Материалы, используемые в деревообработке

В современных изделиях из древесины применяют много разно- образных материалов. Для изучения условно их можно разделить на конструкционные и отделочные.

Под конструкционными принято понимать материалы, составляю- щие основу (тело) деталей и сборочных единиц конструкции.

Свойства этих материалов определяют прочность и целостность из- готовленных из них изделий.

В изделиях из древесины к таким материалам относятся сама древе- сина и полученные из нее древесные материалы в виде стружечных, сто- лярных и волокнистых плит, шпона и фанеры, клеи и некоторые виды пластических масс.

Под отделочными принято понимать материалы, служащие для улучшения внешнего вида изделий и не оказывающие существенного влияния на его прочность.

К ним могут быть отнесены защитно-декоративные покрытия из пленок, ткани, лакокрасочные материалы и детали декора в виде наклад- ных, резных или штампованных украшений фасадных поверхностей из- делий и т. п.

Свойства древесины

Несмотря на определенные различия в анатомическом строении и свойстве древесины разных пород и условий произрастания, общность элементарного химического состава и строения клеточных тканей при- дает древесине любых пород схожие свойства.

Вышесказанное, а также достоверно установленные корреляцион- ные связи между физико-механическими свойствами древесины (чем выше плотность древесины, тем, как правило, выше и показатели ее ме- ханических свойств) позволяют дать древесине как конструкционному материалу обобщенную характеристику.

Древесина, обладая невысокой плотностью (у большинства пород она составляет примерно 450 – 700 кг/м3), имеет высокую прочность вдоль волокон.

Удельная прочность (предел прочности, отнесенный к плотности) вдоль волокон древесины не уступает удельной прочности легирован- ных сталей и дюралюминия.

Твердость древесины относительно невысока. Древесина легко об- рабатывается режущим инструментом из нелегированных углеродистых сталей и позволяет завинчивать в нее винты (шурупы) без предвари-

тельного нарезания резьбы, забивать гвозди и скобы. При этом упругие свойства древесины обеспечивают достаточную прочность удержива- ния крепежных деталей.

Древесина обладает упругопластическими свойствами. Внешние нагрузки вызывают в ней деформации, в которых различимы упругая, высокопластическая, или запаздывающая, и остаточная, или пластиче- ская, части.

На величину общей деформации и соотношение ее частей суще- ственное влияние оказывают температура и влажность древесины.

Нагрев и увеличение влажности (в пределах точки насыщения во- локна) способствуют росту общей и пластической деформаций, а охлаж- дение и сушка древесины, находящейся в деформированном состоянии, приводят к перерождению упругих и высокопластичных деформаций в пластические и закрепляют приданную древесине форму. Это свойство используют для обработки древесины гнутьем и прессованием.

В состав древесины входят вещества различного химического со- става: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, экстрактивные вещества, включая дубильные.

Этим сложным строением, а также наличием в основном компонен- те древесины – целлюлозе относительно большого количества химиче- ски активных гидроксильных групп ОН можно объяснить хорошую ад- гезию к древесине самых различных по происхождению и химическому составу клеев и пленкообразователей, а также способность древесины хорошо окрашиваться красителями разных групп (гуминовыми, кислот- ными, прямыми, основными и др.) и протравами.

Эти обобщающие свойства значительно облегчают выбор материа- лов и процессов склеивания и отделки изделий из древесины.

В благоприятных условиях эксплуатации (например, в сухих ота- пливаемых помещениях) древесина обладает большой долговечностью и может эксплуатироваться в течение многих десятков и сотен лет без значительного снижения ее механических свойств, этим она выгодно от- личается от многих пластмасс.

При мгновенных нагрузках древесина ведет себя как упругое тело, об- ладающее способностью хорошо поглощать энергию динамических на- грузок. Это свойство в сочетании с высокой прочностью на изгиб и малой теплопроводностью делает древесину некоторых пород ценным материа- лом для изготовления рукояток различных ручек инструментов (топорищ кувалд, молотков) и спортивного инвентаря (хоккейные клюшки, теннис- ные ракетки и др.). Лучшей для таких целей является древесина твердых лиственных пород – клена, граба, ясеня, вяза, рябины и др.

В числе особо положительных свойств древесины при применении ее для изготовления чертежных принадлежностей можно также отме- тить ее способность адсорбировать на поверхности и удерживать части- цы графита, жиров и пигментов, поэтому при выполнении чертежных работ с помощью деревянных линеек и угольников бумага чертежей меньше загрязняется, чем при выполнении таких же работ с помощью чертежных принадлежностей из пластмасс.

Комплекс перечисленных технологических и эксплуатационных свойств в сочетании с высокими декоративными качествами древеси- ны многих пород и доступностью их обусловили широкое применение древесины как основного материала для изготовления деталей зданий, мебели, музыкальных инструментов, домашнего и спортивного инвен- таря и многих других изделий. Эти свойства древесины учитываются и широко используются.

К недостаткам древесины как конструкционного материала следу- ет отнести ее гигроскопичность и биологическую нестойкость во влаж- ном состоянии, горючесть и анизотропию, большие колебания прочно- сти и других свойств не только в зависимости от породы древесины, но и от направления волокон, условий произрастания дерева, наличия в древесине природных пороков (сучков, свилеватости и др.).

Важнейшее свойство древесины, которое необходимо учитывать при конструировании и технологии – гигроскопичность, способность при определенных условиях поглощать влагу из воздуха до предела ги- гроскопичности, составляющего при 15 – 20 °С около 30%, и обратный этому процесс сушки или потери древесиной влаги в сухом воздухе.

Изменения влажности древесины, происходящие в пределах до точ- ки насыщения волокна, сопровождаются усушкой или набуханием дре- весины поперек волокон. Значения последних неодинаковы в различ- ных направлениях по отношению к годичным слоям древесины.

Коэффициент усушки в тангентальном направлении примерно в полтора-два раза больше, чем в радиальном. Коэффициент усушки вдоль волокон очень мал, т.е. менее 0,01%. Принято считать, что вдоль волокон древесина при изменениях влажности практически не изменяет свои размеры.

Значительные величины усушки и набухания древесины поперек волокон обусловливают размероизменяемость деталей из натуральной древесины в поперечном направлении, а существенная разница в ко- эффициентах усушки и разбухания в тангентальном и радиальном на- правлениях может приводить к короблению деталей при изменении их влажности.

Поэтому годной для производства изделий может считаться только древесина, высушенная до влажности, которая будет соответствовать равновесной влажности воздуха, в котором будет эксплуатироваться из- делие. Такую влажность принято называть эксплуатационной. Она зави- сит от климата географического района и конкретных условий эксплуа- тации изделий (внутри отапливаемых или неотапливаемых помещений, на открытом воздухе и т. п.).

Эксплуатационная влажность древесины обычно оговаривается в стандартах на изделия. При сушке заготовок необходимо учитывать из- менения их размеров от усушки.

Высушивание древесины перед ее обработкой до эксплуатацион- ной влажности не исключает ее колебаний при эксплуатации изделий в результате периодического изменения влажности окружающего воз- духа. Например, в связи с наступлением отопительного сезона или его окончанием величина таких сезонных колебаний влажности древесины в изделиях невелика и обычно не превышает 2% в отапливаемых и 4% в неотапливаемых помещениях, но она оказывается достаточной для того, чтобы вызвать изменения поперечных размеров и коробление деталей в изделии.

В зависимости от расположения годичных слоев в детали это коробле- ние может быть поперечным или поперечно-продольным (крыловатость). Наибольшее коробление встречается у широких деталей из досок танген- тального распила, у которых плоскость детали расположена по касательной к годичным кольцам. Наименьшее у деталей радиального распила.

Теоретически у деталей из досок радиального распила коробление должно отсутствовать. Практически при обычных методах раскроя бре- вен радиальными оказываются только центральные доски постава.

Все остальные доски имеют тангентальное или смежное с ним рас- положение пластей, а изготовленные из них детали, как и сами доски, подвержены короблению. Поэтому в производстве изделий даже при на- личии достаточно широких досок широкие детали и массивные щиты для уменьшения их коробления желательно склеивать из узких загото- вок шириной, не превышающей 60 – 70 мм.

Не меньшее значение имеет анизотропия механических свойств на- туральной древесины.

Волокнистое строение обусловливает очень большое различие в механических свойствах древесины вдоль и поперек волокон. Предел прочности на растяжение и модуль упругости поперек волокон пример- но в 20 раз меньше предела прочности и модуля упругости на растяже- ние вдоль волокон.

Значительная разница и у других показателей механических свойств. Предел прочности на сжатие поперек волокон у древесины хвойных по- род примерно в 10 раз меньше предела прочности на сжатие вдоль во- локон.

У древесины лиственных пород эти показатели отличаются в 6 раз. Предел прочности при статическом изгибе брусков с направлением во- локон, совпадающим с осью изгибаемого бруска, также примерно в 20 раз превышает предел прочности в случае поперечного расположения волокон. Сопротивление перерезанию древесины в направлении пер- пендикулярном волокнам примерно в 4 раза больше сопротивления сдвигу в плоскости волокон.

Капиллярно-волокнистое строение древесины оказывает суще- ственное влияние и на ее технологические свойства.

Древесина неодинаково проницаема для жидкостей вдоль и поперек волокон. Вдоль волокон проницаемость древесины значительно выше, так как жидкость может продвигаться по капиллярам клеток. Поперек волокон капиллярная проницаемость почти отсутствует.

В поперечном направлении древесина оказывается малопроницаема для жидкостей и практически совершенно непроницаема для больших громоздких молекул большинства клеев и пленкообразователей.

Иными свойствами обладают торцовые и близкие к ним по углу пе- ререзания волокон поверхности древесины.

Растворы даже высокомолекулярных пленкообразователей и клеев легко поглощаются капиллярами, и поэтому торцовые поверхности пло- хо отделываются и еще хуже склеиваются, требуются завышенные рас- ходы материалов и труда.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: