Страница:
Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Соответствующая ему влажность при температуре 20 °C составляет 30 % и никак не определяется породой древесины.
В зависимости от данного параметра древесина бывает:
1) мокрой (100 %-ная влажность);
2) свежесрубленной (50-100 %-ная влажность);
3) воздушно-сухой (15–20 %-ная влажность);
4) комнатно-сухой (8-12 %-ная влажность);
5) абсолютно сухой (нулевая влажность).
Содержание влаги зависит от времени года, части ствола и его радиуса. Например, у заболони растущей сосны этот параметр в 3 раза больше, чем у ядра, чего нельзя сказать о лиственных породах, у которых влага более равномерно распределена по стволу.
По мере высыхания уменьшаются линейные размеры и объем древесины. Этот процесс называется усушкой. Она начинается тогда, когда гигроскопичная влага полностью испарилась и наступила очередь капиллярной влаги. После удаления последней усушка считается полной. В различных направлениях она происходит неравномерно и в тангенциальном составляет 6-10 %, в радиальном – 3–5%, вдоль волокон – 0,1–0,3 %.
Таблица 1
Классификация древесных пород в зависимости от коэффициента объемной усушки
С сушкой древесины связаны следующие понятия:
1) внутренние напряжения. Их возникновение не связано с какими-либо внешними силами. Основной причиной появления напряжений является неравномерное распределение влаги в процессе сушки древесины, которая наступает после того, как влажность поверхностных слоев переходит предел гигроскопичности. При этом вследствие сопротивления внутренние слои (как более влажные) могут усохнуть не полностью, что приводит к возникновению напряжений, которые растягивают древесину в поверхностных слоях и сжимают ее во внутренних;
2) растрескивание. После достижения растягивающими напряжениями предела прочности древесина покроется трещинами – поверхностными в начале сушки и внутренними в конце (рис. 6). Последние присутствуют в высушенном материале и становятся причиной деформации деталей при механической обработке;
Рис. 6. Разновидности растрескивания древесины: а – наружные трещины на бревне; б – наружные трещины на бруске; в – внутренние трещины.
3) коробление (рис. 7). Это изменение поперечного сечения доски, которое бывает:
а) поперечным. При этом изменяется форма сечения доски в результате разницы в усушке по радиальному и тангенциальному направлениям. Размеры сердцевинной доски уменьшаются к кромкам, а доска, внешняя часть которой направлена тангенциально, подвержена большему усыханию, чем доска, внутренняя часть которой ориентирована радиально. Коробление увеличивается по мере приближения к сердцевине;
Рис. 7. Разновидности коробления: а, б – поперечное коробление брусков; в – поперечное коробление досок; г – продольное коробление; д – крыловатость
б) продольным, то есть по длине. При этом доска может изменяться дугообразно (типично для ядровых пород, у которых усушка ядра и заболони различна) или даже принять винтообразную форму (это называется крыловатостью и характерно для пиломатериалов с тангенциальным направлением волокон).
Между плотностью и прочностью существует прямо пропорциональная зависимость: чем тяжелее древесина, тем она прочнее. Максимальную плотность имеет древесина таких пород, как самшит (960 кг/м3) и саксаул (1040 кг/м3), а минимальную – пихта сибирская (375 кг/м3).
В зависимости от плотности древесины, выделяют три группы, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Классификация древесины по плотности при 12 %-ной влажности
Плотность древесины лиственных кольцесосудистых пород различна. Например, ранняя древесина более пористая и менее плотная, чем поздняя, сложнее лакируется и полируется, но прекрасно гнется. У рассеянно-сосудистых лиственных и хвойных пород она отличается высокой плотностью, поэтому отлично поддается различной обработке, в том числе полированию и лакированию.
Сопротивление прохождению электрического тока называется электропроводностью. У сухой древесины этот параметр довольно незначителен, поэтому она может выступать в роли изолятора. Электропроводность древесины напрямую связана с породой дерева, температурой (ее повышение приводит к уменьшению сопротивления), влажностью (при возрастании влажности до 30 % сопротивление значительно уменьшается) и направлением роста волокон (сопротивление вдоль них меньше в несколько раз, чем поперек).
Механические качества древесины определяют ее способность противостоять воздействию внешних нагрузок, которые подразделяются на:
1) статические, которые возрастают постепенно, плавно;
2) динамические (ударные), воздействующие резко, мгновенно и максимально;
3) вибрационные, сопровождающиеся изменением величины и направления;
4) долговременные, характеризующиеся продолжительностью.
К механическим свойствам древесины относятся:
1) прочность;
2) твердость;
3) деформативность;
4) ударная вязкость.
Способность древесины противостоять нагрузкам и сопротивляться разрушению называется прочностью. Она зависит от породы дерева, влажности, плотности, наличия или отсутствия пороков, а также от направления и продолжительности воздействия нагрузки.
1) растяжение. Средняя величина предела прочности на растяжение вдоль волокон независимо от породы составляет 1300 кгс/см2, а поперек волокон – 65 кгс/см2;
2) сжатие. Оно может быть направлено как вдоль, так и поперек волокон. В первом случае прочность составляет 500 кгс/см2, а во втором она ниже примерно в 8 раз. Древесина тестируется на сжатие в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород прочность при радиальном сжатии в 1,5 раза выше, чем при тангенциальном, а у хвойных пород – наоборот;
3) изгиб. Поверхностные слои при таком воздействии подвержены напряжению сжатия, а внутренние – напряжению растяжения вдоль волокон. Между ними имеется нейтральная плоскость, не испытывающая никаких напряжений. Предел прочности определяется породой древесины и ее влажностью. Средние показатели (независимо от породы) составляют 1000 кгс/см2;
4) скалывание. В данном случае под воздействием внешних нагрузок возникают сдвиги одних частей относительно других, при этом выделяют:
а) скалывание вдоль волокон, при котором предел прочности равен 20 % от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами в тангенциальном направление оно на 10–30 % выше, чем в радиальном;
б) скалывание поперек волокон, при котором предел прочности в 2 раза меньше, чем при скалывании вдоль направления роста волокон;
в) перерезание поперек волокон, при котором прочность древесины в 4 раза превосходит прочность при скалывании вдоль волокон.
Способность древесины противостоять проникновению внутрь твердых тел называется твердостью. Этот параметр неодинаков у разных пород и определяется в различных направлениях.
У лиственных пород твердость торцовой плоскости выше радиальной и тангенциальной на 30 %, а у хвойных – на 40 %. Величина твердости древесины во многом определяется влажностью материала. Отклонение последней на 1 % приводит к изменению твердости торцовой поверхности на 3 %, а тангенциальной и радиальной – на 2 %. На основании торцовой твердости все породы подразделяются на несколько групп (табл. 3).
Таблица 3
Классификация пород по признаку торцовой твердости при 12 %-ной влажности
Признак твердости древесины важен при выборе способа ее обработки режущими инструментами. Свойство древесины изменять размеры и форму называется деформативностью. Если воздействие не отличается продолжительностью, то данный материал проявляет себя как упругое тело. На основании сопротивления деформации говорят о жесткости древесины.
1) способность удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно поверхности одна часть ее волокон перерезается, другая – изгибается, раздвинувшиеся волокна воздействуют на боковую поверхность гвоздя, и это давление приводит к возникновению трения, которое и удерживает гвоздь в материале. То, насколько легко можно выдернуть гвоздь, зависит от породы древесины, ее плотности (чем выше плотность, тем выше сопротивление выдергиванию, например, чтобы вбить гвоздь в граб (плотность – 800 кг/см3) и выдернуть его из него, нужно затратить усилие, в 4 раза большее, чем для тех же действий, если материалом служит сосна (плотность – 500 кг/ см3)) и направления относительно волокон (усилие, необходимое для забивания и выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10–50 % меньше, чем если бы он был вбит поперек волокон). Чтобы выдернуть шуруп, требуется затратить в 2 раза большее усилие, чем для извлечения гвоздя. Во влажную древесину вбивать гвозди легко, но по мере высыхания материала его способность удерживать крепеж ухудшается;
2) способность к сгибанию. Наиболее гибкими из лиственных пород являются кольцесосудистые дуб, ясень и рассеянно-сосудистая береза. Влажная древесина гнется легче, чем сухая;
3) износостойкость. Это способность древесины сопротивляться истиранию в процессе эксплуатации. Чем выше ее плотность и твердость, тем меньше она подвержена износу;
4) сопротивление раскалыванию, которое представляет собой разделение древесины на части вдоль волокон под воздействием вбитого клина. Это свойство материала следует обязательно учитывать при выборе крепежа.
1) изменения внешнего вида;
2) нарушения целостности и правильности строения;
3) повреждения.
Если они возникают в процессе заготовки, транспортировки и других подобных причин, то их называют дефектами.
В соответствии с ГОСТом 2140-81 пороки классифицируются на следующие группы:
1) сучки;
2) трещины;
3) пороки формы ствола;
4) пороки строения древесины;
5) химические окраски;
6) грибные поражения;
7) поражения насекомыми;
8) инородные включения и дефекты;
9) деформации.
Сучок – основание ветви, окруженное древесиной ствола. Обычно он более темный, чем основная древесина, и имеет отдельную систему годичных колец. Сучки (рис. 8) классифицируются по ряду признаков:
1) по форме разреза на поверхности сортимента (круглого и колотого лесоматериала, предназначенного для определенного применения и отвечающего требованиям стандартов и технических условий):
а) круглые (сучки, разрезанные так, что отношение большего диаметра к меньшему не превышает 2);
б) овальные (отношение большего диаметра к меньшему составляет от 2 до 4);
в) продолговатые (отношение большего диаметра к меньшему больше 4);
Рис. 8. Виды сучков: а – круглый; б – овальный; в – продолговатые; г – пластевый; д – кромочный; е – ребровый; ж – сшивные; з – групповые; и – разветвленные
2) по положению в сортименте, то есть в зависимости от того, выходят ли они на пласть, кромку, ребро или торец либо одновременно на два ребра одной и той же стороны:
а) пластевые;
б) кромочные;
в) ребровые;
г) торцовые;
д) сшивные;
3) по взаимному расположению:
а) разбросанные, если расстояние, на котором сучки, независимо от формы и того, являются ли они одиночными или групповыми, располагаются по длине сортимента, не превышает его ширину;
б) групповые, если два или более круглых, ребровых и овальных сучков занимают отрезок сортимента, одинакового по длине и ширине;
в) разветвленные. Так называются два продолговатых сучка одной мутовки либо один продолговатый и один овальный или ребровый сучок той же мутовки, при этом не важно, имеется ли между ними еще один сучок. Этот порок больше характерен для хвойных пород;
а) сросшиеся. К ним относятся сучки, годичные кольца которых и окружающая древесина срослись, как минимум, на три четверти периметра разреза сучка;
б) частично сросшиеся, у которых сросшийся участок составляет не менее одной четверти, но не более трех четвертей периметра;
в) несросшиеся, у которых сросшийся участок отсутствует либо составляет не более четверти периметра разреза сучка;
г) выпадающие несросшиеся, у которых сросшийся участок отсутствует, сами сучки держатся неплотно; сюда же относятся и отверстия от выпавших сучков;
5) по состоянию древесины:
а) здоровые (без гнили);
6) здоровые светлые (по цвету не отличающие от основной древесины);
в) здоровые темные (более темные, чем основная древесина, поскольку пропитаны, например, смолой или дубильными веществами);
г) здоровые с трещинами (при наличии 1–2 трещин);
д) загнившие, если мягкая гниль, поразившая сучок, составляет не более трети площади разреза сучка;
е) гнилые, если площадь поражения гнилью составляет более трети площади разреза сучка;
ж) табачные, к которым относятся загнившие или гнилые сучки, в которых вместо древесины имеется рыхлая ржаво-бурая масса;
б) по выходу на поверхность:
а) односторонние, выходящие на одну сторону или две смежные стороны;
б) сквозные, выходящие на две противоположные стороны.
Рис. 9. Разновидности трещин в бревне: а – метиковые; б – отлупные; в – усушки
Разрывы, возникающие вдоль волокон древесины, называются трещинами (рис. 9, 10), которые подразделяются на:
1) метиковые. Это радиально ориентированные внутренние трещины, направленные от сердцевины и отличающиеся большой протяженностью. Они образуются в растущем дереве, а в срубленном имеют тенденцию к увеличению по мере просыхания древесины. Метиковые трещины встречаются на торцах круглых лесоматериалов, а на пиломатериалах – и на торцовых, и на боковых поверхностях;
2) морозные. Это радиально ориентированные наружные трещины, проникающие через заболонь в ядро и имеющие порой достаточную длину. Они характерны для растущих деревьев, на стволах которых выглядят как валики разросшейся древесины и коры;
3) усушки. Такие трещины образуются в срубленной древесине под воздействием внутренних напряжений, имеют радиальную направленность;
4) отлупные, возникающие в ядре или спелой древесине растущего дерева, отличаются большой протяженностью по длине сортимента и проходят между годичными слоями. В процессе высыхания трещины увеличиваются.
Рис. 10. Разновидности трещин в досках: 1 – пластевые; 2 – кромочные; 3 – торцовые; а – метиковые; б – морозные; в – усушки; г – отлупные
В зависимости от того, на какую поверхность они выходят, трещины классифицируются на:
1) боковые (на боковую поверхность или на боковую поверхность и торец);
2) пластевые (на пласть или на пласть и торец);
3) кромочные (на кромку или на кромку и торец);
4) торцовые (на торцы).
Имеется разделение и по глубине. Если трещина распространяется только на десятую часть толщины сортимента, она называется неглубокой; если больше – глубокой. По ширине она может быть сомкнутой (менее 0,2 мм) или разошедшейся (более 0,2 мм).
Пороками формы ствола являются:
1) сбежистость. Так называется плавное уменьшение толщины круглых лесоматериалов, составляющее более 1 см на 1 м длины сортимента;
В зависимости от данного параметра древесина бывает:
1) мокрой (100 %-ная влажность);
2) свежесрубленной (50-100 %-ная влажность);
3) воздушно-сухой (15–20 %-ная влажность);
4) комнатно-сухой (8-12 %-ная влажность);
5) абсолютно сухой (нулевая влажность).
Содержание влаги зависит от времени года, части ствола и его радиуса. Например, у заболони растущей сосны этот параметр в 3 раза больше, чем у ядра, чего нельзя сказать о лиственных породах, у которых влага более равномерно распределена по стволу.
По мере высыхания уменьшаются линейные размеры и объем древесины. Этот процесс называется усушкой. Она начинается тогда, когда гигроскопичная влага полностью испарилась и наступила очередь капиллярной влаги. После удаления последней усушка считается полной. В различных направлениях она происходит неравномерно и в тангенциальном составляет 6-10 %, в радиальном – 3–5%, вдоль волокон – 0,1–0,3 %.
РетроспективаСокращение объема древесины в результате испарения капиллярной влаги называется объемной усушкой, по величине коэффициента которой отечественные древесные породы делятся на несколько групп (табл. 1).
Древние египтяне предпочитали простые формы. По изображениям в погребальных камерах пирамид можно воссоздать интерьер жилого дома. Наше представление об убранстве домов было расширено после того, как в 1922 г. В гробнице Тутанхамона (период Нового царства) было найдено большое количество предметов, в том числе и мебели.
Таблица 1
Классификация древесных пород в зависимости от коэффициента объемной усушки
С сушкой древесины связаны следующие понятия:
1) внутренние напряжения. Их возникновение не связано с какими-либо внешними силами. Основной причиной появления напряжений является неравномерное распределение влаги в процессе сушки древесины, которая наступает после того, как влажность поверхностных слоев переходит предел гигроскопичности. При этом вследствие сопротивления внутренние слои (как более влажные) могут усохнуть не полностью, что приводит к возникновению напряжений, которые растягивают древесину в поверхностных слоях и сжимают ее во внутренних;
2) растрескивание. После достижения растягивающими напряжениями предела прочности древесина покроется трещинами – поверхностными в начале сушки и внутренними в конце (рис. 6). Последние присутствуют в высушенном материале и становятся причиной деформации деталей при механической обработке;
Рис. 6. Разновидности растрескивания древесины: а – наружные трещины на бревне; б – наружные трещины на бруске; в – внутренние трещины.
3) коробление (рис. 7). Это изменение поперечного сечения доски, которое бывает:
а) поперечным. При этом изменяется форма сечения доски в результате разницы в усушке по радиальному и тангенциальному направлениям. Размеры сердцевинной доски уменьшаются к кромкам, а доска, внешняя часть которой направлена тангенциально, подвержена большему усыханию, чем доска, внутренняя часть которой ориентирована радиально. Коробление увеличивается по мере приближения к сердцевине;
Рис. 7. Разновидности коробления: а, б – поперечное коробление брусков; в – поперечное коробление досок; г – продольное коробление; д – крыловатость
б) продольным, то есть по длине. При этом доска может изменяться дугообразно (типично для ядровых пород, у которых усушка ядра и заболони различна) или даже принять винтообразную форму (это называется крыловатостью и характерно для пиломатериалов с тангенциальным направлением волокон).
РетроспективаВ случае неправильного хранения материалов (при высокой влажности) их линейные размеры и объем могут увеличиваться, то есть возникает процесс, обратный усушке. Он называется разбуханием. Это наблюдается при возрастании влажности до предела гигроскопичности. Увеличение количества капиллярной влаги не сопровождается разбуханием. Данный процесс достигает максимального значения в тангенциальном направлении и минимального – вдоль направления волокон. Усушка и разбухание относятся к негативным качествам древесины. При изготовлении мебели необходимо избегать их. Однако можно привести примеры, когда разбухание играет положительную роль. В частности, благодаря ей увеличивается плотность соединений у различных деревянных изделий (в бочках, лодках и пр.).
Обычай отдыхать или что-то делать, сидя на земле, был известен древним египтянам. Существует предположение, что первая настоящая мебель для сидения была создана ими. Первоначально у них были низенькие скамейки, что свидетельствует о том, что египтяне, как и многие народы Востока, предпочитали сидеть на корточках (это подтверждается и фресками).
РетроспективаСпособность древесины впитывать влагу при непосредственном контакте с жидкостью называется водопоглощением. В наибольшей степени этому подвержены те древесные породы, которые отличаются меньшей плотностью, поскольку они имеют большее количество полостей. Следовательно, чем меньше в древесине полостей, то есть чем выше ее плотность, тем ниже водопоглощение. Ядро, будучи более плотным, поглощает меньшее количество свободной влаги, чем заболонь.
Красиво отделанные стулья были привилегией состоятельных людей. Именно в Древнем Египте появились первые стулья со спинкой. Здесь этот предмет мебели стал логически обоснованным и получил конструктивную форму, которая стала базой для последующих форм, характерных для стульев.
РетроспективаПлотность является не менее важным качеством древесины: чем больше в ней пустот, тем менее плотной она будет. Данный параметр зависит от влажности материала. Ее увеличение приводит к возрастанию плотности. Например, у бука при 12 %-ной влажности она равна 670 кг/м3, а при 25 %-ной – 710 кг/м3. Для сравнения плотности разных пород принято устанавливать их физико-механические характеристики при влажности 12 %.
Когда по Европе бродили варварские племена, в Египте уже существовала высокоразвитая культура. Древние египтяне строили монументально, устремляясь в грядущие тысячелетия, и опередили многих в плане архитектуры и мебельного искусства. Им принадлежит первенство в установлении норм сознательной творческой деятельности, воплощенной в развитом стиле, который в дальнейшем стал своеобразным образцом для европейских мастеров.
Между плотностью и прочностью существует прямо пропорциональная зависимость: чем тяжелее древесина, тем она прочнее. Максимальную плотность имеет древесина таких пород, как самшит (960 кг/м3) и саксаул (1040 кг/м3), а минимальную – пихта сибирская (375 кг/м3).
В зависимости от плотности древесины, выделяют три группы, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Классификация древесины по плотности при 12 %-ной влажности
РетроспективаОтносительно теплопроводности данного материала можно сказать следующее: поскольку полости сухой древесины заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла, то и ее теплопроводность невелика – 0,1–0,35 ккал/(м °С • ч). При увеличении влажности этот параметр возрастает. Кроме того, он зависит и от направления роста волокон (вдоль них он в 2 раза больше, чем поперек) и породы древесины.
Примером «функциональности формы» можно считать табурет, особенностью которого является вогнутая поверхность. Именно египтянам принадлежит первенство в создании первой формы ложа. Логичность и функциональность характерны для большинства видов египетской мебели. Самое интересное то, что они являются актуальными до сих пор.
РетроспективаЗвукопроводность древесины определяется скоростью распространения в ней звука. Она выше вдоль волокон, меньше в радиальном направлении, а самая низкая – в тангенциальном. Если сравнить звукопроводность древесины вдоль и поперек волокон со звукопроводностью воздуха, то в первом случае она в 16 раз выше, а во втором – в 3–4 раза. Иными словами, если при изготовлении мебели звукопроводность древесины не имеет никакого значения, то при использовании данного материала в строительстве ее роль отрицательная, а в производстве музыкальных инструментов – положительная.
Основная часть сохранившейся деревянной мебели была изготовлена в эпоху Нового царства во 2-й половине II тысячелетия до н. э. Это время расцвета Фив и распространения крито-микенской культуры в Египте. Столярное дело было прерогативой рабов и ремесленников. Позже дорогие изделия стали заказывать мастерам, посвященным в тайны этого ремесла, секреты которого передавались от отца к сыну.
Сопротивление прохождению электрического тока называется электропроводностью. У сухой древесины этот параметр довольно незначителен, поэтому она может выступать в роли изолятора. Электропроводность древесины напрямую связана с породой дерева, температурой (ее повышение приводит к уменьшению сопротивления), влажностью (при возрастании влажности до 30 % сопротивление значительно уменьшается) и направлением роста волокон (сопротивление вдоль них меньше в несколько раз, чем поперек).
Механические качества древесины определяют ее способность противостоять воздействию внешних нагрузок, которые подразделяются на:
1) статические, которые возрастают постепенно, плавно;
2) динамические (ударные), воздействующие резко, мгновенно и максимально;
3) вибрационные, сопровождающиеся изменением величины и направления;
4) долговременные, характеризующиеся продолжительностью.
РетроспективаПод влиянием нагрузок в материале нарушаются связи между его отдельными элементами, искажается форма, но при этом в нем возникает внутреннее сопротивление. Если в результате изменяются форма и размер древесины, говорят о ее деформации, которая может быть упругой (исчезает после прекращения воздействия) и остаточной (сохраняется после исчезновения нагрузки).
Инструменты, которыми пользовался древнеегипетский столяр, известны, но они далеко не так совершенны, как это необходимо для столярного дела. Египтяне не знали рубанка и токарного дела, о чем свидетельствует отсутствие профильных карнизов и декоративных элементов. Столяры владели только рамно-филеночным соединением, причем филенку к раме просто грубо прибивали, а не вставляли.
К механическим свойствам древесины относятся:
1) прочность;
2) твердость;
3) деформативность;
4) ударная вязкость.
Способность древесины противостоять нагрузкам и сопротивляться разрушению называется прочностью. Она зависит от породы дерева, влажности, плотности, наличия или отсутствия пороков, а также от направления и продолжительности воздействия нагрузки.
РетроспективаВоздействие сил направлено на:
Примитивность столярной техники сказывалась и на том, что даже дорогие изделия были довольно грубыми. Многочисленные дефекты сборки маскировали толстым слоем замазки, которую потом окрашивали. Деформирование мебели никак не связывалось с ее формой и конструкцией.
1) растяжение. Средняя величина предела прочности на растяжение вдоль волокон независимо от породы составляет 1300 кгс/см2, а поперек волокон – 65 кгс/см2;
2) сжатие. Оно может быть направлено как вдоль, так и поперек волокон. В первом случае прочность составляет 500 кгс/см2, а во втором она ниже примерно в 8 раз. Древесина тестируется на сжатие в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород прочность при радиальном сжатии в 1,5 раза выше, чем при тангенциальном, а у хвойных пород – наоборот;
3) изгиб. Поверхностные слои при таком воздействии подвержены напряжению сжатия, а внутренние – напряжению растяжения вдоль волокон. Между ними имеется нейтральная плоскость, не испытывающая никаких напряжений. Предел прочности определяется породой древесины и ее влажностью. Средние показатели (независимо от породы) составляют 1000 кгс/см2;
4) скалывание. В данном случае под воздействием внешних нагрузок возникают сдвиги одних частей относительно других, при этом выделяют:
а) скалывание вдоль волокон, при котором предел прочности равен 20 % от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами в тангенциальном направление оно на 10–30 % выше, чем в радиальном;
б) скалывание поперек волокон, при котором предел прочности в 2 раза меньше, чем при скалывании вдоль направления роста волокон;
в) перерезание поперек волокон, при котором прочность древесины в 4 раза превосходит прочность при скалывании вдоль волокон.
Способность древесины противостоять проникновению внутрь твердых тел называется твердостью. Этот параметр неодинаков у разных пород и определяется в различных направлениях.
У лиственных пород твердость торцовой плоскости выше радиальной и тангенциальной на 30 %, а у хвойных – на 40 %. Величина твердости древесины во многом определяется влажностью материала. Отклонение последней на 1 % приводит к изменению твердости торцовой поверхности на 3 %, а тангенциальной и радиальной – на 2 %. На основании торцовой твердости все породы подразделяются на несколько групп (табл. 3).
Таблица 3
Классификация пород по признаку торцовой твердости при 12 %-ной влажности
Признак твердости древесины важен при выборе способа ее обработки режущими инструментами. Свойство древесины изменять размеры и форму называется деформативностью. Если воздействие не отличается продолжительностью, то данный материал проявляет себя как упругое тело. На основании сопротивления деформации говорят о жесткости древесины.
РетроспективаСпособность поглощать работу при ударе без разрушения называется ударной вязкостью. Для разрушения хрупкой древесины затрачивается меньшая величина работы в отличие от вязкой, для излома которой требуется большая работа. У лиственных пород данный параметр примерно в 2 раза больше, чем у хвойных.
Египтянам было известно фанерование, и они облицовывали недорогую древесину пластинами из древесины ценных пород. Особенно дорогие предметы мебели декорировали слоновой костью, золотом и перламутром.
РетроспективаВ плане изготовления мебели большое значение имеют и технологические свойства древесины, к которым относятся:
Особое внимание древние египтяне уделяли конструкции мебели для сидения. Табуреты и скамейки существовали в различных вариантах. Короткие ножки вставляли в раму, а сиденье плели из растений или ремней. Египтяне разработали форму табурета, которая потом легла в основу складного стула (а это было II тысячелетие до н. э.).
1) способность удерживать металлические крепления. При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно поверхности одна часть ее волокон перерезается, другая – изгибается, раздвинувшиеся волокна воздействуют на боковую поверхность гвоздя, и это давление приводит к возникновению трения, которое и удерживает гвоздь в материале. То, насколько легко можно выдернуть гвоздь, зависит от породы древесины, ее плотности (чем выше плотность, тем выше сопротивление выдергиванию, например, чтобы вбить гвоздь в граб (плотность – 800 кг/см3) и выдернуть его из него, нужно затратить усилие, в 4 раза большее, чем для тех же действий, если материалом служит сосна (плотность – 500 кг/ см3)) и направления относительно волокон (усилие, необходимое для забивания и выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10–50 % меньше, чем если бы он был вбит поперек волокон). Чтобы выдернуть шуруп, требуется затратить в 2 раза большее усилие, чем для извлечения гвоздя. Во влажную древесину вбивать гвозди легко, но по мере высыхания материала его способность удерживать крепеж ухудшается;
2) способность к сгибанию. Наиболее гибкими из лиственных пород являются кольцесосудистые дуб, ясень и рассеянно-сосудистая береза. Влажная древесина гнется легче, чем сухая;
3) износостойкость. Это способность древесины сопротивляться истиранию в процессе эксплуатации. Чем выше ее плотность и твердость, тем меньше она подвержена износу;
4) сопротивление раскалыванию, которое представляет собой разделение древесины на части вдоль волокон под воздействием вбитого клина. Это свойство материала следует обязательно учитывать при выборе крепежа.
РетроспективаКак и любой материал, древесина может иметь пороки, к которым относятся:
Первые стулья по своей конструкции были грубыми, но позднее их стали отделывать. Они начали терять первоначальную неуклюжесть. Например, ножки стали выполнять в виде звериных (волчьих или львиных) лап.
1) изменения внешнего вида;
2) нарушения целостности и правильности строения;
3) повреждения.
Если они возникают в процессе заготовки, транспортировки и других подобных причин, то их называют дефектами.
В соответствии с ГОСТом 2140-81 пороки классифицируются на следующие группы:
1) сучки;
2) трещины;
3) пороки формы ствола;
4) пороки строения древесины;
5) химические окраски;
6) грибные поражения;
7) поражения насекомыми;
8) инородные включения и дефекты;
9) деформации.
РетроспективаПрактически каждая из представленных групп неоднородна. Пороки возникают как в растущем дереве, так и в срубленном. Некоторые из них, в частности гнили, могут поражать и ту и другую древесину.
Парадный трон фараона был больше похож на сундук и стоял на цоколе в виде туловища животного. Впервые мебель становится мягкой (прежде подушку клали на сиденье или просто прикрепляли к раме), что говорит о развитии обойного дела и том, что соединение каркаса и обивки можно считать решенной проблемой. В это время появляются и подлокотники.
Сучок – основание ветви, окруженное древесиной ствола. Обычно он более темный, чем основная древесина, и имеет отдельную систему годичных колец. Сучки (рис. 8) классифицируются по ряду признаков:
1) по форме разреза на поверхности сортимента (круглого и колотого лесоматериала, предназначенного для определенного применения и отвечающего требованиям стандартов и технических условий):
а) круглые (сучки, разрезанные так, что отношение большего диаметра к меньшему не превышает 2);
б) овальные (отношение большего диаметра к меньшему составляет от 2 до 4);
в) продолговатые (отношение большего диаметра к меньшему больше 4);
Рис. 8. Виды сучков: а – круглый; б – овальный; в – продолговатые; г – пластевый; д – кромочный; е – ребровый; ж – сшивные; з – групповые; и – разветвленные
2) по положению в сортименте, то есть в зависимости от того, выходят ли они на пласть, кромку, ребро или торец либо одновременно на два ребра одной и той же стороны:
а) пластевые;
б) кромочные;
в) ребровые;
г) торцовые;
д) сшивные;
3) по взаимному расположению:
а) разбросанные, если расстояние, на котором сучки, независимо от формы и того, являются ли они одиночными или групповыми, располагаются по длине сортимента, не превышает его ширину;
б) групповые, если два или более круглых, ребровых и овальных сучков занимают отрезок сортимента, одинакового по длине и ширине;
в) разветвленные. Так называются два продолговатых сучка одной мутовки либо один продолговатый и один овальный или ребровый сучок той же мутовки, при этом не важно, имеется ли между ними еще один сучок. Этот порок больше характерен для хвойных пород;
Ретроспектива4) по степени срастания:
Для египетского мебельного искусства был характерен довольно яркий реализм. Мастера создавали логичные и разумные конструкции предметов мебели, разрабатывали основные формы мебели и инструменты, а также различные технологии обработки древесины. Искусство Древнего Египта, в том числе и мебельное, несомненно оказало существенное влияние на художественную культуру многих народов.
а) сросшиеся. К ним относятся сучки, годичные кольца которых и окружающая древесина срослись, как минимум, на три четверти периметра разреза сучка;
б) частично сросшиеся, у которых сросшийся участок составляет не менее одной четверти, но не более трех четвертей периметра;
в) несросшиеся, у которых сросшийся участок отсутствует либо составляет не более четверти периметра разреза сучка;
г) выпадающие несросшиеся, у которых сросшийся участок отсутствует, сами сучки держатся неплотно; сюда же относятся и отверстия от выпавших сучков;
5) по состоянию древесины:
а) здоровые (без гнили);
6) здоровые светлые (по цвету не отличающие от основной древесины);
в) здоровые темные (более темные, чем основная древесина, поскольку пропитаны, например, смолой или дубильными веществами);
г) здоровые с трещинами (при наличии 1–2 трещин);
д) загнившие, если мягкая гниль, поразившая сучок, составляет не более трети площади разреза сучка;
е) гнилые, если площадь поражения гнилью составляет более трети площади разреза сучка;
ж) табачные, к которым относятся загнившие или гнилые сучки, в которых вместо древесины имеется рыхлая ржаво-бурая масса;
б) по выходу на поверхность:
а) односторонние, выходящие на одну сторону или две смежные стороны;
б) сквозные, выходящие на две противоположные стороны.
Ретроспектива
Сведений об ассирийско-вавилонских столярах и орудиях труда, которыми они пользовались, до нас дошло мало. Как и в Древнем Египте, рубанка они не знали. Однако при изготовлении предметов мебели применялось точение. Кроме того, работы осуществлялись на верстаке, оснащенном металлическим прессом.
Разрывы, возникающие вдоль волокон древесины, называются трещинами (рис. 9, 10), которые подразделяются на:
1) метиковые. Это радиально ориентированные внутренние трещины, направленные от сердцевины и отличающиеся большой протяженностью. Они образуются в растущем дереве, а в срубленном имеют тенденцию к увеличению по мере просыхания древесины. Метиковые трещины встречаются на торцах круглых лесоматериалов, а на пиломатериалах – и на торцовых, и на боковых поверхностях;
2) морозные. Это радиально ориентированные наружные трещины, проникающие через заболонь в ядро и имеющие порой достаточную длину. Они характерны для растущих деревьев, на стволах которых выглядят как валики разросшейся древесины и коры;
3) усушки. Такие трещины образуются в срубленной древесине под воздействием внутренних напряжений, имеют радиальную направленность;
4) отлупные, возникающие в ядре или спелой древесине растущего дерева, отличаются большой протяженностью по длине сортимента и проходят между годичными слоями. В процессе высыхания трещины увеличиваются.
Ретроспектива
По своему строению ассирийско-вавилонская мебель была довольно простой. Наиболее характерными для нее были вертикальные несущие ножки и горизонтальные стойки, при этом мягкие линии, типичные для египтян, отсутствовали. Из древесины выполняли каркас, который затем покрывали металлическими листами. Кроме того, использовались жесткие металлические крепления. Предметы мебели также декорировали металлической фурнитурой, золотыми и бронзовыми украшениями.
Рис. 10. Разновидности трещин в досках: 1 – пластевые; 2 – кромочные; 3 – торцовые; а – метиковые; б – морозные; в – усушки; г – отлупные
В зависимости от того, на какую поверхность они выходят, трещины классифицируются на:
1) боковые (на боковую поверхность или на боковую поверхность и торец);
2) пластевые (на пласть или на пласть и торец);
3) кромочные (на кромку или на кромку и торец);
4) торцовые (на торцы).
Имеется разделение и по глубине. Если трещина распространяется только на десятую часть толщины сортимента, она называется неглубокой; если больше – глубокой. По ширине она может быть сомкнутой (менее 0,2 мм) или разошедшейся (более 0,2 мм).
Пороками формы ствола являются:
1) сбежистость. Так называется плавное уменьшение толщины круглых лесоматериалов, составляющее более 1 см на 1 м длины сортимента;