Каждое годичное кольцо состоит из внутреннего и наружного слоя. Внутренний слой, называемый ранней древесиной, образуется весной и в начале лета. Древесина мягкая и светлая. Наружный слой, или поздняя древесина, нарастает к концу лета. Древесина твердая и темная.
В пределах годичного кольца плотность поздней древесины в 2–3 раза больше ранней. Количество поздней древесины влияет на плотность и механические свойства породы. В зависимости от места произрастания дерева его древесина может быть разной степени твердости.
В строительном деле особенно ценился так называемый мачтовый лес (прямые высокие стволы) и кондовая сосна, выросшая на сухом месте, с плотной и мелкослойной древесиной. Срубленная в декабре, она отличается особой прочностью (почти в 2 раза прочнее срубленной в феврале). Для изготовления бытовых изделий, например коробов, и для резьбы ценилась мягкая древесина мендовой сосны, выросшей на болотистой низине.
На поперечном разрезе хорошо заметны светлые, блестящие линии от сердцевины к коре – это сердцевинные лучи. Их ширина 0,005–1 мм. Широкие лучи имеют дуб и бук. Они могут быть окрашены контрастно к окружающей древесине и на тангенциальном разрезе напоминают чечевички или имеют веретенообразную форму, а на радиальном разрезе имеют вид блестящих, разной ширины и длины полосок или черточек. Количество сердцевинных лучей зависит от породы дерева: у хвойных их в 2–3 раза меньше, чем у лиственных. С увеличением количества сердцевинных лучей несколько ослабевает механические свойства древесины.
На поперечном разрезе лиственных пород видны отверстия различной величины – это сосуды, проводящие влагу в стволе, на поперечном разрезе березы и ольхи иногда можно обнаружить бурые или коричневые точки, черточки или пятнышки – это сердцевинные повторения, которые являются следствием повреждения древесины насекомыми.
Древесина хвойных и лиственных пород имеет свои отличительные особенности. Для древесины хвойных пород характерна сравнительная простота и правильность строения. Основную массу ее составляют расположенные рядами вытянутые клетки, называемые трахеидами. Их длина 2–10 мм, диаметр 0,02–0,05 мм. В стенках трахеид имеются поры, через которые они сообщаются с соседними клетками. Трахеиды ранней части годичного слоя имеют тонкие стенки и широкие полости, через которые поступают вода и растворенные в ней минеральные вещества. Трахеиды поздней части годичного слоя с толстыми стенками придают древесине прочность.
Особенностью строения древесины хвойных пород является наличие клеток, вырабатывающих и хранящих смолу. Так, у древесины сосны, кедра, ели и лиственницы имеется неприятная для деревообработчика особенность – смоляные ходы – каналы, наполненные смолой. Их количество и размер зависят от породы: у сосны смоляные ходы крупные и их много, у лиственницы – мелкие и немногочисленные.
Различают горизонтальные и вертикальные смоляные ходы. Длина вертикальных ходов 10–80 см, а их диаметр 0,1 мм. Горизонтальные смоляные ходы тоньше, но их очень много – до 300 штук на 1 см2 площади сечения ствола.
Строение лиственных пород более сложное, чем хвойных. Основную массу древесины составляют сосуды и древесные волокна.
Сосуды – это система клеток для проведения воды и растворенных в ней минеральных веществ от корней к листьям. Сосуды представляют собой трубки длиной в среднем 10 см (у дуба до 2 м) и диаметром 0,02–0,5 мм. Чем больше в древесине сосудов, тем она рыхлее. Вода из сосудов проходит к соседним живым клеткам через поры в боковых стенках.
В зависимости от характера сосудов различают кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые породы.
Кольцесосудистой называется древесина, у которой крупные сосуды расположены сплошным кольцом в ранней древесине, а мелкие собраны группами в поздней (дуб, ясень, вяз, ильм, каштан, карагач и др.).
Рассеянно-сосудистыми называют породы, в которых крупные и мелкие сосуды распределены равномерно по всему годичному слою (липа, ольха, осина, береза, клен, самшит, бук, грецкий орех и др.).
Древесные волокна являются наиболее распространенными клетками у лиственных пород и составляют их основную массу. Это клетки с толстыми стенками и узкими полостями длиной 0,7–1,6 мм, шириной 0,02–0,05 мм. Одревесневшие стенки этих волокон являются наиболее прочными.
Химический состав древесины очень сложный. На долю неорганических веществ приходится 0,2–1,7 %. При сгорании древесины они дают золу. В состав древесины входят кальций, калий, натрий, магний, фосфор и другие элементы. Органическая часть включает: 49–50 % углерода, 43–44 % кислорода, 6 % водорода и 0,1–0,3 % азота. Из древесины получают: целлюлозу, спирт, смолу, камеди, танниды, скипидар и др.
Таким образом, основными признаками при определении породы являются: наличие ядра, ширина заболони, резкость перехода от ядра к заболони, различная степень видимости годичных слоев, разница между ранней и поздней древесиной, наличие и размеры сердцевинных лучей, диаметр сосудов, наличие смоляных ходов, их размер и количество.
Так, например, если вам попадется древесина, у которой хорошо заметны годичные слои из-за того, что поздняя древесина темнее ранней, нет сосудов, сердцевинные лучи очень тонкие и почти не видны, есть смоляные ходы, знайте это древесина хвойных пород.
Для определения породы древесины необходимо знать и дополнительные признаки, к которым относятся цвет, блеск, текстура и запах.
Цвет имеет большое значение при использовании древесины для изготовления художественных изделий. Цвет древесине придают дубильные, красящие вещества и находящиеся в полостях клеток смолы. Он изменяется в зависимости от породы и условий произрастания: породы умеренного климатического пояса имеют светлую окраску, породы теплых зон окрашены интенсивнее. Цвет зависит и от возраста дерева: молодая древесина окрашена светлее.
Блеск – способность древесины направленно отражать световой поток. Блеск древесины зависит от плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи направленно отражают световой поток и на радиальном разрезе образуют блеск. Шелковистым блеском отличается древесина бука, ясеня, клена, ильма, платана, белой акации, дуба. Древесина осины, березы, липы, тополя, груши, яблони, самшита, тиса имеет матовую поверхность. Серебристым блеском обладает орех, муаровым переливом – волнистая береза. Блеск придает древесине красивый вид и может быть усилен полированием, лакированием и вощением.
Текстура – рисунок, получаемый на поверхности среза древесины. Она зависит от строения древесной породы и направления разреза. Текстура определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске между ранней и поздней древесиной, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, беспорядочным расположением волокон.
У древесины хвойных и мягких лиственных пород текстура довольно простая, у твердых лиственных пород – гораздо богаче. Красивые рисунки лиственные породы дают на радиальном и тангенциальном разрезах, хвойные – только на тангенциальном. Исключительно красивую текстуру дают срезы наростов – капов, сувелей со свилеватым (путанным) расположением волокон. Текстура древесины хорошо выявляется при полировании, лакировании, подкраске и травлении.
Запах древесине придают содержащиеся в ней эфирные масла, дубильные вещества, смолы и другие компоненты.
У хвойных пород – сосны и ели – характерный запах скипидара. Приятный специфический запах имеет древесина можжевельника. У дуба терпкий запах дубильных веществ.
Механические свойства древесины
Механическими свойствами древесины называют ее способность сопротивляться воздействию внешних сил. К ним относятся:
● прочность, характеризуемая пределом прочности, предшествующим разрушению;
● жесткость – способность сопротивляться деформации;
● ударная вязкость – способность при ударе поглощать работу без разрушения;
● твердость – способность сопротивляться проникновению другого твердого тела;
● плотность – количество древесной породы в 1 м3.
По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: мягкие – сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан, ива и др.; твердые – сибирская лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ильм, карагач, платан, рябина, клен, яблоня, ясень и др.; очень твердые – белая акация, железная береза, граб, кизил, самшит, тис и др.
Плотность и твердость древесных пород зависят от содержания в годичных слоях поздней древесины. Чем больше поздней древесины, тем плотнее и соответственно выше механические свойства древесных пород. Между плотностью и прочностью древесины существует тесная связь: более плотная древесина оказывается, как правило, прочнее. Все вышеназванные свойства необходимо учитывать при обработке заготовок режущими инструментами.
По плотности древесину также можно разделить на три группы: породы с малой плотностью (540 кг/м3 и менее) – сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха; породы со средней плотностью (550–740 кг/м3) – лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, клен, рябина, яблоня, ясень; породы с высокой плотностью (750 кг/м3 и выше) – белая акация, железная береза, граб, самшит, кизил.
Древесина лиственных кольцесосудистых пород имеет неодинаковую плотность: поздняя древесина плотная, ранняя – пористая. Такая древесина хорошо гнется, но плохо поддается лакированию и полированию. Древесина хвойных пород имеет малую плотность, лиственных рассеянно-сосудистых пород – значительно высокую, в силу чего хорошо обрабатывается, лакируется и полируется.
Наряду с древесиной в виде бревна, тесаных и пиленых досок, чураков, брусков и болванок разных форм народные мастера использовали для изготовления художественных изделий корни и ветви деревьев, кору и луб.