Свойства и классификация древесного сырья Запасы древесины

Свойства и классификация древесного сырья.

Запасы древесины в России, Сибири и в Красноярском крае ØОбщий запас древесины в России составляет порядка 82 млрд. м 3 – более 22% лесов планеты, в том числе более 58 млрд. м 3 хвойных пород. Ø На долю Сибири приходится почти 12% покрытой лесом площади земного шара, в том числе около 25% – наиболее ценных хвойных пород. Ø Общая площадь лесов Сибири составляет 2, 6 млн км 2, это эквивалентно 40 млрд. м 3 лесосырья.

Øкрупнейшие лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия Красноярского края: • • • ООО «Енисейский ЦБК» , ОАО «Лесосибирский ЛДК» , ООО «Енисейлесозавод» , ЗАО «Новоенисейский ЛХК» , ООО «ДОК Енисей» , ООО «Канский ЛДК» Øих продукция: ДВП, ДСП, пиломатериалы, в 2007 году началось производство МДФ, топливных пеллет.

ØВ Красноярском крае добывается 33% деловой древесины, изготавливается 32% всех пиломатериалов и более 30% целлюлозы. ØВ целом по России планируется к 2020 году по сравнению с 2008 увеличить заготовку древесины на 57%, производство пиломатериалов – на 133 %, бумаги – на 108%, фанеры – на 125%.

Качество древесины зависит ее пороков и дефектов, которые могут возникнуть вследствие ненормальных условий роста дерева, климатических воздействий, механических повреждений, а также при нарушении технологии хранения и переработки древесины. ØПороками древесины называют изменение внешнего вида древесины, нарушение целостности тканей и клеточных оболочек, правильности её строения и повреждения древесины, понижающие её качество и ограничивающие возможности её применения. ØДефекты – пороки древесины механического происхождения, возникающие в ней в процессе заготовки, транспортирования, сортировки, механической обработки и хранения.

Химический состав абсолютно сухой древесины: • углерод — 49, 5%; • кислород — 44, 2%; • водород — 6, 3%. Они образуют сложные органические вещества, входящие в состав клеточной ткани древесины: • целлюлоза, • лигнин, • гемицеллюлоза, которые составляют 90 -95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные 5 -10% — экстрактивные вещества.

СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ: Ø внешний вид: • цвет зависит спектрального состава отраженного светового потока, в различных древесных породах изменяется от белого до черного со всевозможными оттенками и определяется многими факторами, среди которых особое значение имеет область произрастания дерева. Окраску древесине придают экстрактивные, дубильные вещества и смолы. • блеск древесины из-за пористого строения – слабый матовый, наиболее выраженным блеском обладают бархат амурский и осина. • текстура – рисунок, образующийся на поверхности древесины при перерезании анатомических элементов: годичных слоев с разной окраской, сердцевинных лучей, сосудов, капов или наростов. • запах древесине придают находящиеся в ней эфирные масла и смолы.

ØПлотность характеризуется массой в единице объема и обозначается буквой р, имеет размерность кг/м 3 или г/см 3 (1 кг/м 3 = 1000 г/см 3). Оценивается несколькими показателями: плотностью в абсолютно сухом состоянии, во влажном, при стандартной (нормированной) влажности и базисной плотностью. Рассчитывают значение плотности с точностью до 5 кг/м 3. ØПрочность древесины характеризуется пределом прочности при растяжении, сжатии и изгибе, который определяют на образцах стандартной формы и размеров на специальных машинах. Наиболее прочная древесина сухая, здоровая, без дефектов, с большой объемной массой, у одной и той же породы прочность выше вдоль волокон.

ØТвердость древесины характеризует ее способность сопротивляться внедрению тела определенной формы. В зависимости от скорости нагружения древесины при испытаниях различают статическую и ударную твердость. ØИзносостойкость древесины характеризует способность ее поверхностных слоев противостоять износу, т. е. постепенному разрушению под действием механических факторов в процессе трения. ØХимическая стойкость древесины. Древесина под действием кислот и щелочей постепенно разрушается. Она обладает большей стойкостью по отношению к щелочам и меньшей — к кислотам. Древесина лиственных пород отличается от хвойных меньшей стойкостью к кислотам, в первую очередь к минеральным.

ØБиологическую стойкость древесины повышают путем обработки ее специальными химическими веществами — антисептиками. К ним относятся органические и минеральные вещества, которые имеют высокую токсичность к грибам и насекомым и сохраняют ее в течение длительного времени, безвредны для древесины, человека и животных, легко проникают в кору, недороги и просты в применении. ØВлажность — показатель содержания воды в древесине, является очень важным качеством древесины, влияющим на ее прочность.

Определяют абсолютную и относительную влажность древесины в % по формуле: Wабс = (G 1 – G 2)/G 2*100% где G 1 - вес влажного образца; G 2 - вес того же образца после высушивания при t = 100 - 105° до постоянного веса.

В древесине может содержаться три вида влаги. ВИДЫ ВЛАГИ СВОБОДНАЯ ВЛАГА Содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах, она не оказывает влияния на прочность и не вызывает изменения размеров древесины СВЯЗАННАЯ ВЛАГА Заполняет клеточные стенки. Максимальное содержание влаги в клеточных стенках называется пределом гигроскопичности или пределом насыщенности. Изменение содержания связанной влаги ведет к изменению всех свойств древесины ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ ВЛАГА Входит в состав лигноцеллюлозного комплекса и выделяется только при химической переработке древесины.

Методы измерения влажности древесины прямой Основан на удалении воды из древесины, в частности, путем высушивания древесины в сушильных шкафах. Этот метод длителен (6 -8 ч), но дает высокую точность- до 0, 1% косвенный Основан на измерении влажности, путем электропроводности древесины, зависящей от ее влажности, электровлагометром. Таким образом определяется влажность в пределах 7 -60%

В зависимости от степени влажности различают древесину: ØМокрую – длительное время пробывшую в воде (w>100%); ØСвежесрубленную – (w=50 -100 %) ØВоздушно-сухую – (w=8 -12 %) ØАбсолютно-сухую – (w= 0 %) Максимально возможное количество свободной влаги зависит от плотности древесины: чем выше плотность, то есть толще стенки клеток, тем меньше их полости и меньше содержание свободной влаги. При длительной выдержке древесины в воде, когда вода заполняет практически все пустоты в древесине, она будет иметь максимальную влажность, соответствующую для каждой породы.

Таблица 1 – Влажность соответствующая каждой породе. Порода Максимальная влажность, % лиственница сосна ель 123 178 203 кедр пихта граб дуб береза осина тополь 208 250 96 119 131 180 198

ØУсушка древесины – уменьшение линейных размеров и объема древесины в результате удаления связанной влаги, заполняющей субмикрокапилляры. Зависит от следующих факторов: • породы древесины – у разных пород она различна в связи с неодинаковым строением древесины); • плотности древесины – при большей плотности усушка больше; • количества удаленной влаги – при испарении максимального количества связанной влаги (от 30% до 0) происходит полная усушка, части влаги – частичная; • структурного направления – усушка по разным направлениям неодинакова, т. к. любая клетка в поперечном направлении усыхает больше, чем вдоль оси, это связано с тем, что размеры клетки в радиальном и тангентальном направлениях изменяются больше, чем вдоль волокон. ØРазбухание древесины — явление, обратное усушке.

Усушка происходит в трех направлениях: Радиальном; Тангентальном; Поперечном. Рассчитывают усушку (У) по формуле: У=(аw-а 0)/аw аw-первоначальный линейный размер; а – линейный размер после высыхания. 0 Уt = 6 -10% Уp = 3 -5% У вдоль волокон = 0, 1 -0, 3 % У объемная = 12 -15%

Существует несколько способов сушки. Наиболее распространены атмосферная (когда древесина высыхает в штабелях на открытом воздухе) и камерная сушка (когда древесина с целью ускорения процесса удаления влаги высушивается в особых камерах при температуре более высокой, чем температура окружающего воздуха). Правильно проведенная камерная сушка дает древесину, вполне равноценную материалу, получаемому в результате атмосферной сушки, но если высушивать древесину в камере слишком быстро и при высокой температуре, это может привести не только к сильному растрескиванию и значительному внутреннему напряжению, но и к нарушению строения и химическому изменению клеточных оболочек, а также механических свойств древесины.

Коробление Усушка и разбухание древесины – свойства отрицательные, они вызывают коробление и растрескивание лесных материалов. Коробление является следствием неравномерности высыхания, разницы в усушке в тангенциальном и радиальном направлениях. 1 -продольное простое; 2 -продольное, сложное; 3 – поперечное; 4 - крыловатость

КЛАССИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ: 1. Лесоматериалы по способу механической обработки подразделяются на 6 групп: • круглые лесоматериалы – получают путём поперечного деления хлыста на отрезки с округлой формой сечения и последующим продольным раскроем; • пиломатериалы или пилопродукция – получают путём продольного пиления или фрезерования круглых лесоматериалов; • лущёные материалы – получают путём резания древесины по спирали, основной продукт – лущёный шпон;

Лущение Строгание

СВЕЖЕСТРОГАНЫЕ ЛИСТЫ ШПОНА НА СКЛАДЕ НАКРОЕННЫЕ ЛИСТЫ ШПОНА

• строганые материалы – получают путём деления древесины ножом, формирующим плоскую поверхность, основной продукт – строганый шпон; • колотые лесоматериалы – получают путём деления древесины вдоль волокон клиновидным инструментом, к ним относят дрова, бочарную клёпку и др. ; • измельчённая древесина – получают специальной обработкой древесины с помощью рубильных машин, фрезернопильных агрегатов, мельниц и при обычном пилении. В результате получают опилки, стружки (для упаковывания), дроблёнку (для производства древесно -стружечных плит), волокна (для изготовления древесноволокнистых плит), древесную муку и др.

2. Сырьё для лесохимических производств. Корьё (кора) лиственницы, ивы, ели, древесина дуба и каштана используются для получения дубильных экстрактов. В лесохимическом производстве используют также пнёвый и стволовый осмол сосны – специально оставленные пни или стволы на 5 -7 лет на лесосеке с целью их осмоления. Из осмолившихся пней и стволов извлекают скипидар, канифоль и др. продукты. С этой же целью используют живицу. Ценным лесохимическим сырьём служит древесная зелень и соки живых деревьев (берёзы и клёна). На их основе получают биологически активные вещества для медицинской и косметической промышленности, пищевые продукты и кормовые добавки для сельскохозяйственных животных и птиц.

3. Композиционные материалы. К ним относят все виды фанеры, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, столярные плиты, арболит и королит (теплоизолирующие материалы) и т. д. 4. Модифицированная древесина имеет направленно изменённые свойства. Цельная древесина может быть обработана смолой, пластифицирована жидким аммиаком, спрессована, пропитана синтетическими смолами с целью защиты от гниения, порчи насекомыми, снижения горючести или повышения прочности. Такая модификация чаще проводится термомеханическими методами.

5. Продукция целлюлозно-бумажных производств: отбеленная или серая древесная масса, целлюлоза, все виды картона, бумаги и др. продукция. 6. Продукция гидролизно-дрожжевого производства: лигнин, этиловый спирт, кормовые дрожжи (добавка для питания сельскохозяйственных птиц и животных), фурфурол и другие продукты. 7. Продукция лесохимических производств: активированный уголь, канифоль, скипидар, уксусная кислота, метиловый спирт, ацетон, органические растворители, древесный креозот (смесь фенолов для пропитки железнодорожных шпал с целью их защиты от гниения), газообразное топливо (получается при сухой перегонке древесины – нагревании до 450 0 С без доступа воздуха).

Характеристика ассортимента мебельных древесных материалов. Шпон — листы толщиной от 0, 4 до 1, 5 мм, которые получают лущением или строганием отрезков ствола на специальных станках. Листы шпона, полученные лущением, используют для изготовления клееной фанеры древеснослоистых пластиков, гнутоклееных деталей, облицовки древесноволокнистых, древесностружечных и столярных плит. Лущеный шпон получают из березы, ольхи, бука, дуба, ясеня, липы, сосны и других пород и подразделяют на три сорта — 1, 2 и 3 -й. Из лиственных пород с красивой текстурой шпон получают методом строгания на специальных строгальных станках, такой шпон называется строганым. В зависимости от текстуры шпон бывает радиальный — Р, полурадиальный — ПР, тангентальный — Т и тангентально-торцовый — ТТ.

Доски и бруски получают путем распиловки круглого леса вдоль волокон. Пиломатериал, у которого отношение ширины к толщине больше двух, относится к доскам, меньше двух — к брускам, имеют толщину до 100 мм. • тонкие, (толщиной от 13 до 35 мм) и толстые (более 35 мм). • короткие — от 0, 5 до 0, 9 м, средние — от до 1, 9 и длинные — от 2, 5 до 6, 5 м. • обрезные (отпилены все четыре стороны) и необрезные (с неотпиленными боковыми кромками). • строгаными или шпунтованными. • сердцевинные (содержащие сердцевину), центральные (получаемые по обе стороны от распила по сердцевине) и боковые. • из хвойных пород — отборный, 1, 2, 3 и 4 -й сорта, из лиственных пород — 1, 2 и 3 -й сорта, строганые и шпунтованные доски – 1, 2 и 3 -й сорта.

а – пластины; б – четвертины; в – брусья четырёхкатные и двухкатные; г – брус обрезной с обзолом; д – горбыль; е – доски необрезная и обрезная; ж – бруски; з – рейки.

Виды досок: а - сердцевинная; б - центральная; в - боковые; г – горбыль Сердцевинная доска содержит сердцевину. Центральные доски (две) выпиливают из центральной части бревна с распилом сердцевины. Такие доски обычно изготовляют из тонких бревен. Боковые доски выпиливают из боковых частей бревна, расположенных между сердцевиной и горбылем.

Фанеру клееную получают при склеивании от 3 до 13 листов шпона, состоит из наружных и внутренних листов шпона. Наружные листы – рубашка, внутренние – серединка. • равнослойной (из листов шпона одной толщины) и неравнослойной (из листов шпона разной толщины). • пяти сортов — А/АВ, АВ/В, В/ВВ, ВВ/С и С/С. Фанера сортов А и АВ — лучшего качества, а сортов ВВ и С — худшего.

Облицованная фанера — клееная фанера, одна или обе рубашки которой изготовлены из строганного шпона с красивой текстурой. В зависимости от текстуры и вида шпона эту фанеру делят на радиальную, полурадиальную и тангенциальную; от наличия дефектов шпона и дефектов склеивания — на 1 -й и 2 -й сорта. Декоративная фанера — это обычная клееная березовая, ольховая, липовая и другая фанера, лицевые поверхности которой покрыты текстурной бумагой для имитации под ценные породы древесины. Эта фанера бывает одно- и двусторонняя, четырех марок: ДФ-1, ДФ-2, ДФ-3 и ДФ-4. ДФ-1, ДФ-2 облицована бесцветными или окрашенными пленками, без декоративной бумаги или с бумагой. ДФ-3 и ДФ-4 облицована пленками в сочетании с текстурной бумагой или без нее.

ФАНЕРА ДЕКОРАТИВНАЯ (ТЕКСТУРИРОВАННАЯ И ЛАМИНИРОВАННАЯ) ФАНЕРА ОБЛИЦОВАННАЯ (ШПОНИРОВАННАЯ)

Гнутоклееные детали из шпона и фанеры могут быть угловых, коробчатых, цилиндрических и др. форм, изготавливают путем горячего прессования. Они могут быть облицованными и необлицованными. Плиты столярные выпускают в виде щитов, собранных из брусков хвойных и лиственных пород, которые склеивают или скрепляют рейками либо шпоном, оклеивают с обеих сторон шпоном. Облицованные плиты делят на 1 -й и 2 -й сорта, а необлицованные — на сорта А, АВ и В.

ГНУТОКЛЕЕНЫЕ ДЕТАЛИ ИЗ ФАНЕРЫ И ШПОНА ПЛИТЫ СТОЛЯРНЫЕ

Плиты древесноволокнистые получают из волокон древесины, бумаги и других отходов путем прессования и термической обработки. Древесноволокнистые плиты выпускают с отделанной и неотделанной лицевой поверхностью. Отделывают плиты красками, текстурной бумагой или синтетическими смолами. По назначению, объемной массе и прочности на изгиб эти плиты делят на сверхтвердые, полутвердые, изоляционноотделочные, изоляционные. Твердые и сверхтвердые плиты толщиной 3 -6 мм имеют объемную массу от 0, 85 до 0, 95 г/см 3 и прочность на изгиб не менее 40 -50 МПа.

Плиты древесностружечные изготовляют из смеси древесных стружек и опилок с синтетическими смолами (1215%) путем прессования, может быть дополнительно облицована строганым шпоном, декоративной бумагой, слоистыми пластиками или окрашена краской. МДФ представляет собой плиту из запрессованной вакуумным способом деревянной пыли (без использования эпоксидной смолы и фенола, которые вредны для здоровья человека). Для изготовления древесноволокнистых плит используется следующее сырье и материалы: • щепа технологическая; • смола карбамидоформальдегидная КФ-МТ-15 – представляет собой продукт поликонденсации карбамида с формальдегидом. Смола является негорючей, невзрывоопасной водной субстанцией; • аммоний хлористый; • парафин.

МДФ ДСт. П (ДВП)

Таблица 2. Физико-механические показатели МДФ и ДСП Наименование показателя Норма МДФ Норма ДСП 850… 950 700… 750 Разбухание по толщине за 24 ч. , % не более 20… 30 22… 23 Предел прочности при статическом изгибе, МПа, не менее 30… 36 14… 16 Предел прочности при растяжении перпендикулярно панели, МПа, не менее 0. 4 0. 3 Влажность, % 6± 3 6± 1 Плотность кг/м 3, не более

Древесные слоистые пластики применяют для облицовки лицевых и особенно рабочих поверхностей кухонной и другой мебели, а также для отделки стен, перегородок, дверных полотен и других элементов жилых помещений. Пластики получают склеиванием нескольких листов шпона смоляными клеями при высоком давлении и температуре. Число слоев зависит от толщины пластика и шпона. Поверхность пластиков окрашивают в различные цвета или оклеивают текстурной бумагой для имитации под ценные породы древесины.