Страница полузащищенная

Дерево

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

 Ель 
 Бук 
 дуб 
 Вяз 
 вишня 
 Груша 
 Клен 
 Липа 
 Пепел 

Древесина - это пористая и волокнистая структурная ткань, встречающаяся в стеблях и корнях деревьев и других древесных растений . Это органический материал  - природный композит из целлюлозных волокон , которые являются сильными в напряжении и встроенных в матрице из лигнина , что сжатие резистов. Древесину иногда определяют только как вторичную ксилему в стволах деревьев [1], или ее определяют в более широком смысле как включающую тот же тип ткани в других местах, например, в корнях деревьев или кустарников. [ необходима цитата ]В живом дереве он выполняет опорную функцию, позволяя древесным растениям вырастать большими или расти самостоятельно. Он также переносит воду и питательные вещества между листьями , другими растущими тканями и корнями. Древесина также может относиться к другим растительным материалам с сопоставимыми свойствами, а также к материалам, изготовленным из древесины, древесной щепы или волокна.

Древесина тысячелетиями использовалась в качестве топлива , строительного материала , для изготовления инструментов и оружия , мебели и бумаги . Совсем недавно он стал сырьем для производства очищенной целлюлозы и ее производных, таких как целлофан и ацетат целлюлозы .

По состоянию на 2005 год запасы древостоя во всем мире составляли около 434 миллиардов кубических метров, 47% из которых были коммерческими. [2] В качестве обильного, углерода-нейтрального [ править ] возобновляемые ресурсы, древесные материалы были огромного интерес в качестве источника возобновляемой энергии. В 1991 году было заготовлено около 3,5 миллиардов кубометров древесины. Доминирующим образом использовались для изготовления мебели и строительства. [3]

История

2011 открытие в канадской провинции в Нью - Брансуик дали самые ранние известные растения , выросшие леса, примерно 395 до 400 миллионов лет назад . [4] [5]

Древесина может быть датирована углеродным датированием, а у некоторых видов - дендрохронологией, чтобы определить, когда был создан деревянный объект.

Люди использовали древесину на протяжении тысячелетий для многих целей, в том числе в качестве топлива или строительного материала для изготовления домов , инструментов , оружия , мебели , упаковки , произведений искусства и бумаги . Известные постройки из дерева насчитывают десять тысяч лет. Такие постройки, как европейский длинный дом эпохи неолита, были в основном деревянными.

В последнее время использование дерева расширилось за счет добавления в конструкции стали и бронзы. [6]

Межгодовые колебания ширины годичных колец и содержания изотопов дают ключ к разгадке климата, преобладавшего во время рубки дерева. [7]

Физические свойства

Схема вторичного роста в дереве показывая идеализированную вертикальные и горизонтальные участки. Новый слой древесины добавляется в каждый вегетационный период, утолщая стебель, существующие ветви и корни , чтобы сформировать кольцо роста .

Кольца роста

Дерево, в строгом смысле слова, дают деревья , диаметр которых увеличивается за счет образования между существующей древесиной и внутренней корой новых древесных слоев, которые покрывают весь ствол, живые ветви и корни. Этот процесс известен как вторичный рост ; это результат деления клеток камбия сосудов , боковой меристемы и последующего расширения новых клеток. Затем эти клетки продолжают формировать утолщенные вторичные клеточные стенки, состоящие в основном из целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина .

Там, где различия между четырьмя сезонами очевидны, например в Новой Зеландии , рост может происходить по дискретной годовой или сезонной схеме, что приводит к образованию колец роста ; Обычно они наиболее отчетливо видны на конце бревна, но они также видны на других поверхностях. Если различие между сезонами является ежегодным (как в экваториальных регионах, например, в Сингапуре ), эти годичные кольца называют годовыми кольцами. Там, где сезонная разница незначительна, кольца роста могут быть нечеткими или отсутствовать. Если кора дерева была удалена на определенном участке, кольца, вероятно, деформируются, поскольку растение зарастает шрамом.

Если внутри годичного кольца есть различия, то часть годичного кольца, ближайшая к центру дерева и образовавшаяся в начале вегетационного периода, когда рост идет быстро, обычно состоит из более широких элементов. Обычно он более светлый по цвету, чем у внешней части кольца, и известен как раннее дерево или весеннее дерево. Внешняя часть, образующаяся позже в сезоне, известна как поздняя древесина или летняя древесина. [8] Однако есть существенные различия в зависимости от породы дерева (см. Ниже). Если дерево всю жизнь растет на открытом воздухе и в условиях почвыи сайт останется неизменным, он будет наиболее быстро расти в молодости и постепенно снижаться. Годовые кольца прироста долгие годы довольно широки, но позже становятся все уже и уже. Поскольку каждое последующее кольцо накладывается на внешнюю сторону ранее сформированной древесины, отсюда следует, что, если дерево не увеличивает производство древесины из года в год, кольца обязательно должны становиться тоньше по мере того, как ствол становится шире. По мере того, как дерево достигает зрелости, его крона становится более открытой, и ежегодное производство древесины уменьшается, тем самым еще больше сокращается ширина годичных колец. В случае с деревьями, выращенными в лесу, так много зависит от конкуренции деревьев в их борьбе за свет и питание, что периоды быстрого и медленного роста могут чередоваться. Некоторые деревья, например южные дубы, поддерживать одну и ту же ширину кольца в течение сотен лет. В целом, однако, по мере того, как дерево становится больше в диаметре, ширина годичных колец уменьшается.

Узлы

Узел на стволе дерева

По мере роста дерева нижние ветви часто отмирают, а их основания могут зарастать и закрываться последующими слоями ствола дерева, образуя дефект, известный как узел. Сухая ветка не может быть прикреплена к дереву ствола, кроме как у его основания, и может выпасть после того, как дерево было распилено на доски. Узлы влияют на технические свойства древесины, как правило , уменьшение местной прочности и увеличивая тенденцию к расщеплению вдоль волокон древесины, [ править ] , но может быть использовано для визуального эффекта. На продольно распиленной доске сучок будет выглядеть как «твердый» (обычно более темный) кусок древесины примерно круглой формы, на котором волокнаостальной древесины «течет» (разделяется и соединяется). Внутри сучка направление волокон (направление волокон) на 90 градусов отличается от направления волокон обычной древесины.

На дереве узелок - это либо основание боковой ветви, либо спящая почка. Узел (когда основание боковой ветви) имеет коническую форму (отсюда примерно круглое поперечное сечение) с внутренним концом в точке диаметра стебля, в которой располагался сосудистый камбий растения, когда ветвь формировалась в виде бутона.

При сортировке пиломатериалов и конструкционной древесины сучки классифицируются по форме, размеру, прочности и прочности, с которой они удерживаются на месте. Эта твердость зависит, среди прочего, от продолжительности времени, в течение которого ветка была мертва, в то время как прикрепленный стебель продолжал расти.

Деревянный сучок в вертикальном разрезе

Сучки существенно влияют на растрескивание и коробление, легкость обработки и раскалываемость древесины. Это дефекты, которые ослабляют древесину и снижают ее ценность для структурных целей, где прочность является важным фактором. Эффект ослабления намного более серьезен, когда древесина подвергается воздействию сил, перпендикулярных волокнам, и / или растяжению, чем при нагрузке вдоль волокон и / или сжатии . Степень влияния сучков на прочность балкизависит от их положения, размера, количества и состояния. Узел на верхней стороне сжимается, а узел на нижней стороне подвергается растяжению. Если узел проходит сезонную проверку, как это часто бывает, он будет мало сопротивляться этому растягивающему напряжению. Однако небольшие узлы могут располагаться вдоль нейтральной плоскости балки и увеличивать прочность, предотвращая продольный сдвиг . Сучки на доске или доске меньше всего повреждают, когда они проходят сквозь нее под прямым углом к ​​ее самой широкой поверхности. Узлы, возникающие у концов балки, не ослабляют ее. Крепкие сучки, возникающие в центральной части на расстоянии одной четвертой высоты балки от любого края, не являются серьезными дефектами.

-  Сэмюэл Дж. Рекорд, Механические свойства древесины [9]

Сучки не обязательно влияют на жесткость конструкционной древесины, это будет зависеть от размера и расположения. Жесткость и эластичность в большей степени зависят от прочной древесины, чем от локальных дефектов. Прочность на разрыв очень подвержена дефектам. Крепкие сучки не ослабляют древесину при сжатии параллельно волокну.

В некоторых декоративных целях может быть желательно дерево с сучками, чтобы добавить визуального интереса. В тех случаях, когда древесина окрашивается , например, плинтусы, облицовочные доски, дверные коробки и мебель, смолы, присутствующие в древесине, могут продолжать `` просачиваться '' на поверхность сучка в течение месяцев или даже лет после изготовления и проявляться как желтый или коричневатое пятно. Узел грунтовка краска или раствор ( заузливание ), правильно применять в процессе подготовки, может многое сделать , чтобы уменьшить эту проблему , но это трудно контролировать полностью, особенно при использовании запасов древесины высушенных массового производства.

Сердцевина и заболонь

Часть ветки тиса с 27 годичными кольцами роста, бледной заболонью, темной сердцевиной и сердцевиной (темное пятно в центре). Темные радиальные линии - это узелки.

Сердцевина (или дюрамен [10] ) - это древесина, которая в результате естественного химического преобразования стала более устойчивой к гниению. Формирование сердцевины - это генетически запрограммированный процесс, который происходит спонтанно. Существует некоторая неопределенность относительно того, умирает ли древесина во время формирования сердцевины, поскольку она все еще может химически реагировать на гниющие организмы, но только один раз. [11]

Термин « сердцевина» происходит исключительно от ее положения, а не от жизненно важного значения для дерева. Об этом свидетельствует тот факт, что дерево может процветать, когда его сердце полностью сгнило. Некоторые виды начинают формировать сердцевину очень рано, поэтому имеют только тонкий слой живой заболони, в то время как у других изменения происходят медленно. Тонкая заболонь характерна для таких пород, как каштан , черная акация , шелковица , осаж-апельсин и сассафрас , тогда как для клена , ясеня , гикори , каркаса , бука и сосны обычно используется толстая заболонь. [12] Некоторые другие никогда не образуют сердцевину.

Сердцевина часто визуально отличается от живой заболони, и ее можно отличить в поперечном сечении, где граница будет иметь тенденцию следовать за годичными кольцами. Например, иногда он намного темнее. Однако другие процессы, такие как гниение или нашествие насекомых, также могут обесцветить древесину даже у древесных растений, не образующих сердцевину, что может привести к путанице.

Заболонь (или альбурнум [13] ) - более молодая, самая внешняя древесина; в растущем дереве это живая древесина [14], и ее основные функции - отводить воду от корней к листьям.и накапливать и возвращать в зависимости от сезона запасы, приготовленные в листьях. Однако к тому времени, когда они становятся способными проводить воду, все трахеиды и сосуды ксилемы теряют свою цитоплазму, и поэтому клетки функционально мертвы. Вся древесина дерева сначала образуется как заболонь. Чем больше листьев на дереве и чем интенсивнее оно растет, тем больше требуется заболони. Следовательно, деревья, быстро растущие на открытом воздухе, имеют более толстую заболонь для своего размера, чем деревья того же вида, растущие в густых лесах. Иногда деревья (тех видов, которые образуют сердцевину), выращенные на открытом воздухе, могут достигать значительных размеров, 30 см (12 дюймов) или более в диаметре, прежде чем начнется формирование сердцевины, например, у гикори второго роста или открытого грунта. выросли сосны .

Поперечное сечение дубового бревна с кольцами для выращивания

Определенной связи между годичными кольцами прироста и количеством заболони не существует. В пределах одного и того же вида площадь поперечного сечения заболони примерно пропорциональна размеру кроны дерева. Если кольца узкие, их требуется больше, чем там, где они широкие. По мере того, как дерево становится больше, заболонь обязательно должна становиться тоньше или существенно увеличиваться в объеме. Заболонь относительно толще в верхней части ствола дерева, чем у основания, потому что возраст и диаметр верхних частей меньше.

Когда дерево очень молодое, оно покрыто ветвями почти, если не полностью, до земли, но по мере взросления некоторые или все из них в конечном итоге умирают и либо отламываются, либо отваливаются. Последующий рост древесины может полностью скрыть пни, которые, однако, останутся сучками. Каким бы гладким и чистым ни было бревно снаружи, ближе к середине оно более или менее узловатое. Следовательно, заболонь старого дерева, и особенно дерева, выращенного в лесу, будет свободнее от сучков, чем внутренняя сердцевина. Поскольку в большинстве случаев использования древесины сучки являются дефектами, которые ослабляют древесину и мешают простоте обработки и другим свойствам, отсюда следует, что данный кусок заболони из-за своего положения на дереве вполне может быть прочнее, чем кусок сердцевина из того же дерева.

Различные куски дерева, вырезанные из большого дерева, могут сильно отличаться, особенно если дерево большое и зрелое. У некоторых деревьев древесина, уложенная в конце жизненного цикла дерева, мягче, легче, слабее и ровнее, чем древесина, полученная ранее, но для других деревьев действует обратное. Это может соответствовать или не соответствовать сердцевине и заболони. В большом бревне заболонь из-за времени жизни дерева, когда оно было выращено, может уступать по твердости , прочности и твердости столь же прочной сердцевине того же бревна. В меньшем дереве может быть и обратное.

Цвет

Древесина прибрежной секвойи ярко-красного цвета.

У пород, которые демонстрируют явное различие между сердцевиной и заболонью, естественный цвет сердцевины обычно темнее, чем у заболони, и очень часто контраст заметен (см. Раздел о тисовом бревне выше). Это происходит из-за отложений в сердцевине древесины химических веществ, поэтому резкое изменение цвета не означает существенной разницы в механических свойствах сердцевины и заболони, хотя между ними может быть заметная биохимическая разница.

Некоторые эксперименты с образцами очень смолистой длиннолистной сосны показывают увеличение прочности за счет смолы, которая увеличивает прочность в сухом состоянии. Такая насыщенная смолой сердцевина называется «зажигалкой жира». Конструкции, построенные из толстой зажигалки, почти не подвержены гниению и термитам ; однако они очень легковоспламеняющиеся. Пни старых длиннолистных сосен часто выкапывают, раскалывают на мелкие кусочки и продают как растопку для костра. Выкопанные таким образом пни на самом деле могут оставаться столетием или более после того, как их срубили. Пропитанная сырой смолой и высушенная ель также значительно увеличивает прочность благодаря этому.

Поскольку поздняя древесина годичного кольца обычно более темного цвета, чем ранняя древесина, этот факт можно использовать для визуальной оценки плотности и, следовательно, твердости и прочности материала. Особенно это касается хвойных пород древесины. В кольцевой пористой древесине сосуды ранней древесины часто кажутся на обработанной поверхности более темными, чем более плотная поздняя древесина, хотя на поперечных срезах сердцевины обычно наблюдается обратное. В противном случае цвет древесины не является показателем прочности.

Аномальное изменение цвета древесины часто указывает на болезненное состояние, указывающее на несостоятельность. Черная клетка у тсуги западной - результат нападения насекомых. Красновато-коричневые полосы, столь часто встречающиеся в гикори и некоторых других лесах, в основном являются результатом травм птиц. Изменение цвета является лишь признаком травмы и, по всей вероятности, само по себе не влияет на свойства древесины. Некоторые грибы, вызывающие гниение, придают древесине характерный цвет, который, таким образом, становится признаком слабости; однако привлекательный эффект, известный как отслоение, полученный в результате этого процесса, часто считается желательной характеристикой. Обычное окрашивание сока происходит из-за роста грибков, но не обязательно оказывает ослабляющее действие.

Содержание воды

Вода в живой древесине встречается в трех местах, а именно:

  • в стенках клеток ,
  • в протоплазматическом содержимом клеток
  • как свободная вода в клеточных полостях и пространствах, особенно ксилемы

В ядровой древесине встречается только в первой и последней формах. Древесина, тщательно высушенная на воздухе, удерживает 8–16% воды в стенках ячеек, а в других формах ее нет или практически нет. Даже высушенная в печи древесина сохраняет небольшой процент влаги, но для всех целей, кроме химических, может считаться абсолютно сухой.

Общее влияние содержания воды на древесную массу состоит в том, что она становится более мягкой и податливой. Подобный эффект проявляется при смягчении водой сыромятной кожи, бумаги или ткани. В определенных пределах, чем больше содержание воды, тем сильнее ее смягчающий эффект.

Сушка приводит к значительному увеличению прочности древесины, особенно в небольших образцах. В качестве крайнего примера можно привести полностью сухой брус из ели сечением 5 см, который выдержит постоянную нагрузку в четыре раза больше, чем зеленый (не высушенный) брус такого же размера.

Наибольшее увеличение прочности за счет высыхания связано с пределом прочности на раздавливание и пределом упругости при торцевом сжатии; за ними следуют модуль разрыва и напряжение на пределе упругости при поперечном изгибе, в то время как модуль упругости подвергается наименьшему влиянию. [9]

Структура

Увеличенный поперечный разрез черного ореха , показывающий сосуды, лучи (белые линии) и годовые кольца: это промежуточное звено между диффузно-пористым и кольцевидным, с постепенным уменьшением размера сосуда.

Древесина - неоднородный , гигроскопичный , ячеистый и анизотропный материал. Он состоит из клеток, а клеточные стенки состоят из микрофибрилл целлюлозы (40–50%) и гемицеллюлозы (15–25%), пропитанных лигнином (15–30%). [15]

В хвойных или мягких породах древесины клетки древесины в основном одного вида, трахеиды , и в результате материал гораздо более однороден по структуре, чем у большинства лиственных пород . В хвойной древесине нет сосудов («пор»), которые так часто встречаются, например, в дубе и ясене.

Структура лиственных пород более сложная. [16] О способности проводить воду в основном заботятся сосуды : в некоторых случаях (дуб, каштан, ясень) они довольно большие и отчетливые, в других ( конский глаз , тополь , ива ) слишком малы, чтобы их можно было увидеть без линз. . При обсуждении такой древесины принято делить ее на два больших класса: кольцевидные и диффузно-пористые . [17]

У кольцевидных видов, таких как ясень, черная акация, катальпа , каштан, вяз , гикори, шелковица и дуб [17], более крупные сосуды или поры (так называются поперечные сечения сосудов) локализуются в части сосуда. кольцо роста формируется весной, образуя область более или менее открытой и пористой ткани. Остальная часть кольца, произведенного летом, состоит из сосудов меньшего размера и гораздо большей доли древесных волокон. Эти волокна - элементы, придающие дереву прочность и твердость, а сосуды - источник слабости. [ необходима цитата ]

В диффузно-пористой древесине поры имеют одинаковый размер, так что водопроводящая способность рассеивается по всему ростковому кольцу, а не собирается полосой или рядом. Примеры этого вида древесины - ольха , [17] липа , [18] береза , [17] конч, клен, ива , а также виды Populus, такие как осина, тополь и тополь. [17] Некоторые виды, такие как грецкий орех и вишня , находятся на границе между двумя классами, образуя промежуточную группу. [18]

Эрливуд и поздняя древесина

Из мягкой древесины

Эрливуд и древесина хвойных пород; радиальный вид, годичные кольца расположены близко друг к другу в пихте Дугласа Скалистых гор

В мягких породах умеренного пояса часто наблюдается заметная разница между поздней и ранней древесиной. Поздняя древесина будет более плотной, чем сформированная в начале сезона. При исследовании под микроскопом видно, что клетки плотной поздней древесины имеют очень толстые стенки и очень маленькие клеточные полости, тогда как клетки, сформировавшиеся первыми в сезон, имеют тонкие стенки и большие клеточные полости. Сила в стенах, а не в полостях. Следовательно, чем больше доля поздней древесины, тем больше плотность и прочность. При выборе куска сосны, где прочность или жесткость являются важным фактором, главное, на что следует обратить внимание, - это сравнительное количество ранней и поздней древесины. Ширина кольца не так важна, как пропорция и характер поздней древесины в кольце.

Если сравнить тяжелый кусок сосны с легким, сразу будет видно, что более тяжелый кусок древесины содержит большую долю поздней древесины, чем другой, и поэтому на нем более четко обозначены годичные кольца. У белой сосны нет большого контраста между различными частями кольца, в результате древесина очень однородна по текстуре и с ней легко работать. С другой стороны, у твердых сосен поздняя древесина очень плотная и имеет глубокий цвет, представляя резкий контраст с мягкой ранней древесиной соломенного цвета.

Важна не только доля поздней древесины, но и ее качество. В образцах, которые показывают очень большую долю поздней древесины, она может быть заметно более пористой и весить значительно меньше, чем поздняя древесина в кусках, которые содержат меньше поздней древесины. О сравнительной плотности и, следовательно, в некоторой степени прочности можно судить по визуальному осмотру.

Пока не может быть дано удовлетворительного объяснения точных механизмов, определяющих образование ранней и поздней древесины. Могут быть задействованы несколько факторов. У хвойных пород, по крайней мере, скорость роста сама по себе не определяет соотношение двух частей кольца, так как в некоторых случаях медленнорастущая древесина очень твердая и тяжелая, в то время как в других верно обратное. Качество участка, на котором растет дерево, несомненно, влияет на характер образовавшейся древесины, хотя невозможно сформулировать правила, регулирующие это. В целом, однако, можно сказать, что там, где важны прочность или простота обработки, следует выбирать древесину от умеренного до медленного роста.

В кольцевых породах древесины

Эрливуд и поздняя древесина из кольцевой пористой древесины (ясень) из Fraxinus excelsior ; вид по касательной, широкие годичные кольца

В кольцево-пористой древесине рост каждого сезона всегда четко выражен, потому что большие поры, образовавшиеся в начале сезона, упираются в более плотную ткань прошлого года.

В случае кольцевой пористой древесины твердых пород, кажется, существует довольно определенная связь между скоростью роста древесины и ее свойствами. Это можно кратко резюмировать в общем утверждении, что чем быстрее рост или чем шире кольца роста, тем тяжелее, тверже, прочнее и жестче древесина. Следует помнить, что это применимо только к древесине с кольцевидной структурой, такой как дуб, ясень, гикори и другие, принадлежащие к той же группе, и, конечно же, подлежит некоторым исключениям и ограничениям.

В кольцево-пористой древесине хорошего роста, как правило, именно в поздней древесине больше всего толстостенных, придающих прочность волокон. По мере уменьшения ширины кольца эта поздняя древесина уменьшается, так что при очень медленном росте образуется сравнительно легкая пористая древесина, состоящая из тонкостенных сосудов и паренхимы древесины. У хорошего дуба эти большие сосуды ранней древесины занимают от 6 до 10 процентов объема бревна, в то время как у плохого материала они могут составлять 25% и более. Поздняя древесина хорошего дуба имеет темный цвет и твердая, и состоит в основном из толстостенных волокон, которые составляют половину или более древесины. У низшего сорта дуба эта поздняя древесина значительно снижена как по количеству, так и по качеству. Такое изменение во многом является результатом скорости роста.

Древесину с широкими кольцами часто называют «второстепенной», потому что рост молодой древесины в открытых древостоях после удаления старых деревьев происходит быстрее, чем у деревьев в закрытом лесу, а также при производстве изделий с высокой прочностью. Важное соображение, что такой материал из твердой древесины "второго роста" является предпочтительным. Особенно это касается выбора гикори для ручек и спиц . Здесь важна не только сила, но и стойкость и стойкость. [9]

Результаты серии испытаний гикори, проведенных Лесной службой США, показывают, что:

«Ударопрочная способность является наибольшей у древесины с широкими кольцами, которая имеет от 5 до 14 колец на дюйм (кольца толщиной 1,8-5 мм), довольно постоянна от 14 до 38 колец на дюйм (кольца толщиной 0,7–1,8 мм). ), и быстро уменьшается с 38 до 47 колец на дюйм (кольца толщиной 0,5–0,7 мм) .Прочность при максимальной нагрузке не так велика с самой быстрорастущей древесиной, она максимальна от 14 до 20 колец на дюйм ( кольца толщиной 1,3–1,8 мм), и снова становится меньше по мере того, как древесина становится более плотно окольцованной. Естественный вывод состоит в том, что древесина первоклассных механических свойств показывает от 5 до 20 колец на дюйм (кольца толщиной 1,3–5 мм) и что более медленный рост приводит к снижению запасов. Таким образом, инспектор или покупатель гикори должен различать древесину, имеющую более 20 колец на дюйм (колечки толщиной менее 1,3 мм). Однако существуют исключения,в случае нормального роста в засушливых условиях, когда медленнорастущий материал может быть прочным и жестким ».[19]

Влияние скорости роста на качество древесины каштана резюмируется тем же органом следующим образом:

«Когда кольца широкие, переход от весеннего дерева к летнему происходит постепенно, в то время как в узких кольцах весеннее дерево резко переходит в летнее дерево. Ширина весеннего дерева мало изменяется с шириной годового кольца, поэтому что сужение или расширение годового кольца всегда происходит за счет летней древесины. Узкие сосуды летней древесины делают ее более богатой древесным веществом, чем весенняя древесина, состоящая из широких сосудов. Следовательно, быстрорастущие экземпляры с широкими кольцами имеют больше древесной массы, чем медленнорастущие деревья с узкими кольцами.Поскольку чем больше древесной массы, тем больше вес, а чем больше вес, тем прочнее древесина, каштаны с широкими кольцами должны иметь более прочную древесину, чем каштаны с узкими кольцами.Это согласуется с общепринятым мнением о том, что ростки (которые всегда имеют широкие кольца) дают лучшую и более прочную древесину, чем сеянцы каштанов, которые растут медленнее в диаметре ».[19]

В диффузно-пористой древесине

В диффузно-пористой древесине граница между кольцами не всегда такая четкая и в некоторых случаях почти (если не полностью) невидима невооруженным глазом. И наоборот, когда есть четкая демаркация, может не быть заметной разницы в структуре внутри росткового кольца.

В диффузно-пористой древесине, как уже было сказано, сосуды или поры имеют одинаковый размер, так что водопроводящая способность рассеивается по всему кольцу, а не собирается в ранней древесине. Таким образом, эффект скорости роста не такой, как у кольцевой пористой древесины, он больше приближается к условиям хвойных пород. В целом можно сказать, что такая древесина среднего роста дает более прочный материал, чем при очень быстром или очень медленном росте. Во многих случаях использования древесины общая прочность не является главным фактором. Если ценится простота обработки, древесину следует выбирать с учетом ее однородной текстуры и прямолинейности волокон, что в большинстве случаев будет иметь место при небольшом контрасте между поздней древесиной роста одного сезона и ранней древесиной следующего.

Однодольное дерево

Стволы кокосовой пальмы, однодольного, на Яве. С этой точки зрения они мало чем отличаются от стволов двудольных или хвойных деревьев.

Конструкционный материал, который по своим общим характеристикам обработки напоминает обычную древесину «двудольных» или хвойных пород, производится рядом однодольных растений, которые также в просторечии называют древесиной. Из них бамбук , который с ботанической точки зрения относится к семейству трав, имеет большое экономическое значение, более крупные стебли широко используются в качестве строительного и строительного материала, а также для производства инженерных полов, панелей и шпона . Еще одна крупная группа растений, производящая материал, который часто называют деревом, - это пальмы . Гораздо меньшее значение имеют такие растения, как панданус , драцена и кордилин . При всем этом материале структура и состав обрабатываемого сырья сильно отличаются от обычного дерева.

Удельный вес

Единственным наиболее показательным свойством древесины как индикатором качества древесины является удельный вес (Timell 1986) [20], поскольку от него зависят как выход целлюлозы, так и прочность пиломатериалов. Удельный вес - это отношение массы вещества к массе равного объема воды; Плотность - это отношение массы некоторого количества вещества к объему этого количества и выражается в массе на единицу вещества, например, в граммах на миллилитр (г / см 3 или г / мл). Термины, по сути, эквивалентны, пока используется метрическая система. При высыхании древесина дает усадку и увеличивается ее плотность. Минимальные значения относятся к зеленой (водонасыщенной) древесине и называются базовым удельным весом (Timell 1986). [20]

Плотность древесины

Плотность древесины определяется множеством факторов роста и физиологических факторов, объединенных в «одну довольно легко измеряемую характеристику древесины» (Elliott 1970). [21]

Возраст, диаметр, высота, радиальный рост (ствол), географическое положение, сайт и условие выращивания, лесоводственное лечение, и источник семян все до некоторой степени плотности влияния древесины. Ожидается вариация. Внутри отдельного дерева разница в плотности древесины часто такая же или даже больше, чем у разных деревьев (Timell 1986). [20] Изменение удельного веса ствола дерева может происходить как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Табличные физические свойства

В следующих таблицах перечислены механические свойства древесины и пиломатериалов, включая бамбук.

Свойства древесины: [22] [23]

Распространенное имяНаучное названиеСодержание влагиПлотность (кг / м 3 )Прочность на сжатие (мегапаскалях)Прочность на изгиб (мегапаскали)
Красная ольхаAlnus rubraЗеленый37020,445
Красная ольхаAlnus rubra12,00%41040,168
Черный ясеньFraxinus nigraЗеленый45015,941 год
Черный ясеньFraxinus nigra12,00%49041,287
Голубой ясеньFraxinus quadrangulataЗеленый53024,866
Голубой ясеньFraxinus quadrangulata12,00%58048,195
Зеленый ясеньFraxinus pennsylvanicaЗеленый5302966
Зеленый ясеньFraxinus pennsylvanica12,00%56048,897
Орегон ЭшFraxinus latifoliaЗеленый50024,252
Орегон ЭшFraxinus latifolia12,00%55041,688
Белый ясеньFraxinus americanaЗеленый55027,566
Белый ясеньFraxinus americana12,00%60051,1103
Зубастая осинаPopulus grandidentataЗеленый36017,237
Зубастая осинаPopulus grandidentata12,00%39036,563
ОсинаPopulus tremuloidesЗеленый35014,835 год
ОсинаPopulus tremuloides12,00%38029,358
Американская липаТилия американаЗеленый32015.334
Американская липаТилия американа12,00%37032,660
Американский букФагус крупнолистныйЗеленый56024,559
Американский букФагус крупнолистный12,00%64050,3103
Бумажная березаBetula papyriferaЗеленый48016,344 год
Бумажная березаBetula papyrifera12,00%55039,285
Сладкая березаBetula lentaЗеленый60025,865
Сладкая березаBetula lenta12,00%65058,9117
Желтая березаBetula alleghaniensisЗеленый55023,357
Желтая березаBetula alleghaniensis12,00%62056,3114
ButternutJuglans cinereaЗеленый36016,737
ButternutJuglans cinerea12,00%38036,256
Черная вишняPrunus serotinaЗеленый47024,455
Blach CherryPrunus serotina12,00%5004985
Американский каштанCastanea dentataЗеленый4001739
Американский каштанCastanea dentata12,00%43036,759
Бальзам Тополь КоттонвудPopulus balsamiferaЗеленый31011,727
Бальзам Тополь КоттонвудPopulus balsamifera12,00%34027,747
Черный КоттонвудPopulus trichocarpaЗеленый31015,234
Черный КоттонвудPopulus trichocarpa12,00%35031 год59
Восточный КоттонвудPopulus deltoidesЗеленый37015,737
Восточный КоттонвудPopulus deltoides12,00%40033,959
Американский вязУльмус американскийЗеленый46020,150
Американский вязУльмус американский12,00%50038,181 год
Каменный вязUlmus thomasiiЗеленый57026,166
Каменный вязUlmus thomasii12,00%63048,6102
Скользкий вязUlmus rubraЗеленый48022,955
Скользкий вязUlmus rubra12,00%53043,990
HackberryCeltis occidentalisЗеленый49018,345
HackberryCeltis occidentalis12,00%53037,576
Гикори ГикориКария сердцевиднаяЗеленый60031,571
Гикори ГикориКария сердцевидная12,00%66062,3118
Мускатный орех гикориКария миристичиформнаяЗеленый56027,463
Мускатный орех гикориКария миристичиформная12,00%60047,6114
Пекан ГикориCarya illinoinensisЗеленый60027,568
Пекан ГикориCarya illinoinensis12,00%66054,194
Вода ГикориCarya aquaticaЗеленый61032,174
Вода ГикориCarya aquatica12,00%62059,3123
Mockernut HickoryКария томентозаЗеленый64030,977
Mockernut HickoryКария томентоза12,00%72061,6132
Пигнут ГикориКария глабраЗеленый66033,281 год
Пигнут ГикориКария глабра12,00%75063,4139
Шагбарк ГикориКария оватаЗеленый64031,676
Шагбарк ГикориКария овата12,00%72063,5139
Shellbark HickoryCarya laciniosaЗеленый6202772
Shellbark HickoryCarya laciniosa12,00%69055,2125
МедокустGleditsia triacanthosЗеленый60030,570
МедокустGleditsia triacanthos12,00%60051,7101
Черная саранчаРобиния псевдоакацияЗеленый66046.995
Черная саранчаРобиния псевдоакация12,00%69070,2134
Огуречное дерево МагнолияМагнолия остраяЗеленый44021,651
Огуречное дерево МагнолияМагнолия острая12,00%48043,585
Южная МагнолияМагнолия крупноцветковаяЗеленый46018,647
Южная МагнолияМагнолия крупноцветковая12,00%50037,677
Крупнолистный кленAcer macrophyllumЗеленый44022,351
Крупнолистный кленAcer macrophyllum12,00%48041 год74
Черный кленAcer nigrumЗеленый52022,554
Черный кленAcer nigrum12,00%57046,192
Красный кленAcer rubrumЗеленый49022,653
Красный кленAcer rubrum12,00%54045,192
Серебряный кленAcer saccharinumЗеленый44017,240
Серебряный кленAcer saccharinum12,00%4703661
Кленовый сахарAcer saccharumЗеленый56027,765
Кленовый сахарAcer saccharum12,00%63054109
Черный Красный ДубQuercus velutinaЗеленый56023,957
Черный Красный ДубQuercus velutina12,00%6104596
Дуб вишневый красныйПагода QuercusЗеленый61031,974
Дуб вишневый красныйПагода Quercus12,00%68060,3125
Дуб Лавровый КрасныйQuercus hemisphaericaЗеленый56021,954
Дуб Лавровый КрасныйQuercus hemisphaerica12,00%63048,187
Северный красный дубQuercus rubraЗеленый56023,757
Северный красный дубQuercus rubra12,00%63046,699
Булавка Красный ДубQuercus palustrisЗеленый58025,457
Булавка Красный ДубQuercus palustris12,00%6304797
Дуб красный алыйQuercus coccineaЗеленый60028,272
Дуб красный алыйQuercus coccinea12,00%67057,4120
Южный красный дубQuercus falcataЗеленый52020,948
Южный красный дубQuercus falcata12,00%5904275
Вода Красный ДубЧерный QuercusЗеленый56025,861
Вода Красный ДубЧерный Quercus12,00%63046,7106
Ива красный дубQuercus phellosЗеленый56020,751
Ива красный дубQuercus phellos12,00%69048,5100
Бур Белый ДубQuercus macrocarpaЗеленый58022,750
Бур Белый ДубQuercus macrocarpa12,00%64041,871
Каштан Белый ДубQuercus montanaЗеленый57024,355
Каштан Белый ДубQuercus montana12,00%66047,192
Живой Белый ДубQuercus virginianaЗеленый80037,482
Живой Белый ДубQuercus virginiana12,00%88061,4127
Оверкап Белый ДубQuercus lyrataЗеленый57023,255
Оверкап Белый ДубQuercus lyrata12,00%63042,787
Столб Белый ДубQuercus stellataЗеленый6002456
Столб Белый ДубQuercus stellata12,00%67045,391
Болотный Каштан Белый ДубQuercus michauxiiЗеленый60024,459
Болотный Каштан Белый ДубQuercus michauxii12,00%67050,196
Дуб белый болотныйQuercus двухцветныйЗеленый64030,168
Дуб белый болотныйQuercus двухцветный12,00%72059,3122
белый дубQuercus albaЗеленый60024,557
белый дубQuercus alba12,00%68051,3105
СассафрасСассафрас альбидумЗеленый42018,841 год
СассафрасСассафрас альбидум12,00%46032,862
SweetgumLiquidambar styracifluaЗеленый46021 год49
SweetgumLiquidambar styraciflua12,00%52043,686
Американский платанПлатан западныйЗеленый46020,145
Американский платанПлатан западный12,00%49037,169
ТаноакNotholithocarpus densiflorusЗеленый58032,172
ТаноакNotholithocarpus densiflorus12,00%58032,172
Черный ТупелоNyssa sylvaticaЗеленый46021 год48
Черный ТупелоNyssa sylvatica12,00%50038,166
Вода ТупелоNyssa aquaticaЗеленый46023,250
Вода ТупелоNyssa aquatica12,00%50040,866
Черный орехJuglans nigraЗеленый51029,666
Черный орехJuglans nigra12,00%55052,3101
Черная иваSalix nigraЗеленый36014.133
Черная иваSalix nigra12,00%39028,354
Желтый топольЛириодендрон тюльпановыйЗеленый40018,341 год
Желтый топольЛириодендрон тюльпановый12,00%42038,270
ЛысинаTaxodium distichumЗеленый42024,746
ЛысинаTaxodium distichum12,00%46043,973
Атлантический белый кедрChamaecyparis thoidesЗеленый31016,532
Атлантический белый кедрChamaecyparis thoides12,00%32032,447
Восточный РедседарМожжевельник виргинскийЗеленый44024,648
Восточный РедседарМожжевельник виргинский12,00%47041,561
Благовония КедрCalocedrus decurrensЗеленый35021,743 год
Благовония КедрCalocedrus decurrens12,00%37035,955
Северный белый кедрТуя западнаяЗеленый29013,729
Северный белый кедрТуя западная12,00%31027,345
Port Orford CedarChamaecyparis lawsonianaЗеленый39021,645
Port Orford CedarChamaecyparis lawsoniana12,00%43043,188
Западный РедседарТуя складчатаяЗеленый31019,135,9
Западный РедседарТуя складчатая12,00%32031,451,7
Желтый кедрCupressus nootkatensisЗеленый42021 год44 год
Желтый кедрCupressus nootkatensis12,00%44043,577
Кост Дуглас ФирPseudotsuga menziesii var. MenziesiiЗеленый45026,153
Кост Дуглас ФирPseudotsuga menziesii var. Menziesii12,00%48049,985
Интерьер West Douglas FirПсевдоцуга МензиесииЗеленый46026,753
Интерьер West Douglas FirПсевдоцуга Мензиесии12,00%50051,287
Интерьер North Douglas FirPseudotsuga menziesii var. глаукаЗеленый45023,951
Интерьер North Douglas FirPseudotsuga menziesii var. глаука12,00%48047,690
Интерьер South Douglas FirPseudotsuga lindleyanaЗеленый43021,447
Интерьер South Douglas FirPseudotsuga lindleyana12,00%46043 год82
Бальзам ПихтовыйAbies balsameaЗеленый33018,138
Бальзам ПихтовыйAbies balsamea12,00%35036,463
Калифорнийская красная пихтаAbies magnificaЗеленый3601940
Калифорнийская красная пихтаAbies magnifica12,00%38037,672,4
Гранд ПихтаAbies grandisЗеленый35020,340
Гранд ПихтаAbies grandis12,00%37036,561,4
Благородная ельAbies procraЗеленый37020,843 год
Благородная ельAbies procra12,00%39042,174
Тихоокеанская Серебряная ПихтаAbies amabilisЗеленый40021,644 год
Тихоокеанская Серебряная ПихтаAbies amabilis12,00%43044,275
Субальпийская ельAbies lasiocarpaЗеленый31015,934
Субальпийская ельAbies lasiocarpa12,00%32033,559
Белая ельAbies concolorЗеленый3702041 год
Белая ельAbies concolor12,00%3904068
Восточная тсугаЦуга канадскаяЗеленый38021,244 год
Восточная тсугаЦуга канадская12,00%40037,361
Горный хемлокTsuga mertensianaЗеленый42019,943 год
Горный хемлокTsuga mertensiana12,00%45044,479
Западная тсугаЦуга гетерофиллаЗеленый42023,246
Западная тсугаЦуга гетерофилла12,00%4504978
Западная лиственницаЛариса западнаяЗеленый48025,953
Западная лиственницаЛариса западная12,00%52052,590
Восточная белая соснаPinus strobusЗеленый34016,834
Восточная белая соснаPinus strobus12,00%35033,159
Джек ПайнPinus BanksianaЗеленый40020,341 год
Джек ПайнPinus Banksiana12,00%4303968
Лоблолли СоснаPinus TaedaЗеленый47024,250
Лоблолли СоснаPinus Taeda12,00%51049,288
Лоджполе СоснаPinus contortaЗеленый3801838
Лоджполе СоснаPinus contorta12,00%4103765
Длиннолистная соснаСосна болотнаяЗеленый54029,859
Длиннолистная соснаСосна болотная12,00%59058,4100
Смола соснаPinus rigidaЗеленый47020,347
Смола соснаPinus rigida12,00%52041 год74
Пруд СоснаPinus serotinaЗеленый51025,251
Пруд СоснаPinus serotina12,00%5605280
Сосна ПондерозаPinus ponderosaЗеленый38016,935 год
Сосна ПондерозаPinus ponderosa12,00%40036,765
Красная соснаСосна смолянаяЗеленый41018,840
Красная соснаСосна смоляная12,00%46041,976
Песчаная соснаСосна клаусаЗеленый46023,752
Песчаная соснаСосна клауса12,00%48047,780
Коротколистная соснаPinus echinataЗеленый47024,351
Коротколистная соснаPinus echinata12,00%51050,190
Слэш СоснаPinus elliottiiЗеленый54026,360
Слэш СоснаPinus elliottii12,00%59056,1112
Ель СоснаPinus glabraЗеленый41019,641 год
Ель СоснаPinus glabra12,00%4403972
Сахарная соснаPinus lambertianaЗеленый3401734
Сахарная соснаPinus lambertiana12,00%36030,857
Вирджиния ПайнPinus virginianaЗеленый45023,650
Вирджиния ПайнPinus virginiana12,00%48046,390
Западная белая соснаPinus monticolaЗеленый36016,832
Западная белая соснаPinus monticola12,00%38034,767
Redwood Old GrowthСеквойя семпервиренсЗеленый3802952
Redwood Old GrowthСеквойя семпервиренс12,00%40042,469
Redwood New GrowthСеквойя семпервиренсЗеленый34021,441 год
Redwood New GrowthСеквойя семпервиренс12,00%3503654
Черная ельPicea marianaЗеленый38019,642
Черная ельPicea mariana12,00%46041,174
Ель ЭнгельманаPicea engelmanniiЗеленый3301532
Ель ЭнгельманаPicea engelmannii12,00%35030,964
Красная ельPicea rubensЗеленый37018,841 год
Красная ельPicea rubens12,00%40038,274
Ситкинская ельPicea sitchensisЗеленый33016,234
Ситкинская ельPicea sitchensis12,00%36035,765
Белая ельPicea glaucaЗеленый37017,739
Белая ельPicea glauca12,00%40037,768
Тамаракская ельLarix laricinaЗеленый4902450
Тамаракская ельLarix laricina12,00%53049,480

Свойства бамбука: [24] [23]

Распространенное имяНаучное названиеСодержание влагиПлотность (кг / м 3 )Прочность на сжатие (мегапаскалях)Прочность на изгиб (мегапаскали)
Балку запретыBambusa balcooaзеленый4573,7
Балку запретыBambusa balcooaсухой воздух54,1581,1
Балку запретыBambusa balcooa8,582069151
Индийский колючий бамбукBambusa bambos9,571061143
Индийский колючий бамбукBambusa bambos43,0537,15
Кивая бамбукБамбуса нутанс88907552,9
Кивая бамбукБамбуса нутанс874652,4
Кивая бамбукБамбуса нутанс128567,5
Кивая бамбукБамбуса нутанс88,344,788
Кивая бамбукБамбуса нутанс1447,9216
Слипшийся бамбукBambusa pervariabilis45,8
Слипшийся бамбукBambusa pervariabilis57980
Слипшийся бамбукBambusa pervariabilis2035 год37
Бирманский бамбукБамбуса полиморфная95,132,128,3
Bambusa spinosaсухой воздух5751,77
Индийский бамбукБамбуса тулда73,640,751,1
Индийский бамбукБамбуса тулда11,96866,7
Индийский бамбукБамбуса тулда8,691079194
дракон бамбукДендрокаламус гигантский874070193
Бамбук ГамильтонаДендрокаламус гамильтоний8,55907089
Белый бамбукДендрокалам перепончатый10240,526,3
Строка БамбукGigantochloa apus54,324,1102
Строка БамбукGigantochloa apus15.137,9587,5
Ява Черный БамбукGigantochloa atroviolacea5423,892,3
Ява Черный БамбукGigantochloa atroviolacea1535,794,1
Гигантский АттерГигантохлоа аттер72,326,498
Гигантский АттерГигантохлоа аттер14,431,95122,7
Гигантохлоа макросостахия896071154
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная4253,5
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная63,6144,8
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная86,346
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная77,582
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная155687
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная63,3
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная28 год
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная56,2
Американский узколистный бамбукГуадуа узколистная38
Ягодный бамбукMelocanna baccifera12,869,957,6
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides51
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides873063
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides6444 год
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides6140
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides971
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides974
Японский бамбукPhyllostachys bambusoides1254
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis44,6
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis7567
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis1571
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis6108
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis0,2147
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis511751
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis3044 год55
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis12,560360,3
Панцирь черепахи бамбукPhyllostachys edulis10,353083
Ранний бамбукPhyllostachys praecox28,582779,3
ОливерThyrsostachys oliveri5346.961,9
ОливерThyrsostachys oliveri7,85890

Жесткое против мягкого

Обычно древесину классифицируют как хвойную или лиственную . Древесина хвойных пород (например, сосны) называется хвойными, а древесина двудольных (обычно широколиственных, например, дуба) - твердой древесиной. Эти названия вводят в заблуждение, так как древесина твердых пород не обязательно твердая, а древесина мягких пород - не обязательно мягкая. Хорошо известный бальза (твердая древесина) на самом деле мягче любой коммерческой мягкой древесины. И наоборот, некоторые мягкие породы дерева (например, тис ) тверже, чем многие твердые породы.

Существует сильная взаимосвязь между свойствами древесины и свойствами конкретного дерева, из которого она была получена. [ необходима цитата ] Плотность древесины зависит от породы. Плотность древесины коррелирует с ее прочностью (механическими свойствами). Например, красное дерево - это древесина твердых пород средней плотности, которая отлично подходит для изготовления прекрасной мебели, тогда как бальза легкая, что делает ее полезной для изготовления моделей . Одна из самых густых пород - чёрное железное дерево .

Химия

Химическая структура лигнина , который составляет около 25% сухого вещества древесины и отвечает за многие ее свойства.

Химический состав древесины варьируется от породы к породе, но состоит примерно из 50% углерода, 42% кислорода, 6% водорода, 1% азота и 1% других элементов (в основном кальция , калия , натрия , магния , железа и марганца ). по весу. [25] Древесина также содержит серу , хлор , кремний , фосфор и другие элементы в небольшом количестве.

Помимо воды, древесина состоит из трех основных компонентов. Целлюлоза , кристаллический полимер, полученный из глюкозы, составляет около 41–43%. Следующей по численности идет гемицеллюлоза , которая составляет около 20% у лиственных деревьев и около 30% у хвойных. В отличие от целлюлозы, нерегулярно связаны в основном пятиуглеродные сахара . Лигнин является третьим компонентом, составляющим около 27% в хвойной древесине против 23% в лиственных. Лигнин придает гидрофобные свойства, отражая тот факт, что он основан на ароматических кольцах.. Эти три компонента переплетены, и между лигнином и гемицеллюлозой существуют прямые ковалентные связи. Основным направлением бумажной промышленности является отделение лигнина от целлюлозы, из которой сделана бумага.

С химической точки зрения разница между твердой и мягкой древесиной отражается в составе входящего в ее состав лигнина . Лигнин из твердых пород древесины в основном получают из синапилового спирта и кониферилового спирта . Лигнин хвойных пород в основном получают из хвойного спирта. [26]

Экстрактивные вещества

Помимо структурных полимеров , то есть целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина ( лигноцеллюлозы ), древесина содержит большое количество неструктурных компонентов, состоящих из низкомолекулярных органических соединений , называемых экстрактивными веществами . Эти соединения присутствуют во внеклеточном пространстве и могут быть извлечены из древесины с помощью различных нейтральных растворителей , таких как ацетон . [27] Аналогичное содержание присутствует в так называемом экссудате, производимом деревьями в ответ на механическое повреждение или после нападениянасекомые или грибки . [28] В отличие от структурных компонентов, состав экстрактивных веществ варьируется в широких пределах и зависит от многих факторов. [29] Количество и состав экстрактивных веществ различаются между породами деревьев, разными частями одного и того же дерева и зависят от генетических факторов и условий роста, таких как климат и география. [27] Например, более медленно растущие деревья и более высокие части деревьев имеют более высокое содержание экстрактивных веществ. Как правило, древесина хвойных пород богаче экстрактивными веществами, чем древесина твердых пород . Их концентрация увеличивается от камбия к сердцевине . Кора и веткитакже содержат экстрактивные вещества. Хотя экстрактивные вещества составляют небольшую долю от содержания древесины, обычно менее 10%, они чрезвычайно разнообразны и, таким образом, характеризуют химический состав древесных пород. [30] Большинство экстрактивных веществ являются вторичными метаболитами, а некоторые из них служат предшественниками других химических веществ. Экстракты древесины проявляют различную активность, некоторые из них вырабатываются в ответ на раны, а некоторые участвуют в естественной защите от насекомых и грибков. [31]

Завод по переработке таллового масла Forchem в Рауме , Финляндия.

Эти соединения способствуют различным физическим и химическим свойствам древесины, таким как цвет древесины, аромат, долговечность, акустические свойства, гигроскопичность , адгезия и высыхание. [30] Принимая во внимание эти воздействия, экстрактивные вещества древесины также влияют на свойства целлюлозы и бумаги и, что немаловажно, вызывают множество проблем в бумажной промышленности . Некоторые экстрактивные вещества являются поверхностно-активными веществами и неизбежно влияют на поверхностные свойства бумаги, такие как адсорбция воды, трение и прочность. [27] Липофильные экстракты часто вызывают образование липких отложений во время варки крафт-целлюлозы и могут оставлять пятна на бумаге. Экстрактивные вещества также учитывают запах бумаги, что важно при приготовленииматериалы, контактирующие с пищевыми продуктами .

Большинство экстрактивных веществ для древесины липофильны, и лишь небольшая часть растворима в воде. [28] Липофильная часть экстрактивных веществ, которая вместе именуется древесной смолой , содержит жиры и жирные кислоты , стерины и сложные эфиры стерила, терпены , терпеноиды , смоляные кислоты и воски . [32] При нагревании смолы, то есть перегонке , летучие терпены испаряются, и остается твердый компонент - канифоль . Концентрированная жидкость летучих соединений, извлекаемая при паровой дистилляцииназывается эфирным маслом . Перегонка олеорезина, полученного из многих сосен, дает канифоль и скипидар . [33]

Большинство экстрактивных веществ можно разделить на три группы: алифатические соединения , терпены и фенольные соединения . [27] Последние более растворимы в воде и обычно отсутствуют в смоле.

  • Алифатические соединения включают жирные кислоты, жирные спирты и их сложные эфиры с глицерином , жирные спирты (воски) и стерины (стериловые эфиры). Углеводороды , такие как алканы , также присутствуют в древесине. Суберин - это полиэстер, состоящий из субериновой кислоты и глицерина, который в основном содержится в коре . Жиры служат источником энергии для клеток древесины. [28] Самый распространенный стерол древесины - ситостерин . Однако ситостанол , цитростадиенол, кампестерин и холестерин также наблюдаются как в лиственной, так и в мягкой древесине, хотя и в небольших количествах. [27]
  • Основные терпены, встречающиеся в древесине хвойных пород, включают моно- , сескви- и дитерпены . [28] Между тем, терпеновый состав древесины твердых пород значительно отличается: она состоит из тритерпеноидов , полипренолов и других высших терпенов. Примерами моно-, ди- и сесквитерпенов являются α- и β-пинены , 3-карен , β-мирцен , лимонен , туяплицины , α- и β- фелландрены , α-мууролен, δ-кадинен , α- и δ-кадинолы., Альфа- и бета- cedrenes , juniperol, longifolene , цис -abienol, борнеол , pinifolic кислота, nootkatin, chanootin, фитол , геранил-линалоол, β-epimanool, manoyloxide, pimaral и pimarol. Смоляные кислоты обычно представляют собой трициклические терпеноиды , примерами которых являются пимаровая кислота , сандаракопимаровая кислота, изопимаровая кислота , абиетиновая кислота , левопимаровая кислота, палюстровая кислота, неоабиетиновая кислота и дегидроабиетиновая кислота. Встречаются также бициклические смоляные кислоты, такие как ламбертиановая кислота, коммуникативная кислота, ртутная кислота и секодегидроабиетиновая кислота. Циклоартенол, бетулин и сквален - тритерпеноиды, очищенные из твердых пород древесины. Примерами древесных политерпенов являются каучук ( цис- полипрен), гуттаперча ( транс- полипрен), гутта-балата ( транс- полипрен) и бетулапренолы ( ациклические политерпеноиды). [27] [28] Моно- и сесквитерпены мягкой древесины ответственны за типичный запах соснового леса. [27] Многие монотерпеноиды, такие как β-мирцен , используются при приготовлении ароматизаторов и ароматизаторов .[28] Трополоны , такие как хинокитиол и другие туяплицины , присутствуют в устойчивых к гниению деревьях и обладают фунгицидными и инсектицидными свойствами. Трополоны сильно связывают ионы металлов и могут вызвать коррозию варочного котлав процессе варки крафт-целлюлозы . Благодаря их металлсодержащим связывания и ионофорные свойства, особенно thujaplicins используется в физиологии экспериментах. [34] Различное другое in vitroБыли изучены биологические активности туяплицинов, такие как инсектицидное, против потемнения, противовирусное, антибактериальное, противогрибковое, антипролиферативное и антиоксидантное. [35] [36]
  • Фенольные соединения особенно содержатся в древесине твердых пород и коре. [28] Наиболее известными фенольными компонентами древесины являются стильбены (например, пиносилвин ), лигнаны (например, пинорезинол , конидендрин, платиновая кислота , гидроксиматаирезинол ), норлигнаны (например, ньясол , пуэрозиды A и B, гидроксисугиресинол, секвирин-C), дубильные вещества ( например, галловая кислота , эллаговая кислота ), флавоноиды (например, хризин , таксифолин , катехин , генистеин). Большинство фенольных соединений обладают фунгицидными свойствами и защищают древесину от грибковой гнили . [28] Вместе с неолигнанами фенольные соединения влияют на цвет древесины. Смоляные кислоты и фенольные соединения являются основными токсичными загрязнителями, присутствующими в неочищенных стоках после варки целлюлозы . [27] Полифенольные соединения, такие как флавоноиды и дубильные вещества, являются одной из самых распространенных биомолекул, вырабатываемых растениями . Танины используются в кожевенной промышленности и показали различную биологическую активность. [30] Флавоноиды очень разнообразны, широко распространены вцарство растений и имеют многочисленные биологические активности и роли. [28]

Использует

Топливо

Древесина имеет долгую историю использования в качестве топлива [37], которая продолжается и по сей день, в основном в сельских районах мира. Твердая древесина предпочтительнее мягкой, потому что она создает меньше дыма и дольше горит. Добавление дровяной печи или камина в дом часто добавляет атмосферы и тепла.

Строительство

Saitta House , Dyker Heights , Бруклин , Нью - Йорк , построенный в 1899 году состоит из и отделанный деревом. [38]

Дерево было важным строительным материалом с тех пор, как люди начали строить укрытия, дома и лодки. Почти все лодки делались из дерева до конца 19 века, и дерево по-прежнему широко используется в строительстве лодок. В частности, для этой цели использовался вяз, поскольку он сопротивлялся гниению, пока оставался влажным (он также служил для водопровода до появления более современной сантехники).

Древесина, используемая для строительных работ, в Северной Америке широко известна как пиломатериалы . В других странах под пиломатериалами обычно понимают срубленные деревья, а слово, обозначающее готовые к употреблению распиленные доски, - это древесина . [39] В средневековой Европе дуб был предпочтительной древесиной для всех деревянных конструкций, включая балки, стены, двери и полы. Сегодня используется более широкий выбор пород дерева: двери из цельного дерева часто делают из тополя , мелкосучковой сосны и пихты Дугласа .

Церкви Кижи , Россия, входят в число немногих объектов всемирного наследия, построенных полностью из дерева без металлических соединений. Подробнее см. Кижский погост .

Новое жилищное строительство во многих частях мира сегодня обычно строится из деревянных конструкций. Конструкционные изделия из дерева становятся все более важной частью строительной отрасли. Их можно использовать как в жилых, так и в коммерческих зданиях в качестве конструкционных и эстетических материалов.

В зданиях из других материалов дерево по-прежнему будет использоваться в качестве вспомогательного материала, особенно при строительстве крыш, внутренних дверей и их рам, а также в качестве наружной облицовки.

Дерево также обычно используется в качестве опалубочного материала для формирования формы, в которую заливается бетон при строительстве железобетона .

Напольное покрытие

Древесину можно разрезать на прямые доски и сделать деревянный пол .

Пол из цельной древесины - это пол, уложенный досками или рейками, созданными из цельного куска древесины, обычно из твердой древесины. Поскольку древесина гигроскопична (она поглощает и теряет влагу из окружающих условий), эта потенциальная нестабильность эффективно ограничивает длину и ширину досок.

Полы из твердой древесины обычно дешевле, чем инженерная древесина, а поврежденные участки можно многократно отшлифовать и отполировать, причем количество раз ограничивается только толщиной древесины над шпунтом.

Полы из твердой древесины изначально использовались для строительных целей, будучи установленными перпендикулярно деревянным опорным балкам здания (балкам или опорам), а массивная строительная древесина до сих пор часто используется для спортивных полов, а также для большинства традиционных деревянных блоков, мозаики и паркета .

Разработанные продукты

Конструкционные изделия из дерева, клееные строительные изделия, «спроектированные» для конкретных требований к характеристикам, часто используются в строительстве и промышленности. Изделия из клееной древесины производятся путем склеивания древесных волокон, шпона, пиломатериалов или других форм древесного волокна с помощью клея, чтобы сформировать более крупную и более эффективную композитную структурную единицу. [40]

Эти продукты включают в себя клееный брус (клееный брус), деревянные конструкционные панели (включая фанеру , ориентированно-стружечные плиты и композитные панели), клееный брус (LVL) и другие изделия из конструкционного композитного пиломатериала (SCL), пиломатериалы из параллельных прядей и двутавровые балки. [40] В 1991 году для этой цели было израсходовано около 100 миллионов кубометров древесины. [3] Тенденции показывают, что древесно-стружечные и древесноволокнистые плиты вытеснят фанеру.

Древесина, непригодная для строительства в ее естественном виде, может быть разбита механически (на волокна или щепа) или химически (на целлюлозу) и использоваться в качестве сырья для других строительных материалов, таких как инженерная древесина, а также древесно-стружечная плита , древесноволокнистая плита и средние плиты. древесноволокнистая плита плотности (МДФ). Такие производные древесины широко используются: древесные волокна являются важным компонентом большей части бумаги, а целлюлоза используется как компонент некоторых синтетических материалов . Производные древесины могут использоваться для различных полов, например ламината .

Мебель и посуда

Дерево всегда широко использовалось для изготовления мебели , такой как стулья и кровати. Он также используется для ручек инструментов и столовых приборов, таких как палочки для еды , зубочистки и других принадлежностей, таких как деревянная ложка и карандаш .

Другой

Дальнейшие разработки включают новые области применения лигнинового клея, перерабатываемую упаковку для пищевых продуктов, приложения для замены резиновых шин, антибактериальные медицинские агенты и высокопрочные ткани или композиты. [41] По мере того, как ученые и инженеры продолжают изучать и разрабатывать новые методы извлечения различных компонентов из древесины или, альтернативно, модификации древесины, например, путем добавления компонентов в древесину, на рынке появятся новые более совершенные продукты. Электронный контроль содержания влаги также может улучшить защиту древесины нового поколения. [42]

Изобразительное искусство

Чётка с изображением Поклонения волхвов и Распятия , готическая миниатюра из самшита

Дерево издавна использовалось в качестве художественного средства . На протяжении тысячелетий из него изготавливали скульптуры и резьбу . Примеры включают тотемные столбы, вырезанные коренными жителями Северной Америки из стволов хвойных деревьев, часто из западного красного кедра ( Thuja plicata ).

Другое использование дерева в искусстве:

  • Woodcut эстамп и гравировка
  • Дерево может быть поверхностью для рисования, например, при окраске панелей.
  • Многие музыкальные инструменты сделаны в основном или полностью из дерева.

Спортивное и развлекательное оборудование

Многие виды спортивного инвентаря делаются из дерева или изготавливались из дерева в прошлом. Например, биты для крикета обычно делают из белой ивы . В бейсбольные биты , которые являются законными для использования в МЛБ часто сделаны из ясеня или гикори , и в последние годы были построены из клена , даже если это дерево несколько более хрупкими. Корты НБА традиционно делаются из паркета .

Многие другие виды спортивного и развлекательного оборудования, такие как лыжи , хоккейные клюшки , клюшки для лакросса и луки для стрельбы из лука , в прошлом обычно делались из дерева, но с тех пор были заменены более современными материалами, такими как алюминий, титан или композитные материалы, такие как как стеклопластик, так и углепластик . Одним из примечательных примеров этой тенденции является семейство клюшек для гольфа, широко известных как лес , головки которых традиционно делались из хурмы.дерево на заре игры в гольф, но теперь, как правило, делается из металла или (особенно в случае водителей ) композитов из углеродного волокна.

Бактериальная деградация

Мало что известно о бактериях, разрушающих целлюлозу. Симбиотические бактерии в двухстворчатой ракушке могут играть определенную роль в деградации затонувшей древесины. Alphaproteobacteria , Flavobacteria , Actinobacteria , Clostridia и Bacteroidetes были обнаружены в древесине, находящейся под водой более года. [43]

Смотрите также

  • Берл
  • Плотницкие работы
  • Плавник
  • Dunnage
  • Лесное хозяйство
  • Список лесов
  • Паркет
  • Топливные пеллеты
  • Балансовая древесина
  • Опилки
  • Термомодифицированная древесина
  • Трут
  • Сушка древесины
  • Лесное хозяйство
  • Древесно-пластиковый композит
  • Консервация древесины
  • Деформация древесины
  • Токарная обработка дерева
  • Древесный червь
  • Ксилология
  • Ксилофагия
  • Ксилотека
  • Ксилотомия

Рекомендации

  1. ^ Хики, М .; Кинг, К. (2001). Кембриджский иллюстрированный глоссарий ботанических терминов . Издательство Кембриджского университета.
  2. ^ "Глобальная оценка лесных ресурсов 2005 / Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций" (PDF) .
  3. ^ a b Хорст Х. Нимц, Уве Шмитт, Эккарт Шваб, Отто Виттманн, Франц Вольф «Вуд» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2005, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a28_305
  4. ^ "NB окаменелости показывают происхождение древесины" . CBC.ca . 12 августа 2011 года. Архивировано 13 августа 2011 года . Проверено 12 августа 2011 года .
  5. ^ Филипп Жерриенн; и другие. (12 августа 2011 г.). «Простой тип древесины в двух раннедевонских растениях» . Наука . 333 (6044): 837. Bibcode : 2011Sci ... 333..837G . DOI : 10.1126 / science.1208882 . PMID 21836008 . S2CID 23513139 .  
  6. ^ Вудс, Сара. «История дерева от каменного века до 21 века» . ЭКОСТРОИТЕЛЬСТВО . Публикация Американского института архитекторов. Архивировано 29 марта 2017 года . Проверено 28 марта 2017 года .
  7. ^ Briffa, K .; Шишов, В.В.; Мелвин, TM; Ваганов Э.А.; Grudd, H .; Хантемиров (2008). «Тенденции изменения температуры и радиального роста деревьев за 2000 лет на северо-западе Евразии» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 363 (1501): 2271–2284. DOI : 10.1098 / rstb.2007.2199 . PMC 2606779 . PMID 18048299 .  
  8. ^ Роста древесины и структура архивации 12 декабря 2009, в Вайбак Machine www.farmforestline.com.au
  9. ^ a b c Запись, Самуэль Дж (1914). Механические свойства древесины . J. Wiley & Sons. п. 165. ASIN B000863N3W . 
  10. ^ "Дурамен"  . Британская энциклопедия . 8 (11-е изд.). 1911. с. 692.
  11. ^ Shigo, Алекс. (1986) Новый словарь биологии деревьев . Шиго и деревья, партнеры. ISBN 0-943563-12-7 
  12. ^ Запись, Сэмюэл Джеймс (1914). Механические свойства древесины: включая обсуждение факторов, влияющих на механические свойства, и методы испытаний древесины . J. Wiley & Sons, Incorporated. п. 51 . Термин «сердцевина» происходит исключительно от ее положения, а не от жизненно важного значения для дерева, поскольку дерево может процветать с полностью разложившимся сердцем.
  13. ^ "Альбом"  . Британская энциклопедия . 1 (11-е изд.). 1911. с. 516.
  14. ^ Capon, Брайан (2005), Ботаника для садоводов (2-е изд.), Портленд, Орегон: Издательство Timber Publishing, стр. 65 ISBN 0-88192-655-8 
  15. ^ "Рост свойств древесины и структура 2015" . treetesting.com . Архивировано 13 марта 2016 года.
  16. ^ «Timber Plus Toolbox, Выбор древесины, Характеристики древесины, Структура лиственных пород» . nationalvetcontent.edu.au . Архивировано из оригинального 10 августа 2014 года.
  17. ^ a b c d e Сперри, Джон С .; Николс, Кирк Л .; Салливан, июнь Э .; Истлак, Сондра Э. (1994). «Ксилемная эмболия на кольцевых, диффузно-пористых и хвойных деревьях Северной Юты и Внутренней Аляски» (PDF) . Экология . 75 (6): 1736–1752. DOI : 10.2307 / 1939633 . JSTOR 1939633 .  
  18. ^ a b Отчет Сэмюэля Джеймса (1914). Механические свойства древесины, включая обсуждение факторов, влияющих на механические свойства, и методы испытаний древесины . J. Wiley & sons, inc. С.  44 -.
  19. ^ a b Министерство сельского хозяйства США, Лаборатория лесных товаров. Справочник по дереву: древесина как инженерный материал. Архивировано 15 марта 2007 года на Wayback Machine . Общий технический отчет 113. Мэдисон, Висконсин.
  20. ^ a b c Тимелл Т. Е. 1986. Компрессионная древесина голосеменных растений. Springer-Verlag, Берлин. 2150 с.
  21. ^ Эллиотт, GK 1970. Плотность древесины хвойных пород. Содружество для. Бюро, Оксфорд, Великобритания, Tech. Commun. 8. 44 с.
  22. ^ Справочник по дереву - Дерево как инженерный материал (PDF) . Gen. Tech. Представитель FPL – GTR – 113. Мэдисон, Висконсин: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Лаборатория лесных товаров: Лаборатория лесных товаров. 1999. с. 463.
  23. ^ а б "ПФАФ" . pfaf.org . Проверено 3 ноября 2019 года .
  24. ^ "Каковы механические свойства бамбука?" . www.bambooimport.com . Проверено 2 ноября 2019 года .
  25. ^ Жан-Пьер Баретт; Клод Азар и Жером Майер (1996). Mémotech Bois et Matériaux Associés . Париж: Éditions Casteilla. п. 22. ISBN 978-2-7135-1645-0.
  26. ^ W. Boerjan; Дж. Ральф; М. Баучер (июнь 2003 г.). «Биосинтез лигнина». Анну. Rev. Plant Biol . 54 (1): 519–549. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.54.031902.134938 . PMID 14503002 . 
  27. ^ a b c d e f g h Эк, Моника; Геллерштедт, Горан; Хенрикссон, Гуннар (2009). «Глава 7: Древесные экстракты». Целлюлозно-бумажная химия и технология. Том 1, Древесная химия и древесная биотехнология . Берлин: Вальтер де Грюйтер. ISBN 978-3-11-021339-3.
  28. ^ Б с д е е г ч я Sjöström, Eero (22 октября 2013 г. ). «Глава 5: Экстрактивные вещества». Химия древесины: основы и приложения (второе изд.). Сан Диего. ISBN 978-0-08-092589-9.
  29. ^ Анселл, Мартин П. (2015). «Глава 11: Консервация, защита и модификация древесных композитов». Серия изданий Вудхеда по композитам и технике: номер 54. Древесные композиты . Кембридж, Великобритания: Woodhead Publishing. ISBN 978-1-78242-454-3.
  30. ^ a b c Hon, Дэвид Н.-С .; Сираиси, Нубуо (2001). «Глава 6: Химия экстрактивных веществ». Древесина и целлюлозная химия (2-е, перераб. И расширенное изд.). Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0-8247-0024-4.
  31. ^ Роуэлл, Roger M. (2013). «Глава 3: Химия клеточной стенки». Справочник по химии древесины и древесным композитам (2-е изд.). Бока-Ратон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781439853801.
  32. ^ Миммс, Агнета; Майкл Дж. Кукурек; Джеф А. Пьятте; Элизабет Э. Райт (1993). Крафт-целлюлоза. Сборник заметок . TAPPI Press. С. 6–7. ISBN 978-0-89852-322-5.
  33. ^ Фибах, Клеменс; Гримм, Дитер (2000). «Смолы натуральные». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . DOI : 10.1002 / 14356007.a23_073 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  34. ^ Сперелакис, Николас; Сперелакис, Ник (11 января 2012 г.). «Глава 4: Ионофоры в плоских липидных бислоях» . Справочник по клеточной физиологии: основы биофизики мембран (Четвертое изд.). Лондон, Великобритания. ISBN 978-0-12-387738-3.
  35. ^ Саневский, Мариан; Горбович, Марцин; Канлаянарат, Сиричай (10 сентября 2014 г.). «Обзор биологической активности тропоноидов и их использования в сельском хозяйстве» . Журнал садоводческих исследований . 22 (1): 5–19. DOI : 10,2478 / johr-2014-0001 . S2CID 33834249 . 
  36. ^ Бентли, Рональд (2008). «Свежий взгляд на природные трополоноиды». Nat. Prod. Rep . 25 (1): 118–138. DOI : 10.1039 / b711474e . PMID 18250899 . 
  37. ^ Sterrett, Френсис С. (12 октября 1994). Альтернативные виды топлива и окружающая среда . CRC Press. ISBN 978-0-87371-978-0.
  38. ^ " Saitta дом - отчет Часть 1 Дата архивация 16 декабря 2008, в Wayback Machine ", DykerHeightsCivicAssociation.com
  39. ^ Binggeli, Корки (2013). Материалы для внутренних помещений . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-118-42160-4.
  40. ^ a b "APA - Ассоциация инженерной древесины" (PDF) . apawood.org . Архивировано 27 июня 2006 г. (PDF) .
  41. ^ "FPInnovations" (PDF) . forintek.ca . Архивировано из оригинального (PDF) 19 марта 2009 года.
  42. ^ "Система дистанционного контроля влажности деревянных элементов" И. Аракистайн, О Мунне, EP Патент EPO1382108.0
  43. ^ Кристина Бинхольд; Петра Поп Ристова; Франк Венцхёфер; Торстен Диттмар; Антье Боэтиус (2 января 2013 г.). «Как глубоководный лесной водопад поддерживает хемосинтетическую жизнь» . PLOS ONE . 8 (1): e53590. Bibcode : 2013PLoSO ... 853590B . DOI : 10.1371 / journal.pone.0053590 . PMC 3534711 . PMID 23301092 .  
  • Ходли, Р. Брюс (2000). Понимание древесины: руководство по технологии древесины . Тонтон Пресс . ISBN 978-1-56158-358-4.

внешняя ссылка

  • Ассоциация "Дерево в культуре"
  • The Wood Explorer: обширная база данных коммерческих пород древесины.
  • APA - Ассоциация инженерной древесины