Химический состав Д. Абсолютно сухая Д. всех пород в среднем содержит (в %): 49,5 углерода; 6,3 водорода; 44,1 кислорода; 0,1 азота. В Д. на долю оболочек клеток приходится около 95% массы. Главные составные части оболочек — целлюлоза (43—56%) и лигнин (19—30%), остальные: гемицеллюлозы, пектиновые вещества, минеральные вещества (главным образом соли кальция), небольшое количество жиров, эфирных масел, алкалоидов, гликозидов и т.п. Для всех клеток Д. характерно одревеснение — пропитывание оболочек лигнином. Существует более 70 реакций на одревеснение (например, флороглюцин с концентрированной соляной кислотой даёт малиновое окрашивание). Д. некоторых деревьев содержит дубильные вещества (квебрахо), красители (кампешевое дерево, сандал), бальзамы, смолы, камфору и т.д.
О. Н. Чистякова.
Физические свойства Д. характеризуются её внешним видом (цвет, блеск, текстура), плотностью, влажностью, гигроскопичностью, теплоёмкостью и др. Д. как материал используют в натуральном виде (лесоматериалы, пиломатериалы), а также после специальной физико-химической обработки (см. Древесные материалы). Важное декоративное свойство и диагностический признак — цвет Д., характеристики которого изменяются в широких пределах (цветовой тон 578—585 нм, чистота цвета 30—60%, светлота 20—70%). Блеск наблюдается у Д. некоторых лиственных пород, особенно на радиальном разрезе. Текстура — рисунок Д., образующийся при перерезании анатомических элементов, — особенно эффектна у лиственных пород.
Д. содержит свободную (в полостях клеток) и связанную (в оболочках клеток) влагу. Влажность Д.
где W — влажность в %, m— начальная масса образца, m0 — масса образца в абсолютно сухом состоянии. Пределом гигроскопичности (точкой насыщения волокна) называется состояние, при котором в Д. содержится максимальное количество связанной (гигроскопической) влаги, а свободная влага отсутствует. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности Wпг при t 20°С, составляет в среднем 30%. На большинство свойств Д. оказывает влияние изменение содержания связанной влаги. При достаточно длительной выдержке Д. приобретает равновесную влажность Wp, которая зависит от влажности j и температуры t окружающего воздуха (рис. 5). Уменьшение содержания связанной влаги вызывает сокращение линейных размеров и объёма Д. — усушку. Усушка
где Уw — усушка в %, апг — размер (объём) образца при пределе гигроскопичности, aw — размер (объём) образца при данной влажности W в диапазоне 0—Wпг. Полная (при удалении всей связанной влаги) усушка в тангенциальном направлении для всех пород 6—10%, в радиальном направлении 3—5%, вдоль волокон 0,1—0,3%; полная объёмная усушка 12—15%.
При увеличении содержания связанной влаги, а также поглощении Д. др. жидкостей происходит разбухание — явление, обратное усушке. Вследствие разницы значений радиальной и тангенциальной усушки при высыхании (или увлажнении) наблюдается поперечное коробление пиломатериалов и заготовок. Продольное коробление наиболее заметно у пиломатериалов с пороками строения Д. В процессе сушки Д. из-за неравномерного удаления влаги и анизотропии усушки возникают внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию пиломатериалов и круглых лесоматериалов. После камерной сушки из-за остаточных напряжений в Д. при механической обработке происходит изменение заданных размеров и формы деталей. Д. проницаема для жидкостей и газов, особенно лиственной породы по заболони и вдоль волокон.
Плотность древесинного вещества у всех пород одинакова (т.к. одинаков их химический состав) и примерно в 1,5 раза больше плотности воды. Плотность Д. из-за наличия полостей меньше и колеблется в значительных пределах в зависимости от породы, условий роста, положения образца Д. в стволе. Плотность Д. при данной влажности
где mw и vw — масса и объём образца при данной влажности W. С повышением влажности плотность Д. увеличивается. Часто для расчётов используют показатель, не зависящий от влажности, — условную плотность:
где m0 — масса образца при W = 0, vmax — объём при W > Wпг.
Удельная теплоёмкость Д. практически не зависит от породы и может быть найдена по диаграмме (рис. 6). Коэффициент теплопроводности l зависит от температуры, влажности, породы (плотности), направления теплового потока и определяется по формуле l = lном × kr × kx, где lном — номинальное значение коэффициента теплопроводности, а кr и kx — коэффициенты, учитывающие значение условной плотности rусл и направление теплового потока в образце. lном определяется по диаграмме (рис. 7), а некоторые значения коэффициентов kr и kx приведены в таблицах 1 и 2. Температурные деформации Д. значительно меньше усушки и разбухания и обычно в расчётах не учитываются.
Некоторые электрические и акустические свойства Д. приведены в таблице 3. Д. хвойных пород с малой плотностью (ель) обладает высокими резонансными свойствами и широко используется в музыкальной промышленности.
Таблица 1. — Коэффициент kx
Направление теплового потока
kx Тангенциальное 1,0 Радиальное 1,05 Вдоль волокон для кольцесосудистых лиственных пород 1,6 для остальных 2,2
Таблица 2. — Коэффициент кr
rусл,
кг/
м3 кr rусл,
кг/
м3 кr 340 1,98 500 1,22 360 1,00 600 1,56 400 1,05 650 1,86
Механические свойства Д. наиболее высоки при действии нагрузок вдоль волокон; в плоскости поперёк волокон они резко снижаются. В таблице 4 даны средние показатели свойств Д. некоторых пород при W = 12%. С увеличением влажности до Wпг показатели уменьшаются в 1,5—2 раза. Модуль упругости вдоль волокон составляет 10—15 Гн/м2 (100—150 тыс. кгс/см2), а поперёк в 20—25 раз меньше. Коэффициент поперечной деформации для разных пород и структурных направлений находится в пределах от 0,02 до 0,8.
Способность Д. деформироваться под нагрузкой во времени, характеризующая её реологические свойства, резко повышается с увеличением влажности и температуры. Прочность при длительных нагрузках снижается. Например, предел долговременного сопротивления при изгибе составляет 0,6—0,65 от предела прочности при стандартных испытаниях на статический изгиб. При многократных нагружениях наблюдается усталость Д., предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статического предела прочности.
Испытания Д. с целью определения показателей физико-механических и технологических свойств проводят на малых чистых (без пороков) образцах. Испытаниям подвергают серии образцов, а результаты опытов обрабатывают методами вариационной статистики. Все показатели приводят к единой влажности — 12%. На большинство методов испытаний разработаны стандарты, устанавливающие форму и размеры образцов Д., процедуру экспериментов, способы вычисления показателей её свойств. Д. отличается сильной изменчивостью свойств, поэтому при использовании Д. в качестве конструкционного материала особенно важно применение неразрушающих методов поштучного контроля прочности пиломатериалов, основанных, например, на связи между прочностью Д. и некоторыми её физическими свойствами. На свойства Д. влияют пороки древесины (сучки, гнили, наклон волокон, крень и др.).
При оценке свойств Д. как конструкционного и поделочного материала учитывают её способность удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы), износостойкость, способность к загибу некоторых лиственных пород.
Д. имеет высокие значения коэффициента качества (отношение предела прочности к плотности), хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам, легко обрабатывается и позволяет изготовлять детали сложной конфигурации, надёжно соединяется в изделиях и конструкциях с помощью клея, обладает высокими декоративными свойствами. Однако наряду с положительными свойствами натуральная Д. обладает рядом недостатков: размеры и форма деталей изменяются при колебаниях влажности. При неблагоприятных условиях хранения и эксплуатации (повышенная влажность Д., умеренно высокая температура воздуха, контакт с влажной почвой, конденсация влаги на элементах конструкций и т.д.) Д. загнивает. Гниение представляет собой процесс разрушения Д. в результате жизнедеятельности поселяющихся на ней грибов. Для защиты от загнивания Д. пропитывают антисептиками (см. Антисептические средства). Д. может также повреждаться насекомыми, для защиты от которых используют инсектициды. Ввиду сравнительно малой огнестойкости Д. при необходимости пропитывают антипиренами.
