Деревина

Деревина використовується як конструкційний матеріал в різних галузях промисловості як в натуральному вигляді, так і у вигляді різноманітних деревних матеріалів. Деревина складається з орга­нічних речовин: 43...45 % целюлози (С₆Н₁₀О₅), 19...29 % лігніну, низькомолекулярних вуглеводів та інших компонентів.

Перевагами деревини як конструкційного матеріалу є достатньо висока механічна міцність і невелика об'ємна маса і, отже, висока питома міцність, високий опір ударним і вібраційним навантажен­ням. Теплофізичні властивості деревини характеризуються малою теплопровідністю і в 20 разів меншим, ніж у сталі, температурним коефіцієнтом лінійного розширення. Деревина має високу хімічну стійкість до деяких кислот, солей, мастил, газів. Важливими властивостями деревини є її здатність до склеювання, можливість швидкого з’єднання цвяхами, шурупами, легкість механічної обробки і гнуття.

Поруч із вказаними перевагами деревина має ряд недоліків, що помежують її застосування як конструкційного матеріалу, а саме: гігроскопічність, яка є причиною відсутності у деталей з деревних матеріалів стабільності форми, розмірів і міцності, що змінюються зі зміною вологості; схильність до ураження грибковими захворюван­нями; відсутність вогнестійкості; низький модуль пружності; анізотропія механічних властивостей, які внаслідок волокнистої будови деревини неоднакові в різних напрямках дії сил; неоднорідність будови, внаслідок чого властивості матеріалу різні не тільки в межах однієї породи, але й одного стовбура.

Фізичні властивості. Для деревини як конструкційного матеріалу основне значення мають вологість, зміна розмірів і форми, питома вага.

Вологістю деревини називається кількість води, що знаходиться в ній, виражена у відсотках. Усі властивості деревини для порівняння визначають при стандартній вологості 15 %. Виробнича вологість повинна дорівнювати експлуатаційній або бути нижчою на 2 %, інакше деревина всихатиме.

За умов експлуатації або зберігання деревини на відкритому повітрі її вологість може значно збільшуватися і спричиняти загнивання дерев'яних елементів. Для боротьби з цим недоліком застосо­вують гідроізоляційні прокладки, лакофарбові покриття і антисептичну обробку.

Зміна розмірів і форми деревини пов'язана зі зміною її вологості. Ці зміни виражаються в усиханні, розбуханні і викривленні. При висиханні деревини з неї спочатку видаляється вільна волога, при ньому розміри клітин не змінюються (зменшується тільки маса); з моменту точки насичення стінки волокон деревини втрачають вологу і скорочуються в розмірах.

Деревина різних порід дерев має однаковий хімічний склад, тому густина речовини, що утворює стінки клітин, дорівнює 1,54 г/см . Важливо знати також питому вагу γ, яка залежить від вологості матеріалу та коефіцієнта об'ємного усихання. Значення γ для деревини становить 0,34...0,98 г/см . Чим більша питома вага, тим щільніша деревина і тим краще вона чинить опір навантаженням. М'якими породами є сосна, ялина, ялиця, липа, осика, вільха; над­твердими — граб, дуб, груша, самшит.

Механічні властивості деревини. Механічні властивості деревини залежать від вологості й інших факторів. Так, міцність деревини залежить від швидкості навантаження: чим повільніше прикла­дається навантаження, тим менше величина границі міцності. З часом опір деревини поступово зменшується і досягає певної межі довготривалого опору, при якій дерев'яна деталь може працювати невизначено довгий час. При ударних навантаженнях опір ударному згину в'язких порід (ясена, дуба) в 1,5...З рази вищий, ніж крихких хвойних порід (сосни, ялини, ялиці).

Різновиди деревних матеріалів. Матеріали з натуральної деревини застосовують у вигляді пиломатеріалів і заготовок. Пиломатеріали хвойних порід застосовують більш широко, оскільки вони мають високу міцність, менш схильні до загнивання, особливо сосна. З листяних порід дуб і ясен добре піддаються гнуттю; бук і береза слугують їх замінниками.

Хвойні й тверді листяні породи застосовують для силових ненавантажених деталей. М'які породи (липа) є несиловими матеріалами. Хвойні пиломатеріали використовують в суднобудуванні, в авто­мобілебудуванні (деталі вантажних автомобілів), в конструкціях ван­тажних залізничних вагонів, сільськогосподарських машин тощо.

Шпон — це широка рівна стружка деревини, яку отримують шляхом лущення або стругання. Товщина листів шпону — від 0,55 до 1,5 мм. Шпон є напівфабрикатом для виготовлення фанери, де­ревних шаруватих пластиків і гнутих деталей. Шпон з красивою текстурою (дуб, бук) використовується як облицювальний матеріал для виробів з деревини.

Фанера — це листовий матеріал, який отримують шляхом склею­вання шарів шпону. Товщина фанери — від 1 до 12 мм. Залежно від клею, яким склеюють шпон, і водостійкості, фанеру випускають таких марок: ФСФ на фенолоформальдегідному клеї з підвищеною водостійкістю, ФК на карбамідному і ФБА на альбуміноказеїновому клеї з середньою водостійкістю та ФБ на білкових клеях з обмеженою водостійкістю.

Пресовану деревину отримують при гарячому пресуванні брусків, дощок, заготовок, при цьому її піддають спеціальній термообробці в ущільненому стані.

Пресована деревина є замінником чорних, кольорових металів і пластмас. У машинобудуванні для виготовлення деталей машин, що працюють при ударних навантаженнях (кулачки, сегменти зубчастих передач, підшипники, втулки), широко використовують такі марки пресованої деревини: ДПО-П, ДПД-П, ДПК-П, ДПГ-ППр. Вкладиші з деревини порівняно з бронзовими мають вдвоє менший знос, при цьому знижується витрата мастил.

Деревостружкові плити виготовляють гарячим пресуванням де­ревної стружки зі зв’язуючою речовиною. Плити випускають одно­шарові (ПС-1, ПТ-1), тришарові (ПС-3,ПТ-3) та облицьовані шпо­ном, фанерою, папером (ЕС, ЕМ).

Деревостружкові плити легкі, мають об'ємну масу 0,35...0,45 г/см³, мають теплоізоляційні властивості. Для важких і надважких плит питома вага досягає 0,75...1,1 г/см³. Деревиностружкові плити засто­совують для виготовлення підлоги і бортів вантажних машин і причепів, у вагонобудуванні, в будівництві, для виробництва меблів.

Деревоволокнисті плити виготовляють з деревних волокон (роз­дрібненої деревини), іноді з добавками зв'язуючих речовин. Під дією високої температури і великого тиску волокна спресовуються в рівномірно міцний матеріал. Плити поділяють на м'які пористі (М-4, М-12, М-20), напівтверді (ПТ-100), тверді (Т-350, Т-400) і надтверді (СТ-500). У позначенні марки плит цифри означають

σ_в, кгс/см². Деревоволокнисті плити застосовують для оздоблення пасажирських вагонів, внутрішньої обробки автобусів, в радіотехнічній промисло­вості та будівництві.