Własności mechaniczne drewna: udarność, wytrzymałość i twardość. Aplikacja do drewna

Od wielu tysiącleci człowiek używa drewna do wielu celów. Działa przede wszystkim jako paliwo, a po nim jako materiał budowlany. Z niego wykonane są różne narzędzia, unikatowe meble i broń. Ze względu na sezonowe wahania i proces wzrostu pnia tworzone są pierścienie roczne, które pozwalają dokładnie określić miejsce wzrostu drewna, a także rok cięcia.

Skład

Studiując zagadnienie drewna, konieczne jest zapoznanie się z jego składem. Zawiera materię organiczną, która obejmuje:

· Azot;

· Wodór;

· Węgiel;

· Tlen.

Skład chemiczny pierwiastków różnych ras pozostaje prawie taki sam. Absolutnie suchy materiał będzie zawierał węgiel w ilości 49,5%, 6,3% wodoru i 44,2% tlenu z azotem. Ta ostatnia zawarta jest w materiale w wysokości 0,12%. Elementarny skład chemiczny drewna w obszarze gałęzi i tułowia jest prawie taki sam. Warunki wzrostu również nie wpływają na zawartość głównych elementów.

Oprócz substancji organicznych w drewnie występują związki mineralne, które w wyniku spalania tworzą popiół. Ilość wymienionego elementu osiąga 1,7%. W poszczególnych skałach objętość popiołu może być większa i wynosi 3,5%. W tej samej skale ilość popiołu zależy od części drzewa, warunków wzrostu i wieku oraz pozycji w pniu.

Więcej popiołu uzyskuje się poprzez spalanie liści i kory, a drewno dębowe daje około 0,35%. Drewno gałęzi zawiera więcej popiołu niż drewno pnia. W składzie soli popiołu metali ziem alkalicznych. Jeśli mówimy o drewnie sosnowym, to popiół, a także popiół brzozowo-świerkowy zawierają sole wapnia w ilości 40%.

Skład chemiczny drewna wczesnego i późnego jest prawie taki sam, dotyczy to zawartości hemicelulozy, ligniny i celulozy. Wczesne drewno zawiera więcej substancji rozpuszczających się w eterze i wodzie. Jest to szczególnie charakterystyczne dla modrzewia.

Wysokość składu chemicznego jest niewielka. W składzie dębu nie stwierdzono prawie żadnych znaczących różnic wysokości. Nieznaczny wzrost zawartości celulozy stwierdzono w osadzie, świerku i sosnie w wieku dojrzałości.

Właściwości mechaniczne

Biorąc pod uwagę mechaniczne właściwości drewna, podkreślasz nie tylko twardość, wytrzymałość i wytrzymałość, ale także wilgoć. Te ostatnie mogą być względne lub bezwzględne. Ze względów praktycznych szczególne znaczenie ma wilgotność względna. Pokazuje stopień przydatności materiału do operacji procesu.

Do klejenia lepiej jest użyć materiału o wilgotności do 6%. Mechaniczne właściwości drewna wskazują, że można go podzielić na kategorie według wilgotności względnej. Materiał się dzieje:

· Raw

· Powietrzno-suche;

· Półsuchy;

· Suche.

Mokre drewno, bezwzględna wilgotność który przekracza 100%, powstaje w wyniku długoterminowego pobytu w woda. Wysusz powietrze przy wilgotności bezwzględnej od 15 do 20% tworzy się podczas długotrwałego przechowywania w powietrzu. Wraz ze wzrostem wilgotności materiał staje się trudny do użycia w produkcji. Mokre blanki sklejają się ze sobą, a gdy wyschnie, w produktach mogą pojawić się pęknięcia i pęknięcia. Aby zapobiec takim problemom, drewno jest wstępnie suszone.

Wśród właściwości mechanicznych drewna należy przyznać higroskopijność. Reprezentuje zdolność pochłaniania wilgoci z otoczenia zewnętrznego. Aby zmniejszyć szybkość wchłaniania wilgoci, powierzchnia pokryta jest lakierami, emalią i farbami olejnymi. Maksymalna wilgotność, jaką można osiągnąć przy wchłanianiu wilgoci, wynosi 30% w temperaturze 20 ° C. Ta wartość nie zależy od rasy.

Nie wspominając już o porowatości. W przypadku różnych gatunków ten parametr będzie miał swoją własną wartość, ale średni wzrost wynosi 34-80%. Jeśli weźmiemy pod uwagę gęstość, możemy wyróżnić gęstość drewna i drewno. W tym drugim przypadku średnia wynosi 1,54 g / cm3.

Więcej o właściwościach mechanicznych: wytrzymałość

Udarność drewna to zdolność materiału do pochłaniania energii pod obciążeniem. Właściwość jest zapewniona przez ciągliwość i wytrzymałość. Gdy testy są przeprowadzane zgodnie z tą znormalizowaną metodą, stosuje się kierownicę wahadłową. Zapewnia ruch napastnika, którego prędkość wynosi 6 m na sekundę. Pozwala to określić stosunek pracy na pęknięciu próbki do powierzchni przekroju.

Jeśli porównamy miękkie drewno liściaste z drzewami iglastymi, te pierwsze mają 1,5-krotnie większą udarność, podczas gdy drewno twarde ma 2,5-krotnie większą siłę uderzenia. Tak więc, dla sosny, opisany parametr wynosi 41, dla grabu - 99, dla lipy - 58 kJ / m2. Zwiększenie prędkości obciążenia zwiększa wytrzymałość na zginanie. Czasami opisywana nieruchomość jest określana ze wzrostem wysokości upadku młota. Poddany obróbce drewna modyfikowanego gięciem ma zmniejszoną odporność.

Siła

Siła drewna to zdolność materiału do wytrzymania destrukcji pod wpływem obciążeń. Ta właściwość jest jednym z głównych mechanizmów mechanicznych. To zależy od kondycji fizycznej i struktury materiału. Podczas testowania wytrzymałości drewna określa się maksymalne naprężenie, które materiał może wytrzymać bez zniszczenia.

W różnych rasach opisana cecha jest inna. Na przykład w modrzewiach, gdy są sprasowane wzdłuż włókien, wytrzymałość końcowa wynosi 64,5 MPa. Sosna i świerk - odpowiednio 48,5 MPa i 44,5 MPa. Jeśli wzdłuż włókien pojawią się odpryski, wytrzymałość modrzewia wyniesie 9,9, a sosna - 7,5, świerk - 6,9 MPa.

Ściśnij drewno

Ściskanie drewna można skierować wzdłuż włókien lub wzdłuż włókien. W pierwszym przypadku odkształcenie wyraża się w skracaniu próbki. Zniszczenie zaczyna się od wyboczenia włókien, które w mokrych próbkach lepkich i miękkich skał przejawiają się jako wybrzuszenie boków i zmiażdżenie końców.

Średnia limit siły po ściśnięciu wzdłuż włókien drzewnych wynosi 500 kg / cm2. Jeśli kompresja występuje we włóknach, siła jest 8 razy mniejsza. W tym przypadku nie zawsze jest możliwe ustalenie momentu zniszczenia materiału i określenia wartości niszczącego ładunku.

Twardość

Cechy takie jak twardość będą zależeć od rasy. Zgodnie z tym parametrem drewno dzieli się na odrębne grupy, w tym:

· Średnio twarde materiały;

· Miękkie drewno;

· Bardzo miękki;

· Bardzo trudne;

· Firma;

· Twarde jak kość.

Twardość drewna określa się w Ameryce i Europie według różnych skal. W Rosji używa się skali Brinella. W aspenie opisany parametr to 4,1, w klonie pola - 4,2. Najwyższa twardość charakterystyczna dla paduk, w tym przypadku wynosi 8.

Istotą metody określania twardości jest wciśnięcie piłki w powierzchnię z siłą 100 kg. Twardość jest określona przez średnicę otworu i rodzaj uszkodzenia. Jeśli drewno ma wyższy współczynnik twardości, wówczas będzie silniejsze i bardziej niezawodne niż skały o niższym wskaźniku.

Zapoznając się z właściwościami mechanicznymi drewna, można zrozumieć, że zmiany twardości wystąpią podczas pracy z półfabrykatami. Na przykład twardość będzie się różnić w zależności od cięcia. Za pomocą promieniowego cięcia poczujesz większą twardość niż przy stycznej obróbce materiału.

Więcej o twardości

Ta właściwość wskazuje zdolność materiału do przeciwstawienia się wprowadzeniu ciała o określonym kształcie. Pod koniec twardość jest wyższa w porównaniu z bocznymi powierzchniami twardego drewna o 30%, a iglasta - o 40%.

W zależności od stopnia twardości wszystkie gatunki drzew są podzielone na miękkie, twarde i bardzo twarde. W tym ostatnim twardość powierzchni przekracza 80 MPa. Należą do nich:

· Żelazna brzoza;

· Biała akacja;

· Dereń;

· Pistacje;

· Boxwood

Twardość jest niezbędna przy cięciu narzędziami tnącymi. Dotyczy to również przypadków, w których materiał podlega ścieraniu podczas budowy schodów i podłóg.

Drewno ma również pewien poziom odporności na zużycie. To wskazuje na odporność na zużycie i stopniowe niszczenie powierzchni. Może się to zdarzyć w przypadku tarcia. Testy wykazały, że zużycie bocznych powierzchni jest większe niż w podstawie końcowej sekcji. Wraz ze wzrostem twardości i gęstości zmniejsza się zużycie. W mokrym drewnie jest więcej niż sucho.

Możliwość trzymania metalowych zapięć

Raczej ważną właściwością jest zdolność materiału do trzymania łączników według rodzaju zszywek, śrub i gwoździ. Podczas jazdy na gwoździu dochodzi do odkształceń sprężystych, zapewniając siłę tarcia, która uniemożliwia ciągnięcie. Siła w stosunku do gwoździa na końcu jest mniejsza niż siła przymocowana do gwoździa wbijającego się w włókna.

Zakres stosowania

Biorąc pod uwagę wykorzystanie drewna, podkreślasz fakt, że opisany materiał był pierwszym rodzajem paliwa, które odkryło najstarszych ludzi. Obecnie opisane surowce służą do uzyskiwania:

· Węgiel drzewny;

· Chipsy;

· Drewno;

· Pelety drzewne;

· Pył drzewny;

· Brykiety.

Sprasowany i rozdrobniony materiał ma większą gęstość, co zwiększa jego wydajność. Takie biopaliwo wypada korzystnie w porównaniu z drewnem opałowym, ponieważ racjonalne jest jego transportowanie, ale nie zawsze jest wygodne i może być niebezpieczne, ponieważ zapala się i kruszy.

Cenne drewno wykorzystywane jest w budownictwie, produkcji mebli, samolotach i przemyśle stoczniowym, a także w produkcji papieru. Materiał ten stanowi podstawę:

· Rusztowanie;

· Nakłada się;

· Sufity;

· Domki z bali;

· Szalunki;

· Farmy;

· Ściany;

· Drzwi;

· Windows.

Drewno jest również używane jako materiał wykończeniowy. Przychodzi na rynek w postaci:

· Podszewka;

· Cokoły;

· Parkiet;

· Sklejka;

· Narożniki;

· Filety;

· Deski parkietowe.

Recykling

Przetwarzanie drewna można wykonać na kilka sposobów, między innymi:

· Chemiczno-mechaniczne;

· Mechaniczne;

· Chemiczny.

Technologia obróbki mechanicznej polega na zmianie kształtu strugania, piłowania, łuszczenia, frezowania, toczenia, wiercenia, łupania, rzeźbienia i szlifowania. Kiedy obróbka skrawaniem jest okazją do uzyskania towarów konsumpcyjnych i zastosowań przemysłowych.

Drewno może być poddawane mechanicznemu ścieraniu, które pozwala uzyskać półprodukty włókniste. Obróbka drewna może być prowadzona za pomocą technologii chemiczno-mechanicznej. Umożliwia to otrzymanie produktu pośredniego z materiału o jednolitej wielkości i składzie. Powierzchnia jest pokryta lepiszczem.

Pod wpływem ciśnienia i temperatury występuje reakcja polimeryzacji spoiwo, w wyniku tego pośredniego produktu drewna jest klejone. Przy takim przetwarzaniu uzyskuje się:

· Płyty wiórowe cementowe;

· Materiały z wiórów drewnianych;

· Stolarka;

· Płyta pilśniowa;

· Arbolit.

Obróbka chemiczna odbywa się metodą termicznego rozkładu i ekspozycji na: rozpuszczalniki kwasy, zasady, sole kwasów, kwas siarkowy. Technologia ta nazywana jest pirolizą lub rozkładem termicznym. Surowce są ogrzewane w wysokiej temperaturze bez tlenu. Pozwala to uzyskać produkty w różnych stanach, w tym:

· Gazowe;

· Ciecz;

· Solidne.

Największą ich praktyczną wartością jest węgiel drzewny.

Wykorzystanie w produkcji celulozy i papieru

Jeśli interesuje Cię kwestia tego, co jest zrobione z drewna, możesz przyjrzeć się przemysłowi celulozowo-papierniczemu. Obejmuje produkcję kartonu i papieru przy użyciu półproduktów włóknistych. Są one reprezentowane przez celulozę i masę drzewną.

Do tej produkcji wykorzystuje się około 93% masy celulozowej. Resztę stanowi surowiec do przetwarzania chemicznego na octan lub sztuczne włókno wiskozowe, proszek bezdymny, plastik, folię, celofan i inne produkty.

Recykling do produkcji płyt pilśniowych

Jeśli nadal interesuje Cię kwestia tego, co jest zrobione z drewna, to powinieneś wiedzieć, że w procesie obróbki otrzymuje się płyty, które znalazły zastosowanie w niskich standardach budownictwa mieszkaniowego, stoczniowego i motoryzacyjnym, w produkcji pojemników, mebli i skrzyń. Surowe drewno wstępnie rozdrabnia się na małe wióry, co pozwala uzyskać płytę pilśniową.

Opis głównych odmian drzew iglastych i ich zastosowanie

Drewno iglaste obejmuje cedr, który jest kulturą wysoce dekoracyjną. Jest wykorzystywany w projektowaniu krajobrazu, a charakterystyka tego drewna sprawia, że ​​drewno jest najbardziej popularne w budownictwie. Cedr jest naturalnym środkiem antyseptycznym, więc nie będzie żadnych bakterii w domu zbudowanych z tego surowca.

Modrzew jest liściastym drzewem iglastym, najbardziej trwałym spośród najczęstszych drzew iglastych. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi 105 N / mm2. Z tego powodu surowce są popularne w produkcji desek podłogowych, clapboardów i desek tarasowych. Od dawna zbudowany jest z modrzewiowców. Ma wysoką zawartość żywicy, ma imponującą wytrzymałość, dlatego zachowuje oryginalne właściwości pod wpływem wilgoci.

Sosnowa gorsza wytrzymałość modrzewia - 100 N / mm ² . Ale czasami staje się zaletą, ponieważ materiał jest łatwiejszy do przetworzenia. Sosna jest uniwersalnym surowcem, z którego produkowana jest podłoga, imitacją drewna i euroliningiem.

Wytrzymałość świerka poniżej i 80 N / mm ² . Ale wyróżnia się wysoką plastycznością, dlatego jest powszechny w produkcji profilowanego drewna. Sosna i świerk mają wysoką zawartość żywicy, która odgrywa rolę ochronną. Drewno nie jest narażone na wilgoć, pluskwy i grzyby. Surowiec ten ma wysoką zgodność i jest łatwo przetwarzany.

Drewno sosnowe i świerkowe są wybierane do produkcji skomplikowanych i małych konstrukcji w zależności od rodzaju balkonów i balustrad. Niska gęstość pozwala nasycić drewno i deski kompozycją, aby zwiększyć wytrzymałość i trwałość. Jeśli zbudujesz wiejską chatę ze świerku lub sosny, będzie ona gotowa na 50 lat. Natomiast jeśli użyjesz cedru, wtedy żywotność budynku podwoi się.

Zastosowanie jasnego drewna

Najlżejszym drewnem jest balsa. Należy do rodziny Malvaceae i rośnie w Ameryce Południowej. Z tego surowca zbudowana została tratwa norweskiego podróżnika, którym przeszedł przez Pacyfik. Drewno ultralekkie jest wykorzystywane w przemyśle lotniczym jako materiał do izolacji dźwiękowej i cieplnej.

Balsa jest wykorzystywana w budownictwie okrętowym i modelowaniu statków. Surowce stanowią podstawę desek surfingowych. Używane do robienia:

· Układy;

· Sceneria;

· Sprzęt do ratowania na wodach;

· Pływaki.

Łatwość z powodu szybkiego wzrostu. W wieku pięciu lat drzewo staje się dorosłe. Duże rośliny mają mocne i lekkie drewno, które jest uważane za najłatwiejsze w stanie wysuszonym. Świeżo posiekane drewno jest ciężkie, ponieważ zawiera do 95% wody. Materiał szybko schnie i staje się gęsty, dość silny i lekki. W porównaniu z popularną sosnową konstrukcją balsy uzyskano bardziej trwałe, wytrzymałe i lekkie.

Balsa jest łatwa w obróbce, ale do tego wymaga specjalnych narzędzi z małym kątem ostrzenia i cienkim ostrzem. Części drewniane są słabo pomalowane, szczególnie w farbach i lakierach. Możesz użyć mieszaniny i wody lub kompozycji w postaci zapraw alkoholowych.

Podsumowując

W życiu codziennym drewno jest wewnętrzną częścią drzewa pod korą. W przypadku drewna najważniejsze i podstawowe są właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Wśród właściwości fizycznych należy przypisać wilgotność i wygląd, a także właściwości termiczne i dźwiękowe. Drewno jest materiałem o właściwościach anizotropowych, które nie są równe w kierunku włókien. Więc skurcz wzdłuż włókien jest mniejszy niż w poprzek.