Прочностные свойства древесины
08.12.2022
При выборе материала под проект мастер обычно оценивает всего пару базовых моментов: внешний вид породы, от которого него напрямую зависит дизайн будущего изделия, а также прочностные свойства древесины – небольшую группу параметров, характеризующих стойкость к износу и механическим воздействиям.
Влияние влажности на прочность
Большинство прочностных свойств напрямую зависит от влажности пиломатериала, причем зависимость между ними не линейная, а влияние оказывает только гигроскопическая (связанная) влага, то есть в ода, хранящаяся внутри клеток. В древесине также есть и свободная влага – древесный сок, который течет между волокон. Свободная влага удаляется легче всего – она постепенно испаряется при атмосферной сушке. Удалить связанную можно только в сушильной камере.
Максимальное падение прочности наблюдается при влажности древесины примерно 15-18%, а дальнейшее ее повышение на прочностные характеристики не влияет. Эту точку называют пределом гигроскопичности. При сушке прочность, в частности, прочность при сжатии, возрастает практически в 4 раза. Подобное поведение объясняется тем, что при удалении влаги из структуры дерева происходит сближение и склеивание оболочек вкруг кристалликов целлюлозы.
И поскольку при разной влажности прочностные свойства древесины меняются, при их оценке у различных пород влажность приводится к единым стандартным показателям с помощью сушки. На данный момент официально принятая стандартная влажность составляет 12%.
Ключевые прочностные свойства древесины
Стойкость к сжатию
Древесина – волокнистый, пористый материал, поэтому ее прочность при сжатии вдоль и поперек волокон не одинакова. Стойкость к сжатию вдоль волокон существенно выше. Для ее определения используется испытание заготовки размером 20*20*30 мм в прессе под действием непрерывной, равномерно возрастающей нагрузки.
Стойкость к сжатию вдоль волокон зависит от влажности и средней плотности древесины конкретной породы. Чем выше плотность, тем выше показатели стойкости, поскольку плотно прилегающие друг к другу волокна сложнее разрушить.
Стойкость к сжатию поперек волокон существенно меньше – она составляет всего 10-30% от показателя сжатия вдоль.
Стойкость к растяжению
Ситуация с прочностью при растяжении древесины вдоль и поперек волокон аналогичная. Причем показатели прочности при растяжении по волокнам в 2-3 раза выше, чем при сжатии. А стойкость к растяжению поперек волокон еще ниже – не более 5% от показателей прочности растяжения вдоль. Ниже всего она у хвойных пород, имеющих пористую древесину.
От влажности прочность при растяжении практически не зависит, но изменяется при наличии пороков – косослоя, свилеватости или обычных сучков. И если свилеватость за счет «перекрученности» волокон повышает показатели прочности, косослой и сучки существенно снижают ее.
Прочность при изгибе
Тесты стойкости конкретной породы на изгиб проводятся с помощью реек 20*20*300 мм. Рейка устанавливается на две опоры, расположенные близко к концам, а сила прилагается в центральной части пролета. Показатели прочности при этом определяются теми же факторами, что и при сжатии и растяжении, и при этом они примерно в 1,5-2 раза выше, чем при сжатии вдоль волокон.
Сопротивление скалыванию и резанию
В зависимости от того, в каком направлении прилагается усилие при воздействии режущего инструмента, выделяют 3 вида сопротивления:
- скалывание вдоль волокон,
- скалывание поперек,
- перерезание волокон.
Скалывание – следствие разрушения, связей между волокнами, аналогичного расслоению массива при растяжении поперек волокон. Прочность при скалывании по волокнам – около 15% от прочности сжатия вдоль волокон.
Под перерезанием понимается воздействие режущего инструмента перпендикулярно направлению волокон. В этом случае сопротивление разрушению примерно в 3-4 раза выше, чем при скалывании, из-за чего получить чистый рез без заминов концов волокон очень сложно.
Коррозийная стойкость
Коррозийная стойкость – это не устойчивость дерева к поражению грибками, плесенью или гнилью, а стойкость к воздействию слабых растворов минеральных кислот, солей и щелочей. В целом, независимо от породы, устойчивость к этим соединениям у дерева высокая и повышается вместе с повышением плотности. У хвойных пород, благодаря содержанию смол, она выше, чем у лиственных.
Стойкость к концентрированным растворам минеральных кислот, а также к азотной кислоте любой концентрации у древесины низкая, независимо от породы и физических свойств.