Механические свойства древесины

Древесина как конструкционный материал характеризуется определенным комплексом механических свойств (прочность, твердость, деформируемость, ударная вязкость), которые определяются в лабораторных условиях путем проведения испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Механические свойства зависят от влажности древесины: они ухудшаются с увеличением связанной (гигроскопической) влаги. При повышении влажности выше точки насыщения волокон (30%) прочность древесины практически не уменьшается. Как правило, результаты испытаний пересчитываются на 12%-ную влажность.

Прочность - это способность древесины сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Количественной характеристикой прочности является предел прочности, который определяется по формуле

<7 = ^, (116)

ab

где Р_тах - максимальная нагрузка, которую выдерживает образец до разрушения; а и b - размеры поперечного сечения образца.

В связи с волокнистым строением древесина обладает анизотропностью веществ. Так, прочность при растяжении поперек волокон в среднем для всех пород составляет примерно 1/20 от прочности при растяжении вдоль волокон.

В табл. 19 приведены значения предела прочности при растяжении поперек и вдоль волокон ряда хвойных и лиственных пород.

Таблица 19. Прочность хвойных и лиственных пород при растяжении поперек и вдоль волокон___________________________________________________________

Хвойные породы по сравнению с лиственными имеют более низкую прочность как при радиальном, так и при тангенциальном растяжении.

На прочность при растяжении сильное влияние оказывают особенности строения древесины: отклонения от правильного расположения волокон приводит к заметному уменьшению прочности.

Предел пропорциональности при растяжении вдоль волокон для древесины хвойных пород (лиственница, сосна, пихта) составляет 0,83 от величины предела прочности; для лиственных кольцесосудистых пород (дуб, ясень) - 0,70.

При растяжении вдоль волокон степень вляиния влажности на прочность зависит от породы древесины (см. табл. 19). Разрушение происходит в виде разрыва тканей: при высокой прочности разрыв длинноволокнистый или защепистый, при низкой прочности - почти гладкий или раковистый.

Ударная вязкость древесины (а, Дж/см²) определяется по формуле д

^a=-_h’ <¹¹⁷> где А - работа, затраченная на разрушение, Дж; п - ширина образца, см; h - высота образца, см.

Ударная вязкость лиственных пород превышает таковую для хвойных пород: мягких - в 1,5 раза, твердых - в 2,5 раза.

Твердость древесины играет большую роль при обработке ее режущими инструментами, скреплении гвоздями (тара, строительные блоки), при работе на истирание (деревянные полы и настилы, паркет). Значения твердости зависят от поверхности измерения: торцовой, радиальной и тангенциальной. Наибольшую твердость имеет торцовая поверхность (22 — 97 МПа в зависимости от породы, влажность 12%). Твердость радиальной и тангенциальной поверхностей на 30 — 40% меньше твердости торцовой поверхности. Рост влажности приводит к уменьшению твердости.

К технологическим свойствам древесины относятся:

• ? обрабатываемость резанием, сопротивление истиранию;
• ? способность к загибу, склеиванию и окрашиванию;
• ? способность удерживать гвозди и другие металлические крепления.

Они зависят от объемной массы, влажности, анатомического строения древесины.

Обрабатываемость резанием (пилением, строганием, долблением и сверлением) зависит от твердости древесины и степени чистоты поверхности: твердая и плотная древесина обрабатывается легче и чище, чем мягкая. Чем выше влажность древесины, тем труднее она обрабатывается: чисто обработать поверхность влажной древесины практически невозможно. На мягкой древесине (ива, тополь, осина, липа) часто остаются царапины и вмятины.

Сопротивление истиранию зависит от направления волокон, объемной массы, твердости и влажности древесины. Сопротивление истиранию с торца значительно больше, чем с боковой поверхности. С повышением объемной массы и твердости сопротивление истиранию возрастает; при увеличении влажности - уменьшается.

Способность древесины удерживать гвозди, шурупы и другие крепления имеет большое значение как в строительстве, так и при сборке мебели и зависит от породы, направления волокон, объемной массы и влажности древесины. Поперек волокон она на 25% выше, чем вдоль волокон. При высыхании древесины ее способность удерживать крепление снижается вследствие уменьшения упругости волокон. Удерживающая способность древесины твердых пород в несколько раз выше мягких.