Сердцевинные лучи на радиальном разрезе создают красивый рисунок, что имеет значение при выборе древесины в качестве декоративного материала.
Одновременно с приростом новых годичных слоев внутри ствола происходит постепенное отмирание более ранних годичных слоев, находящихся ближе к сердцевине, закупорка сосудов и отложение в них дубильных и красящих веществ и, в результате, древесина внутри ствола окрашивается в темный цвет (рис. 7). Отмершая и темно окрашенная часть внутри ствола называется ядром, а породы деревьев, у которых оно образовывается, — ядровыми. К ним относятся: дуб, ясень, яблоня, рябина, сосна, кедр, лиственница и можжевельник. Древесина ядра прочная, устойчива к поражениям различными грибками. мало растрескивается и имеет малую влажность. Поэтому такая древесина ценится высоко. Некоторые мастера при сушке ядровой древесины с кряжа стесывают слой, окружающий ядро, его высушивают, и оно высыхает равномерно без трещин. Так поступают при изготовлении заготовок для рукояток инструментов и других всевозможных изделий. Слой живой древесины, расположенной вокруг ядра, называется заболонью. Ее древесина более насыщена влагой и менее прочна, чем ядро.
У второй группы деревьев древесина в центральной части ствола полностью отмирает, но по цвету она не отличается от заболони. Такую древесину называют спелой, а породу — спелодревесной. К ней относятся пихта, груша, осина, бук. Спелая древесина, как и ядро у ядровых, содержит мало влаги по сравнению с наружной, так как сокодвижение идет только в слоях живой древесины.
У третьей группы деревьев нет различий между центральной и периферической частями ни по цвету и ни по содержанию влаги. Такие деревья называются заболонными, то есть безъядровыми. К ним относятся береза, клен, ольха, липа. Объем заболони в стволе дерева зависит главным образом от породы, возраста дерева и его физиологического состояния. Древесина молодых деревьев состоит почти из одной заболони. Иногда в заболонных породах деревьев в центре попадаются ложные темные ядра, образованные из-за болезней. Эти ядра имеют пониженную прочность и в столярных изделиях портят внешний вид. Отличить ложное ядро от настоящего очень просто: настоящее проходит строго по годичному слою, а ложное — пересекает годичные слои в любом месте.
К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид, запах, плотность, влажность и связанные с ней изменения (усушка, разбухание, растрескивание, коробление и теплопередача).
Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском и текстурой.
Цвет древесине придают дубильные и красящие вещества, находящиеся в полостях клеток. Каждая древесная порода имеет свой присущий ей особый цвет, который служит дополнительным признаком распознавания. Например, древесина дуба и ясеня имеет бурый цвет, грецкого ореха — коричневый, липы — светло-розовый. Древесина многих пород дерева под действием света и воздуха изменяет свой цвет. В частности, древесина ольхи, имеющая в свежесрубленном состоянии светло-розовый цвет, вскоре после рубки благодаря окислению танинов приобретает желтовато-красную окраску. Устойчивым цветом обладают древесины дуба, груши и березы. Цвета древесины многих пород улучшают, подвергая различной обработке пропариванием, протравливанием или окрашиванием химическими веществами. Цвет древесины имеет большое значение в производстве мебели, музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий. Он придает им красивый внешний вид.
Блеск — способность поверхности древесины направленно отражать световые лучи, которая зависит от плотности и количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Особым блеском отличаются радиальные поверхности древесины дуба, клена, бука, а древесины осины, липы, тополя, по которым расходятся очень узкие сердцевинные лучи, имеют матовую поверхность. Блеск придает древесине красивый вид и усиливается полированием, лакированием и вощением.
Текстура — рисунок, получающийся на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей, который определяется их шириной, разницей в окраске ранней и поздней древесины и неправильным расположением волокон. Хвойные породы из-за резкого различия ранней и поздней древесины, а также лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и сердцевинными лучами (дуб, клен, бук) на радиальном и тангенциальном разрезах имеют красивую текстуру. Древесина с неправильным расположением волокон имеет особенно красивый рисунок.
Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественной мебели, различных поделок, рукояток инструментов и много другого.
Запах древесины зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы: сосна и ель, дуб имеет запах дубильных веществ, приятно пахнет можжевельник, его запах сохраняется долгие годы. Древесина в свежесрубленном состоянии имеет более сильный запах, чем после высыхания. А ее ядро пахнет сильнее заболони.
По запаху можно определить многие породы деревьев.
Влажность. Одной из основных характеристик древесины является влажность, определяющая содержание влаги в ней. От этой величины зависит ее плотность, прочность, твердость, способность к гнутью, износ, истирание и забиваемость гвоздей и их удерживание в ней. Влага, содержащаяся в древесине и заполняющая межклеточные пространства и полости клеток, называется свободной (капиллярной), а пропитывающая клеточные оболочки — связанной (гигроскопической). Таким образом, общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной. Количество свободной влаги зависит от того, как велик объем пустот в древесине, который может быть заполнен водой. При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем — связанная.
Различают следующие ступени влажности древесины: 100 % — длительное время находившейся в воде; 50-100 % — свежесрубленной; 15–20 % — воздушно-сухой, долгое время хранившейся на воздухе; 8-12 % — комнатно-сухой; 0 % — абсолютно сухой. Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года (например, влажность заболони сосны в 3 раза выше влажности ядра, а у лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное). По высоте вверх по стволу влажность заболони у хвойных пород увеличивается, а у лиственных — не изменяется, а влажность ядра у хвойных не изменяется, а у лиственных — снижается. Наибольшее количество влаги в стволе растущего дерева содержится в зимний период (ноябрь — февраль), а минимальное — в летние месяцы (июль — август).
Для определения влажности древесины выпиливают из нее образец призматической формы размером 20х20х30 мм, взвешивают, помещают в сушильный шкаф с температурой t = 103 + 2 °C и выдерживают. Первое взвешивание образца выполняют через 6 часов (образцы древесины дуба и ясеня через 10 часов) и последующие через каждые 2 часа. Образец высушивают до постоянной массы. Влажность древесины в % определяют по формуле:
α = ((m1 — m2)/m2)∙100 %
где m1, m2 — массы образца древесины до и после взвешивания.
Пример. Брусок размером 20х20х30 мм из березовой доски до сушки имеет массу 7,2 г, а после сушки 6 г. Определить влажность доски.
Используем формулу, в которую подставляем данные масс бруска до и после сушки, и получаем:
α = ((7.2 – 6)/6)∙100 % = 20%
При высыхании древесины ее линейные размеры и объем уменьшаются. Процесс этот называется усушкой. При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем связанная. Усушка на разном направлении неодинакова, при удалении влаги из древесины больше изменяются поперечные размеры в радиальном и тангенциальном направлениях, а усушка вдоль волокон незначительна.
Уменьшение объема древесины при испарении связанной влаги называется объемной усушкой, по величине коэффициента объемной усушки породы деревьев можно разбить на 3 группы: малоусыхающие (ель, пихта, кедр, тополь), среднеусыхающие (дуб, ясень, липа, осина), сильноусыхаюшие (клен, береза, лиственница). При высыхании древесины вначале испаряется влага с поверхностных слоев и в результате неравномерного ее распределения в бревнах, брусках и досках возникают внутренние напряжения, которые вызывают всевозможные трещины, коробления и крыловатости (рис. 9). Правильная сушка, укладка и хранение пиломатериалов исключают эти явления.
Рис. 9.Естественная сушка древесины и пиломатериалов:
I — трещины в бревне (а) и бруске (б); II — виды покоробленности: в, г — простая и сложно-продольная; д — поперечная; е — продольная по кромке; ж — крыловатость
Древесина, насыщенная влагой, разбухает и увеличивается в линейных размерах и объеме, при котором в ней повышается содержание свободной влаги. Разбухание древесины — свойство, обратное усушке, и характеризуется теми же закономерностями. Оно в одних случаях играет положительную роль, а в других — отрицательную. Например, для бочек, чанов и лодок разбухание их древесины играет положительную роль. В этих изделиях щели между дощечками исчезают, и они становятся водонепроницаемыми. А разбухание створок в оконном переплете играет отрицательную роль. Окна с трудом открываются и закрываются. Чтобы высушенная древесина окон, дверей и стен не разбухала, ее тщательно покрывают защитным слоем краски или лака.
Плотность древесины — физическая величина, определяемая отношением массы древесины к ее объему, она зависит от ее влажности и строения. Для сравнения плотностей разных пород деревьев принимают стандартную влажность, равную 12 %. Плотности древесины разных пород колеблются в широких пределах, их разделяют на три группы: малой плотности (до 510 кг/м