Строение и свойства древесины — Развитие земельных и водных ресурсов

Древесина в натуральном виде и в виде шпона, фанеры и лигностона находит широкое применение во всех от­раслях народного хозяйства в качестве строительного материала и сырья для машиностроительной и химиче­ской промышленности. Из дерева изготовляют значи­тельное число деталей сельскохозяйственных машин, вкладыши подшипников в комбайнах и лущильниках, планки мотовила жаток, сцепки, каркасы веялок, брусья копнителя и т. п. Из древесины вырабатывают бумагу, картон, скипи­дар, канифоль, метиловый и этиловый спирты; ее при­меняют при производстве пластмасс.

Древесина имеет слоисто-волокнистое строение, которое обычно рассматривают в трех разрезах: в по­перечном или торцовом — поперек волокон ствола; в ра­диальном — вдоль волокна ствола по диаметру или радиусу; в тангенциальном — вдоль ствола, под некоторым углом к оси волокон. На поперечном (торцовом) разре­зе ствола различают кору, внутренний слой которой на­зывается лубом, заболонь, ядро, сердцевину, годичные кольца и сердцевинные лучи.

Физические свойства древесины. Различают следую­щие физические свойства древесины: влажность, плот­ность, гигроскопичность, тепло-, звуко- и электропровод­ность, текстуру и др.

Под влажностью древесины подразумевается количе­ство содержащейся в ней воды, выраженное в процен­тах от веса сухой древесины. Влажность, вычисленная по отношению к абсолютно сухой древесине (высушен­ной при температуре 95—105°С), называют абсолютной, а по отношению к весу древесины до высушивания — относительной. Относительной влажностью пользуются только при характеристике состояния древесного топ­лива.

При высыхании древесины наблюдается ее усушка, т. е. уменьшение линейных размеров и объема. Усушка вдоль волокон составляет 0,1%, в радиальном направлении 3—5% и в тангенциальном 6-10%. При увлажнении происхо­дит разбухание древе­сины, т. е. явление, об­ратное усушке. Усуш­ка и разбухание — от­рицательные свойства древесины, вызываю­щие ее растрескивание и коробление.

Плотностью древе­сины называется мас­са единицы объема дре­весины, кгс/м³ (г/см³). Плотность служит показателем техниче­ских свойств древесины. Чем больше плот­ность, тем прочнее дре­весина. Сравнивать древесину различных пород по плотности можно лишь при одинаковой влажности (15%). Плотность древесного вещества не зависит от поро­ды и в среднем равна 1,54 (с колебаниями 1,499—1,564).

Гигроскопичностью древесины называется ее способ­ность поглощать влагу из окружающего воздуха. Для уменьшения гигроскопичности древесину покрывают ла­ками, красками или пропитывают искусственными смо­лами.

Теплопроводность и тепловое расширение древесины незначительны и практического значения не имеют. Сухая древесина является хорошим проводником звука, особенно вдоль волокон.

Электропроводность

древесины зависит от породы дерева, направления тока    по отношению   к волокнам, влажности и температуры материала. Абсолютно сухая древесина является изолятором.

Текстурой называют рисунок, образующийся на сре­зах древесины при перерезании волокон, сосудов и серд­цевинных лучей. У разных пород этот рисунок различен, поэтому по текстуре можно распознавать породу древесины.

Механические свойства древесины. К механическим свойствам относятся прочность, упругость и твердость. Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон больше, чем поперек, в 3—10 раз, а при растяжении — в 10—20 раз. Механические свойства зависят от породы, влажности, температуры и предварительной обработки — сушки, пропитки, пропаривания. С увеличением влаж­ности древесины понижается ее прочность и упругость, поэтому механические испытания обычно проводят на стандартных образцах.

Пороки древесины: сучковатость, косослой, крень, трещины, ненормальные окраски, гнили и т. п. понижа­ют ее качество.

Сучковатость нарушает однородность строения дре­весины и вызывает местное искривление волокон, за­трудняет механическую обработку и снижает качество изделия.

Косослой, т. е. винтообразное направление волокон, служит причиной повышенной усушки древесины и ко­робления пиломатериалов.

Крень — утолщение поздней зоны годичных слоев на одной стороне ствола, придает ему овальную форму. Крень встречается только в древесине хвойных пород, часто у ели.

Трещины, увеличивающиеся при высыхании, нару­шают цельность древесины и снижают прочность конст­рукций. Ненормальные окраски древесины и гнили вызыва­ются деревоокрашивающими грибами при плохом хра­нении материала, причем синева не оказывает заметно­го влияния на его качество. Гниль в древесине, применя­емой для нужд машиностроения, не допускается.

Строение и физические свойства древесины

Строение и состав древесины. Дерево, являясь материалом бортнического  происхождения, отличается значительной неоднородностью своего строения. Древесина любой породы дерева состоит из взаимно связанных продолговатых клеток, направленных вдоль ствола. Помимо этих клеток в древесине имеется довольно много слабых тонкостенных клеток, имеющих радиальное направление и образующих радиальные полоски, называемые сердцевинными  лучами.   Сердцевинные лучи  разделяются  на первичные, которые начинаются от сердцевины, и вторичные, берущие начало на некотором расстоянии от нее. Те и другие сердцевинные лучи доходят до коры ствола. Они являются слабыми местами древесины,  по ним появляются усушечные радиальные трещины.

На поперечном разрезе ствола обнаруживаются концентрические наслоения, каждое из которых соответствует годовому периоду роста дерева и называется годовым слоем. Условия роста дерева сказываются на образовании годовых слоев. Каждый годовой слой состоит из более рыхлой и светлой внутренней зоны весенней (ранней) древесины и более плотной и темной наружной зоны летней (поздней) древесины. Чем больше относительное содержание летней древесины, тем плотнее, тяжелее и крепче древесина данного ствола.
Ствол дерева состоит из сердцевины (сердцевинной трубки), которая представляет собой рыхлую и слабую ткань, и древесины, состоящей из годовых наслоений (слоев) вокруг сердцевины до коры, от которой древесина отделяется камбиальным слоем, отлагающим наслоения древесины в процессе роста дерева. У некоторых пород (сосна, лиственница, кедр, дуб) древесина центральной части ствола с возрастом дерева становится более темной и называется ядром, а наружная остается светлой и называется заболонью. У других пород (ель, пихта, бук) древесина центральной части ствола, занимающая место ядра, не отличается по цвету от заболони и называется спелой древесиной. Заболонный слой (заболонь) древесины быстрее сохнет и увлажняется, легче подвергается загниванию и легче выгибается, чем ядро или спелая древесина.

Основными веществами, составляющими древесину, являются целлюлоза и лигнин, содержание которых достигает 85% от веса и её древесины. Стенки клеток состоят в основном из целлюлозы, лигнин и другие вещества являются инкрустирующими, как бы механически внедренными в целлюлозный скелет. Химический состав целлюлозы определяется формулой С6Н10О5 химическое же строение лигнина пока точно не установлено.

Естественные пороки здоровой древесины. Даже здоровая свежая срубленная древесина имеет неизбежные пороки, связанные с условиями роста отдельного дерева. Главными естественными пороками являются: сбежистость, искривления ствола, косослой, свилеватость, сучковатость. Эти пороки ухудшают механическую прочность древесины. Для древесины, идущей на изготовление инженерных конструкций, наличие пороков должно быть ограничено как с количественной, так и с качественной стороны.
Влажность, усушка и разбухание. В древесине всех пород содержится значительное количество воды. Вода в древесине бывает химически связанной (в стенках клеток) и свободной (в полостях). Свободная вода, испаряясь, может вызывать высыхание древесины. Определенной влажности и температуре окружающего воздуха соответствует определенная же влажность древесины, называемая равновесной влажностью. Таким образом, влажность древесины в конструкциях и сооружениях все время изменяется, следуя с некоторым отставанием за колебаниями влажности и температуры окружающего воздуха.

В сооружениях, защищенных от атмосферного или производственного увлажнения, древесина принимает так называемое воздушно-сухое состояние. Влажность воздушно-сухой древесины составляет 12—18%. Древесина с влажностью 18—23% называется полусухой, а с влажностью 23—45% — сырой. Свежесрубленная древесина имеет влажность 70—80%.
Изменение влажности древесины вызывает изменение ее размеров, называемое усушкой и разбуханием. Усушка и разбухание происходят лишь при колебаниях влажности древесины от 0 до 30% (до точки насыщения волокон), при влажности древесины более 30% ее объем остается, постоянным. Усушка и разбухание древесины в разных направлениях по отношению к направлению ее волокон различна. При высыхании свежесрубленной древесины, до абсолютно сухого состояния усушка колеблется (в %): вдоль волокон 0,10—0,20, поперек волокон в радиальном направлении 5,00—8,50, поперек волокон в направлении годовых слоев (в тангенциальном направлении) 4,00—14,00.

Рис. 1. Зависимость между усушкой древесины поперек волокон и ее влажностью

Изменение размеров от усушки или разбухания древесины при влажностях от 0 до 25% прямо пропорционально изменениям влажности в процентах. При влажности древесины более 30% ее размеры не меняются. На рис. 1 представлена зависимость размеров усушки или разбухания от изменения влажности древесины. Усушка древесины проявляется полностью во всех направлениях только тогда, когда высыхание происходит более или менее равномерно по всей толщине материала, что имеет место при сушке тонких пиломатериалов. При сушке толстых брусьев и бревен древесина в наружной поверхности высыхает раньше и твердеет, препятствуя уменьшению размеров внутренних слоев, высыхающих позднее. Из-за разной усушки древесины в радиальном и тангенциальном поправлениях и неравномерности высушивания материала возникает его коробление. На рис. 2 показано коробление досок при высыхании. Такого рода коробления досок можно избежать правильной их укладкой при сушке, препятствующей короблению. Связанные с высыханием древесины растягивающие усилия в направлении

Рис. 2. Коробление  досок,  выпи¬ленных из сырого бревна

годовых колец могут вызвать появление продольных радиальных трещин, главным образом по сердцевинным лучам, как наиболее слабым местам. Радиальные трещины возникают и в торцах. Во избежание трещин высушивание древесины нужно вести рационально, не вызывая появления опасных напряжений. Для предупреждения торцовых трещин при естественной сушке древесины на воздухе необходимо задержать испарение влаги с этих поверхностей путем их закрашивания масляной краской. Наибольший эффект в борьбе с образованием трещин при искусственной сушке древесины дает электрическая сушка токами высокой частоты. Этим способом удается высушивать крупные пиломатериалы, например брусья с размерами сторон до 20 см, без появления трещин.

Объемный вес. Удельный вес твердого вещества стенок клеток древесины почти не зависит от породы дерева и составляет около 1,5. Однако для практических целен важно знать не удельный вес твердого вещества клеток древесины, а вес единицы объема древесины в том виде, в каком она встречается в сооружениях, то есть с содержанием клеток, влаги и воздуха. Вес единицы объема древесины называется объемным весом и выражается обычно в тоннах или килограммах на кубический метр. Объемный вес Древесины, установленный при одинаковых влажностях, сильно колеблется не только для разных пород, но и в пределах одной породы. Изменение объемного веса древесины имеет место даже по длине ствола, вследствие различной плотности комлевой и вершинной древесины. Наиболее вероятные веса древесины ходовых пород, которыми можно руководствоваться при исчислении собственных весов элементов конструкции.

Термические свойства. Температурные расширения древесины значительно меньше, чем других строительных материалов. Коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон может быть принят в среднем около 5 • 10-6. Температурные расширения древесины поперек волокон в несколько раз больше, чем вдоль волокон. Однако и они не имеют существенного значения в работе, конструкции. Теплопроводность древесины также невелика, она примерно в 5 раз меньше, чем у железобетона, и в 200—250 раз меньше, чем у стали. Благодаря малой теплопроводности древесины, более или менее кратковременный нагрев деревянных элементов извне не изменяет существенно первоначальной температуры в толще их. Малая теплопроводность дерева в сочетании с малым коэффициентом температурного расширения исключает устройство температурных швов в деревянных конструкциях.

Влияние химических воздействий на древесину. Во многих про¬изводственных помещениях воздух содержит вредно действующие на древесину примеси. Среди них следует указать ангидриды и пары кислот. Серный и сернистый ангидриды, поглощая воду, переходят в соответствующие кислоты, разрушающие древесину.

Доступ капельножидкой воды в этих условиях облегчает развитие поражений древесины. Разрушение идет интенсивнее с повышением температуры. Азотная кислота и окислы азота действуют главным образом на лигнинную часть древесины. Органические кислоты действуют на древесину слабо.

Разрушение древесины химическими реагентами начинается о поверхности, постепенно проникая вглубь элемента. Если деревянные элементы имеют достаточно большое сечение (толстые брусья), то опасное разрушение древесины занимает период времени, исчисляемый годами и даже десятилетиями. Во всяком случае, древесина химически более стойка, чем многие другие строительные материалы, и особенно металлы. Последнее обстоятельство делает рациональным применение деревянных конструкций в предприятиях химической промышленности.

Строение древесины и ее свойства

Для изготовления музыкальных инструментов применяют древесину хвойных и лиственных пород, которые различаются между собой по целому ряду признаков. Распил дерева определяет свойства древесины.

Следует различать понятие дерева, т. е. растущего дерева, и древесины- материала, получаемого из срубленного и очищенного от ветвей и коры дерева.

В каждом растущем дереве можно выделить три части: крону, ствол и корни.

В листьях кроны растущего дерева происходят процессы фотосинтеза. В результате этих процессов зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами лучистая энергия Солнца превращается в энергию химических связей органических веществ, обеспечивающих питание и рост растения.

Корни дерева, во-первых, удерживают его в вертикальном положении, а во-вторых, всасывают из почвы воду с растворенными в ней минеральными питательными веществами.

Ствол дерева является прежде всего магистралью, по которой впитанные корнями минеральные вещества движутся к листьям, а выработанные в листьях пластические вещества (строительный материал, из которого дерево строит само себя) движутся вниз по стволу, наращивая его. Ствол дерева также является хранилищем запасенных питательных веществ. Ствол дает основное количество древесины, что составляет 50-90 % объема частей растущего дерева, и только древесина ствола пригодна для изготовления деталей музыкальных инструментов.

Древесина имеет слоисто-волокнистое строение. Свойства древесины в значительной степени зависят от направления (анизотропия свойств). Принято рассматривать три главных разреза ствола: поперечный (или торцовый) плоскость которого перпендикулярна оси ствола, радиальный, плоскость которого проходит через ось ствола, и тангенциальный 3, плоскость которого проходит параллельно оси ствола на некотором расстоянии от нее.

Поперечный срез имеет следующие основные части: ядро, сердцевину, заболонь и кору.

Ядро 2 отличает более темная окраска. Оно расположено посередине ствола. В центре ядра в виде круглого, четырех-пятиугольного или (как у дуба) звездчатого пятнышка диаметром 2-5 мм находится сердцевина 1. На радиальном разрезе хвойных пород сердцевина почти прямая, а у лиственных пород имеет извилистую форму.

Кора 4 на поперечном разрезе имеет форму кольца более темной, чем древесина, окраски. У взрослых деревьев в коре различают два слоя. Наружный слой, называемый коркой, является оболочкой, предохраняющей от испарения влаги, резких колебаний температуры и механических повреждений. Внутренний слой коры, называемый лубяным, является проводником органических питательных веществ вдоль ствола.

Заболонь 3 имеет наиболее светлую окраску. Породы древесины, у которых ядро ярко выражено, называют ядровыми. Если внутренняя часть ствола отличается от наружной только меньшим содержанием влаги, такие породы называют спело-древесными. Если же различий между внутренней и наружной частями ни по цвету, ни по влажности нет, то такие породы называют заболонными.

На главных разрезах дерева видны линии и полосы, составляющие рисунок древесины, или, как его часто называют, текстуру. Каждая порода древесины кроме характерного цвета имеет и свою текстуру.

Рисунок древесины возникает от ежегодного нарастания на поверхности ствола, ветвей и корней нового годичного слоя. Особенно хорошо эти слои заметны у хвойных пород. Ширина годичных слоев, определяемая на торцовом разрезе, зависит от породы, возраста, условий произрастания и положения в стволе. Так, например, у древесины ели, произрастающей в суровых горных условиях, ширина годичных слоев может колебаться в пределах 1 мм, а у ели, произрастающей в благоприятных условиях, может доходить до 3-4 мм и более.

По радиусу от сердцевины ширина годовых колец изменяется неравномерно. Наиболее широкие годовые кольца лежат в центральной части радиуса ствола, а ближе к сердцевине и дальше к коре ширина годовых колец уменьшается. У некоторых пород древесины наблюдают волнистость годичных колец, что придает поперечному срезу интересную текстуру (граб, тисс, можжевельник).

Более светло окрашенная и более мягкая часть годичного кольца называется ранней древесиной и образуется в первой половине периода нарастания слоя. Во второй половине образуется поздняя древесина, которая в годичном кольце окрашена темнее и твердость ее выше, чем у ранней древесины.

Все породы имеют в древесине своих стволов сучки. Для хвойных пород характерно расположение нескольких ветвей на одном уровне по высоте ствола. Эту часть ствола называют мутовкой. Лиственные породы характеризуются одиночным расположением ветвей. Наличие в древесине сучков делает ее мало, а подчас и совсем непригодной в производстве музыкальных инструментов. Так как годичные слои ствола при встрече с сучком изменяют свое направление, то для изготовления деки такую часть ствола ели не используют.

Абсолютно сухая древесина состоит из органических веществ, которые содержат в среднем 49,5 % углерода, 44,2 % кислорода (с азотом) и 6,3 % водорода. Минеральные соединения, получающиеся при сгорании древесины (зола), составляют 0,2-1,7 % общей ее массы.

Физические свойства древесины

Их подразделяют на следующие восемь групп: свойства, характеризующие внешний вид и макроструктуру древесины; влажность и свойства, связанные с ее изменением; плотность; водо- и газопроницаемость древесины; тепловые свойства; электрические свойства; действие излучений на древесину; резонансные свойства. В этой последовательности рассмотрим те группы физических свойств, с которыми приходится встречаться в производстве музыкальных инструментов.

Внешний вид древесины характеризуется цветом, текстурой, блеском, а также запахом.

Цвет древесины, как, впрочем, и цвет любого другого объекта, может быть определен с высокой степенью точности с помощью атласа цветов. В условиях индивидуальных мастерских и в музыкальной промышленности особая точность определения цвета не требуется. Но при подборе, например, двух половинок обечайки гитары следует обращать внимание на цвет древесины. Даже нарезанные из одного бруска клепки могут сильно отличаться по цвету. Детали с одинаковым цветом или оттенком при изготовлении инструмента стараются ставить симметрично.

Цвет древесины зависит от климатических условий. Древесина пород умеренного пояса имеет бледную окраску, породы же тропического пояса окрашены ярко.

Не меньшее значение в подборе древесины для музыкального инструмента имеет ее текстура. Она определяется строением древесины: чем оно сложнее, тем богаче и интереснее текстура. Древесина хвойных пород отличается простым строением. Текстура этих пород имеет незамысловатый рисунок из правильно чередующихся линий или даже прямых. Совсем другая картина видна на срезах лиственных пород. Всевозможные проблески, волны, игра линий и цвета показательны особенно для пород, произрастающих в теплых районах земного шара.

Хорошо проявляются цвет и текстура древесины под прозрачной отделкой лаками и политурами. Матовую отделку древесины, которая нашла широкое применение в мебельной промышленности, в производстве щипковых музыкальных инструментов пока не применяют.

Запах древесины зависит в основном от содержания в ней эфирных масел, смол и дубильных веществ. Сильным запахом обладает древесина хвойных пород, лиственные породы пахнут слабее. Особенно сильным запахом обладают тропические породы. Запах высыхающего дерева с течением времени ослабевает.

Ту структуру древесины, которую можно рассмотреть невооруженным глазом или с помощью простейших оптических приспособлений, называют макроструктурой. В числе характеристик макроструктуры особый интерес представляют ширина годичных колец и естественные неровности, возникающие от перерезания анатомических элементов древесины.

Естественными неровностями считают те поры древесины, которые открыты на плоскости среза. Размеры этих неровностей (а вернее сказать, впадин) превышают допустимый для полируемой поверхности размер 16 мкм. Поэтому перед отделкой поверхности древесины проводят специальную операцию порозаполнения и производят полирование с применением пемзового порошка.

Под плотностью материала понимают отношение его массы к объему. Измеряют плотность в килограммах, деленных на кубический метр. Плотность древесины в значительной степени зависит от ее влажности. Поэтому плотность древесины всегда пересчитывают, приводя к стандартному значению влажности (15 %). Определяют плотность древесины взвешиванием образцов стандартных размеров: 20 X 20 X 30 мм.

Средняя плотность различных пород древесины, кг/м3

Ель	450
Береза	640
Сосна обыкновенная	510
Орех грецкий	600
Граб	810
Липа	500
Груша	720
Красное дерево	540
Клен	700
Бук	680
Палисандр	850
Черное дерево	1160
Лим	970

Водо- и газопроницаемость древесины в условиях изготовления музыкальных инструментов в первую очередь интересна при окрашивании и особенно крашении, а тепловые свойства древесины важны при гнутье деталей музыкальных инструментов.

Уникальные звуковые свойства древесины сделали ее незаменимым природным материалом для изготовления музыкальных инструментов.

Наиболее интересной звуковой характеристикой древесины является скорость распространения звука в материале. В разных направлениях эта скорость различна, но выше всего она вдоль волокон древесины. Так, например, вдоль волокон березы звук распространяется со скоростью 4-5 тыс. м/с, что близко к скорости распространения звука в металлах (у меди 3,7 тыс. м/с). В. других направлениях скорость звука ниже в среднем в 4 раза.

Под резонансной способностью древесины подразумевают усиление звука без искажения тона, что имеет первостепенное значение при изготовлении дек музыкальных инструментов.

Резонансная способность древесины характеризуется акустической константой (или константой излучения).

Наивысший показатель акустической константы у ели составляет 12 м4с-1кг-1 (для сравнения: у березы 7,5 м4с-1кг-1,у клена 5,8 м4с-1кг-1).

К показателям звуковых свойств древесины относится логарифмический декремент (затухание) колебаний. Этот параметр характеризует способность звуковой энергии расходоваться на трение внутри материала. Если сделать у гитары деку, например, из стали, то, взяв последовательно несколько аккордов, мы услышим их наложенными друг на друга, т. е. предыдущие звуки не успеют затихнуть, как придут последующие. Еловая дека в силу своих звуковых качеств лишена этих недостатков.

Механические свойства древесины

Они характеризуют ее способность сопротивляться механическим усилиям. Эти качества древесины являются весьма важными при использовании древесины как конструкционного материала.

Механические свойства древесины делят на две группы: прочностные и упругие.

Прочностные свойства определяются напряжениями. Напряжение — это усилие, приходящееся на единицу площади поперечного сечения детали.

Наибольшее напряжение, которое может выдержать стержень из данной древесины, называют допускаемым напряжением, или пределом прочности. Эту характеристику прочностных свойств древесины изучают на специальных испытательных машинах, используя образцы, которые вырезают из различных пород древесины.

Второй немаловажной прочностной характеристикой древесины является ее твердость. Твердостью называют способность древесины сопротивляться внедрению в нее некоторого твердого тела. Испытания на твердость проводят в статических (когда в древесину вдавливают, например, стальной шарик) или в динамических (когда на древесину падает металлический шарик) условиях. В первом и во втором случае на поверхности древесины остаются отпечатки-вмятины, площадь которых характеризует твердость древесины.

Музыкальные инструменты являются изделиями долговременного употребления. Многие десятки лет работают они и не всегда в идеальных условиях. Особенно плохо приходится инструментам в условиях транспортировки. Поэтому корпуса инструментов предпочитают делать из твердолиственных пород и края инструментов обкладывать штапом из твердых пород.

Можно дать рекомендации по наиболее рациональному применению древесины в деталях музыкальных инструментов, в первую очередь грифа. Гриф щипковых музыкальных инструментов подвергается изгибу за счет натянутых струн. Поэтому для увеличения его жесткости годичные слои древесины заготовки лучше располагать в плоскости, перпендикулярной деке.

Различные породы древесины имеют довольно большие расхождения в значениях модулей упругости, причем значения модулей упругости (как и пределов прочности) у древесины различны в разных направлениях (в отличие от металлов).

Древесина: структура, состав и свойства

В этой статье мы обсудим:- 1. Знакомство с древесиной 2. Структура древесины 3. Свойства 4. Содержание влаги 5. Разрушители и консерванты 6. Аномальная древесина 7. Дефекты выдержки 8. Другое множественное использование.

Знакомство с древесиной:

Древесина представляет собой клеточный материал биологического происхождения. Это твердая волокнистая ткань, встречающаяся во многих растениях. Это органический материал, природный композит целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Древесина образуется в виде вторичной ксилемы в стволах деревьев и древесных растений. Древесина является биоразлагаемым и возобновляемым природным ресурсом.

РЕКЛАМА:

Древесина гигроскопична, т.е. обладает способностью поглощать влагу из воздуха. Древесина анизотропна, что означает, что ее структура и свойства изменяются в разных направлениях, а древесина горюча. В живых деревьях он переносит воду и питательные вещества к листьям и другим растущим тканям, а древесина обеспечивает поддержку дерева. Древесина считается важнейшим сырьем.

Сердцевина, заболонь и кора:

На поперечном срезе ствола темная центральная часть окружена более светлой внешней областью. У взрослых деревьев в ксилеме есть как живые, так и мертвые клетки. Старая древесина в середине ствола отмирает и становится более твердой, темной и сухой и называется ядровой древесиной. Сердцевина формируется в центральной части ствола дерева из-за пониженной доступности воды и кислорода, что приводит к гибели клеток паренхимы.

Происходит образование и отложение экстрактивных веществ в клетках. Это лучшая древесина в дереве. Древесина сердцевины устойчива к гниению, устойчива к насекомым и болезням. Сердцевина тяжелее, прочнее и обычно начинает формироваться в возрасте 14-18 лет. Трудно проникнуть с жидкостями и консервантами.

Древесина, образующаяся непосредственно внутри коры дерева, называется заболонью. Он светлее по цвету и намного влажнее, чем ядровая древесина. Заболонь содержит все живые клетки ксилемы. Лучи обеспечивают перенос воды и питательных веществ из флоэмы. Питательные вещества хранятся в специализированных клетках, называемых клетками паренхимы, которые также обеспечивают прочность ствола дерева.

Заболонь содержит живые клетки, которые переносят воду от корней к ветвям и листьям на верхушке дерева. Заболонь проницаема и легко поддается химической обработке и консервации. Кора используется для защиты дерева.

РЕКЛАМА:

Кора представляет собой внешний слой и состоит из мертвого внешнего флоэмы из сухого пробкового материала и тонкой внутренней флоэмы из живых клеток. Его основные функции — защита и проведение питательных веществ. Толщина и внешний вид коры существенно различаются в зависимости от породы и возраста дерева.

Мягкая и лиственная древесина:

Термины хвойная и лиственная древесина не описывают напрямую твердость или мягкость древесины. Вместо этого они относятся к форме листа или способу образования семян на деревьях, с которых срубают древесину. Термины особенно сбивают с толку, потому что некоторые настоящие лиственные породы имеют более мягкую или светлую древесину, чем обычные хвойные породы.

Мягкая древесина также очень прочная для своего веса по сравнению с лиственной древесиной. Хвойные деревья в регионах с умеренным климатом дают мягкую древесину. У них есть игольчатые или чешуйчатые листья, и они сохраняют эти листья в течение всего года (вечнозеленые растения). Они могут быстро расти с прямыми стволами. Хвойные породы чаще всего используются для изготовления строительных пиломатериалов, тяжелых пиломатериалов, столбов и свай, где важна прочность. Например. сосны, ели, пихты, лиственницы, кедры, болиголов, красное дерево, тис, кипарис.

РЕКЛАМА:

Лиственные породы – это деревья, такие как дуб, тик, сал и многие другие, которые имеют широкие лиственные листья. Они растут медленно и иногда имеют скрученные стволы. Они растут в тропических регионах мира. Лиственные породы часто используются для изготовления изысканной мебели и тяжелых пород древесины.

Плоскости или поверхности древесины:

Видимые характеристики, усадка и механические свойства древесины определяются с точки зрения трех плоскостей, в которых можно резать древесину. Характеристики этих поверхностей также могут быть полезны при идентификации древесины.

и. Поперечное сечение или поперечное сечение:

РЕКЛАМА:

Поперечное сечение представляет собой поверхность, обнажающуюся при распиле древесины по ширине бревна или доски. На поперечном срезе видны годовые кольца. Это ключевая поверхность для идентификации древесины. Он легче впитывает консерванты, чем радиальные или тангенциальные поверхности, потому что его поперечное сечение пористое. Поперечное сечение также называют торцевым зерном.

ii. Радиальная:

Радиальная поверхность обнажается при продольном распиле бревна от центра до коры (по радиусу). В деревообрабатывающей промышленности пиломатериалы, распиленные таким образом, известны как пиломатериалы на четверть. Эта поверхность обладает высокой прочностью и имеет высокую износостойкость.

iii. Тангенциальная:

Тангенциальная поверхность обнажается, когда бревно разрезается параллельно коре и по касательной к диаметру бревна. Пиломатериалы, распиленные таким образом, известны как плоские или простые пиломатериалы. Метод этого преобразования известен как сквозное распиливание или распиловка.

Это самый дешевый, простой и наиболее распространенный сегодня способ производства пиломатериалов, который приводит к характерному U- или V-образному рисунку волокон в хвойных породах с отчетливыми ранними и поздними сортами древесины, а также в крупнозернистых лиственных породах.

Ориентация волокон:

Это направление длинной оси продольных клеток древесины.

я. Прямая ориентация:

Если она прямая или параллельна стволу дерева, это называется прямой ориентацией волокон.

ii. Спиральное зерно:

Когда клетки древесины располагаются по спирали вокруг оси ствола, это называется ориентацией волокон по спирали. Это вызвано аномальным делением клеток или антиклинальным делением клеток (образование новых инициалей путем радиального разделения), при котором образование новых камбиальных клеток происходит только в одном направлении. Обычно он имеет низкую прочность и жесткость и может скручиваться при высыхании.

iii. Переплетенные волокна:

Древесина с переплетенными волокнами получается, когда волокна закручиваются в одном направлении в течение нескольких лет, а затем меняют направление на противоположное. Это генетически контролируемая древесина, которую трудно расколоть, она может сжиматься в продольном направлении при высыхании и может непредсказуемо деформироваться. Иногда это желательно с точки зрения внешнего вида, поскольку переменное направление волокон приводит к тому, что свет отражается в различных узорах через радиально срезанную древесину, создавая фигуру «ленточной полосы».

iv. Fine Grain:

Древесина мелкозернистая, если ее годовые кольца узкие. В деревообрабатывающей промышленности мелкозернистая древесина хорошо полируется.

v. Крупнозернистая:

Древесина считается крупнозернистой, если ее годовые кольца широкие и не поддаются полировке.

Структура древесины:

Древесина состоит в основном из полых, удлиненных, веретенообразных клеток, расположенных параллельно друг другу вдоль ствола дерева. Характеристики этих волокнистых клеток и их расположение влияют на прочностные свойства, внешний вид, устойчивость к проникновению воды и химических веществ, устойчивость к гниению и многие другие свойства. Микроскопическая структура древесины напоминает пучок склеенных между собой соломинок.

Каждая соломинка представляет собой ячейку с целлюлозной стенкой и полым центром (просветом) и множеством мелких отверстий в стенке. Стенки клеток пропитаны лигнином (фенольным соединением), природным полимером, который склеивает клетки и придает древесине прочность. Большинство клеток в древесине ориентированы продольно (параллельно стволу дерева), некоторые клетки ориентированы радиально.

Основным структурным элементом древесины является трахеида или волокнистая клетка. Клетки варьируют от 16 до 42 мкм в диаметре и от 870 до 4000 мкм в длину. Таким образом, кубический сантиметр древесины может содержать более 1,5 млн клеток древесины. При соединении вместе они образуют прочный композит. Каждая отдельная деревянная ячейка еще более конструктивна, потому что на самом деле это многослойная, армированная трубка с закрытым концом.

Каждая отдельная клетка имеет четыре слоя клеточной стенки (основной, S ₁ , S ₂ и S ₃ ). Каждый слой состоит из комбинации трех химических полимеров: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Целлюлоза и гемицеллюлозы представляют собой линейные полисахариды (т. е. гидрофильные полисахариды), а лигнин представляет собой аморфный фенол (т. е. трехмерный гидрофобный клей).

Целлюлоза образует длинные неразветвленные цепи, а гемицеллюлозы образуют короткие разветвленные цепи. Целлюлоза представляет собой полисахарид повторяющихся молекул глюкозы, длина которых может достигать 4 мкм. Эти молекулы целлюлозы расположены упорядоченным образом в структуры шириной около 10-25 нм, называемые микрофибриллами. Эти микрофибриллы скручиваются вместе, как нити в кабеле, образуя макрофибриллы, ширина которых составляет около 0,5 мкм, а длина может достигать 4 мкм. Этот каркас макрофибрилл целлюлозы сшит гемицеллюлозой, пектином и лигнином. Лигнин инкрустирует и придает жесткость этим полимерам.

Эти нити очень крепкие, как стальной трос. Лигнин придает жесткость клеточной стенке и является веществом, склеивающим клетки вместе. Поскольку углеводные и фенольные компоненты древесины собраны в слоистую трубчатую или ячеистую структуру с большой полостью ячеек, удельный вес древесины может сильно различаться. Древесина превосходна как жизнеспособный строительный материал, потому что многослойная трубчатая структура обеспечивает большой объем пустот и имеет выгодное соотношение прочности и веса.

Структура хвойных пород:

Трахеиды или волокна:

Трахеиды являются основным типом продольных клеток в хвойных породах. Трахеиды или волокна составляют 90-95% объема древесины. Они имеют отношение длины к диаметру 100:1 и в значительной степени способствуют прочности древесины. Волокна хвойных пород имеют длину от 3 до 8 мм. Диаметр трахеид варьируется от одного вида к другому и полезен для целей идентификации.

Паренхима:

Клетки паренхимы, как правило, короткие, тонкостенные клетки, соединенные вместе в нити и служащие главным образом для хранения и распределения углеводов.

Смоляные каналы:

Смоляные каналы представляют собой трубчатые проходы, выстланные живыми клетками паренхимы, выделяющими смолу или смолу. У сосны смоляные каналы легко видны невооруженным глазом как на торцевых, так и на боковых волокнах.

Ямы:

Отдельные клетки в хвойных породах соединяются друг с другом посредством ямок, которые позволяют жидкости перемещаться между клетками. Ямки важны в хвойных породах, так как через них консерванты переходят из одной клетки в другую.

Структура лиственных пород:

Лиственные породы имеют больше типов ячеек, а различия в размере и расположении этих ячеек больше, чем в хвойных породах. В результате лиственные породы более разнообразны по внешнему виду и могут иметь уникальные характеристики, делающие одни породы более предпочтительными для отдельных видов конечного использования, чем другие.

Сосуды (поры):

Лиственные породы имеют специальные структуры, называемые сосудами, для отвода сока вверх. Сосуды представляют собой тонкостенные круглые клетки относительно большого диаметра с открытыми концами, которые соединены конец в конец, образуя микроскопические трубки, идеально подходящие для проведения сока. У большинства лиственных пород концы отдельных ячеек полностью открыты; в других они разделены решеткой.

На поверхности поперечного сечения сосуды выглядят как отверстия и называются порами. Размер, форма и расположение пор значительно различаются у разных видов. Именно сосуды образуют поры в лиственных породах. Наличие беспрепятственных сосудов большого диаметра облегчает обработку некоторых видов древесины.

Волокна:

Волокна относительно меньшего диаметра, удлиненные клетки с закрытыми концами. Обычно они имеют небольшие полости и относительно толстые стенки. Волокна в первую очередь отвечают за прочностные характеристики лиственных пород. Тонкие места или ямки в стенках древесных волокон и сосудов позволяют соку переходить из одной полости в другую.

Паренхима:

В лиственных породах клетки паренхимы сильно различаются по размеру и расположению. У некоторых деревьев лучи (в основном клетки паренхимы) видны невооруженным глазом и очень помогают в идентификации видов. Лучи дерева представляют собой полосы коротких горизонтальных клеток, вытянутых в радиальном направлении. Их функция — запасание пищи и латеральная проводимость. Большинство лучей в плосковолокнистых поверхностях имеют ширину от двух до пяти ячеек, но их ширина и высота различаются у разных пород лиственных пород.

Разное:

Лиственные породы имеют другие различные характеристики, которые часто важны для идентификации, а также для конечного использования продукта. Например, дуб белый (Quercus alba) содержит тилозы. Тилозы — это буквально пробки в сосудах или порах, которые ограничивают движение сока. Так, белый дуб используется для изготовления герметичных бондарных изделий (спиртовых бочек) и плохо переносит консервирующую обработку.

Ямки:

Отдельные ячейки в твердой древесине соединяются друг с другом посредством ямок, которые позволяют жидкости перемещаться между ячейками.

Группы лиственных пород:

Распределение ячеек большого диаметра (пор или сосудов) в приростах лиственных пород позволяет сгруппировать эти лиственные породы в три категории на основе их внешнего вида в поперечном сечении, а именно:

i. Кольцо пористое

ii. Полукольцевая пористая

iii. Диффузный пористый

i. Кольцевая пористая древесина:

Группа лиственных пород, в которых поры (сосуды) образуются сравнительно большого размера при благоприятных условиях в начале каждого прироста. Поры резко уменьшаются в размерах при неблагоприятных условиях (внешняя часть кольца). Поры легко видны невооруженным глазом. Например. дуб, ясень, вяз.

ii. Полукольцевая пористая древесина:

Полукольцевая пористая древесина имеет поры, которые изначально большие, а затем постепенно уменьшаются в диаметре по мере роста. Например. грецкий орех, батат

iii. Диффузная пористая древесина:

Поры имеют одинаковый размер по всему приросту и, как правило, слишком малы, чтобы их можно было увидеть без использования ручной лупы. Например. клен, эвкалипт, тополь желтый

Химический состав древесины:

и. Целлюлоза:

Целлюлоза составляет от 40 до 45 процентов сухого веса древесины. Длинные нити молекул целлюлозы, расположенные более или менее параллельно друг другу в толстых стенках структурных ячеек (волокон и трахеид), придают древесине высокую прочность на растяжение.

ii. Гемицеллюлоза:

Гемицеллюлоза составляет от 20 до 35 процентов сухого веса древесины. Точная функция гемицеллюлоз не ясна. Существует некоторая вероятность того, что они служат временной матрицей перед одревеснением.

iii. Лигнин:

Лигнин составляет от 15 до 35 процентов сухого веса древесины. Лигнин представляет собой сложный полимер, который укрепляет целлюлозную часть клеточной стенки, способствуя тем самым жесткости древесины.

iv. Зола:

Неорганические материалы или зола обычно составляют менее одного процента сухого веса древесины. Наиболее распространенными компонентами являются кальций, калий, магний, карбонаты, фосфаты, силикаты и сульфаты.

v. Экстрактивные вещества:

Большинство видов древесины обычно содержат некоторые типы экстрактивных веществ, которые находятся в сердцевине древесины и растворимы в воде. Они часто ответственны за общее потемнение сердцевины, за устойчивость некоторых сердцевин к гниению и поражению насекомыми, за специфический запах и за хорошую размерную стабильность.

Экстрактивные вещества делают древесину некоторых пород деревьев более прочной, чем другие. Если экстрактивные вещества обладают токсическим или репеллентным действием, ядровая древесина более устойчива, чем заболонь. Наиболее важные органические экстрактивные вещества включают терпены, смоляные кислоты, полифенолы, дубильные вещества и трополины.

Свойства древесины:

i. Цвет:

Цвет придает древесине красоту и имеет большое значение для определения ее качества. Это также помогает в идентификации древесины. Сердцевина древесных пород различается по цвету, а именно. черный цвет хурмы, темно-коричневый цвет грецкого ореха, светло-коричневый цвет белого дуба, красновато-коричневый цвет красного дуба, желтовато-белый цвет тюльпана и тополя, коричневато-красный цвет красного дерева и кедра.

Все они являются надежными знаками различия и цвета. Почти сформировавшаяся древесина в нескольких внешних кольцах имеет меньший цвет по сравнению со старой древесиной. Заболонь обычно светлая. Различные оттенки цветов связаны с тем, что пигменты или древесина более плотные.

ii. Запах:

Запах зависит от химических соединений или экстрактивных веществ, а не от части самого древесного вещества. Когда новая поверхность обнажается в древесине во время резки, она дает характерный запах, а воздействие погоды уменьшает и часто меняет запах. Сердцевина более пахучая, чем заболонь.

Многие виды древесины отличаются сильным и специфическим запахом. Особенно это касается камфорного дерева, кедра, сосны, дуба, красного дерева, тика и т. д. Разложение древесины обычно сопровождается ярко выраженным запахом.

iii. Плотность и удельный вес:

Плотность является наиболее важным фактором, определяющим прочность бездефектной древесины и другие характеристики, такие как легкость обработки и твердость. Плотность – это вес древесины в единице объема. Содержание влаги сильно повлияет на плотность. Как правило, с увеличением плотности древесины увеличивается и ее прочность.

Удельный вес является еще одним важным фактором для сравнения относительного веса различных пород дерева. Удельный вес – это отношение сухого веса данного объема древесины к весу такого же объема воды при стандартной температуре.

iv. Проницаемость:

Проницаемость древесины – это степень, в которой она пропускает жидкость через пористую среду под влиянием градиента давления. Существует хорошая корреляция между проницаемостью древесины и обрабатываемостью. Обрабатываемость описывает легкость, с которой консерванты могут быть введены в древесину под давлением, и обрабатываемость зависит от разных пород древесины.

Влажность древесины:

Влажность (MC) зеленой или свежей древесины, обнаруженной в живом дереве или бревнах, сильно варьируется в зависимости от породы, местоположения, времени года, содержания сердцевины и заболони древесина. Количество воды в древесине (влажность) влияет на обрабатываемость, долговечность и стабильность древесины. Содержание влаги в древесине определяется как вес или количество воды в древесине, выраженное в процентах от сухого веса в печи.

Следующая формула используется для расчета содержания влаги в древесине:

Древесина, вырезанная из сырого бревна, часто содержит столько же или больше, чем ее сухой вес в виде сока или воды. Вода содержится в древесине в виде связанной или свободной воды. Связанная вода удерживается внутри клеточных стенок за счет сил связи между молекулами воды и целлюлозы. Свободная вода содержится в полостях клеток древесины.

я. Точка насыщения волокна (FSP):

Когда древесина высушена примерно до 30-процентной влажности, она достигает точки насыщения волокна. В этом состоянии клеточные полости опорожняются от свободной воды, но клеточные стенки еще насыщены связанной водой. Древесина дает усадку при высыхании ниже FSP. При влажности выше FSP древесина может поражаться гнилостными грибами. Вода, оставшаяся в клеточных стенках после высыхания древесины до FSP, называется связанной водой.

ii. Равновесное содержание влаги (EMC):

Древесина является гигроскопичным материалом, и количество воды, которое теряет древесина, зависит от относительной влажности. Следовательно, он реагирует на изменения влажности воздуха. Древесина теряет или приобретает связанную воду до тех пор, пока ее количество не сравняется с относительной влажностью окружающей атмосферы. Когда этот баланс влагообмена устанавливается, то количество связанной воды, в конечном счете содержащееся в древесине, называется равновесной влажностью. ЭМС всегда ниже 30 процентов.

III. Усадка и набухание:

Древесина сжимается и набухает из-за потери или поступления связанной воды из клеточных стенок. Количество движения зависит от количества полученной или потерянной воды, ориентации клеток древесины и породы. Когда древесина высыхает ниже точки насыщения волокна, она начинает сжиматься.

И наоборот, древесина с FSP ниже FSP будет набухать при попадании влаги, и это будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнут FSP. Изменение влажности выше FSP не влияет на усадку и набухание. Древесина должна быть высушена до ожидаемого равновесного содержания влаги, чтобы свести к минимуму проблемы, связанные с изменением содержания влаги.

Типичные значения усадки древесины на трех поверхностях:

Максимальная продольная усадка = 0,1–0,3%

Максимальная радиальная усадка = 2,1–7,9%

Максимальная тангенциальная усадка = 4,7–12,05 % Приправа для древесины:

Процесс сушки древесины называется приправой для древесины. Скорость сушки древесины зависит от температуры, относительной влажности и циркуляции воздуха. Древесину можно сушить двумя способами – сушкой на воздухе и сушкой в ​​печи.

Воздушная сушка является простым методом сушки древесины в открытом состоянии и занимает больше времени, до 6-12 месяцев. Печная сушка — это процесс сушки древесины путем хранения ее в закрытой камере при контролируемой температуре, относительной влажности и циркуляции воздуха.

Эти большие сушильные печи называются печами, и для сушки древесины в печах требуется 4-5 недель. Печи делятся на прогрессивные, отсековые и солнечные. Правильная укладка пиломатериалов способствует равномерной сушке и уменьшает дефекты выдержки. Горизонтальные и вертикальные методы штабелирования применяются для сушки различных пород древесины.

Разрушители и консерванты древесины:

Грибы, разрушающие и окрашивающие древесину:

i. Бурая гниль:

Грибы способны расщеплять целлюлозу древесины, оставляя коричневый остаток лигнина, идентифицируемый по темно-коричневому цвету древесины.

ii. Сухая гниль:

Коричневая гниль, когда она сухая, называется сухой гнилью. Грибы сухой гнили разлагают относительно сухую древесину и имеют водопроводящие нити, способные переносить воду из влажной почвы в древесину.

iii. Белая гниль:

Расщепляет как лигнин, так и целлюлозу, обладает отбеливающим эффектом, из-за чего может появиться поврежденная древесина.

iv. Мягкая гниль:

Грибы мягкой гнили обычно поражают зеленую древесину (высокая МС), вызывая постепенное размягчение от поверхности внутрь, что напоминает коричневую гниль.

v. Карманная гниль:

Описывает гниение в древесине, которое характеризуется небольшими полостями сильного гниения, разбросанными по всей древесине.

VI. Грибы, окрашивающие заболонь:

Грибы проникают в заболонь и обесцвечивают ее, а пятна невозможно удалить щеткой или строганием.

vii. Плесневые грибы:

Грибы вызывают зеленые, желтые, коричневые или черные пушистые или порошкообразные поверхностные наросты на древесине в теплую и влажную погоду.

Насекомые:

i. Термиты:

Термиты используют древесину в качестве пищи и жилья и являются самыми разрушительными из всех древесных насекомых. Три основные группы термитов разрушают древесину, а именно. подземный или наземный термит, термит из сухой древесины, термит из сырой древесины.

ii. Муравей:

Муравьи-плотники могут быть черными или красными, и они используют древесину для убежища, а не для еды. Они делают галереи в древесине, а насыпи опилок указывают на присутствие муравьев-древоточцев.

iii. Жуки:

К основным жукам-разрушителям древесины относятся жук-древоточец или жук-ликтус, жук-анобиид, жук-рогач или круглоголовый мотыль, плоскоголовый мотыль или металлический жук-древоточец.

iv. Морские бурильщики:

Основными морскими мотыльками являются корабельный червь, моллюски фолады и ракообразные мотыльки.

Консерванты для древесины:

Консерванты для древесины делятся на три категории: креозот и растворы креозота (креозот и маслянистый побочный продукт битуминозного угля), консерванты на масляной основе (пентахлорфенол или пента), консерванты на водной основе (различные соли металлов, неорганические мышьяковые соединения и соединения, т. е. комбинации меди, хрома, мышьяка и фтора)

Креозот и растворы креозота:

и. Каменноугольный креозот (Creosote) представляет собой черное или коричневатое масло, полученное путем перегонки каменноугольной смолы, полученной после высокотемпературной карбонизации угля. Обладает высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим организмам. Относительная нерастворимость в воде и низкая летучесть.

ii. Каменноугольная смола или нефтяное масло смешиваются с каменноугольной смолой и креозотом в различных пропорциях для приготовления растворов креозота.

iii. В некоторой степени также используются древесно-дегтярно-креозотовый, масло-дегтярно-креозотовый, водогазо-дегтярный креозот.

Другие консерванты на масляной основе:

Нафтенат меди, хлороталонил (CTL), хлорпирифос (CPF), оксин меди (8-хинолинолат меди), нафтенат цинка, бис(три-н-бутилолово)оксид (TBTO), 3 -Йодо-2-пропинилбутилкарбамат (IPBC), соединение алкиламмония (AAC) или хлорид дидецилдиметиламмония (DDAC), пропиконазол, тебуконазол (TEB)

Другие водорастворимые консерванты:

Кислый хромат меди (ACC), Аммиачный арсенат меди-цинка (ACZA), хромированный арсенат меди (CCA), аммиачный кватернат меди (ACQ), медный бис (диметилдитиокарбамат) или CDDC, аммиачный цитрат меди (CC), азол меди типа A (CBA-A), неорганический Бор (боракс/борная кислота)

Применение консервантов:

i. Процесс давления:

Он включает в себя процесс с полной ячейкой и процесс с пустой ячейкой. Основной принцип процесса под давлением заключается в помещении древесного материала в герметичный стальной цилиндр или реторту и погружении его в консервант под давлением, чтобы консервант проник в древесину.

ii. Процесс без давления:

Он включает в себя нанесение кистью, распыление, заливку, погружение, холодное замачивание, замачивание, горячую и холодную ванну (термообработка), двойную диффузию, вакуумный процесс. В вакуумном процессе изделия из дерева помещаются в герметичный контейнер, из которого с помощью вакуумного насоса удаляется воздух, после чего контейнер заполняется консервантом. Частичное удаление воздуха из древесины с помощью вакуума с последующим добавлением консерванта создает небольшое давление, которое вгоняет консервант в древесину.

Аномальная древесина:

Как в твердой, так и в мягкой древесине, в зависимости от возраста и местоположения в дереве, некоторые виды древесины не соответствуют стандартам и имеют низкое качество. Эта древесина называется аномальной древесиной. Прочность и долговечность этой древесины значительно ниже, чем у обычной древесины. Эти аномальные леса образуются в результате природных пороков.

и. Молодежная древесина:

Молодежная древесина – это материал, образующийся вблизи центра или сердцевины дерева и преобладающий как в хвойных, так и в лиственных породах. Это древесина, произведенная в течение первых 5-15 лет роста. Ювенильная древесина характеризуется широкими годичными кольцами с более короткими и тонкостенными ячейками и меньшим количеством клеток поздней древесины, что приводит к меньшей плотности и пониженным значениям прочности. При сушке ювенильная древесина будет создавать дефекты коробления. Переход от ювенильной древесины к нормальной древесине происходит постепенно, что затрудняет идентификацию ювенильной древесины.

ii. Сучки:

Сучок — это базальная часть ветки или сучка, окруженная последующим ростом дерева. Волокно древесины отклоняется от сучка и считается слабым местом в древесине. Преобладают два типа узлов: тугой узел и свободный узел.

Включение живых ветвей в стебель называется тугим узлом или сросшимся узлом. Этот сучок является неотъемлемой частью окружающей древесины. Свободные сучки возникают, когда рост стебля окружает основание мертвой ветки. Пень ветки постепенно покрывается сезонным ростом после обрезки.

iii. Спиралевидное и переплетенное волокно:

Когда продольные клетки в древесине расположены не параллельно главной оси ствола дерева, а слегка спирально огибают ствол, это называется спиральным волокном. Пиломатериалы, распиленные из этих бревен, будут иметь поперечный или диагональный рисунок волокон. Эти деревянные изделия обычно имеют низкую прочность и жесткость и имеют тенденцию скручиваться при высыхании.

Когда спиральное зерно меняет направление на противоположное по спирали через несколько лет, это называется переплетенным зерном или зерном с обратной спиралью. Эти деревянные изделия будут иметь дефекты коробления после высыхания.

iv. Реакционная древесина:

Древесина, образовавшаяся на наклонном дереве или ветвях для исправления неравномерности роста ствола, называется реактивной древесиной. Это попытка дерева выпрямиться. Реактивная древесина включает прессованную древесину и реактивную древесину.

В хвойных породах реактивная древесина называется прессованной древесиной и образуется на нижней стороне наклоненных деревьев. Часть кольца роста с реакционной древесиной обычно шире, чем остальная часть кольца, и имеет большую долю поздней древесины. В результате у дерева развивается ствол эксцентричной формы, а сердцевина не находится по центру.

Он часто имеет более темный цвет и представляет серьезные проблемы при производстве древесины, поскольку его прочность намного ниже, чем у обычной древесины той же плотности. Кроме того, он имеет тенденцию к чрезмерной усадке в продольном направлении, вызывая поперечную зернистость.

В твердой древесине реакционная древесина называется натянутой древесиной и образуется преимущественно в верхней части наклонного дерева. Он может образовываться неравномерно вокруг всего стебля, и его часто трудно обнаружить. При механической обработке натяжная древесина может иметь пушистый, пушистый или волокнистый вид на поверхности среза.

Изделия из массива дерева имеют более низкое качество из-за низкой прочности. Имеет свойство разрушаться при высыхании. Он может обеспечить хорошие свойства бумаги, если изменить условия варки целлюлозы, а также хорош для «растворения целлюлозы» и источника целлюлозы для производства целлофана, вискозы и нитроцеллюлозы.

Дефекты приправы древесины:

Древесина анизотропна, так как высыхает ниже точки насыщения волокна, т.е. усадка не одинакова во всех направлениях. Продольная усадка незначительна, за исключением реактивной древесины. Тангенциальная усадка в 1,5-3 раза выше радиальной усадки.

Дифференциальная усушка создает деформации, которые вызывают разрывы или трещины в древесных тканях и дефекты коробления, что значительно снижает ценность деревянного изделия. Разрывы древесных тканей включают чешуйки, трещины, расколы, тряску, обрушение, соты и т. д. Дефекты коробления включают изгиб, изгиб, чашеобразную форму, скручивание, излом, ромб и т. д.

i. Поверхностные проверки:

Это дефекты или очень незначительные расслоения (неглубокие трещины), которые обычно возникают в лучах древесины на плоских распиленных поверхностях досок и ограничиваются тангенциальной поверхностью. Они возникают в результате разделения более тонкостенных клеток ранней древесины. Они возникают из-за того, что напряжения при сушке превышают предел прочности древесины на растяжение перпендикулярно волокнам и вызваны напряжениями растяжения, которые развиваются во внешней части досок по мере их высыхания.

ii. Торцевые проверки:

Это дефекты или очень незначительные расслоения, обычно возникающие в лучах древесины, но на торцевых поверхностях. Торцевые проверки возникают из-за того, что влага движется гораздо быстрее в продольном направлении, чем в любом поперечном направлении. Поэтому концы досок сохнут быстрее, чем середина и на концах развиваются напряжения. Они возникают на ранних стадиях сушки и могут быть сведены к минимуму за счет использования высокой относительной влажности или нанесения финишного покрытия.

iii. Трещина:

Трещины обычно представляют собой гораздо более глубокие трещины в древесине, глубоко выступающие во внутреннюю часть древесины.

iv. Расщепление:

Расщепление — это самое глубокое разделение в древесине, которое потенциально может полностью разделить древесину на две секции. Это разделение древесины параллельно направлению волокон из-за разрыва клеток древесины.

v. Коробчатый раскол:

Раскол, возникающий в древесине вокруг сердцевины во время сушки. Это вызвано напряжениями, возникающими из-за различий в тангенциальной и радиальной усадке древесины вблизи сердцевины.

VI. Колебание кольца или разрушение кольца:

Это разделение древесины параллельно волокнам вдоль годичных колец. Это может произойти в виде разрыва торцевого зерна на начальных стадиях сушки и распространяться в глубину и длину по мере сушки.

vii. Коллапс:

Деформация, сплющивание или дробление клеток древесины. Разрушение обычно проявляется в виде канавок или гофр.

viii. Соты:

Внутренние трещины в древесине, возникающие при сушке. Это внутренняя трещина, вызванная разрывом при растяжении поперек волокон древесины и обычно возникающая в лучах древесины. Этот дефект возникает из-за внутренних растягивающих напряжений, которые развиваются в сердцевине плиты во время сушки. Это происходит, когда сердцевина все еще имеет относительно высокое содержание влаги и когда температура сушки слишком высока в течение длительного периода времени.

ix. Решетчатые сучки:

Решетчатые сучки считаются дефектами и появляются на торцах сучков в лучах древесины. Они являются результатом различий в усадке вдоль и поперек годовых колец в узлах.

х. Свободные сучки:

Из-за дифференциальной сушки заключенные в оболочку сучки могут расшататься во время сушки, так как их древесина обычно более плотная и сжимается больше, чем окружающая ткань. Этот высохший мертвый сучок меньше сучкового отверстия и часто выпадает во время обработки или механической обработки.

xi. Цементация:

Возникает в результате слишком быстрого высыхания, когда поверхность сначала высыхает ниже FSP, но не может дать усадку, создавая напряжение на поверхности. Почти однородное содержание влаги, но остаточные напряжения, растяжение во внутренних слоях и сжатие во внешних слоях ячеек вызывают поверхностное твердение.

xii. Разрушение при сжатии:

Это деформация древесных волокон в результате чрезмерного сжатия вдоль волокон либо при прямом концевом сжатии, либо при изгибе. В пиломатериалах с обработанной поверхностью дефекты сжатия проявляются в виде мелких морщин на поверхности древесины.

xiii. Поперечный излом:

Поперечный излом — это разрушение клеток древесины поперек волокон, что значительно снижает прочность древесины. Такие разрывы могут быть вызваны внутренними напряжениями, возникающими в результате неравномерной продольной усадки.

xiv. Лук:

Это продольная кривизна, плоская от прямой линии. Это отклонение от края к краю на плоской поверхности доски.

хv. Изгиб:

Это продольная кривизна, идущая по ребру от прямой. Это отклонение от края к краю вдоль длинной поверхности доски.

xvi. Чашка:

Изгиб лицевой стороны доски, придающий ей форму желоба. Это отклонение от края до края на конце доски.

xvii. Скручивание:

Это искривление доски, так что две торцевые поверхности не лежат в одной плоскости. Один угол куска дерева выкручивается из плоскости трех других.

xviii. Перегиб:

Это резкое отклонение от плоскостности или прямолинейности из-за локального искажения зерна вокруг сучка или деформации, вызванной неправильным размещением наклеек в печи.

xix. Алмаз:

Это форма деформации, встречающаяся в квадратах или толстых концах пиломатериалов. Поперечное сечение приобретает ромбовидную форму при сушке, что обусловлено разницей между радиальной и тангенциальной усадкой в ​​квадратах, в которых годичные кольца проходят по диагонали из угла в угол.

хх. Обзол:

Его также называют включением коры для проникновения коры. Любая область куска пиломатериала, которая включает обычно встречающийся край дерева, из которого он был вырезан.

Другое многократное использование дерева:

Древесина уже давно используется в качестве художественного материала. Он использовался для изготовления скульптур и резьбы на протяжении тысячелетий. Некоторые виды музыкальных инструментов, такие как скрипка, гитара, кларнет и блокфлейта, ксилофон и маримба, изготавливаются в основном или полностью из дерева.

Породы деревьев, широко используемые для производства музыкальных инструментов, спортивных товаров и сельскохозяйственных орудий, представлены ниже:

а. Музыкальные инструменты:

Выбор древесины может иметь существенное значение для тона и резонансных качеств инструмента, а тона древесины имеют самые разные свойства, начиная от твердого и плотного африканского черного дерева (используется для изготовления корпусов кларнетов) к легкой, но звучной европейской ели (Picea abies) (традиционно используемой для дек скрипок).

Наиболее ценные породы древесины, такие как клен ложноплатановый (Acer pseudoplatanus), который используется для изготовления спинок скрипок, сочетают в себе акустические свойства с декоративным цветом и текстурой, которые улучшают внешний вид готового инструмента.

Индийская древесина, используемая в музыкальных инструментах:

i. Скрипки:

Клен (Acer spp.), Тик (Tectona grandis) Палисандр (Dalbergia latifolia), Эбеновое дерево (Diospyrus spp) Sundari (Heritieria minor)

ii. Ситар:

Мун (Toona ciliata), Деодар (Cedrus deodara), Тик (Tectona grandis), Сиссу (Dalbergia sissoo)

iii. Вина и Тамбора:

Джекфрут (Atrocarpus heterophyllus), Гамари (Gmelina arborea), Биджасал (Pterocarpus marsupium)

iv. Гитара:

Белый дхуп (Canarium euphyllum),

v. Фисгармония:

Тик (Tectona grandis)

vi. Футляры для фортепиано:

Красное дерево (Swietenia spp.), Грецкий орех (Juglans regia), Атласное дерево (Cholroxylon swietienia), Падук (Pterocarpus dalbergioides)

vii. Барабаны:

Ясень (Fraxinus spp.), Сирис (Albizia spp.), Сиссу (Dalbergia sissoo)

b. Спортивные товары:

Многие виды спортивного инвентаря изготавливаются из дерева или изготавливались из дерева в прошлом. Например, биты для крикета обычно делают из белой ивы. Бейсбольные биты, разрешенные для использования в бейсболе высшей лиги, часто изготавливаются из ясеня или гикори, а в последние годы изготавливаются из клена, хотя эта древесина несколько более хрупкая.

Многие другие виды оборудования для спорта и отдыха, такие как лыжи, хоккейные клюшки, клюшки для лакросса и луки для стрельбы из лука, в прошлом обычно изготавливались из дерева, но с тех пор их заменили более современными материалами, такими как алюминий, стекловолокно, углерод волокна, титан и композитные материалы.

Индийская древесина, подходящая для производства спортивных товаров:

i. Сверчковая бита, пни и поручни:

Сверчковая летучая мышь Ива (Salix alba var. caerulea), Шелковица (Morus alba), Персидская сирень (Melia azedarach) Гутель (Trewia nudiflora), Китайское сальное дерево (Sapium sebiferum), Сандан (Ougeinia) ооженский).

ii. Хоккейные клюшки:

Шелковица (Morus alba), Селтис (Celtis australis).

iii. Луки и стрелы:

Для лука – Тис (Taxus baccata), Парротия (Parrotia jacmontiana), Даман (Grewia tilaefolia), Биджасал (Ptercarpus marsupium), Хайр (Acacia catechu). Для стрелы – сиссу (Dalbergia sissoo), пун (Callophyllum spp), биджасал (Pterocarpus marsupium), тростник и бамбук

iv. Лыжи:

Сиссу (Dalbergia sissoo), Шелковица (Morus alba), Аксельвуд (Anogeissus latifolia).

v. Удочки:

Сагопальма (Caryota urens), Haplophragma adenophyllum, Balck chuglum (Terminalia manii), Chooi (Sageraea elliptica), эбони (Diospyrus spp).

в. Сельскохозяйственные орудия и рукояти:

Большая часть мелкой древесины высокого качества используется в различных сельскохозяйственных орудиях и орудиях до сих пор в сельской Индии, и важными породами, используемыми для рукояток инструментов, являются: Bijasal (Ptercarpus marsupium), Khair (Acacia catechu), Babul ( Acacia nilotica), Амальтас (Cassia fistula), Хопея (Hopea odorata), Месуа (Mesua ferrea), Дуб (Quercus spp), Джамун (Syzygium cumini), Ирул (Xylia xylocarpa), Бер (Zizyphus maurtiana), Ясень (Fraxinus spp. ), Сирис (Albizia spp.), Сиссу (Dalbergia sissoo), Сандан (Ougeinia oojenensis).

Главная ›› Лесное хозяйство ›› Деревья ›› Продукция ›› Древесина

Основные 6 свойств древесины и пиломатериалов, используемых в строительстве.

В этой статье Вы узнаете самые важные и необходимые свойства древесины и бруса для использования в строительстве.

Итак, начнем.

Содержание

• Свойства древесины и древесины.
  • Свойства древесины и древесины.
    • 1. Цвет и запах.
    • 2. Удельный вес.
    • 3. Содержание влаги.
    • 4. Зерно.
    • 5. Усадка и набухание.
    • 6. Прочность.

Цвет и запах, удельный вес, влажность, зернистость, усушка и набухание, а также прочность являются важными характеристиками, определяющими свойства древесины и пиломатериалов.

Для большинства деревьев характерен типичный цвет и запах.

Так, темно-коричневый цвет характерен для грецких орехов, золотисто-желтый цвет характерен для свежего тикового дерева, а кремово-белый цвет характерен для хвойных пород, таких как деодар.

Смолистые запахи типичны для сосен.

Удельный вес является одним из фундаментальных свойств древесины и древесины.

Все виды древесины имеют удельный вес ниже 1.

У лиственных пород удельный вес составляет от 0,7 до 0,9, тогда как у большинства хвойных пород он ниже 0,7.

Твердость и прочность древесины в значительной степени зависят от ее плотности. Пробка — самая легкая древесина с удельным весом 0,3.

Влажность древесины является еще одним свойством древесины, в значительной степени влияющим на качество древесины. Влага содержится в древесине в виде свободной влаги в полостях клеток и в виде впитанной влаги в стенках клеток.

Древесина является очень гигроскопичным материалом.

При полном насыщении клеточных стенок и полостей содержание влаги в древесине в некоторых случаях может достигать 200 процентов.

Однако в большинстве случаев влажность многих деревьев составляет от 30 до 50 процентов.

При резке и воздействии атмосферы может быть достигнут баланс между влагой в атмосфере (влажностью) и древесиной.

Такой уровень влажности древесины называется «равновесной влажностью».

Влага — это бесполезное и часто вредное содержание древесины, выбранной для использования в любых формах строительства.

Следовательно, его количество должно быть уменьшено до минимально возможных пределов естественными (приправами) или искусственными (сушка) методами.

Влажность древесины, выдержанной на воздухе, составляет 12-16 процентов, тогда как в древесине, выдержанной в печи, влажность может быть снижена до 4-6 процентов.

Волоконность означает расположение и направление волокон и сосудов в древесине: параллельное стволу, наклонное к стволу или повернутое и скрученное по отношению к продольному направлению роста.

Прямослойная древесина считается лучшей при прочих равных условиях.

Отклонение или наклон волокон от прямолинейности, которые могут быть вызваны нарушением условий во время роста дерева, считается естественным дефектом для строительных целей, поскольку многие свойства древесины связаны с волокнами.

Усадка и набухание – это свойства древесины, связанные с потерей или накоплением влаги древесиной.

При рубке и укладке деревьев в атмосферных условиях.

Подробнее о свойствах древесины и пиломатериалов вы узнаете здесь.

Свойства древесины и древесины.

Наиболее важные свойства древесины и лесоматериалов можно обсудить под следующими общими заголовками.

1. Цвет и запах.

Для большинства деревьев характерен типичный цвет и запах.

Так, древесина ореха отличается характерным темно-коричневым цветом.

Точно так же свежесрубленная тиковая древесина имеет золотисто-желтый оттенок.

Мягкие породы дерева, такие как деодар и сосна, имеют светлые (белые) цвета.

Что касается запаха (запаха), то многие виды древесины сразу идентифицируются по их характерному запаху.

Тиковые породы дерева имеют ароматный запах.

Сосны пахнут смолами.

Однако цвет и запах могут различаться.

2. Удельный вес.

Древесина — очень легкий материал, ее удельный вес всегда меньше 1 (удельный вес воды).

Интересно, однако, отметить, что если древесную ткань уплотнить таким образом, что в ней не останется даже нескольких пор, то ее удельный вес приблизится к 1,5 (т.е. она станет тяжелее воды).

Однако такое сжатие невозможно как естественный процесс.

Удельный вес древесины сильно различается.

Некоторые сорта древесины могут быть легкими до 0,3, тогда как удельный вес других сортов древесины может приближаться к 0,9.

Это зависит от их структуры и наличия в них пор. Сердцевина тяжелее, чем заболонь того же дерева.

Точно так же твердая древесина всегда более плотная, чем мягкая древесина в целом.

Посмотрите видео ниже для получения дополнительной информации.

3. Содержание влаги.

Все виды древесины в той или иной степени пористые. Кроме того, вся древесина гигроскопична по своей природе.

Они получают влагу из атмосферы и отдают влагу в атмосферу в зависимости от содержания влаги в их клетках по отношению к влажности в атмосфере.

Естественная влажность древесины, Mc, легко определяется по приведенному ниже соотношению.

Mc = w1 – w2 / w2 x 100

1. Где W1 — вес образца натуральной древесины.
2. W2 — вес того же образца после сушки в печи.

Клеточные стенки и, следовательно, клеточные полости многих пород древесины достаточно легко растягиваются.

Таким образом, древесина может поглощать влагу более чем в 2-2,5 раза больше, чем ее собственный вес.

Следовательно, значения Mc для натуральной (зеленой) древесины иногда могут достигать 250 процентов.

Древесина, пролежавшая на воздухе в течение достаточно долгого времени (от шести месяцев до одного года) после рубки, однако теряет большую часть своей влаги в атмосферу.

Его «Mc» может составлять всего 20-30 процентов.

Выдержанная на воздухе древесина может терять влагу при длительном воздействии (до четырех лет).

Влажность 12-15 процентов выдержанной на воздухе древесины считается вполне безопасной для древесины, используемой в любом строительстве.

Древесину можно сушить в печах с влажностью менее 6-7 процентов.

4. Зерно.

Под зерном понимается расположение и направление роста древесных элементов (трахеид, волокон и сосудов) в древесине.

В нормальной древесине трахеиды и сосуды (в совокупности называемые волокнами) растут параллельно длине ствола дерева.

Этот тип структуры называется прямым зерном. Волокна могут быть очень плотно и плотно упакованы, что приводит к мелкозернистой текстуре древесины.

В других случаях они могут быть широкими и довольно широкими (сравнительно). В этом случае структура называется крупнозернистой.

Иногда волокна растут не параллельно стволу. Они могут быть расположены скрученными, спиралевидными или взаимосвязанными способами.

Структура такого типа называется «поперечно-зернистой».

5. Усадка и набухание.

Свежесрубленная древесина теряет влагу при естественной или искусственной сушке.

При высыхании древесина дает усадку.

Точно так же сухая древесина при таянии или намокании под дождем может значительно набухнуть.

Известно, что в процессе сушки влага из древесины теряется сначала из полости клеток, а затем из клеточных стенок.

Только когда вода уходит из клеточных стенок, древесина начинает усыхать.

И наоборот, при смачивании сухой древесины вода в первую очередь поступает к клеточным стенкам.

Только при насыщении стенок вода поступает в полости клеток.

Следовательно, при намокании быстро начинается набухание.

Таким образом, усадка и набухание связаны с поведением клеточной стенки древесной ткани по отношению к воде.

В настоящее время достоверно установлено, что:

1. Толстостенные клетки сжимаются больше, чем тонкостенные.

Именно по этой причине твердая древесина дает усадку больше, чем хвойная.

2. Усадка в продольном направлении наименьшая (от 0,1 до 0,5 процента), тогда как она самая высокая (от 7 до 15 процентов) в направлении, касательном к клеточным стенкам.

Потому что в последнем случае задействована «полная ширина» клеточных стенок. В радиальном направлении она имеет промежуточный порядок.

3. Деформация обусловлена ​​вырубкой доски из бруса вследствие усадки и разбухания.

Степень деформации зависит от направления разреза по отношению к волокнам дерева.

6. Прочность.

Самый важный факт о прочности древесины заключается в том, что она неодинакова во всех направлениях.

Это связано с тем, что древесина является анизотропным материалом (имеющим разную структуру в разных направлениях).

Следовательно, прочность древесины определяется по направлению волокон древесины под нагрузкой.

Помимо зерна, на прочность древесины влияют многие другие факторы. Это:

1. Плотность : Чем выше плотность древесины, тем выше ее прочность.

Это связано с тем, что высокая плотность древесины является результатом более толстых клеточных стенок, т. е. большего количества древесного вещества на единицу объема.

2. Содержание влаги: Чем выше влажность, тем ниже прочность древесины.

Это потому, что вода сама по себе не обладает несущей способностью.

Его увеличенный объем в клетке просто уменьшает объем древесной ткани.

Более того, повышенное количество воды в клетках провоцирует рост множества грибков и насекомых, которые разрушают древесную ткань. Они косвенно снижают силу.

3. Наличие пороков: В древесине могут быть некоторые естественные и искусственные дефекты, такие как поперечное волокно, сучки, встряски и т.п. Все они вызывают снижение прочности древесины.

4. ПРОЧНОСТЬ НА СЖАТИЕ: Древесина большинства деревьев удивительно прочна при нагрузках на сжатие от -500 кг/см ² до 700 кг/см ² .

Следует, однако, отметить, что при прочих равных условиях прочность на сжатие параллельно волокнам всегда меньше, чем определенная под прямым углом к ​​волокнам того же типа древесины.

7. ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ: Древесина очень устойчива к силам растяжения, действующим параллельно волокнам, но очень слаба, когда эти силы действуют перпендикулярно волокнам.

Так, предел прочности при растяжении некоторых пород древесины колеблется в пределах 500-2000 кг/см ² параллельно волокнам, тогда как те же значения лежат в пределах 10-100 кг/см ² для тех же сортов при испытании перпендикулярно волокнам .

8. ПОПЕРЕЧНАЯ ПРОЧНОСТЬ ИЛИ ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ:  Наиболее важное использование древесины в качестве балок основано на том факте, что древесина обладает очень высокой прочностью на изгиб. Она может варьироваться от 300 до 900 км/см ² и более.

Спасибо, что прочитали эту статью. Пожалуйста, не забудьте поделиться им.

Подробнее:

Части и функции теодолита [Подробное руководство ].

Дефекты древесины | Его виды, причины.

Морфология и свойства древесины с молекулярной точки зрения | Annals of Forest Science

Том 72, Приложение 6

Тематический выпуск

• Оригинальная статья
• Открытый доступ
• Опубликовано: 04 июля 2014 г.

• Леннарт Салмен ¹  

Летопись лесоведения том 72 , страницы 679–684 (2015)Цитировать эту статью

• 4992 Доступ

• 48 Цитаты

• 3 Альтметрика

• Сведения о показателях

Абстрактный

•

Фон

В настоящее время древесные материалы рассматриваются как зеленый ресурс с растущим интересом. Для улучшения эксплуатационных характеристик древесных материалов требуются новые способы их отделения от древесины. Таким образом, существует большая потребность в лучшем понимании ультраструктуры древесины и того, как компоненты взаимодействуют на молекулярном уровне при формировании ее свойств.

•

Материал и метод

Благодаря использованию методов микроскопии и спектроскопии в сочетании с механическими силами были получены новые знания, особенно в отношении роли матричных полимеров, гемицеллюлоз и лигнина. Это относится конкретно к молекулярному взаимодействию и ориентации.

•

Результаты

Здесь показано, что все древесные полимеры во вторичной клеточной стенке имеют предпочтительную ориентацию вдоль волокон. Степень ориентации уменьшается в порядке целлюлозы, гемицеллюлозы до лигнина, который показывает лишь небольшую степень ориентации, вероятно, вызванную структурными ограничениями.

•

Заключение

Вероятно, это распределение ориентации необходимо учитывать для лучшего предсказания свойств поперечной клеточной стенки. Доступные для влаги области также выровнены параллельно в волокнах целлюлозы, что объясняет его высокую влагостойкость. Лигнин удивительно неактивен в передаче напряжения во вторичной стенке. Возможно, это может быть связано с функцией лигнина, обеспечивающей сжимающее, гидростатическое сопротивление в чечевицеобразных промежутках между фибриллами при продольном растяжении волокна. Это знание ультраструктурных свойств древесных полимеров, представленное здесь, позволяет лучше понять свойства клеточных стенок.

Введение

Древесина является одним из самых распространенных биоматериалов на земле. В течение миллионов лет деревья приспосабливались к окружающей среде, чтобы противостоять невероятно разнообразным условиям, в то время как основная функция ствола дерева — выступать в качестве прочного поддерживающего материала и служить транспортным механизмом и хранилищем питательных веществ живого дерева. . В структурном построении волокон дерево развило адаптивные функции, позволяющие справляться с различными условиями, такими как дифференциация в различные формы реактивной древесины. На уровне клеточной стенки ее структурное устройство служит одновременно прочным и пластичным материалом в условиях от низких до высоких температур, при наличии влаги в ее системе. Расположение таково, что свойства, которые существуют в разных направлениях, максимизируются, чтобы они соответствовали требованиям дерева, при этом имея возможность адаптироваться к изменяющейся среде, не оказывая отрицательного влияния на долгосрочную работу конструкции. Эта способность древесной структуры выдерживать суровые изменяющиеся условия создает трудности при использовании древесного материала, когда пытаются разрушить его волокна, чтобы извлечь из него различные строительные компоненты.

В настоящее время возрастает интерес к использованию строительных блоков стен из древесного волокна в качестве ресурса не только для производства энергии, но и для производства новых материалов в целях замены продуктов на основе ископаемого топлива. При использовании целлюлозы в качестве сырья для текстиля и пленок большим спросом пользуются производные на основе древесины. Существует также большой интерес к возможному использованию гемицеллюлозы в качестве барьерных пленок и лигнина в качестве недорогого источника сырья для производства углеродного волокна. Однако для разделения этих компонентов экономически целесообразным способом с хорошими свойствами требуется более глубокое понимание структурных особенностей клеточной стенки и ее организации.

Анизотропия клеточной стенки

Хорошо известно, что расположение фибрилл целлюлозы компенсирует сильно анизотропную структуру волокнистой стенки, см. рис. 1. Таким образом, в целом продольные упругие и прочностные свойства значительно превышают характеристики в поперечные направления. Однако, поскольку второстепенные слои стенок S ₁ и S ₃ имеют фибриллы под большими углами, клеточная стенка обладает высоким уровнем устойчивости к трубчатому давлению. Благодаря поперечному ламинату, который обеспечивает двойная ячеистая стенка, деревянная структура удивительно адаптируется к окружающей среде. Таким образом, относительное снижение свойств клеточной стенки при изменении температуры или влажности более или менее не зависит от ее состава (Ehrnrooth and Kolseth 19).86) и фибриллярный угол (MFA) (Salmén 2004) в нормальном диапазоне MFA. Это обеспечивает высокий уровень прочности древесной конструкции с точки зрения того, насколько хорошо она выдерживает сезонные изменения.

Рис. 1

Структура клеточной стенки, показывающая расположение различных древесных полимеров в стенке из волокон хвойной древесины S ₂ . Глюкоманнан тесно связан с фибриллами целлюлозы и неконденсированным лигнином, в то время как ксилан больше связан с конденсированным лигнином (Ruel and Joseleau 2005; Salmén 2005)

Увеличенное изображение

Тем не менее наше понимание структурной организации древесных полимеров в различных слоях клеточных стенок на ультраструктурном уровне еще не раскрыто в полной мере (Salmen 2004, 2005). Это становится очевидным при попытке смоделировать свойства древесины на основе понимания свойств полимера и их ультраструктурного расположения. Хотя свойства в продольном направлении, в том числе эффекты размягчения влагой, были зафиксированы очень хорошо (Бергандер и Салмен, 2002; Салмен, 2004), свойства вдоль оси волокна значительно различаются по сравнению с экспериментальными измерениями. Уточнение структуры клеточной стенки, достигнутое за счет введения переходных слоев между S ₁ и S ₂ , показывает несколько улучшенную аппроксимацию свойств в продольном направлении (Wang et al. 2013, 2014), хотя расхождение между измеренными и рассчитанными свойствами в поперечном направлении волокон все еще велико, поскольку видно на рис. 2. В поперечном направлении свойства матричных полимеров in situ оказывают большее влияние; они добавляют к этой неопределенности, поскольку данные об их свойствах in situ все еще отсутствуют.

Рис. 2

Модуль поперечной упругости волокна в зависимости от угла фибриллы целлюлозы в слое S ₂ , показывающий влияние ориентации матричного полимера (Bergander and Salmén 2002) и межслойной структуры клеточной стенки (Wang et al. 2013) в сравнении к экспериментальным данным (Bergander and Salmén 2000)

Изображение в полный размер

Таким образом, необходимо учитывать фактическую ориентацию различных древесных полимеров в основной клеточной стенке (стенке S ₂ ) волокон. Эту организацию также следует понимать в связи с образованием клеточной стенки во время роста. В процессе формирования клеточной стенки гемицеллюлозы откладываются одновременно с организацией микрофибрилл целлюлозы (Atalla et al. 19).93; Терашима и др. 2009). Следовательно, было показано, что существует высокая степень ассоциации и ориентации полимеров гемицеллюлозы параллельно микрофибриллам целлюлозы (Page 1976; Åkerholm and Salmén 2001; Stevanic and Salmén 2009; Simonović et al. 2011; Salmén et al. 2012). Однако, хотя гемицеллюлозы ориентированы так же, как и фибриллы целлюлозы, степень их ориентации гораздо ниже, чем у целлюлозы (Салмен и др., 2012), см. рис. 3. Это не так уж удивительно, поскольку целлюлоза кристаллизуется непосредственно из розеточных образований, а гемицеллюлозы откладываются впоследствии. Степень ориентации, которая была измерена, ясно указывает на то, что гемицеллюлозы проявляют анизотропные свойства.

Рис. 3

Полярная диаграмма (от 0 ^o до 90 ^o ) абсолютного поглощения пиков, характерных для ксилана, глюкоманнана и целлюлозы, в волокнах древесины ели (Salmén et al. 2012). Пик целлюлозы 1160 см ^-1 ориентирован вдоль молекулы, тогда как пик 1460 см ^-1 ксилана и пики 810 см ^-1 глюкоманнана ориентированы поперек полимерных цепей. В последнем случае более высокое поглощение в направлении 90 ^o , чем в направлении 0 9Направление 1004 o указывает на ориентацию полимера 0 ^o . Пунктирная линия указывает на случай полностью изотропной ориентации Марк 1967). Однако, учитывая отложение лигнина в пространствах, оставшихся в клеточной стенке, когда целлюлоза и гемицеллюлозы уже структурированы в линзовидно-пористую структуру (Boyd 1982), можно ожидать, что эта структура будет навязывать или ограничивать свою организацию (Terashima 1990; Jurasek 1998). Действительно, Atalla and Agarwal (1985) продемонстрировали, что ароматическое кольцо лигнина имеет ориентацию, параллельную поверхности клеточной стенки, то есть в тангенциальном направлении стенки волокна. Недавние измерения показывают, что лигнин во вторичной стенке может проявлять некоторую степень ориентации в направлении продольных волокон, хотя и не в такой степени, как углеводы (Åkerholm and Salmén 2003; Stevanic and Salmén 2009).; Олссон и др. 2011 г.; Симонович и др. 2011 г.; Салмен и др. 2012). Соответственно, можно также считать, что лигнин проявляет анизотропные свойства в стенке S ₂ . В отличие от такого расположения, неудивительно, что при изучении ориентации лигнина в области средней пластинки, которая не налагает структурных ограничений, ориентация лигнина вообще не обнаруживается, см. рис. 4 (Salmén et al. 2012). Этот среднепластинчатый лигнин предположительно формируется без ограничений из окружающей структуры и будет более или менее напоминать самоорганизующуюся структуру лигнина.

Рис. 4

Полярный график (от 0 ^o до 90 ^o ) поглощения (1508 см ^-1 ) лигнина средней пластинки и лигнина вторичной стенки (Salmén et al. 2012). Лигнин вторичной стенки демонстрирует небольшую степень ориентации, в то время как лигнин средней пластинки полностью изотропен. Пунктирная линия указывает на случай полностью изотропной ориентации

Изображение в натуральную величину

Свойства целлюлозы

Структура целлюлозы в клеточной стенке во многом определяется биологическим процессом, создающим структуру целлюлозы, которая не является термодинамически самый стабильный. Ясно, что образование фибрилл целлюлозы розетками в клеточной стенке и последующее немедленное образование частично кристаллической фибриллы, вызванное присутствием гемицеллюлоз (галактоглюкоманнанов хвойных), имеет важное значение (Terashima et al. 19).93). С помощью этого процесса формируется фибрилла ² целлюлозы I размером от 3 до 4 нм. Эти отдельные фибриллы затем далее собираются в агрегаты (Larsson et al. 1997; Wickholm et al. 1998) с широким распределением по размерам, шириной примерно до 30 нм (Bardage et al. 2004), обладающие двояковыпуклой структурой (Boyd 1982). ). Поверхности всех этих фибрилл, вероятно, все еще покрыты глюкоманнаном, тогда как оставшиеся пространства последовательно заполняются матрицей из ксилана и лигнина (Terashima et al. 2009).).

Хотя углеводы очень гигроскопичны, увеличение содержания влаги не оказывает большого влияния на механические свойства волокна (Salmén 2004). Хорошо известно, что влага не может получить доступ к кристаллическим областям целлюлозы, поэтому их структурное расположение в структуре фибрилл должно иметь большое значение. Исследования молекулярной деформации (Сальмен и Бергстрем, 2009) ясно показали, что гигроскопически доступные области углеводов в основном расположены параллельно кристаллическим областям целлюлозы, см. рис. 5. Большинство доступных областей существует на поверхности фибрилл. Возможные неупорядоченные, доступные влаге области, вероятно, распределены по разным фибриллам таким образом, что они перекрываются кристаллическими областями внутри агрегата целлюлозы. Это объясняет, почему снижение жесткости доступных углеводов за три десятилетия проявляется только в виде 10-процентного снижения продольной жесткости древесных волокон (Salmén 2004).

Рис. 5

Структура волокон целлюлозы, показывающая распределение областей кристаллической и доступной для влаги целлюлозы. Структуру можно рассматривать либо как параллельное расположение кристаллических и доступных областей, представляющих ситуацию одинакового напряжения, либо как последовательное расположение компонентов, представляющее ситуацию одинакового напряжения. Исследования молекулярной деформации с использованием ИК-Фурье показали, что первое расположение преобладает в древесных и целлюлозных волокнах (Сальмен и Бергстрем, 2009 г.).)

Изображение в натуральную величину

Хорошо известно, что в процессе варки целлюлозы дальнейшее увеличение агрегации фибрилл целлюлозы происходит вследствие потери ограничивающих спейсеров среди фибрилл (Duchesne and Daniel 2000; Duchesne et al. 2001; Халт, 2001; Халт и др., 2001; Молин, 2002; Фален и Салмен, 2003). Размягчение компонентов, которое происходит при высоких температурах варки, также уменьшает ограничения на агрегацию свободных поверхностей целлюлозы, что схематично показано на рис. 6 (Fahlén and Salmén 2003). Следовательно, степень агрегации зависит от удаляемой гемицеллюлозы (Salmén 2005), степени удаления и тепловых условий во время таких процессов.

Рис. 6

Структура агрегатов целлюлозы, указывающая на увеличение размера агрегатов целлюлозы в результате экстракции глюкоманнана. Увеличенный размер является результатом большей площади контакта между агрегатами/фибриллами, что позволяет в среднем рассматривать более крупные агрегаты в поперечном сечении как можно большую удельную площадь поверхности, а это означает, что следует попытаться достичь наименьшего среднего размера заполнителя целлюлозы. Поэтому, поскольку агрегация целлюлозы, происходящая при варке целлюлозы, приводит к менее доступному целлюлозному компоненту, т.е. целлюлозе с уменьшенной удельной поверхностью, это было бы нежелательно в отношении разборки структуры волокна на ценные биопродукты. Кроме того, это негативно влияет на прочностные свойства волокон целлюлозы, что приводит к снижению свойств на разрыв из-за увеличения размера агрегатов целлюлозы (Larsson and Salmén 2014).

Свойства лигнина

Лигнин играет важную роль в структурной сборке клеточной стенки (Terashima et al. 2009). Обычно считается, что лигнин обеспечивает сопротивление сжимающим силам в конструкции, о чем свидетельствует его увеличивающаяся концентрация в «сжатой древесине», где дерево реагирует, увеличивая свою способность выдерживать большие сжимающие силы. Из-за несколько меньшей гидрофильности лигнина по сравнению с углеводами также вероятно, что он способствует водостойкости структуры, помогая сохранять клеточную стенку как единую структуру. Степень механического взаимодействия лигнина с другими компонентами древесины до сих пор полностью не выяснена. Существование ковалентных связей между лигнином и гемицеллюлозами (LCC) уже давно обсуждается, но их присутствие в древесине кажется очевидным, по крайней мере, в определенной степени (Lawoko et al. 2005), хотя можно ожидать, что увеличение этих связей приведет к происходят во время варки целлюлозы (Iversen and Wännström 1986). Степень этих связей может обсуждаться, по крайней мере, с точки зрения полимера, поскольку лигнин предположительно демонстрирует переход в стеклообразное состояние независимо от других компонентов (Olsson and Salmén 1997), что указывает на структуру матрицы с лигнином и гемицеллюлозами, действующими как отдельные компоненты. Что касается полимерных свойств, то способность действовать как отдельные компоненты основана на способности полимерных цепей действовать сообща, демонстрируя поведение, характерное для изолированного материала. Обычно считается, что для этого требуется объем полимера диаметром примерно от 5 до 15 нм (Каплан 19).76), пространство, которое можно считать возможным, если учесть более длинное направление чечевицеобразных промежутков между фибриллами целлюлозы. С другой стороны, исследования показывают, что в клеточной стенке вполне могут присутствовать различные типы лигнина (Lawoko et al. 2005; Ruel and Joseleau 2005), см. рис. 1. Следовательно, вполне может быть, что одна из этих фракций может быть более тесно перемешан с одной из гемицеллюлоз и, следовательно, иметь общую точку размягчения при более низкой температуре или содержании влаги, чем та, которая обычно обнаруживается для лигнина. Такая совместная структура гемицеллюлозы и лигнина может подразумевать более сшитую сеть, стабилизирующую сборку клеточной стенки.

При такой смешанной структуре древесных полимеров в клеточной стенке можно предположить, что конструкция разработана для максимального использования воспринимающей нагрузки способности компонентов, чтобы быть экономически наиболее выгодной для структуры дерева. До сих пор исследования на микроуровне, касающиеся переноса напряжения при нагрузке на древесные волокна, не смогли продемонстрировать, вносит ли лигнин большую роль. Рамановские и ИК-Фурье измерения деформации напряжения в лигнине оказались безуспешными для обнаружения напряжения молекулы лигнина даже при очень высоких нагрузках на сами молекулы целлюлозы (Gierlinger et al. 2006; Salmén and Bergström 2009).). Здесь можно было бы поспорить о пригодности самого метода, т. е. достаточно ли чувствительности структуры лигнина для того, чтобы хотя бы наблюдать напряжения на связях в ароматическом кольце. Однако при исследовании структуры первичной стенки, в которой лигнин играет более доминирующую роль в организации клеточной стенки, можно увидеть деформацию в молекуле лигнина, обнаруженную при расщеплении вибрации 1510 см ^-1 в динамическом FTIR. -спектр (рис. 7) (Сальмен и Олссон, 2014 г., неопубликованная работа). Следовательно, когда лигнин участвует в переносе напряжения, напряжение связей в структуре ароматического кольца явно проявляется, хотя оно и не столь отчетливо, как при деформациях целлюлозы, примером которых является деформация изгиба С–ОН при 1425 см ⁻¹ (Хинтерштойссер и др. , 2001). На вопрос, почему такой деформации не наблюдается при растяжении вторичной клеточной стенки, ответить нелегко. Волнообразная структура фибрилл/агрегатов целлюлозы может быть интерпретирована как сетчатая структура, если предположить, что фибриллы могут действовать как поперечные связи между агрегатами. Если это так, то структуру можно интерпретировать как сотовую структуру. Матрица из лигнина/гемицеллюлозы, заполняющая пространство между агрегатами целлюлозы, может более или менее выполнять функцию обеспечения сопротивления сжатию во время деформации в этой сотовой структуре (рис. 8). Таким образом, лигнин находится под гидростатическим напряжением, напряжение, которое не обязательно может быть обнаружено с помощью FTIR или рамановской спектроскопии.

Рис. 7

Динамические FTIR-спектры отслоенных мелких частиц (первичная стенка) волокон механической целлюлозы, показывающие синфазные и противофазные компоненты в зависимости от волнового числа в интервале от 1800 до 1200 см ⁻¹ при относительной влажности 0 % и при 25 °C. Расщепленный пик изгибной вибрации C–OH целлюлозы при 1425 см ^-1 отражает деформацию целлюлозы, в то время как расщепленный пик ароматического кольца лигнина при 1510 см ^-1 указывает на вклад напряжения от лигнина

Изображение полного размера

Рис. 8

Структура агрегатов целлюлозы, показывающая напряжение сети агрегатов целлюлозы, что указывает на сопротивление сжатию лигнин/гемицеллюлозной матрицы. Эллиптические пространства среди агрегатов целлюлозы имеют отношение длины к ширине около 2 и меньший диаметр по эллипсу от 5 до 10 нм

Изображение в натуральную величину Древесные волокна представляют собой сильно перемешанный композиционный материал, в котором очень подробная структура еще полностью не изучена. Свойства гемицеллюлозы и лигнина в значительной степени влияют на свойства поперечного волокна. Кроме того, тот факт, что эти полимеры не обладают изотропными свойствами в S ₂ необходимо учитывать стену. Целлюлоза, безусловно, является наиболее важным компонентом, когда речь идет о воздействии на свойства клеточной стенки. Кроме того, очевидно, что доступные зоны в основном расположены параллельно кристаллическим областям целлюлозы, что приводит к очень слабой зависимости свойств клеточных стенок от влаги. Агрегация и агрегатные структуры микрофибрилл целлюлозы имеют значение для свойств пульпы и способности легко разрушать структуру клеточной стенки. Тот факт, что лигнин участвует в переносе напряжения в клеточной стенке в такой низкой степени, удивителен и требует лучшего понимания.

Ссылки

• Окерхольм М., Салмен Л. (2001) Взаимодействия между древесными полимерами, изученные с помощью динамической ИК-Фурье-спектроскопии. Полимер 42:963–969

  Артикул Google ученый

• Åkerholm M, Salmén L (2003) Ориентированная структура лигнина и его вязкоупругие свойства изучены с помощью статического и динамического FT-IR. Holzforschung 57:459–465

  Статья Google ученый

• Atalla RH, Agarwal UP (1985) Рамановский микрозонд свидетельствует об ориентации лигнина в клеточных стенках нативной древесной ткани. Наука 227:636–639

  CAS пабмед Статья Google ученый

• Atalla RH, Hackney JM, Uhlin I, Thompson NS (1993)Гемицеллюлозы как регуляторы структуры при агрегации нативной целлюлозы. Int J Biol Macromol 15:109–112

• Bardage S, Donaldson L, Tokoh C, Daniel G (2004) Ультраструктура клеточной стенки небитых поверхностей волокон целлюлозы ели европейской. Nordic Pulp Pap Res J 19:448–452

  CAS Статья Google ученый

• Бергандер А., Салмен Л. (2000) Модуль поперечной упругости стенки из натурального древесного волокна. J Pulp Pap Sci 26:234–238

  CAS Google ученый

• Bergander A, Salmén L (2002) Свойства клеточных стенок и их влияние на механические свойства волокон. J Mater Sci 37: 151–156

  CAS Статья Google ученый

• Boyd JD (1982) Анатомическое объяснение вязкоупругой и механосорбционной ползучести древесины и влияние скорости нагрузки на прочность. В: Баас П. (ред.) Новые перспективы в анатомии дерева. Martinus Nijhoff/Dr W Junk, Publishers, La Hague, стр. 171–222

  Chapter Google ученый

• Duchesne I, Daniel G (2000) Изменения в ультраструктуре поверхности волокон ели обыкновенной во время варки сульфатной целлюлозы — визуализация с помощью автоэмиссионного электронного электронного микроскопа. Nordic Pulp Pap Res J 15:54–61

  КАС Статья Google ученый

• Duchesne I, Hult E-L, Molin U, Daniel G, Iversen T, Lennholm H (2001) Влияние гемицеллюлозы на агрегацию фибрилл волокон крафт-целлюлозы, выявленное методами FE-SEM и CP/MAS13C-NMR. Целлюлоза 8:103–111

  CAS Статья Google ученый

• Ehrnrooth EML, Kolseth P (1986) Механическое размягчение отдельных волокон древесной массы». В: Бристоу Дж. А., Колсет П. (ред.) Структура и свойства бумаги. Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк, стр. 27–50

  Google ученый

• Fahlén J, Salmén L (2003) Структура поперечного сечения вторичной стенки из древесных волокон под воздействием обработки. J Mater Sci 38:119–126

  Статья Google ученый

• Гирлингер Н., Шваннингер М., Райнеке А., Бургерт И. (2006) Молекулярные изменения при растяжении отдельных древесных волокон с последующей рамановской микроскопией. Биомакромолекулы 7:2077–2081

  КАС пабмед Статья Google ученый

• Хинтерстойссер Б., Окерхольм М., Салмен Л. (2001) Влияние ориентации волокон в динамическом FTIR-исследовании нативной целлюлозы. Carbohydr Res 334:27–37

  CAS пабмед Статья Google ученый

• Hult E-L (2001) CP/MAS 13C-ЯМР-спектроскопия в применении к изучению структуры и взаимодействия волокон древесины и целлюлозы. Кандидат наук. диссертация, Химия и технология целлюлозы и бумаги, Королевский технологический институт KTH, Стокгольм

• Халт Э.Л., Ларссон П.Т., Иверсен Т. (2001)Агрегация волокон целлюлозы — неотъемлемое свойство крафт-целлюлозы. Полимер 42:3309–3314

  CAS Статья Google ученый

• Iversen T, Wännström S (1986) Лигнин-углеводные связи в остаточном лигнине, выделенном из сосновой крафт-целлюлозы. Хольцфорс 40: 19–22

  CAS Статья Google ученый

• Jurasek L (1998) Молекулярное моделирование стенок волокон. J Pulp Pap Sci 24:209–212

  CAS Google ученый

• Каплан Д.С. (1976) Отношения структура-свойство в сополимерах к композитам: Молекулярная интерпретация явления стеклования. J Appl Pol Sci 20:2615–2629

  CAS Статья Google ученый

• Ларссон П. Т., Салмен Л. (2014) Влияние надмолекулярной структуры целлюлозы на прочностные свойства целлюлозы. Holzforschung Опубликовано в Интернете. DOI 10.1515/hf-2013-0226

• Larsson PT, Wickholm K, Iversen TA (1997) CP/MAS 13C ЯМР исследование молекулярного упорядочения в целлюлозе. Carbohydr Res 302:19–25

  CAS Статья Google ученый

• Лавоко М., Хенрикссон Г., Геллерстедт Г. (2005) Структурные различия между лигнин-углеводными комплексами, присутствующими в древесине и в целлюлозе. Биомакромолекулы 6:3467–3473

  CAS пабмед Статья Google ученый

• Марк Р.Э. (1967) Механика клеточной стенки трахеид. Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен

  Google ученый

• Molin U (2002) Прочностные характеристики пульпы — влияние углеводного состава, молекулярной массы и кристаллической структуры. Кандидат наук. диссертация, Королевский технологический институт KTH, Стокгольм

• Олссон А.М., Салмен Л. (1997) Влияние состава лигнина на вязкоупругие свойства древесины. Nordic Pulp Pap Res J 12:140–144

  КАС Статья Google ученый

• Олссон А.М., Бьюрхагер И., Гербер Л., Сандберг Б., Салмен Л. (2011) Ультраструктурная организация полимеров клеточных стенок в древесине осины при нормальном и растяжении, выявленная с помощью поляризационной ИК-Фурье-микроспектроскопии. Планта 233:1277–1286

  CAS пабмед Статья Google ученый

• Страница DH (1976) Заметка о структуре клеточной стенки трахеид хвойных пород. Древесное волокно 7:246–248

  КАС Google ученый

• Ruel K, Joseleau J-P (2005) Отложение гемицеллюлозы и лигнина во время сборки вторичной клеточной стенки древесины. В: Entwistle KM, Walker JCF (eds) Семинар по гемицеллюлозам, 2005 г. Кентерберийский университет, Крайстчерч, стр. 103–113

  . Google ученый

• Салмен Л. (2004) Микромеханическое понимание структуры клеточной стенки. C R Биол 327:873–880

  ПабМед Статья Google ученый

• Салмен Л. (2005) Механическая деформация древесины – связь с ультраструктурой. В: Entwistle KM, Harris P, Walker JCF (eds) Мастерская по скомпрометированному дереву, 2007 г. Кентерберийский университет, Крайстчерч, стр. 143–157

  . Google ученый

• Salmén L, Bergström E (2009) Структурное расположение целлюлозы в связи со спектральными изменениями при растягивающей нагрузке FTIR. Целлюлоза 16:975–982

  Артикул Google ученый

• Salmén L, Olsson AM (2014) Неопубликованные результаты. Innventia, Box 5604, SE-11486 Стокгольм, Швеция

• Салмен Л., Олссон А.М., Стеваник Дж., Симонович Дж., Радотич К. (2012) Структурная организация древесных полимеров в структуре древесного волокна. Биоресурсы 7:521–532

  Google ученый

• Симонович Дж., Стеванич Дж., Джиканович Д., Салмен Л., Радотич К. (2011) Анизотропия полимеров клеточных стенок в ветвях лиственных и хвойных пород: поляризованное FTIR-исследование. Целлюлоза 18:1433–1440

  Артикул Google ученый

• Стеваник Дж., Салмен Л. (2009) Ориентация древесных полимеров в волокнах еловой древесины. Holzforschung 63: 497–503i

  CAS Статья Google ученый

• Terashima N (1990) Новый механизм образования структурно упорядоченной макромолекулы протолигнина в клеточной стенке ксилемы дерева. J Pulp Pap Sci 16:J150–J155

  КАС Google ученый

• Терашима Н. , Фукусима К., Хе Л.Ф., Такабэ К. (1993) Комплексная модель одревесневшей клеточной стенки растений в книге «Структура клеточной стенки корма и усвояемость». Американское общество агрономии, Мэдисон, Висконсин, стр. 247–270

  Google ученый

• Терашима Н., Китано К., Кодзима М., Йошида М., Ямамото Х., Вестермарк У. (2009)Наноструктурная сборка целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в среднем слое вторичной стенки трахеиды гинко. Дж. Вуд Наука 55: 409–416

  КАС Статья Google ученый

• Wang N, Liu W, Peng Y (2013) Зона постепенного перехода между слоями клеточной стенки и ее влияние на модуль упругости древесины. J Mater Sci 48: 5071–5084

  CAS Статья Google ученый

• Wang N, Liu W, Lai J (2014) Попытка смоделировать влияние постепенного перехода между слоями клеточной стенки на слои клеточной стенки на гидроупругие свойства клеточной стенки. J Mater Sci 49: 1984–1993

  CAS Статья Google ученый

• Wickholm K, Larsson PT, Iversen T (1998) Определение некристаллических форм в целлюлозе I с помощью CP/MAS 13C ЯМР-спектроскопии. Carbohydr Res 312:123–129

  CAS Статья Google ученый

Ссылки на скачивание

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Сфера деятельности Биопереработка, Innventia, Box 5604, SE-11486, Стокгольм, Швеция

   Lennart Salmén

Авторы

1. Lennart Salmén

   Посмотреть публикации автора

   PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за корреспонденцию

Леннарт Салмен.

Дополнительная информация

Обработка редактора: Жан-Мишель Лебан

Ключевое сообщение

«Показано, что в клеточной стенке древесины все древесные полимеры имеют ориентацию, параллельную фибриллам, убывающую по порядку; целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин.