Виды и качество сырья для получения нанопористых материалов

       Кора у большей части берёз белая, желтоватая, розоватая или красновато-бурая, у некоторых видов серая, коричневая или даже чёрная. Полости клеток пробковой ткани на стволах заполнены белым смолистым веществом — бетулином, который придаёт коре белую окраску. Внешняя часть — берёста — обычно легко отслаивается лентами. У старых деревьев нижняя часть ствола нередко покрывается тёмной коркой с глубокими трещинами.

       Оси́на, или Оси́на обыкнове́нная, или То́поль дрожа́щий (лат. Pópulustrémula) вид лиственных деревьев из рода Тополь семейства Ивовые. Осина широко распространена в районах с умеренным и холодным климатом Европы и Азии.

       Распростронение. Встречается на границе леса и тундры, растёт в лесной и лесостепной зонах. Её можно встретить по берегам водоёмов, в лесах, по опушкам, изредка на сухих песках и вырубках, по оврагам, болотам и в горах; поднимается до верхней границе леса.

       Хорошо  растёт на различных почвах, образует чистые осинники и входит в состав смешанных лесов вместе с хвойными (сосной, лиственницей, елью) и лиственными(березой, ольхой, дубом). В степях из них образуются колонии – осиновые колки, растущие из отдельной рассады и размножающиеся посредством побегов корневой системы; новые стебли в колонии могут появиться на расстоянии до 30—40 метров от родительского дерева. Некоторые колонии становятся очень большими со временем, распространяясь со скоростью приблизительно метр в год, в конечном счете занимая несколько гектаров. Они способны пережить лесные пожары, поскольку корневая система расположена глубоко под землёй.

       Распространена  по всей территории России. За пределами России распространена в Казахстане, Крыму, Европе, Китае, Монголии, на полуострове Корея.

       Значение  и применение. Используют для озеленения населённых пунктов как быстрорастущее дерево.

       Кору  применяют для дубления кожи. Она служит для получения жёлтой и зелёной краски.

       С цветков осины пчёлы собирают пыльцу, а с почек — клей, который перерабатывают в прополис.

       Идёт  на постройку домов, используется как кровельный материал (в русском деревянном зодчестве дощечками из осины покрывали купола церквей), при производстве фанеры, целлюлозы, спичек, тары и прочее.

       Молодая поросль является зимним кормом для лосей, оленей, зайцев и других млекопитающих. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2 Плотность

       Плотность. Это свойство характеризуется массой единицы объёма материала, и имеет размерность в кг/м³ или г/см³.

       Плотность древесинного вещества p_д.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: p_д.в. = m_д.в. / v_д.в., где m_д.в. и v_д.в. - соответственно масса, г, и объем, см³, древесинного вещества.

       Этот  показатель равен для всех пород 1,53 г/см³, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.

       Плотность абсолютно сухой  древесины p₀ равна: p₀ = m₀ / v₀, где m₀, v₀ - соответственно масса и объём древесины при W=0%.

       Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).

       Относительный объём полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (v₀ - v_д.в.) / v₀ * 100, где v₀ и v_д.в. - соответственно объём образца и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

       Плотность влажной древесины: p_w = m_w / v_w, где m_w и v_w - соответственно масса и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от её влажности. При влажности W < W_пн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше W_пннаблюдается значительный рост плотности древесины.

       Парциальная влажность древесины p`<sub>w</sub> характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма влажной древесины:p`_w = m₀ / v_w, где m₀ - масса абсолютно сухой древесины, г или кг; v_w - объем, см³ или м³, древесины при данной влажности W.

       Базисная  плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца m₀ к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок V_max: p_Б = m₀ / v_max. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

       Величина  плотности древесины изменяется в очень широких пределах. Среди  пород России и ближнего зарубежья  древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (345), ива  белая (415), а наиболее плотную - самшит (1040), ядро фисташка (1100). Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м³).

       По  плотности древесины при 12% влажности породы делят на 3 группы: с малой (Р₁₂ < 540), средней (550 < P₁₂ < 740) и высокой(P₁₂ > 740) плотностью древесины.

       Показатель качества. Плотность характеризуется массой единицы объема материала и имеет размерность кг/м³ или г/см³. Это один из важнейших показателей качества древесины. Плотность влияет на многие физико-механические свойства древесного сырья, что дает возможность использовать ее при прочностной сортировке пиломатериалов. Отношение между плотностью и прочностью (в пределах одной породы) выражается вполне определенной математической зависимостью (степенной). Существование связи между различными физико-механическими свойствами позволяет при контрольных испытаниях ограничиваться лишь определением плотности и прочности при сжатии вдоль волокон, а далее использовать расчетные формулы.

       Однако  в европейских стандартах предусмотрена  другая характеристика, опосредованно связанная с плотностью, — прирост (средняя ширина слоев роста). Объясняется это тем, что измерения прироста, выполняемые при сортировке, существенно менее трудоемки, чем измерения плотности. Некоторые российские специалисты считают такой подход не вполне корректным, потому что нет однозначной связи между приростом и физико-механическими свойствами древесины. Тем не менее, Центр по экспертизе и стандартизации «Лесэксперт» предложил для опытного внедрения инструкцию, устанавливающую классификацию качества лесоматериалов одной породы по признаку «прирост». Почему необходима такая классификация? Дело в том, что плотность и другие физико-механические свойства довольно заметно разнятся не только у различных пород, но и у деревьев одной и той же породы. Плотность древесины одной породы зависит от места произрастания деревьев (климатических и почвенных условий), от плотности насаждений и т. д. Агрохимические мероприятия, ускоряющие рост дерева при искусственном воспроизведении, снижают плотность древесины. Даже в пределах одного ствола плотность древесины разных его частей может различаться. Плотность убывает от комля к вершине, от коры к центру ствола. Поэтому данные, которые приводятся в различных источниках, - усредненные, часто они также имеют указание о месте, из которого происходит древесина.

       Поскольку плотность древесины существенно  зависит от се влажности, в справочниках приводятся значения, измеренные при нормализованной (стандартной) влажности — 12%. Кроме этого значения можно встретить плотность абсолютно сухой древесины (ρ₀) и базисную плотность (ρ_б). 
 

       Классификация пород по плотности

       Значения плотности разных пород древесины отличаются весьма существенно. По плотности древесины при стандартной влажности породы принято делить на три группы:

       –             породы с малой плотностью (540 кг/м³ и менее): из хвойных — сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный; из лиственных — тополь (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский, бархат амурский;

       –             породы средней плотности (540-740 кг/м³): из хвойных — лиственница (все виды), тис; из лиственных — береза повислая, пушистая, черная и желтая; бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский; ильм, карагач, клен (все виды), лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский;

       –             породы высокой плотности (750 кг/м³ и выше): акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, гикори белый, граб, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, самшит, фисташка, хмелеграб.      

         Среди иноземных пород имеются  такие, древесина которых имеет как очень малую плотность (бальса — 120 кг/ м³), так и очень высокую (бакаут — 1300 кг/м³).

       В таблицах Государственной системы  стандартных справочных данных (ГСССД), издаваемых Госстандартом России («Древесина. Показатели физико-механических свойств малых образцов без пороков»), приводятся более подробные сведения о плотности древесины с указанием вида древесной породы и района ее произрастания.

       Плотность коры исследована гораздо меньше, чем древесины. Имеющиеся данные отличаются большой пестротой. 
Сравнение этих данных со средней плотностью древесины при стандартной влажности показывает, что плотность коры сосны на 30-35% больше, чем древесины, ели – на 60-65%, а березы - на 15-20%.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3 Прочность древесины

       Древесина вследствие волокнистого строения отличается высокой прочностью при растяжении и сжатии вдоль волокон и значительно  меньшей — поперек волокон. У  хвойных пород предел прочности  при сжатии вдоль волокон в  10-12 раз больше, чем поперек, а у лиственных — в 5-8 раз. Механическая прочность древесины в значительной степени зависит от объемной массы; с увеличением объемной массы древесины повышается прочность.

       Прочность зависит от влажности — с повышением влажности она уменьшается. На прочность древесины оказывает влияние лишь изменение количества гигроскопической влаги. При повышении влажности выше точки насыщения волокон прочность древесины практически не уменьшается.

       Прочность древесины характеризуется пределом прочности, т.е. напряжением, равным отношению наибольшей нагрузки, предшествовавшей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения. Деформация древесины может быть различной не только в зависимости от величины действующих сил, но и от продолжительности их воздействия. Так, при кратковременном воздействии определенной силы деформация может быть упругой, а при длительном воздействии той же силы — остаточной и тем большей, чем длительное воздействие.

       Во  многих деревянных конструкциях древесина  работает на сжатие, смятие, скалывание, изгиб и реже на растяжение как вдоль, так и поперек волокон. В связи с этим древесину испытывают, главным образом, на сжатие вдоль и поперек волокон, на скалывание и изгиб.

       Прочность древесины при сжатии вдоль волокон. Это одно из важных механических свойств древесины. Сопротивление сжатию вдоль волокон составляет значительную величину и колеблется у различных пород от 40 до 60 МПа при стандартной влажности 12% и от 20 до 40 МПа при влажности выше 30%. Сжатие древесины вдоль волокон имеет важное значение при использовании ее для мебели, свай, стоек, стропильных ферм и т. д.

       Предел  прочности о ₁₂, Па, вычисляют по формуле О_ц * Pab. Здесь Р — максимальное разрушающее усилие, Н; а и b — ширина и толщина образца, м.

       Прочность древесины при сжатии поперек волокон. При сжатии древесины поперек волокон в зависимости от породы и направления сжатия (радиального, тангентального) деформация может быть равномерной — однофазной и неравномерной — трехфазной. В последнем случае при испытании вначале наблюдается повышение напряжений и деформации (фаза), затем прирост напряжений почти прекращается и наблюдается только увеличение деформации образца (фаза), далее напряжения начинают возрастать (фаза). Вследствие наличия пофазной деформации испытания на сжатие поперек волокон ведут с регистрацией как усилий, так и величин деформации. За условный предел прочности при сжатии поперек волокон принимают напряжение, соответствующее пределу пропорциональности, т.е. максимальное значение напряжения на прямолинейном участке диаграммы. Условный предел в 6-10 раз меньше чем при сжатии вдоль волокон.