3 — сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ольха), средней плотности (550–740 кг/м3 — береза, дуб, вяз, груша, яблоня, клен, ясень, рябина) и высокой плотности (750 кг/м3 и выше — кизил). Чем плотнее древесина, тем труднее забить гвоздь в нее и тем лучше держится он в ней.
Плотность древесины имеет большое практическое значение. Например, кольцесосудистые лиственные породы, имеющие высокую плотность, чисто обрабатываются, хорошо полируются, лакируются и находят широкое применение.
Теплопроводность древесины — это способность проводить тепло через свою толщу от одной поверхности к другой. Она зависит от ее влажности, плотности, породы и направления теплового потока. Теплопроводность сухой древесины невысокая. Это объясняется пористостью ее строения, в которой полости и межклеточные пространства заполнены воздухом, являющимся плохим проводником тепла. Влажная древесина имеет повышенную теплопроводность, так как вода, заполняющая ее полости, по сравнению с воздухом является хорошим проводником тепла. Плотная древесина проводит тепло несколько лучше, чем рыхлая. Поэтому в качестве материалов оконных переплетов и дверей берут высушенную сосну и ель и при изготовлении их тщательно покрывают поверхности влагостойкой краской или лаком.
Теплопроводность древесины еще зависит от направления ее волокон (например, она вдоль волокон в два раза больше, чем поперек).
Механические свойства древесины характеризуют ее способность сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок), под действием которых в ней нарушаются связи между отдельными ее частицами и изменяются формы и размеры, то есть происходит деформация. Деформации, исчезающие после прекращения действия силы, называются упругими, а сохраняющиеся после снятия нагрузки — остаточными.
К механическим свойствам древесины относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость и удерживание металлических крепежей, забитых в нее.
Прочностью древесины называется ее способность сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, ее плотности и влажности. Само собой понятно, что плотные породы деревьев (дуб, ясень, береза, клен) прочные. Существенное влияние на прочность оказывает только связанная влага, и при ее увеличении прочность древесины уменьшается. Еще на прочность древесины оказывает влияние и продолжительность воздействия нагрузок.
Способность древесины под действием клина разделяться на части вдоль волокон называется раскалываемостью. Это свойство древесины имеет практическое значение при подготовке заготовок спиц и ободов в телегах, клепки для бочек и паркета, кровельной шепы в строительстве, поленьев и пластин для художественных изделий. Хорошо раскалываются прямослойная древесина хвойных пород, а среди лиственных пород — осина и липа. Слегка увлажненная и свежесрубленная древесина раскалывается лучше, чем пересохшая.
Твердостью древесины называется способность сопротивляться проникновению в нее твердых тел, например забиванию гвоздей или закручиванию шурупов. Твердость тангенциальной и радиальной поверхностей различных пород деревьев практически одинакова и меньше твердости торцевой поверхности в среднем на 30 % для лиственных пород и на 40 % для хвойных. На величину твердости оказывает влияние влажность древесины. Например, при изменении ее влажности на 1 % торцевая твердость изменяется на 3 %, а тангенциальная и радиальная твердости — на 2 %. По степени твердости все древесные породы при влажности 12 % можно разделить на мягкие (сосна, ель, кедр, пихта, тополь, липа, осина), твердые (дуб, береза, клен, яблоня, ясень) и очень твердые (кизил).
Твердость древесины имеет существенное значение при ее обработке режущими инструментами, а также в случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов и лестниц. Чем тверже древесина, тем быстрее затупляются режущие инструменты.
Ударная вязкость древесины характеризует ее способность поглощать удары без разрушения благодаря своей вязкости и пластичности. Чем больше величина работы, истраченной для излома древесины, тем выше ее вязкость. Например, лиственные породы в среднем имеют ударную вязкость в 2 раза большую, чем у хвойных пород. Для разрушения хрупких деревьев (липа, осина) требуется сравнительно меньшая величина работы.
Упругость древесины — ее способность сопротивляться изменению формы или объема под действием механических воздействий. Она во многом зависит от породы дерева, строения и влажности. Тяжелая, плотная и прямослойная древесина с высокой твердостью всегда более упруга, чем легкая, мягкая и свилеватая. Даже древесина одного дерева в разных частях имеет разную упругость, то есть зрелая древесина, расположенная ближе к сердцевине, более упруга, чем молодая, расположенная ближе к коре. Если древесину намочить или распарить, то ее упругость резко понижается, то есть чем влажнее дерево, тем выше его пластичность и ниже упругость, так как пластичность противоположна упругости. Высокую пластичность после вываривания в воде или пропарки приобретают древесины ясеня, дуба, клена, черемухи, рябины, ивы. Способность древесины к гнутью у разных пород различна. Наибольшей способностью обладают лиственные кольцесосудистые породы (дуб, клен, ясень) и некоторые рассеянно-сосудистые (береза, ива), а у хвойных — к гнутью невысокая способность. Поэтому их не применяют для гнутых и плетеных изделий.
Способность древесины удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам последние частично перерезаются, частично изгибаются, раздвигаются и оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее его в древесине. Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления по отношению к волокнам, породы древесины и ее плотности. Для выдергивания гвоздя, забитого в торец, требуется меньше усилия по сравнению с тем, которое необходимо для выдергивания такого же гвоздя, забитого поперек волокон. Чем больше плотность древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или выкручиванию шурупа.
Влажность древесины облегчает забивание гвоздей в нее. Однако при ее высыхании способность удерживания гвоздей уменьшается.
Каждая древесная порода имеет свои характерные особенности, по которым ее можно отличить от другой. При определении породы древесины основными признаками являются: цвет, запах, текстура, плотность, прочность, твердость, раскалываемость, наличие ядра, ширина заболони и степень резкости перехода от ядра к заболони, степень видимости годичных слоев, разница между ранней и поздней древесиной, а также наличие и размеры сердцевинных лучей. Сначала от кряжа, бруска или доски отпиливают образец, на нем выполняют торцевой, радиальный и тангенциальный разрезы, их тщательно отшлифовывают вначале грубой, затем мелкозернистой наждачной бумагой и разрезы намачивают водой для лучшего их проявления. Разрезы изучают, по приводимым ниже характеристикам устанавливают, к какой группе пород от носится данный образец (хвойным, лиственным кольцесосудистым или рассеянно-сосудистым) и определяют породу дерева. Точность ее определения можно проверить, обратившись к справочнику по древесиноведению.
Рассмотрим наиболее широко распространенные породы деревьев, произрастающие в средней полосе России, и присущие им характеристики.
• Сосна — могучее дерево высотой до 40 и диаметром до 1 м с гладкой и золотистой корой, произрастает от западных границ до рек Амур и Уссури на востоке, на севере доходит до Крайнего Севера и на юге граничит с Чернозем ной зоной. Из многих ее видов более распространена сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) (рис. 5, 10), занимающая наибольшую площадь благодаря морозостойкости, засухоустойчивости и неприхотливости к почвенно-грунтовым условиям.
Рис. 10. Сосна обыкновенная:
а — общий вид дерева; б — ветвь с зимующей шишечкой (1) и сформировавшейся шишкой (2)
Она предпочитает песчаную и влажную почву, любит светлые места и плохо переносит затенение. В одном и том же лесу можно встретить различные сосны, отличающиеся друг от друга внешним видом и свойствами древесины. Сосна, выросшая на сухом высоком месте, имеет твердую плотную древесину, с узкими годичными слоями, а выросшая в низком, заболоченном месте имеет мягкую, рыхлую древесину. В чащах, где деревья растут плотно и группами, сосны вырастают высокими с точеными прямыми стволами. Размножается сосна семенами и опыляется ветром.
Сосна — ядровая порода (рис. 7, 8,а). У свежесрубленного дерева ядро слегка розоватое, но по мере высыхания древесины оно темнеет и постепенно приобретает буро-красный оттенок. Заболонь у сосны широкая (от 20 до 80 годичных слоев) с желтоватым или светло-розовым оттенком. Сердцевинные лучи трудноразличимы на торцевом разрезе даже через лупу. Годичные слои четкие на всех разрезах с резким переходом от ранних светлых к поздним темным. Многочисленные смоляные ходы через лупу хорошо видны на всех разрезах. Древесина ее нетвердая, с малой плотностью (500 кг/м3) и ударной вязкостью, слабо поддается загниванию, хорошо обрабатывается и отделывается после обессмоливания и имеет резкий запах скипидара. Она легко раскалывается в радиальном и тангенциальном направлениях, и это ее свойство используется при изготовлении драни, поленьев и бондарных клепок.
Сосна как наиболее распространенное дерево широко используется в строительстве, мебельном производстве, деревянном зодчестве и прикладном искусстве. У нее всё идет в дело без остатка от корней до вершины: ствол, ветки, корни, хвоя и живица.
• Ель — хвойное вечнозеленое дерево семейства сосновых с кроной пирамидальной формы (рис. 11). Она хорошо растет на дренированных суглинистых и супесчаных почвах, теневынослива, морозоустойчива, корневая система поверхностная, размножается семенами, опыляется ветром.