Содержание
Плотность древесины – физическое свойство, характеризующее отношение массы сухого материала к его объему. Этот показатель учитывается при перевозке, обработке и применении дерева. Плотность древесины используется при проведении физико-математических расчетов во время сортировки пиломатериалов.
Что такое плотность древесины
Единицей измерения плотности древесины является гм/см3 или кг/м3 (в системе СИ). Этот показатель определяется по формуле: р = mb/Vb. Символ m обозначает массу материала, b – параметр влажности, Vb – объем влажного вещества. Выделяют следующие виды плотности древесины:
- Удельный вес (условная или базисная плотность): характеризует отношение массы сухого древесинного вещества к его объему.
- Объемный вес (средняя плотность): определяет отношение массы структурированного физического тела во влажном состоянии к его объему.
В древесине присутствует большое количество межклеточных пространств, называемых пустотами. Древесинное вещество получается при помощи спрессовывания дерева. В результате пустоты полностью исчезают. Плотность спрессованной древесины меньше удельного веса древесинного вещества. Чем выше величина этого показателя, тем прочнее материал. Древесина с большим удельным весом труднее поддается обработке и не пропитывается антисептиками.
Измерение плотности осуществляется по следующему алгоритму:
- Выдержать измеряемый образец до влажности не менее 11 %.
- Расчет размерных характеристик и веса деревянной заготовки.
- На основе проведенных измерений производится расчет объема древесины. Заготовка увлажняется в дистиллированной воде в течение 3 суток, пока ее толщина не увеличится на 0,1 мм.
- Повторно измеряются размер и вес увлажненной древесины. На основе новых данных производится расчет максимального объема.
- Заготовка высушивается и повторно взвешивается. Масса сухого образца делится на максимальный объем. Результат вычислений будет являться базисной плотностью.
- Повторно измеряется масса сухой заготовки. На основе этих значений вычисляется удельный вес древесины.
Алгоритм вычисления данного показателя указан в ГОСТ 16483.1-84. Проводить измерения рекомендуется на заготовках в форме прямоугольной линзы. Длина основания измеряемого образца должна равняться 20 мм, ширина – 20 мм, высота – 30 мм. Грани заготовки необходимо тщательно обработать перед измерением плотности древесины.
В большинстве стран Европы, вместо плотности древесины, используется показатель прироста. Он характеризует среднюю толщину слоев роста. Этот параметр используется при расчете величины изменения объема дерева в течение некоторого промежутка времени. Главным преимущества параметра прироста является легкость расчета, что позволит снизить затраты на проведение математических измерений. Согласно мнению профессиональных специалистов, этот параметр не характеризует физические свойства древесины. Поэтому он не связан с плотностью вещества. В Российской Федерации показатель прироста используется центрами по экспертизе и стандартизации лесоматериалов.
Взаимосвязь с другими параметрами
Плотность древесины связана со следующими физическими свойствами дерева:
- Пористость: структура деревянных брусков имеет неоднородную структуру и состоит из большого количества пор. Чем больше пустых пространств в составе деревянной заготовки, тем меньше плотность ее материала.
- Вес: чем больше вес бруска, тем больше его масса. Этот показатель напрямую связан с плотностью вещества. Чем тяжелее пиломатериалы, тем они более плотные.
- Влажность: чем больше жидкости содержится в деревянном бруске, тем выше отношение массы материала к его объему. Этот показатель зависит от температуры окружающей среды и автоматически снижается при сушке дерева. При испарении влаги возможна механическая деформация деревянной заготовки.
- Абсорбция: это свойство характеризует способность дерева поглощать влагу. Чем выше впитывающая способность материала, тем выше его плотность. Если древесина поглощает большое количество жидкости, то на поверхности бруска будет присутствовать малое число пор. Степень абсорбции выше на поперечном срезе бруска, где основные поры не закрыты.
- Теплопроводность: характеризует способность вещества проводить тепловую энергию. Материалы с небольшой плотностью проводят тепло с меньшей интенсивностью. Это обусловлено большим количеством пор, заполненных кислородом. Они изолируют поверхность дерева от воздействия тепла. В результате материал нагревается в течение длительного промежутка времени. По этой причине в помещениях, где осуществляется термообработка материалов, используют пиломатериалы с высокой прочностью.
- Горючесть: чем меньше отношение массы древесины к объему, тем быстрее она воспламеняется. Это связано с большим количеством пор, заполненных жидкостью. Мягкие породы древесины горят с наибольшей интенсивностью.
- Прочность: при низкой плотности материал приобретает устойчивость к физическим деформациям. Крепкие бруски быстро раскалываются и изменяют свою форму при соударениях с инородными предметами.
- Биологические факторы: пиломатериалы с высокой плотностью материала не поддаются гниению. Это обусловлено большим количеством пор, поглощающих влагу. При выдержке материала в дистиллированной воде можно улучшить его устойчивость к воздействию биологических факторов.
Одним из главных свойств, связанных с плотностью, является твердость древесины. Она характеризует способность дерева выдерживать сильные нагрузки. Чем больше объемный вес деревянного бруска, тем больше его твердость. Мягкие породы имеют высокую теплопроводность и не подвергаются механическим деформациям. Твердая древесина воспламеняется с меньшей интенсивностью.
Твердость определяется тестом по Бринеллю. Для осуществления расчетов требуется металлический шарик диаметром 1 мм. Он вдавливается в поверхность деревянной заготовки. Проделанное отверстие измеряется при помощи линеек и штангенциркулей. Глубина измеряемой лунки является коэффициентом Бринелля, использующимся для оценки твердости материала.
При самостоятельном определении коэффициента Бринелля могут возникнуть погрешности, что приведет к неточности измерении. Поэтому для оценки устойчивости материала применяется таблица твердости разных пород древесины:
| Разновидность древесины | Коэффициент Бринелля | Особенности материала и область применения |
| Акация | 7,1 кгс/мм² | Произрастает в Северной Америке. Используется для изготовления паркета и мебели. |
| Бук | 3,8 кгс/мм² | Растет на территории Европы, Западной Азии, Северной и Южной Америки. Бук обладает мягкой фактурой легко обрабатывается режущими инструментами. |
| Бамбук | 4,7 кгс/мм² | Растет в Юго-Восточной Азии. Устойчив к высоким перепадам температур, эффективно впитывает влагу. Используется в медицине. |
| Берёза | 3,3 кгс/мм² | Произрастает в Европе. Имеет низкую устойчивость к воздействию высоких температур. Применяется при производстве элементов декора. |
| Вишня | 3,6 кгс/мм² | Растет в Европе, Азии и Северной Америке. Имеет ровноволокнистую структуру и легко поддается обработке. |
| Граб | 3,5 кгс/мм² | Произрастает на юге России. Обладает скрученными волокнами и высокой прочностью. |
| Дуб | 3,8 кгс/мм² | Растет в Европе и Северной Америке. Устойчив к механическим деформациям, имеет долгий срок эксплуатации. Используется при изготовлении дощатых полов. |
| Ель | 1,3 кгс/мм² | Произрастает на территории Европы и Северной Америки. Отличается неоднородностью цвета и низкой степенью абсорбции. Применяется в строительном секторе. |
| Клён | 4,8 кгс/мм² | Произрастает в Северной Америке и Европе. Склонен к образованию трещин. Применяется при изготовлении мебели. |
| Орех грецкий | 5 кгс/мм² | Произрастает на территории Южной Европы, Средней Азии и Ближнего Востока. Отличается высокой влажностью и прочностью структуры. Применяется в медицине. |
| Ольха | 3,0 кгс/мм² | Растет в Западной Азии. Европе и Северной Африке. Имеет тонкую структуру и поддается деформации. Применяется при производстве паркета. |
| Сосна | 1,6 кгс/мм² | Растет в Европе, Северной Америке и Азии. Имеет низкую теплопроводность и не воспламеняется. По этой причине данный материал активно используется при строении помещений, где проводится термическая обработка. |
| Ясень | 4,1 кгс/мм² | Произрастает в Европе. Эластичен, легко поддается механической обработке. Используется для изготовления спортивных снарядов. |
Таблица твердости используется на промышленных предприятиях. Она позволяет работникам выбрать оптимальные материалы для проведения физико-математических измерений.
Зависимость от влажности
Влажность древесины является одним из главным параметров, влияющих на плотность этого материала. При наличии большого количества влаги повышается вес бруска. В результате масса заготовки увеличивается. Поэтому плотность дерева, где отсутствует влага, ниже. Влажные образцы имеют высокую прочность и твердость.
Выделяют 3 основных категории древесины по влажности:
- Абсолютно сухая: значение влажности составляет менее 25 %.
- Воздушно-сухая (полусухая): влажность составляет от 25 до 35 %.
- Сырая: значение влажности составляет свыше 35 %.
Влажность свежесрубленной древесины составляет не менее 50 %. Поэтому сырье подвергается естественной сушке под навесом. Эта процедура позволяет снизить количество влаги до 25 %. Для дальнейшего снижения этого показателя требуется поместить дерево в сушильные камеры. Измерение можно проводить при влажности не более 12 %.
Измерение показателя твердости
Для определения твердости используются 3 основных метода:
- По коэффициенту Бринелля: в поверхность бревна или бруска вбивается шарик из металлических материалов. Диаметр вставляемого предмета составляет не более 1 см. Степень нагрузки на шарик определяется по следующей формуле: F = K × D2. K – отношение массы материала к его объему, D – диаметр шарика. Глубина полученного отверстия измеряется. Для определения твердости нужно разделить длину образованной лунки и степень нагрузки на шарик.
- По шкале Янка: в поверхность бревна или бруска вбивается стальной шарик с диаметром 11,3 см. После этого рассчитывается сила, с которой предмет был вдавлен в поверхность древесины. Важно, чтобы шарик углубился в заготовку на 50 % своего диаметра.
- По шкале Роквелла: в поверхность дерева вбивается индентор, представляющий собой алмазный конус. Измеряется глубина проделанного отверстия. Полученный результат сравнивается с табличными значениями. Оценка твердости осуществляется при помощи единицы измерения HR, равной 0,0002 мм.
Основные методы расчета показателя твердости описаны в ГОСТ 16483.17-81. В справочных материалах величина этого показателя указывается в 1 кгс/мм2 = 9,81 Н/мм2.
Классификация пород деревьев по плотности
Выделяют следующие разновидности древесины по показателю плотности:
- Породы с малой плотностью: от 1 до 540 кг/м3.
- Породы со средней плотностью: от 541 до 740 кг/м3.
- Породы с высокой плотностью: от 750 кг/м3.
Самое большое количество деревьев с плотной древесины растет на территории Европы, Северной и Южной Америки. Наивысшей плотностью обладает бакаут (до 1300 кг/м3). Самые плотные породы древесины указаны в Государственной системе справочных данных, контролируемой Госстандартом Российской Федерации.
Табличные значения плотности древесины
В следующей таблице представлена плотность различных пород древесины:
| Таблица плотности древесины | |
| Наименование дерева | Плотность кг/м3 |
| Акация | 830 |
| Бамбук | 870 |
| Берёза | 540-700 |
| Бук | 650-700 |
| Вишня американская | 490-670 |
| Вяз | 670-710 |
| Граб | 500-820 |
| Дуб | 600-930 |
| Ель | 400-500 |
| Кедр | 580-770 |
| Липа | 320-560 |
| Лиственница | 950-1020 |
| Ольха | 380-640 |
| Орех грецкий | 500-650 |
| Сосна | 400-500 |
| Эвкалипт | 690-1110 |
| Ясень | 660-700 |
| Бальса (Бальза) | 120-160 |
| Пихта сибирская | 390-430 |
| Секвойя | 410 |
| Тополь | 400-500 |
| Ива | 460 |
| Сосна | 450-500 |
| Красное дерево | 540 |
| Конский каштан | 560 |
| Каштан съедобный | 590 |
| Кипарис | 600 |
| Черемуха | 610 |
| Сапелли | 620 |
| Лещина | 630 |
| Клен полевой | 670 |
| Тиковое дерево | 670 |
| Груша | 690 |
| Афрормозия | 700 |
| Свитения (махагони) | 700 |
| Платан | 700 |
| Жостер (крушина) | 710 |
| Падук | 750 |
| Тисс | 750 |
| Дуссия | 800 |
| Кемпас | 800 |
| Слива | 800 |
| Сирень | 800 |
| Боярышник | 800 |
| Палисандр | 800-1000 |
| Пекан (кария) | 830 |
| Ярра | 830 |
| Мербау | 840 |
| Ятоба (мареил) | 840 |
| Керуинг | 850 |
| Кулахи | 850 |
| Мутения | 850 |
| Венге | 900 |
| Лапачо | 900 |
| Олива | 900 |
| Сандаловое дерево | 900 |
| Панга-панга | 950 |
| Самшит | 960 |
| Лим | 970 |
| Сукупира | 1 000 |
| Кумару | 1 100 |
| Эбеновое дерево (Хурма) | 1 080 |
| Черное дерево | 1 160 |
| Квебрахо | 1 210 |
| Гваякум или бакаут | 1 280 |
Наименьшей плотностью обладают хвойные породы деревьев. Наибольшее отношение массы к объему наблюдается твердых лиственных и тропических деревьев. Это обусловлено климатическими условиями. Хвойные деревья произрастают в лесных зонах и тундрах, где наблюдается недостаток влаги. По этой причине масса у них ниже, чем у тропических или лиственных пород. На плотность этих пиломатериалов могут оказывать влияние следующие факторы:
- Коробление – искажение формы дерева в результате внутренних напряжений.
- Наличие масел и смол в структуре древесины.
- Мягкость фактуры.
Плотность свежесрубленных хвойных деревьев составляет не более 850 кг/м³. Для твердых твёрдых лиственных пород значение этого показателя составляет 1000 кг/м³. Плотность клееной древесины равна плотности неклееной. Значение этого показателя для фанеры равен отношению массы древесных шпонов к его объему.
(2 оценок, среднее: 4,00 из 5)
