Строение древесины: особенности, элементы, химический состав

• Содержание:
• Строение и химический состав древесины

• Строение и химический состав древесины

• Структура и химический состав древесины В процессе выращивания дерева на окружающем стволе, слои со слоями, образующими годовой слой, вырастают раньше (весной), более нежные и более просветленные, чем последующие слои, с течением времени внутренний слой становится толще и жестче, образуя ядро, которое является наиболее ценной частью дерева. Внешний годовой слой остается мягким для большинства частей, образующих заболонь Двадцать одни* 643-1 34.1 обрубки (Рис. 34.1).

Процесс роста ствола происходит в основном в тонком слое сразу за корой, называемом пульпой. Кора образует защитный слой на внешней стороне дерева. Остальная часть ствола выполняет основную механическую функцию, то есть удерживает дерево в вертикальном положении, компенсируя естественные нагрузки (ветер, снег). Основной элемент структуры дерева-ячейка. Длина ячеек обычно составляет 2-4 мм, а размер диаметра-20-40 мкм.

Клеточная стенка представляет собой комплекс со сложной структурой. Людмила Фирмаль

Микроволокно комплекса, характеризующееся высокой прочностью, состоит из кристаллической целлюлозы, составляющей от −4 до 5% массы клеточной стенки. Целлюлоза представляет собой полимер со степенью полимеризации (C6H10O5) p-10 4.

Целлюлозные микроволокна составляют основу лигнина и гемицеллюлозы.

Гемицеллюлоза представляет собой некристаллический полимер, имеющий более низкую степень полимеризации и частично кристаллическую структуру, хотя это полимер, имеющий тот же состав, что и целлюлоза.

Лигнин и гемицеллюлоза составляют 20% массы клеточной стенки, а 10% массы составляет вода, 5% побочных продуктов: смолы, дубильные вещества, жиры и минеральные соли, остальные целлюлозные побочные продукты придают цвет и аромат дереву, а иногда и устойчивость к вредителям. В состав отдельных органических веществ древесины входят углерод, кислород, водород и азот. Соотношение этих элементов в сухой древесине составляет:%: углерод-50, кислород-43, водород-6,1 и азот-0,12.

• Микроструктура древесины состоит из большого количества длинных и плотных трубчатых ячеек, заполненных водой или овощным соком. Целлюлоза в сочетании с гемицеллюлозой образует скелетное вещество клеточной стенки, насыщенное лигнином. Важным компонентом древесины являются также такие минералы, как калий, натрий, кальций и карбонат, соли фосфорной и Кремниевой кислот. Содержание этих компонентов в древесине изменчиво, в среднем, от 0,2 до 1,7%. От боли- 644 более или менее содержится также в побочных продуктах древесины, таких как смолы, воски, жиры, красители, дубильные вещества, алкалоиды и др.

Очень важным элементом древесины является вода. Там есть связанная вода. Около 25-30% влаги содержится в древесине в склеенном виде, и ее очень трудно удалить.

Оставшаяся влага, заполняя межклеточное пространство, легко испаряется во время сушки. Древесина, насыщенная водой, легко отдает воздух, а сухая древесина, наоборот, впитывает влагу из воздуха.

Сушка и увлажнение особенно интенсивны в основной части древесины. Растущие деревья очень быстро впитывают воду,

количество которой зависит не только от вида дерева, но и от времени года. Людмила Фирмаль

Например, оптимальная влажность растущей сосны или ели составляет 80%, а березы-70%. Влажность древесины при транспортировке воды (сплава) дополнительно усиливается. Такая древесина мокрая.

При длительном хранении на складе насыщение древесины водой стабилизируется, достигая определенного содержания в окружающем воздухе. В зависимости от климата и времени года влажность древесины в воздухе составляет 15-20%.

Сухая древесина называется воздушной сушкой.

Строение дерева. От клеток до корней

Влияние особенностей микроструктуры и макроструктуры на свойства древесины. Особенности строение древесины

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него:

https://accounts.google.com

Основные разрезы приведены на рисунке ниже. Они обладают различными свойствами и строением.

Поперечный разрез

Разрез, перпендикулярный оси ствола и направлению волокон, образует собой торцевую, или, как ее называют, поперечную секущую плоскость ствола. На данном разрезе хорошо просматривается структура древесины, а именно концентрические годовые кольца, сердцевина, сердцевинные лучи, разрез коры и луб. Поперечный разрез представлен на рисунке:

Радиальный разрез

Разрез, проходящий через середину ствола вдоль направления волокон древесины, образует радиальную секущую плоскость. При таком сечении годичные кольца также видны, но не в виде концентрических колец, а в виде параллельных полос.

Тангенциальный разрез

Тангенциальный разрез, как и радиальный, направлен вдоль волокон, но проходит не через ось ствола, а на некотором расстоянии от нее. Иными словами данный разрез строится по хорде поперечного сечения. В тангенциальном разрезе годичные кольца имеют вид вытянутых вверх парабол, поскольку ствол с годичными кольцами сужается кверху.

описание

При поперечной резке на покрытии делается шесть параллельных надрезов специальным поперечным ножом (несколько режущих кромок) или устройством для однократной резки (например, резаком с шаблоном или без него).

Под прямым углом к полученным надрезам делаются еще шесть надрезов, чтобы получился равномерный квадратный узор. Все порезы должны доходить прямо до основы и царапать или царапать ее, но без чрезмерного повреждения.

Испытание можно проводить вручную или с помощью устройства с моторным приводом.

Расстояние между надрезами составляет от одного до трех миллиметров , в зависимости от толщины слоя покрытия и твердости / типа основы.

• Для слоев толщиной до 60 микрометров следует выбирать шаг сетки 1 миллиметр (твердые поверхности, такие как металл ) или 2 миллиметра (на мягких поверхностях, таких как дерево).
• Для толщины слоя от 61 до 120 микрометров требуется шаг сетки 2 миллиметра.
• При толщине слоя от 121 до 250 микрометров используется 3 миллиметра.
• Поперечный разрез больше не может быть больше 250 микрометров. Здесь можно использовать поперечный надрез в соответствии со стандартом DIN EN ISO 16276-2.

Затем необходимо удалить любые отслаивающиеся частицы (покрытия) от среза. Для этого можно использовать мягкую щетку, сжатый воздух или азот или липкую ленту.

В отличие от предыдущих изданий стандарта, адгезионная прочность клейкой ленты больше не требуется (с 2013 года).

Клейкая лента должна быть застрял на параллельно в одном направлении разрезов и снова резко удаляется (0,5-1 секунды) под углом 60 ° в течение 5 минут.

Наконец, исследуется оставшаяся сетка. В зависимости от условий различают значения характеристик поперечного сечения от 0 (очень хорошо) до 5 (очень плохо), сокращенно от Gt 0 до Gt 5.

В дополнение к этой процедуре классификации, тест «да / нет» также может быть проведен для соответствующих спецификаций.

В области защиты от коррозии часто принимаются характеристические значения Gt 0 или Gt 1.

Обозначение разрезов[править | править код]

На одном чертеже могут быть расположены несколько разрезов, если это целесообразно. Разрезы располагаются в проекционной связи: фронтальный на месте главного вида, профильный на месте вида слева, а горизонтальный на месте вида сверху.

Если секущая плоскость совпадает с плоскостью симметрии детали и разрез расположен в проекционной связи, то его не обозначают. В остальных случаях разрезы обозначаются аналогично сечениям — разомкнутой линией, стрелками и буквами[3].

Обозначение сечений[править | править код]

Секущая плоскость обозначается линией сечения. Для линии сечения используется разомкнутая линия.

Необходимо указывать направление взгляда стрелками. Стрелки наносятся на расстоянии 2-3 мм от конца штриха.

У начала и конца линии сечения ставят две одинаковые прописные буквы русского алфавита через тире. Например, “А-А”. Буквы наносят около стрелок, указывающих направление взгляда со стороны внешнего угла[4].

Перидерма — защитная ткань

Ветки – это небольшие ветви, которые служат опорой для листьев, цветов и плодов. Ветви поддерживают ветки, а ствол поддерживает всю крону. Ветви и ветки развиваются из двух типов почек:

• терминальных или верхушечных почек на конце побега;
• боковых или пазушных почек, которые образуются вдоль ветки.

Верхушечная почка является наиболее сильной на ветви или ветке и располагается на конце побега. Она контролирует развитие вторичных почек с помощью гормонов. Обычно вторичные почки не развиваются и остаются в спящем состоянии.

 Как правило, верхушечная почка является наиболее активной на каждой ветви или ветке и контролирует развитие пазушных почек на том же побеге, которые часто бывают спящими: их рост сдерживается апикальным доминированием терминальной почки.

Формирование ветвей

Побеги с доминирующей верхушечной почкой бывают моноподиальными или симподиальными.

Побеги без апикального доминирования являются ложнодихотомическими.

Гибель верхушечной почки в результате случайного повреждения или обрезки может привести к активизации спящих почек рядом со срезом и, как следствие, к развитию нового побега.

Некоторые побеги развивают придаточные почки, которые формируются вдоль стволов и корней. Они возникают, как правило, в ответ на потерю обычных почек в результате действия регуляторов роста.

Ежегодный прирост: 1 – 1 год; 2 – 2 года; 3 – 3 года

Листья и почки образуются из немного утолщенной части ветки, которая называется узел. Междоузлие – это зона между узлами. На ветке видны листовые рубцы и рубцы верхушечной почки.

Они помогают измерять ежегодное удлинение ветки и общий прирост. По своей структуре и функции каждая ветвь дерева сопоставима со всей кроной.

Но в то же время ветви – это не просто отростки ствола.

Наоборот, ветви характеризуются уникальной формой присоединения к нему, которая имеет крайне важное значение для практической деятельности в сфере ухода за деревьями, например, для обрезки.

Ветви прочно крепятся к древесине и коре, расположенной под ветвями, но над ними крепление более хрупкое. Годовой прирост слоев ткани в зоне соединения ветви и ствола хорошо заметен и формируется большую часть времени. Плечо или выпуклость вокруг основания ветви называется воротником.

В точке разветвления ткани ветви и ствола расширяются на встречу друг другу. В результате, кора приподнимается, образовывая гребень ветви. Если кора в районе разветвления окружена древесиной, она называется включенной корой.

Это еще больше ослабляет развилку ствола, поскольку нормальное присоединение ветви к стволу не формируется.

Строение, состав и свойства древесины

От качества древесины (ботанический вид, состав органической массы, строение, влажность и т, д.) зависят химический состав, физико-химические и другие свойства коптильного дыма.

Морфологически древесина представляет собой упорядоченную систему клеток, сосудов (у лиственных пород), межклеточных смоляных ходов (у хвойных пород) и других элементов. Структурной единицей древесины является клетка. Клетки имеют тонкие первичные стенки с прилегающими изнутри вторичными стенками и отделяются друг от друга межклеточным веществом так называемой срединной пластинкой.

Сок, наполняющий клетки и сосуды камбиального слоя и заболони, представляет собой водный раствор различных органических соединений (солей, углеводов, дубильных и белковых веществ и т. д.) Ядровая древесина сока не содержит.

Древесина разных пород сходна по элементарному составу.

Несмотря на небольшую разницу в элементарном составе, теплотворная способность древесины различных пород колеблется довольно значительно. Так, теплотворная способность липы, сосны и осины составляет соответственно 5075, 4818 и 4695 ккал. При одинаковых условиях горючесть разных пород древесины зависит от плотности, или удельного веса, ее.

Различия в удельном весе и морфологическом строении древесины разных пород существенно влияют и на характер горения.

При более рыхлой морфологической структуре кислород быстрее поступает к горящим частицам, в результате чего органические вещества древесины меньшего удельного веса легче подвергаются термическому распаду. При этом образуется более длинное пламя по сравнению с пламенем при горении более плотной древесины.

В плотную древесину труднее проникает кислород, больше образуется угля, так как горение протекает медленнее; зона горения меньше, а несгоревших летучих веществ в коптильном дыме больше.

В зависимости от плотности дрова различных пород делят на три группы. К первой группе относят березу, бук, ясень, ильм, граб, вяз, клен, дуб, ко второй — сосну, ольху и к третьей — ель, кедр, пихту, осину, липу, тополь, иву.

Дрова первой группы — наилучшие, так как в единице объема их содержится наибольшая масса древесины.

На качество коптильного дыма существенно влияет и влажность древесины. Она зависит от возраста, породы дерева и времени заготовки. Лиственные деревья содержат меньше влаги, чем хвойные. Молодые деревья содержат больше влаги, чем старые той же породы.

В зависимости от влажности различают сухие дрова (содержание влаги до 20%), полусухие (содержание влаги от 21 до 33%) и сырые (содержание влаги более 33%).

Большая часть древесины состоит из целлюлозы (клетчатки), пентозанов и лигнина. Из этих веществ в основном образованы стенки клеток и клеточные оболочки, т. е. остов (каркас) древесины.

• Целлюлоза, гемицеллюлоза (основная часть которой состоит из пентозанов и гексозанов) и лигнин составляют 90—95% веса абсолютно сухой древесины.
• Экстрактивные вещества состоят из летучих масел и кислот, красящих и дубильных веществ, минеральных солей, органических, азотистых и других соединений.
• Составные части коптильного дыма образуются главным образом из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.
• Целлюлоза представляет собой высокомолекулярный полисахарид.
• Молекулы ее состоят из длинных цепей глюкозных остатков, соединенных глюкозидными связями:

Молекулярный вес целлюлозы около 1 500 000.

Целлюлозное волокно имеет сложное мицеллярное строение: большая часть его цепей состоит из строго ориентированных кристаллических участков, а меньшая (10—30%) — из аморфной целлюлозы, где цепи расположены неупорядоченно.

При нагревании до 284°, несмотря на побурение, сохраняется ориентировочная структура целлюлозы.

При дальнейшем повышении температуры целлюлоза вначале переходит в аморфное состояние, а затем подвергается глубоким химическим изменениям.

При термическом распаде целлюлозы образуется смесь углеводов, представляющих собой осколки полисахаридов. При разложении целлюлозы не образуется метилового спирта, наличие которого твердо установлено в дыме от сжигания древесины. В связи с этим естественно предположить, что источником образования его является другая часть древесины — лигнин.

Лигнин содержится в древесине как лиственных, так и хвойных пород. Две трети его находятся в срединной пластинке, остальное же количество — во вторичных стенках плеток древесины.

Точная формула и молекулярный вес лигнина не установлены. Предполагают, что молекулярный вес его составляет несколько тысяч. Для строения лигнина характерно наличие метоксильных групп (—ОСН3), составляющих около 85—90% всех метоксильных групп древесины. При пиролизе древесины из метоксильных групп лигнина образуется метиловый спирт:

R — ОСН3 + НОН → R — ОН + СН3ОН

Лигаин содержит также гидроксильные (—ОН), карбонильные (—CO) и другие группы. Большинство исследователей считает, что лигнин имеет ароматическое строение.

Этим объясняется тот факт, что лигнин более устойчив к действию тепла, чем целлюлоза, имеющая гетероциклическое строение (целлюлоза начинает распадаться при температуре около 290°, а лигнин — при 350°). Из лигнина образуется меньше парогазовой смеси и больше угля (соответственно 60 и 26 %), чем из целлюлозы.

Доказательством ароматической природы лигнина служит также образование из него при мягких способах окисления различных ароматических соединений (ванилина, сиреневого альдегида, ароматических кислот и пр.).

Гемицеллюлоза содержится преимущественно в срединной пластинке. Часть ее находится также во вторичных стенках клеток древесины.

1. Гемицеллюлоза состоит из пентозанов (C5H8O4)n и гексозанов (C6H10O5)n, легко гидролизуется, при этом образуются простейшие сахара:
2. (C5H8O4)n + n ⋅ H2O → (C6H10O5)n пентозы
3. (C6H10O5)n + n ⋅ H2O → (C6H12O6)n гексозы
4. Ниже приведено содержание гемицеллюлов в древесине различных пород:

• Сосна — 21,48%
• Ель — 20,67%
• Береза — 27,81%
• Бук — 22,15%
• Дуб — 24,99%
• Осина — 23,38%
• Ольха — 19,55%
• Яблоня — 37,28%
• Абрикос — 38,68%
• Груша — 31,31%

Больше всего содержится гемицеллюлов в древесине фруктовых деревьев. Этим, по-видимому, объясняется тот факт, что при использовании древесины фруктовых пород (например, засохших садовых деревьев) получаются продукты особенно высокого качества.

Строение древесины и ее свойства

Для изготовления музыкальных инструментов применяют древесину хвойных и лиственных пород, которые различаются между собой по целому ряду признаков. Распил дерева определяет свойства древесины.

Следует различать понятие дерева, т. е. растущего дерева, и древесины- материала, получаемого из срубленного и очищенного от ветвей и коры дерева.

В каждом растущем дереве можно выделить три части: крону, ствол и корни.

В листьях кроны растущего дерева происходят процессы фотосинтеза. В результате этих процессов зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами лучистая энергия Солнца превращается в энергию химических связей органических веществ, обеспечивающих питание и рост растения.

Корни дерева, во-первых, удерживают его в вертикальном положении, а во-вторых, всасывают из почвы воду с растворенными в ней минеральными питательными веществами.

Ствол дерева является прежде всего магистралью, по которой впитанные корнями минеральные вещества движутся к листьям, а выработанные в листьях пластические вещества (строительный материал, из которого дерево строит само себя) движутся вниз по стволу, наращивая его. Ствол дерева также является хранилищем запасенных питательных веществ. Ствол дает основное количество древесины, что составляет 50-90 % объема частей растущего дерева, и только древесина ствола пригодна для изготовления деталей музыкальных инструментов.

Древесина имеет слоисто-волокнистое строение. Свойства древесины в значительной степени зависят от направления (анизотропия свойств).

Принято рассматривать три главных разреза ствола: поперечный (или торцовый) плоскость которого перпендикулярна оси ствола, радиальный, плоскость которого проходит через ось ствола, и тангенциальный 3, плоскость которого проходит параллельно оси ствола на некотором расстоянии от нее.

Поперечный срез имеет следующие основные части: ядро, сердцевину, заболонь и кору.

Ядро 2 отличает более темная окраска. Оно расположено посередине ствола. В центре ядра в виде круглого, четырех-пятиугольного или (как у дуба) звездчатого пятнышка диаметром 2-5 мм находится сердцевина 1. На радиальном разрезе хвойных пород сердцевина почти прямая, а у лиственных пород имеет извилистую форму.

Кора 4 на поперечном разрезе имеет форму кольца более темной, чем древесина, окраски. У взрослых деревьев в коре различают два слоя. Наружный слой, называемый коркой, является оболочкой, предохраняющей от испарения влаги, резких колебаний температуры и механических повреждений. Внутренний слой коры, называемый лубяным, является проводником органических питательных веществ вдоль ствола.

Заболонь 3 имеет наиболее светлую окраску. Породы древесины, у которых ядро ярко выражено, называют ядровыми. Если внутренняя часть ствола отличается от наружной только меньшим содержанием влаги, такие породы называют спело-древесными. Если же различий между внутренней и наружной частями ни по цвету, ни по влажности нет, то такие породы называют заболонными.

На главных разрезах дерева видны линии и полосы, составляющие рисунок древесины, или, как его часто называют, текстуру. Каждая порода древесины кроме характерного цвета имеет и свою текстуру.

Рисунок древесины возникает от ежегодного нарастания на поверхности ствола, ветвей и корней нового годичного слоя. Особенно хорошо эти слои заметны у хвойных пород.

Ширина годичных слоев, определяемая на торцовом разрезе, зависит от породы, возраста, условий произрастания и положения в стволе.

Так, например, у древесины ели, произрастающей в суровых горных условиях, ширина годичных слоев может колебаться в пределах 1 мм, а у ели, произрастающей в благоприятных условиях, может доходить до 3-4 мм и более.

По радиусу от сердцевины ширина годовых колец изменяется неравномерно. Наиболее широкие годовые кольца лежат в центральной части радиуса ствола, а ближе к сердцевине и дальше к коре ширина годовых колец уменьшается. У некоторых пород древесины наблюдают волнистость годичных колец, что придает поперечному срезу интересную текстуру (граб, тисс, можжевельник).

Более светло окрашенная и более мягкая часть годичного кольца называется ранней древесиной и образуется в первой половине периода нарастания слоя. Во второй половине образуется поздняя древесина, которая в годичном кольце окрашена темнее и твердость ее выше, чем у ранней древесины.

Все породы имеют в древесине своих стволов сучки. Для хвойных пород характерно расположение нескольких ветвей на одном уровне по высоте ствола. Эту часть ствола называют мутовкой. Лиственные породы характеризуются одиночным расположением ветвей.

Наличие в древесине сучков делает ее мало, а подчас и совсем непригодной в производстве музыкальных инструментов.

Так как годичные слои ствола при встрече с сучком изменяют свое направление, то для изготовления деки такую часть ствола ели не используют.

Абсолютно сухая древесина состоит из органических веществ, которые содержат в среднем 49,5 % углерода, 44,2 % кислорода (с азотом) и 6,3 % водорода. Минеральные соединения, получающиеся при сгорании древесины (зола), составляют 0,2-1,7 % общей ее массы.

Физические свойства древесины

Их подразделяют на следующие восемь групп: свойства, характеризующие внешний вид и макроструктуру древесины; влажность и свойства, связанные с ее изменением; плотность; водо- и газопроницаемость древесины; тепловые свойства; электрические свойства; действие излучений на древесину; резонансные свойства. В этой последовательности рассмотрим те группы физических свойств, с которыми приходится встречаться в производстве музыкальных инструментов.

Внешний вид древесины характеризуется цветом, текстурой, блеском, а также запахом.

Цвет древесины, как, впрочем, и цвет любого другого объекта, может быть определен с высокой степенью точности с помощью атласа цветов. В условиях индивидуальных мастерских и в музыкальной промышленности особая точность определения цвета не требуется.

Но при подборе, например, двух половинок обечайки гитары следует обращать внимание на цвет древесины. Даже нарезанные из одного бруска клепки могут сильно отличаться по цвету.

Детали с одинаковым цветом или оттенком при изготовлении инструмента стараются ставить симметрично.

Цвет древесины зависит от климатических условий. Древесина пород умеренного пояса имеет бледную окраску, породы же тропического пояса окрашены ярко.

Не меньшее значение в подборе древесины для музыкального инструмента имеет ее текстура. Она определяется строением древесины: чем оно сложнее, тем богаче и интереснее текстура. Древесина хвойных пород отличается простым строением.

Текстура этих пород имеет незамысловатый рисунок из правильно чередующихся линий или даже прямых. Совсем другая картина видна на срезах лиственных пород.

Всевозможные проблески, волны, игра линий и цвета показательны особенно для пород, произрастающих в теплых районах земного шара.

Хорошо проявляются цвет и текстура древесины под прозрачной отделкой лаками и политурами. Матовую отделку древесины, которая нашла широкое применение в мебельной промышленности, в производстве щипковых музыкальных инструментов пока не применяют.

Запах древесины зависит в основном от содержания в ней эфирных масел, смол и дубильных веществ. Сильным запахом обладает древесина хвойных пород, лиственные породы пахнут слабее. Особенно сильным запахом обладают тропические породы. Запах высыхающего дерева с течением времени ослабевает.

Ту структуру древесины, которую можно рассмотреть невооруженным глазом или с помощью простейших оптических приспособлений, называют макроструктурой. В числе характеристик макроструктуры особый интерес представляют ширина годичных колец и естественные неровности, возникающие от перерезания анатомических элементов древесины.

Естественными неровностями считают те поры древесины, которые открыты на плоскости среза. Размеры этих неровностей (а вернее сказать, впадин) превышают допустимый для полируемой поверхности размер 16 мкм. Поэтому перед отделкой поверхности древесины проводят специальную операцию порозаполнения и производят полирование с применением пемзового порошка.

Под плотностью материала понимают отношение его массы к объему. Измеряют плотность в килограммах, деленных на кубический метр. Плотность древесины в значительной степени зависит от ее влажности. Поэтому плотность древесины всегда пересчитывают, приводя к стандартному значению влажности (15 %). Определяют плотность древесины взвешиванием образцов стандартных размеров: 20 X 20 X 30 мм.

Средняя плотность различных пород древесины, кг/м3

Ель	450
Береза	640
Сосна обыкновенная	510
Орех грецкий	600
Граб	810
Липа	500
Груша	720
Красное дерево	540
Клен	700
Бук	680
Палисандр	850
Черное дерево	1160
Лим	970

Водо- и газопроницаемость древесины в условиях изготовления музыкальных инструментов в первую очередь интересна при окрашивании и особенно крашении, а тепловые свойства древесины важны при гнутье деталей музыкальных инструментов.

Уникальные звуковые свойства древесины сделали ее незаменимым природным материалом для изготовления музыкальных инструментов.

Наиболее интересной звуковой характеристикой древесины является скорость распространения звука в материале. В разных направлениях эта скорость различна, но выше всего она вдоль волокон древесины.

Так, например, вдоль волокон березы звук распространяется со скоростью 4-5 тыс. м/с, что близко к скорости распространения звука в металлах (у меди 3,7 тыс. м/с). В.

других направлениях скорость звука ниже в среднем в 4 раза.

• Под резонансной способностью древесины подразумевают усиление звука без искажения тона, что имеет первостепенное значение при изготовлении дек музыкальных инструментов.
• Резонансная способность древесины характеризуется акустической константой (или константой излучения).
• Наивысший показатель акустической константы у ели составляет 12 м4с-1кг-1 (для сравнения: у березы 7,5 м4с-1кг-1,у клена 5,8 м4с-1кг-1).

К показателям звуковых свойств древесины относится логарифмический декремент (затухание) колебаний. Этот параметр характеризует способность звуковой энергии расходоваться на трение внутри материала.

Если сделать у гитары деку, например, из стали, то, взяв последовательно несколько аккордов, мы услышим их наложенными друг на друга, т. е. предыдущие звуки не успеют затихнуть, как придут последующие.

Еловая дека в силу своих звуковых качеств лишена этих недостатков.

Механические свойства древесины

Они характеризуют ее способность сопротивляться механическим усилиям. Эти качества древесины являются весьма важными при использовании древесины как конструкционного материала.

Механические свойства древесины делят на две группы: прочностные и упругие.

Прочностные свойства определяются напряжениями. Напряжение — это усилие, приходящееся на единицу площади поперечного сечения детали.

Наибольшее напряжение, которое может выдержать стержень из данной древесины, называют допускаемым напряжением, или пределом прочности. Эту характеристику прочностных свойств древесины изучают на специальных испытательных машинах, используя образцы, которые вырезают из различных пород древесины.

Второй немаловажной прочностной характеристикой древесины является ее твердость. Твердостью называют способность древесины сопротивляться внедрению в нее некоторого твердого тела.

Испытания на твердость проводят в статических (когда в древесину вдавливают, например, стальной шарик) или в динамических (когда на древесину падает металлический шарик) условиях.

В первом и во втором случае на поверхности древесины остаются отпечатки-вмятины, площадь которых характеризует твердость древесины.

Музыкальные инструменты являются изделиями долговременного употребления. Многие десятки лет работают они и не всегда в идеальных условиях. Особенно плохо приходится инструментам в условиях транспортировки. Поэтому корпуса инструментов предпочитают делать из твердолиственных пород и края инструментов обкладывать штапом из твердых пород.

Можно дать рекомендации по наиболее рациональному применению древесины в деталях музыкальных инструментов, в первую очередь грифа. Гриф щипковых музыкальных инструментов подвергается изгибу за счет натянутых струн. Поэтому для увеличения его жесткости годичные слои древесины заготовки лучше располагать в плоскости, перпендикулярной деке.

Различные породы древесины имеют довольно большие расхождения в значениях модулей упругости, причем значения модулей упругости (как и пределов прочности) у древесины различны в разных направлениях (в отличие от металлов).

Вещество древесина – Химический состав древесины — ТеплоЭнергоРемонт

Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков.

Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остаётся её неорганическая часть — зола.

В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы.

Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы.

Целлюлоза — природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Формула целлюлозы (C6h20O5)n, где n — степень полимеризации, равная 6000-14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.

), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы — тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки.

Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцеллюлозы, а также вода.

Лигнин — полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Именно с этим веществом связан процесс одревеснения молодой клеточной стенки. Лигнин химически нестоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и её кислых солей.

Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C5H8O4)n и гексозаны (C6h20O5)n. Формула гексозанов на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации у всех гемицеллюлоз гораздо меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более коротких цепочках молекул и меньшей стойкости этих веществ по сравнению с целлюлозой.

Кроме основных органических веществ, в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннидов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире.

В качестве сырья древесину потребляют три отрасли химической промышленности: целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая. Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает целлюлозу для изготовления бумаги, картона и целого ряда целлюлозных материалов (производных целлюлозы), а также древесноволокнистых плит.

Основываясь на высокой химической стойкости целлюлозы, путём воздействия различных агентов на древесину переводят в раствор сопровождающие её менее стойкие вещества. Различают три группы способов промышленного получения целлюлозы: кислотные, щёлочные и нейтральные. Выбор того или иного способа зависит в основном от породного состава перерабатываемого древесного сырья.

К группе кислотных способов относятся сульфитный и бисульфитный. При сульфитном способе в качестве сырья используется древесина малосмолистых хвойных (ели, пихты) и ряда лиственных пород. Бисульфитный способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород.

К группе щёлочных способов относятся сульфатный и нейтральный. Наибольшее распространение получил сульфатный метод. Варка щепы ведется в растворе едкого натра и сернистого натрия. Сульфатный способ позволяет получать более прочные волокна.

К достоинствам этого способа относится меньшая продолжительность варки, а также возможность осуществлять процесс по замкнутой схеме (путем регенерации щелока), что уменьшает опасность загрязнения водоемов.

Этим способом получают более половины производимой в мире целлюлозы, так как он позволяет использовать

древесину любых пород.

Нейтральный — способ получения целлюлозы из древесины лиственных пород, при котором варочный раствор содержит вещества (моносульфиты), имеющие реакцию, близкую к нейтральной.

Широкое применение находят производные целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с растворами едкого натра, азотной и серной кислот или уксусным ангидридом можно получить искусственные ткани (штапель, вискозный и ацетатный шёлк), кордонное волокно для изготовления автомобильных и авиационных шин, целлофан, целлулоид, кино- и фотоплёнки, нитролаки, нитроклеи и другие продукты.

При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, которые превращаются в простые сахара (глюкозу, ксилозу и др.) Эти сахара можно подвергать химической переработке, получая ксилит, сорбит и другие продукты. Однако гидролизная промышленность в основном ориентируется на последующую биохимическую переработку сахаров.

https://www.youtube.com/watch?v=3Cu-hoK-_Mc

Реакция гидролиза происходит при довольно высокой температуре (150-190°С). При охлаждении гидролизата (водного раствора простых сахаров) образуются пары, из конденсата которых получают фурфурол. Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон (нейлона), смол, изготовления медицинских препаратов (фурацилина и др.), красителей и других продуктов.

При дальнейшей переработке гидролизата получают кормовые дрожжи, этиловый спирт (этанол), углекислый газ. Этанол получают только из хвойной древесины, используют как растворитель и, всё больше, как топливо.

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит пиролиз. В результате пиролиза образуется уголь, жижка и газы.

Древесный уголь, отличающийся высокой сорбционной способностью, применяют для очистки промышленных растворов, сточных вод, в производстве сахара, при выплавке цветных металлов, при изготовлении медицинских препаратов, полупроводников, электродов и для многих других целей.

Жижка — раствор продуктов разложения, используется в производстве антисептиков, фенолов, уксусной кислоты, метилового спирта, ацетона. Газы, образующиеся при пиролизе древесины, используют в качестве топлива.

Сырьём для лесохимической промышленности помимо низкокачественной древесины являются экстрактивные вещества. Добыча смолы (живицы) из

хвойных пород деревьев и кустарников достигается путём подсочки. Для этого на поверхности стволов сосны или кедра осенью наносят специальную рану (карру), из которой живица вытекает в конический приёмник. Переработка живицы осуществляется на лесохимических предприятиях, где происходит отгонка с водяным паром летучей части — скипидара и уваривание канифоли.

Скипидар широко применяется как растворитель в лакокрасочной промышленности для производства синтетической камфары. Камфара используется в производстве целлюлозы, лаков и киноплёнки. Канифоль применяют в производстве каучука, бумаги, нитролаков, электроизоляционных материалов и др.

Дубильные вещества (танниды), используемые при выделке кож получают из коры ивы, ели, лиственницы, пихты, а также из древесины дуба и каштана.

http://www.wood.ru/ru/lpshim.html

pihtahvoya.ru

Химический состав древесины

Древесина (абсолютно сухая) в основном состоит из трех химических элементов: углерода — 49,5%; кислорода — 44,2;

водорода — 6,3%. Из этих химических элементов образованы сложные органические вещества, входящие в состав клеточной ткани древесины, целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, которые составляют 90-95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные 5-10% составляют экстрактивные вещества, т.е.

извлекаемые из древесины различными растворителями. Главные из них — дубильные вещества и смолы. Кроме того, в древесине содержится 0,2-1,7% массы неорганических веществ, получаемых из золы после сжигания древесины. Это соли кальция, калия, натрия, магния.

Кора и листья дают больше золы, чем стволовая древесина .

Целлюлозу из древесины можно получить, отделив ее от лигнина и гемицеллюлозы. Отделение целлюлозы от этих веществ основано на ее высокой стойкости к химическим соединениям и в частности к растворам кислот и щелочей, в которых менее стойкие лигнин и гемицеллюлоза переходят в раствор.

Древесную щепу варят в котлах в кислотной (сульфитный способ) или щелочной (сульфатный способ) среде при высокой (135-175°С) температуре и высоком (0,5МПа) давлении. После нескольких часов варки целлюлозу промывают, очищают, отбеливают.

Целлюлоза исходный материал для производства бумаги, ваты, искусственных волокон (вискозный шелк, штапель), искусственных мехов и кожи, фотои кинопленок, лаков, целлофана, пластмасс, пороха и других материалов.

Гемицеллюлозу и лигнин, перешедшие в раствор при варке, после дальнейшей химической и гидролизной переработки используют для получения этилового спирта, кормовых дрожжей, углекислоты, сухого льда, ванилина, фурфурола. Этиловый спирт является основным сырьем для получения искусственного каучука, уксуса, эфира.

Смола находится в стволе хвойных пород, имеет слабую связь с тканью древесины и сравнительно легко извлекается. Извлечение смолы выполняют либо подсочкой растущего дерева, либо экстракцией сильно осмоленной древесины.

При подсочке делают поверхностные раны на стволе живого дерева, из которых вытекает смола живица. В результате переработки живицы получают канифоль и скипидар.

При экстракционной переработке древесины смолистые вещества сначала растворяют в бензине, а затем полученный экстракт разгоняют на канифоль и скипидар.

Канифоль используется для получения мыла, изготовления лаков, красок, линолеума, эфиров, а также применяют во многих отраслях (кабельной, кожевенной, нефтяной, резиновой) промышленности. Скипидар используют в медицине, применяют как растворитель для лаков и красок, а также как сырье для производства других продуктов.

Дубильные вещества танниды получают из измельченной древесины и коры экстрагированием горячей водой.

Их используют в кожевенной промышленности для дубления кож, придавая ей гибкость, мягкость стойкость к гниению и набуханию.

Танниды растворяются в спирте и воде; при соединении с солями различных металлов они могут образовывать красители различных оттенков от светло-желтых до иссиня-черных, применяемых для глубокого крашения древесины.