Глава 2
Материалы

Древесина

Древесина – один из немногих материалов, оставшихся в первозданном виде в нашем химическом и электронном веке и соединяющий нас с природой. Увлечение синтетическими материалами постепенно сменилось тоской по натуральному. К достоинствам натуральной древесины относят ее высокую прочность, несмотря на небольшую объемную массу, низкую тепло– и звукопроводность, высокую морозостойкость, легкость в обработке, простоту в утилизации и низкий коэффициент температурного расширения. Изделия из древесины легко ремонтируются простыми инструментами, а покрытие лакокрасочными материалами позволяет менять цветовое решение.

В современных строительных технологиях под древесиной понимают тело древесных и кустарниковых растений, окруженных камбием и корой. На поперечном разрезе ствола (рис. 9) в центре находится сердцевина. Она окружена древесной тканью, которая состоит из различных по размеру и, главным образом, удлиненных клеток. Далее, по направлению от центра следует камбий, затем внутренняя кора (луб) и, наконец, наружная кора.

Рис. 9. Строение древесины: 1 – сердцевина; 2 – сердцевинные лучи; 3 – ядро; 4 – камбий; 5 – лубяной слой; 6 – кора; 7 – годичные кольца; 8 – заболонь

Древесная ткань выполняет для дерева несколько функций:

– проводящую (обеспечение перемещения воды и растворенных в ней минеральных веществ); – опорную (обеспечение прочности);

– аккумулирующую (накопление резервных питательных веществ). Продукты, которые вырабатываются листьями или хвоей, транспортируются не в древесине, а во внутренней коре. В зависимости от функций, которые выполняются тканью, клетки древесины имеют различное строение. У лиственных деревьев различают:

сосуды – большие по объему, толстостенные мертвые клетки, которые образуют сплошные трубы с отверстиями сверху и снизу. Эти сосуды служат для перемещения воды. В стенках сосудов есть множество пор, которые обеспечивают обмен веществ с соседними клетками;

волокна (трахеиды) – клетки прямоугольного сечения, которые образуют значительную часть древесного вещества у хвойных и несколько меньшую у лиственных пород. Эти клетки замкнуты с обеих сторон и располагаются преимущественно вдоль ствола. Толстостенные клетки поздней древесины выполняют механическую функцию, обеспечивая прочность, а у молодой древесины берут на себя часть функций по перемещению воды и водному обмену между соседними клетками;

паренхимы – призматические клетки, длина которых, как правило, превышает ширину примерно в 10 раз. В основном эти клетки расположены поперек ствола в радиальном направлении и входят в сердцевинные лучи. Они выполняют в первую очередь запасающие функции;

камбий – тонкий, способный к делению клеточный слой, окружающий тело дерева в качестве оболочки и отделяющий его от внутренней коры. Камбий обеспечивает рост дерева в толщину благодаря образованию новых клеток.

Сердцевинные лучи, которые есть у всех видов древесины, представляют собой широкие или узкие ленты, состоящие из клеток паренхимы. Они отходят от камбия в сердцевину и в кору. В сердцевинных лучах происходят накопление и обмен запасенными питательными веществами. Кроме того, по сердцевинным лучам перемещается влага в радиальном направлении. У некоторых пород сердцевинные лучи невидимы. У других (дуб, бук, платан и т. п.) ленты сердцевинных лучей очень широки и на тангенциальном распиле явно различимы как крапины, а на радиальном – похожи на блестящие полоски. Лучи такой формы относятся к характерным признакам, позволяющим распознавать различные породы древесины. Сердцевинные лучи и годичные слои образуют текстуру древесины, представляющую собой характерный для той или иной породы рисунок. Большое влияние на текстурный рисунок оказывает красящий пигмент, а также разница в цвете ранней и поздней древесины. Это особенно видно на тангенциальном разрезе (рис. 10). От разницы в ширине годичных колец, которая особенно ярко проявляется у тополя, каштана и белой акации, в большой степени зависит выразительность текстуры. Разная ширина годичных колец сочетается с их своеобразным волнистым строением.

Рис. 10. Тангенциальный разрез ствола

1 – структура разреза

Рост дерева в течение года зависит от климатических условий. В европейских условиях вегетационный период привязан к летним месяцам и его длительность зависит от высоты над уровнем моря. Для каждой породы дерева характерен определенный ареал распространения и существуют районы произрастания, где древесина имеет наилучшее качество по плотности, минимуму дефектов и равномерности окраски. Так, например, для России лучшим районом произрастания дуба является средняя полоса, а для хвойных пород – примыкающие к ней северные районы. В тропических регионах решающим фактором роста является регулярное повторение муссонных дождей. Во влажных субтропиках рост дерева не прекращается в течение всей его жизни, поэтому в древесине, вывезенной из этих регионов, отсутствуют видимые годичные кольца.

При описании свойств древесины часто используют такие термины, как заболонь и ядро, выделяя их в толще ствола. При этом под заболонью понимают наружную зону древесины растущего ствола, принимающую участие в перемещении воды. Заболонь содержит живые клетки, в которых накапливается запас питательных веществ. Ядром называют зону, которая в растущем стволе не имеет живых клеток. В ядре осуществляется усвоение питательных веществ и превращение их в ядровую древесину.

При использовании древесины в качестве исходного материала для столярных работ необходимо учитывать ее технические свойства. Нужно, чтобы древесина обладала нормальным строением, не имела недопустимых пороков, легко поддавалась обработке, не изменяла своей формы, хорошо сопротивлялась внешним усилиям и противостояла действию воздуха и находящейся в нем влаги. Все эти качества определяют свойства древесины, которые в свою очередь делятся на технические и механические.

Цвет является важным признаком для определения породы древесины и ее основных качеств. Этот параметр древесины обусловлен содержащимися в ней дубильными и красящими веществами и их оксидами. Цвет древесины зависит от породы дерева, его возраста, состава почвы и климатических условий местности. Со временем цвет древесины меняется, что определяется реакцией содержащихся в ней веществ на свет, влагу и кислород, который находится в воздушной среде. Определение цвета древесины проводят путем подбора по шкале цветов или при помощи специального прибора – колориметра.

Текстура древесины – естественный рисунок, обусловленный особенностями ее структуры. Текстура образуется пересечением волокон слоев древесины с плоскостью распила. Рисунок текстуры зависит от расположения древесных волокон, различимости годовых слоев, количества и размеров сердцевинных лучей. Древесина хвойных пород имеет чаще всего однообразную текстуру. У лиственных пород с более сложным строением текстура весьма разнообразна и во многих случаях красива. При этом большое значение имеет направление разреза (рис. 11). Улучшение текстуры достигается заполнением пор и покрытием поверхности древесины прозрачными лаками.