вологість (усушка, жолоблення, водопоглинання, гігроскопічність, щільність), теплові (теплопровідність, теплоємність), звукові (акустичний опір, звукопровідність), електричні (діелектричні властивості, електропровідність, електрична міцність); Хімічні властивості.

Механіко-технологічні властивості Міцність деревини — здатність чинити опір руйнуванню під дією механічних навантажень. Розрізняють міцність на стиск і розтяг (за напрямками прикладення навантаження відносно волокон — поздовжню й поперечну) і статичний згин. Міцність на розтяг деревини вздовж волокон у 2…3 рази більша за міцність на стиск й у 20…30 разів вища за міцність на розтяг впоперек волокон. Для окремих порід границя міцності на розтяг досягає 100…200 МПа. Питома міцність деревини на розтяг вздовж волокон порівняна з аналогічними показниками сталі й склопластиків. Проте ці властивості деревини реалізувати в конструкціях складно через наявність вад (сучки, тріщини тощо), які знижують її міцнісні властивості. Міцність на розтяг деревини хвойних порід мало залежить від вологості, для деревини листяних порід цей вплив є значнішим. Міцність на стиск деревини визначають на зразках — призмах перерізом 20×20 мм та довжиною 30 мм уздовж і поперек волокон. Міцність деревини на стиск уздовж волокон у 4…6 разів більша від її міцності поперек волокон. Міцність на статичний згин деревини перевищує міцність на стиск вздовж волокон, але менша за міцність на розтяг і становить для різних порід 50…100 МПа. Високі значення міцності на статичний згин дають змогу широко застосовувати деревину в конструкціях, які працюють на згин (балки, крокви, бруски, настили тощо). Твердість деревини — здатність деревини чинити опір впровадженню в неї твердішого тіла. Твердість деревини оцінюється за навантаженням, що потрібне для вдавлювання в поверхню зразка металевої кульки діаметром 0,444 дюйма (11,28 міліметра) на глибину 5,64 мм (площа відбитка становить 1 см²). Метод оцінки твердості деревини називається метод Янка. За твердістю по торцю деревину поділяють на три групи: м'яка з твердістю 35…50 МПа (сосна, ялина, ялиця, вільха); тверда — 50…100 МПа (дуб, граб, ясен, клен, каштан, береза); дуже тверда — понад 100 МПа (самшит, кизил). Зносостійкість деревини — здатність деревини опиратися зношуванню, тобто поступовому руйнуванню її поверхневих зон при терті. Зношування бічних поверхонь більше, ніж торцевих; зношування вологої деревини більше, ніж сухої.

Фізичні властивості

Відношення до вологи Вологість деревини визначається точно так, як і будь-якого іншого матеріалу — це кількість води в одиниці об'єму або маси. Обчислюється вологість у такий спосіб: виміряється маса проби вологого матеріалу, потім обмірювана проба висушується в сушарці за температури 100—105 °С, потім відбувається повторне зважування, але вже сухого матеріалу. Різниця між масою вологого й сухого матеріалу саме й визначає кількість води, що втримується в зразку. Для того щоб розрахувати масову вологість необхідно скористатися нескладною математичною формулою: маса зразка до сушіння мінус маса зразка після сушіння, результат різниці розділити на масу зразка після сушіння й помножити на 100 відсотків. Результат і є вологість (масова) деревини у відсотках. Гігроскопічність деревини — властивість матеріалу поглинати вологу з навколишнього середовища. Дана властивість залежить від вологості деревини. Суха деревина має більшу гігроскопічність, ніж волога. Для зменшення гігроскопічності матеріал покривають олійними фарбами, емалями або різними лаками. Гігроскопічність прямо залежить від іншої властивості деревини — пористості. Розбухання деревини проявляється при знаходженні матеріалів за підвищеної вологості повітря протягом тривалого часу. Пористість деревини — відношення об'єму пор до загального об'єму деревини. Для деревини різних видів пористість має різне значення, але в середньому розбіг її значення становить 30-80 %. Усушка — зміна розмірів через втрату вологи деревиною в результаті сушіння. Усушка відбувається природно. Прямим наслідком усушки є утворення тріщин. Жолоблення відбувається в результаті нерівномірного сушіння деревини. Висихання деревини відбувається швидше в шарах, більш віддалених від серцевини, тому у випадку, якщо сушіння проводилося з порушенням технології, відбувається зміна форми деревини — вона жолобиться. Жолоблення під дією усушки різне по різних напрямках. Уздовж волокон воно незначне, і становить приблизно 0,1 %. Зміни розмірів поперек волокон більш значні й можуть становити 5-8 % від початкового. Крім того, жолоблення часто супроводжується появою тріщин у деревини, що помітно позначається на якості кінцевого продукту. Жолоблення й утворення тріщин можна уникнути при дотриманні технології сушіння й при використанні певних технологій під час складання виробів. Так, наприклад, у колодах на всю довжину матеріалу робляться поздовжні розвантажувальні пропили, які знімають внутрішні напруження, що утворюються при усушці. Розтріскування — результат нерівномірного висихання зовнішніх і внутрішніх шарів деревини. Процес випаровування вологи триває доти, поки вміст вологи у деревині не досягне певної межі (рівноважної), що залежить прямо від температури й вологості навколишнього повітря.

Теплові характеристики Теплопровідність. На відміну від інших будівельних матеріалів деревина є поганим провідником тепла. Це дозволяє використовувати її для теплоізоляції приміщень. Теплопровідність сухої деревини берези і сосни вздовж волокон становить відповідно 0,128 та 0,349 Вт/(м·К). Питома теплоємність є приблизно однаковою для усіх деревних порід — для сухої деревини 1,7…1,9 кДж/(кг·К) при 0…100°С.

Електричні властивості деревини Електричні властивості деревини визначаються трьома показниками: