Теплопроводность, звукопроводность, электропроводность древесины

Теплопроводностью древесины называется ее способность проводить тепло через свою толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью ее строения. Коэффи­циент теплопроводности древесины равен 0,1—0,35 ккал/м. град. ч. Полости, межклеточные и внутриклеточные пространства в сухой древесине заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла. Благодаря низкой теплопроводности древесина получила широкое распространение как стеновой материал.

Плотная древесина проводит тепло несколько лучше рыхлой, влажность древесины повышает ее теплопроводность, так как вода по сравнению с воздухом является лучшим проводником тепла. Кроме того, теплопроводность древесины зависит от направления ее волокон и породы. Например, теплопроводность древесины вдоль волокон примерно вдвое больше, чем поперек.

Звукопроводностью называется свойство материала проводить звук; она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медленнее в радиальном и очень медленно в тангентальном направлениях. Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном в 3—4 раза больше звукопро­водности воздуха. Это отрицательное свойство древесины требует при устройстве деревянных перегородок, полов и потолков применения звукоизоли­рующих материалов. Звукопроводность древесины и ее способность резониро­вать (усиливать звук без искажения тона) широко используются при изготовлении музыкальных инструментов. Повышенная влажность древесины понижает ее звукопроводность.

Наилучшей древесиной для изготовления музыкальных инструментов является древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Электропроводность древесины зависит от юроды, темпештуры, направления волокон и ее влажности. Электропро­водность сухой древесины незначительна. Это позволяет применять ее в качестве изоляционного материала. При увеличении влажности в диапазоне от 0 до 30% электрическое сопротивление падает в миллионы раз, а при увеличении влажности свыше 30%— в десятки раз. Электрическое сопротивление древеси­ны вдоль волокон меньше в несколько раз, чем поперек волокон. Повышение те­мпературы древесины приводит к уменьшению ее сопротивления примерно в 2 раза.

Механические свойства древесины

Общие понятия о механических свойствах и испытаниях древесины

 

Механические свойства характеризуют способность древесины сопро­тивляться воздействию внешних сил (нагрузок). По характеру действия сил различают нагрузки статические, динамические, вибрационные и долговре­менные. Статическими называют нагрузки, возрастающие медленно и плавно. Динамические, или ударные, нагрузки действуют на тело мгновенно и в полную силу. Вибрационными называют нагрузки, у которых меняются и величина, и направление. Долговременные нагрузки действуют в течение очень продолжи­тельного времени.

Под воздействием внешних сил в древесине нарушается связь между отдель­ными ее частицами и изменяется форма. Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в древесине возникают внутренние силы; если эти силы отнести к единице площади сечения (1 см²), то получим напряжение. Напряжение выражается в килограммах на квадратный сантиметр (кгс/см²).

Деформацией называется изменение формы и размеров древесины под действием внешних сил. Деформации, исчезающие после прекращения действия силы, называются упругими, а сохраняющиеся после снятия нагрузки — остаточными.

К механическим свойствам древесины относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.

Прочность древесины

Прочностью называется способность материала сопротивляться разруше­нию под действием нагрузки. Прочность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Предел прочности древесины определяют на небольших, не имеющих пороков образцах в лабораториях. Методы испытания, а также формы и размеры испытываемых образцов установлены ГОСТами.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20—25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины.

Кроме влажности, на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок. Поэтому при проведении испытаний древесины придерживаются заданной скорости нагруже­ния на каждый вид испытания.

Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Предел прочности при растяжении. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см². На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположе­ния волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, т. е. 65 кгс/см². Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах и образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в тве­рдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см².

Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперек волокон не всегда можно точно устано­вить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в радиальном и тангентальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангентальном; у хвойных, наоборот прочность выше при тангентальном сжатии.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжения сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон.

Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см², т. е. в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперек волокон и перерезание.

Прочность при скапывании вдоль волокон составляет ¹/₅ часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), скалывание по тангентальной плоскости на 10—30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в четыре раза выше прочности при скалывании вдоль волокон.