Struktura a vlastnosti dřeva – Znalostní báze TECHNONICOL

Dřevěné materiály se pro stavbu používají díky své pevnosti, snadnému zpracování, nízké tepelné vodivosti a odolnosti vůči změnám teplot. Dřevěné suroviny však mají nevýhody: absorbují vlhkost, mění velikost, praskají a deformují se. Povíme si, jak struktura dřeva ovlivňuje jeho vlastnosti, která část kmene se volí pro řezivo, odkud se bere vůně starého papíru a který jehličnatý strom je považován za nejtrvanlivější.

Makroskopická struktura dřeva

Uvažujme strukturu dřeva na makroskopické a mikroskopické úrovni. To vám pomůže pochopit jeho základní vlastnosti, které ovlivňují chování řeziva.

Strom se skládá z kořene, kmene, koruny. Hlavní částí je kufr. Jeho struktura je zkoumána v řezu:

Kůra je vnější obal kmene, který se skládá z floému, korkové tkáně a mrtvých buněk. Kůra chrání strom před škůdci, infekcemi, přehřátím a mechanickým poškozením.

Bast (floém) – tmavě hnědá tkáň, která se nachází těsně pod kůrou. Jedná se o měkkou a flexibilní vrstvu, ze které se vyrábí proutěné boty, tašky, košíky a řemesla. V drcené formě se používají v lékařství. Méně odolné než dřevo, náchylnější ke smrštění, a proto se nehodí pro výrobu nábytku.

Cambium – vrstva tkaniny mezi lýkem a bělí. Celková tloušťka je 0,15–0,6 mm, u jehličnanů může dosáhnout 5 mm. Kambium produkuje nové buňky. Zodpovědný za každoroční růst letokruhů: díky němu kmen roste do tloušťky.

Dřevo (bělové dřevo) – tvrdá část kmene mezi floémem a jádrem s jádrem. Skládá se z buněk, které tvoří dlouhé válcovité útvary – nádoby. Jejich prostřednictvím se voda a užitečné minerály přenášejí z kořenů do listů. Hlavní stavební řezivo je řezané z bělového dřeva.

Jádro a jádro – střední část kmene, sestávající z nejranějších vrstev. Může být tmavší a volnější než vnější vrstvy. Hlavním úkolem jádra je ukládat živiny: škrob, oleje, třísloviny.

Příčný řez kmenem ukazuje počet růstových prstenců, které se skládají ze dvou vrstev:

• brzké jaro),
• pozdní léto).

Rané – lehké, skládá se z velkých tenkostěnných buněk. Pozdější je tmavší barvy a skládá se ze silnostěnných malých buněk.

Tvar kmene je ovlivněn druhem stromu a prostředím: může být rovný, hladký, úzký, široký, rozvětvený.

Místo, kde se kmen setkává s kořenem, se nazývá tupá část nebo pažba. Tato dřevěná část byla ceněna pro svou zvýšenou pevnost: za starých časů se z ní vyráběly domácí potřeby a stavební prvky.

Mikroskopická struktura dřeva

Zobrazuje strukturu na mikroskopické úrovni. Hlavní složky mikrostruktury dřeva:

• konstrukční prvky,
• tracheidy a cévy,
• radiální tkáň,
• kambium,
• krystalické inkluze.

Konstrukční prvky. Dřevo se skládá z tenkých dlouhých vláken s tuhou strukturou: to je hlavní mechanická podpora stromu.

Tracheidy a cévy. Kanály, kterými se vlhkost a živiny pohybují dřevem. Jehličnaté tracheidy jsou úzké, tenké, dlouhé buňky umístěné jedna po druhé. Cévy opadavých rostlin jsou širšího kratšího tvaru a vznikají srůstem velkých buněk.

Radiační tkáň. Paprsky jsou válcové struktury umístěné kolmo k vláknu. Jsou tvořeny skupinami protáhlých buněk a hrají důležitou roli při transportu živin po kmeni.

Cambium. Vrstva oddělujících buněk, která je zodpovědná za růst a tvorbu letokruhů. Nachází se mezi bělí a kůrou.

Krystalické inkluze. Struktura dřeva může obsahovat krystalické inkluze: krystaly celulózy, šťavelan vápenatý a další minerály.

Mikrostruktura se může u různých druhů stromů lišit. Je ovlivněn růstem a podmínkami prostředí. Studium mikroskopické struktury umožňuje lépe porozumět fyzikálním, mechanickým, chemickým vlastnostem dřevních surovin a aplikovat tyto znalosti v lesnictví, stavebnictví, umění a každodenním životě.

Chemické složení dřeva

Chemické složení dřevěných materiálů – organické sloučeniny v buňkách:

• celulóza,
• lignin,
• hemicelulóza,
• extraktivní látky,
• popel.

Celulóza. Hlavní složka dřevěného vlákna, celulóza. Tvoří 40-50 % dřevní hmoty, asi 20 % kůry. Celulóza je polymer glukózy zodpovědný za pevnost a strukturu. Má vláknitou strukturu a nerozpouští se ve vodě.

lignin. Heterogenní aromatický polymer, který tvoří 25-35% hmoty jehličnatého dřeva. Zodpovídá za tuhost a stabilitu dřevěné konstrukce: pevnost v tlaku je blízká pevnosti betonu. Spojuje celulózová vlákna dohromady. Díky němu buněčné membrány tvrdnou a lignifikují. Pro výrobu vysoce kvalitního papíru se lignin odděluje od celulózy, protože na vzduchu žloutne a papír oslabuje. Výjimkou jsou noviny, které jsou vyrobeny z levného papíru s ligninem. Listy novin proto časem ztrácejí barvu, žloutnou a objevuje se zápach starého papíru. To platí i pro staré knihy.

Hydrolyzovaný lignin se používá v lécích jako enterosorbent.

Hydrolyzovaný lignin v granulích

Hemicelulosa. Rostlinný polysacharid, který se skládá z glukanů, xylanů, mannanů, galaktanů, fruktosanů, arabinogalaktanů. Poskytuje dodatečnou pevnost, tvoří strukturu: zesíťuje jednotlivé celulózové fibrily.

extraktivní látky. Organické sloučeniny, které se izolují ze dřeva pomocí rozpouštědel. Jsou to oleje, pryskyřice, třísloviny, pigmenty, které mohou ovlivnit barvu, aroma a další vlastnosti dřeva.

Ash. Nízkotučné minerály, které se nepřepalují. Popel obsahuje vápník, draslík, sodík, hořčík, které ovlivňují vlastnosti dřevních surovin.

Chemické složení je ovlivněno typem stromu, stářím a podmínkami pěstování. Může se měnit během zpracování a použití materiálu v různých průmyslových odvětvích.

Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva

Mezi fyzikální vlastnosti patří:

• vlhkost,
• smršťování, otok,
• hustota
• pórovitost,
• tepelná vodivost,
• odolnost proti korozi.

Влажность. Podle množství vlhkosti ve struktuře řeziva se rozlišuje vlhké, čerstvě řezané, vzduchem suché a absolutně suché dřevo. O tom, proč je vlhkost pro řezivo důležitá a co ovlivňuje, jsme psali v článku Význam vlhkosti dřeva.

Smrštění, otok. Toto kolísání vlhkosti dřevních surovin, které mění její lineární rozměry a objem, vede k deformaci. Smrštění a bobtnání je ovlivněno vlhkostí a směrem růstu vláken.

Hustota. Jedná se o poměr hmotnosti k objemu dřeva, měřený v kg/m³. Měřeno při vlhkosti ne více než 14-15%. Listnaté a jehličnaté druhy jsou rozděleny do tří skupin podle hustoty:

Skupina hustoty

Hustota, kg / m³

Druhy stromů

smrk, borovice, topol, balza, jedle, cedr, jalovec, osika, vrba, lípa, olše, kaštan

modřín, bříza, buk, dub, javor, jasan, ořech, jeřáb, jablko, hruška, jilm, líska

akát, habr, železná bříza, jasan, keruing, buxus, pistácie, dubové dřevo

Pórovitost. Závisí na hustotě různých druhů dřeva. Jehličnany mají pórovitost 46–81 %, listnaté stromy mají pórovitost 32–80 %. Pokud se hustota zvýší, pórovitost se sníží.

Tepelná vodivost. Teplo je vedeno aktivněji podél vláken než přes ně. Například tepelná vodivost borovice podél vláken je 0,15 W/(m•K), napříč – 0,4 W/(m•K). Čím vyšší je hustota a vlhkost, tím vyšší je tepelná vodivost, protože množství vzduchu v konstrukci klesá. Z jehličnatých druhů má nejnižší tepelnou vodivost cedr – 0,095 W/(m•K). Cedrová struktura zadrží maximální množství tepla.

Odolnost proti korozi. Schopnost dřeva odolávat agresivnímu prostředí: slabým roztokům zásad, solí, organických a minerálních kyselin. Korozní odolnost jehličnanů je vyšší než u tvrdého dřeva.

Mechanické vlastnosti dřeva – pevnost, tvrdost, modul pružnosti, rázová houževnatost a další.

Zvláštní pozornost je věnována pevnosti dřevěného materiálu, jehož výkon bude ovlivněn směrem – podél nebo napříč vláken. Tento indikátor závisí na úhlu působení zatěžovací síly ve vztahu k vláknům, hustotě a druhu dřeva.

Meze pevnosti se měří:

• tažné podél vláken,
• při stlačení podél a napříč vlákny,
• se statickým ohybem,
• při řazení,
• při stříhání podél a napříč vlákny.

Modřín je považován za nejtrvanlivější jehličnatý druh. Nejnižší hodnoty má jedle.

Výběr konstrukčního systému

Vady dřeva

Vady dřeva jsou vady, které se vyskytují při pěstování dřeva nebo při skladování hotových materiálů. Třída řeziva závisí na počtu vad: 1,2,3,4. Normy pro vady jsou uvedeny v GOST 8486-86 „Jehličnaté řezivo. Technické podmínky“. Hotové výrobky (lněné výrobky) jsou standardizovány do tříd A, B, C, D.

Vhodnost materiálu pro stavbu je ovlivněna druhem vad, jejich umístěním ve struktuře dřeva, velikostí a účelem použití. Stejné nedostatky činí jeden dřevěný materiál nevhodným a snižují kvalitu pro ostatní. Například shnilé, zkažené, tabákové suky nejsou povoleny pro třídy A, B, pro třídu D – bez omezení při zachování celistvosti produktu.

Příklad třídy dřevěného obložení

Vady dřeva se dělí na vady ve struktuře kmene a na samotné dřevo.

Stromy s viditelnými defekty kmene jsou v místě řezu vyřazeny. Mezi takové vady kmene patří:

• stručnost,
• tvrdohlavost,
• zakřivení.

Konvergence – znatelné zúžení trupu od zadku k vrcholu. Odtok (snížení tloušťky) o 1 cm na 1 m se považuje za normální. Překročí-li úlet tuto hodnotu, je zaznamenána vada na kmeni. Plazení snižuje množství řeziva. Ve dřevě se nacházejí poškozená vlákna, která snižují jeho pevnost.

Motýl – zvětšení průměru spodní (zadní) části kmene. Může být kulatý nebo žebrovaný. Tato vada zvyšuje odpad a způsobuje příčné řezání v hotovém výrobku.

Zakřivení — deformace kmene na různých místech. Výrazné zakřivení neumožňuje použití řeziva pro stavbu.

Vady ve struktuře dřeva – odchylky od normální polohy vláken:

• sklon (šikmý),
• kudrnatost,
• seznam,
• feny,
• praskliny,
• plísňové infekce.

Sklon (šikmý) – neparalelní růst vláken v podélné rovině. Snižuje pevnost řeziva a ztěžuje zpracování. Zkřížené desky se s větší pravděpodobností zkroutí, když se změní úroveň vlhkosti.

Kudrnatost – extrémní projev křížového vrstvení, kdy jsou struktury dřeva uspořádány do vln nebo kudrlinek. Například kolem uzlů.

Kren – zakřivený růst prstenců. Mají různou tloušťku a rostou ve tvaru oblouku. Nejvíce patrné ve struktuře pokroucených stromů rostoucích pod úhlem. Na příčném řezu je zaznamenán posun jádra od středu k jedné ze stran kmene.

Uzly – nevyhnutelné, nejčastější vady. Jsou to místa, kde z kmene vyrůstají větve. Narušují rovnoměrnost povrchu a ohýbají vlákna (kudrlinky).

Během sušení řeziva se na rostoucím nebo pokáceném stromu mohou objevit praskliny. Narušují integritu desek, snižují počet vysoce kvalitních desek a snižují pevnost. Existuje několik typů trhlin: trhliny metické, mrazové, trhliny, trhliny způsobené smršťováním.

Plísňové infekce způsobují skupiny dřevokazných hub. Ovlivňují vzhled modrosti, hnědnutí, hniloby a tvorbu dutin v jádru a bělovém dřevě.

Co si musíte pamatovat o struktuře a vlastnostech dřeva

1. Hlavní části stromu jsou kořen, kmen a koruna. Při příčném řezu se kmen skládá z kůry, lýka, kambia, dřeva (bělového dřeva) a dřeně. Dřeňové paprsky sahají z dřeně do kůry. Přechod kořene do kmene se nazývá zadek.
2. Mikrostrukturu zanechávají cévy, paprsky, tracheidy – skupiny buněk různých tvarů, které rozvádějí vodu a živiny po celém stromě.
3. Chemické složení dřevních surovin je určeno celulózou, ligninem, hemicelulózou, extraktivními látkami a popelem. Hydrolytický lignin je součástí léčiv – střevních adsorbentů.
4. Fyzikální vlastnosti dřevěné konstrukce určují její vhodnost pro stavbu: hustota, vlhkost, smršťování, bobtnání, pórovitost.
5. Mezi mechanické vlastnosti patří tvrdost, modul pružnosti, rázová houževnatost a pevnostní charakteristiky. Z jehličnatých druhů má největší sílu modřín.
6. Vady dřeva ovlivňují kvalitu řeziva: čím více suků, prasklin a zkroucení, tím nižší je kvalita desky.

Pro truhlářské projekty se nehodí ledajaké dřevo. Pro zkušené truhláře to není žádné tajemství, ale začínající řemeslníci, zejména samouci, mají často zpočátku problém s výběrem materiálu. Tím trpí celková kvalita projektů a někdy se úplně vytrácí chuť pracovat se dřevem. Jde o to, že začátečníci se obvykle řídí dostupností a cenou materiálu, nikoli jeho fyzikálními vlastnostmi a kvalitou obrobku. A abyste se této časté chybě vyvarovali, prozradíme vám, jaké druhy dřeva se pro truhlářské práce hodí nejlépe a na co si ještě dát při nákupu řeziva pozor.

Co hledat bez ohledu na plemeno?

• snadno se opracovávají, ale vyžadují dokonalé naostření nástroje, protože vlákna se díky své nízké hustotě snadno mačkají a choulí při řezání nebo řezání,
• díky nízké tvrdosti snadno zůstávají na povrchu výrobků škrábance a jiné vady získané mechanicky,
• pryskyřice rychle otupuje nástroj a komplikuje zpracování,
• nemají příliš krásný (nebo spíše příliš nudný) přírodní vzor.

Jehličnaté dřevo má zároveň přirozenou biologickou stabilitu, a proto se aktivně používá ve stavebnictví. Pro truhlářství se ale mnohem lépe hodí tvrdé dřevo. Jsou odolnější proti opotřebení, z velké části lépe zpracované a zaujmou krásnou texturou.

Druhý důležitý bod se týká přímo výběru řeziva. Vzhledem k tomu, že vzhled hraje v truhlářství důležitou roli, měli byste při nákupu upřednostňovat vysoce kvalitní přířezy (0-1 nebo „A“) bez vad. Mimochodem, vady dřeva jsou poměrně četné a rozmanité. Mohou být buď přirozené (např. propletení vláken v důsledku obtížných podmínek růstu), nebo umělé (podélné trhliny) vzniklé nesprávnou přípravou materiálu. Více o typech a jaká je hlavní nevýhoda jednotlivých vad se dozvíte z našeho samostatného materiálu.

A posledním bodem je vlhkost. Pro truhlářství se používá pouze dřevo vysušené v sušárně. Chová se nejstabilněji, takže riziko, že se v hotovém výrobku objeví praskliny nebo deformace jednotlivých dílů, je minimální. Ideální hodnoty vlhkosti jsou 6-10%. Měli byste však pochopit, že dřevo je hygroskopický materiál a vlhkost bude v každém případě trochu „plavat“ a reagovat na změny v prostředí. Materiály sušicí v komoře však méně reagují na změny vlhkosti vzduchu, což znamená, že výrobky z nich se chovají stabilněji.

Jaké druhy dřeva lze použít pro truhlářství?

Pro truhlářství se nejlépe hodí tvrdé dřevo.

• Dub. Má krásnou texturu, vysokou pevnost vůči většině typů nárazů, je relativně snadno zpracovatelný, ale má tendenci se podél vláken odštěpovat. Díky své pórovitosti se dobře lepí a dobře drží spojovací prvky. Dub má také vysokou přirozenou odolnost vůči hnilobě díky taninům ve vláknech.
• Popel. Jeho mechanické vlastnosti jsou podobné dubu, ale má světlou barvu s méně výraznou texturou. Ručními nástroji se to docela obtížně zpracovává. Při sušení prakticky nepraská.
• Buk. Hustý, viskózní materiál. Vynikající ohýbání, lepení a držení spojovacích prvků. Dobře schne a téměř nepraská. Mezi nevýhody patří „nudná“ (ale zároveň rozpoznatelná) textura a vysoká hygroskopičnost – pevná látka aktivně absorbuje vlhkost, takže je vhodné pokrýt hotové výrobky olejem nebo lakem.
• Jilm. Jeho základní vlastnosti jsou podobné dubu. Má krásnou “pockmarked” texturu. V prodeji se vyskytuje zřídka, ale řemeslníci jej vysoce oceňují.
• javor klen). Existuje více druhů javoru, které se výrazně liší v základních vlastnostech. Pro tesařské práce je nejúspěšnější javor cukrový – hustotou převyšuje dub, ale roste v Severní Americe. Javor norský je nejběžnějším druhem v Rusku. Jeho dřevo je také docela odolné a krásné a dobře se hodí ke zpracování. Nejméně úspěšným druhem je javor jasanolistý – ten je ze všech odrůd nejměkčí, hustotou horší než lípa.
• Ořech (americký nebo vlašský) je velmi krásné, tmavé plemeno. Snadno se zpracovává a dobře se leští.
• Habr. Dřevo je pevné, husté, těžké, odolné proti nárazu a má vynikající impregnaci ochrannými a dekorativními sloučeninami. Dobře se zpracovává, ale aktivně se štěpí podél vláken.
• Bříza. Není považován za hodnotný materiál pro svou dostupnost a ne nejvýraznější texturu, ale dobře se maluje, díky čemuž se používá k napodobování vzácných a cenných plemen.
• Klen. Světle hnědé dřevo se zrnitými inkluzemi. Díky své jemné textuře vypadá dobře jak na velkých předmětech, tak na malých detailech. Hustotou a silou je podobný buku. Dokonale se opracovává jakýmkoliv nástrojem, dobře se leští, dobře drží spojovací prvky, ale po zaschnutí se podél vláken odštěpuje.
• Bílá akát. Jedno z nejhustších plemen nalezených v Rusku. Pro srovnání, hustota suché lípy je asi 500 kg/m3, dubu – až 690-700, akátu – 810. Je obtížně zpracovatelná, ale je vysoce leštěná a prakticky se neopotřebovává, proto se používá mj. jiné věci, na výrobu ručního truhlářského nářadí.
• Modřín. Jeden z mála jehličnanů ceněných v truhlářství. Je obtížně zpracovatelný kvůli velkému množství pryskyřice, ale má vynikající biostabilitu. Díky tomu se dřevo aktivně používá k výrobě dokončovacích panelů (včetně venkovní dekorace), schodů, dveří a okenních rámů.
• Olše. Měkké plemeno, které je však vysoce ceněno tesaři a soustružníky pro rovné vrstvy a dobrou absorpci ochranných a dekorativních látek. Často se používá k imitaci drahých exotických dřevin včetně mahagonu, dále k výrobě dřevěného nádobí, stolního nádobí a dětských hraček.

Ostatní druhy dřeva pro truhlářství a zpracování

Toto je základní seznam druhů, které lze bezpečně používat v truhlářských dílnách. Všechny rostou v Rusku a jsou docela dostupné, i když většina z nich jsou cenné druhy. Kromě nich můžete použít i dřevo z ovocných stromů (třešeň, švestka, jabloň) a exotických druhů, např.

• wenge,
• zebrano,
• Sapele,
• amarant,
• palisandr,
• bubinga.

Všechny exotiky se vyznačují krásným a neobvyklým designem, ale používají se především výhradně pro konečnou úpravu nebo výrobu malých dílů a doplňků, protože polotovary jsou drahé a obvykle nepříliš masivní.

Kromě již zmiňované olše se zde vyskytují další jehličnaté dřeviny jako lípa, osika a topol. Jsou snadno zpracovatelné, ale díky své měkkosti nemají vysokou pevnost, takže se prakticky nevyskytují v truhlářských dílnách. Ovšem řezbáři, kteří vyrábějí nádobí, příbory, dřevěné rámy na zrcadla a detaily ikonostasu. Jde ale o samostatný, samostatný směr, který nemá s klasickým truhlářstvím prakticky nic společného.