Диэлектрические свойства древесины характеризуются

Электрические свойства древесины

Величина, показывающая, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если воздушную прослойку между пластинами заменить такой же толщины прокладкой из данного материала, называется диэлектрической проницаемостью этого материала. Диэлектрическая проницаемость (диэлектрическая постоянная) для некоторых материалов приведена в табл. 26.

Таблица 26. Диэлектрическая проницаемость некоторых материалов.

Ель сухая: вдоль волокон

в тангенциальном направлении

в радиальном направлении

Бук сухой: вдоль волокон

в тангенциальном направлении

в радиальном направлении

Данные для древесины показывают заметное различие между диэлектрической проницаемостью вдоль и поперек волокон; в то же время диэлектрическая проницаемость поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлении различается мало. Диэлектрическая проницаемость в поле высокой частоты зависит от частоты тока и влажности древесины. С увеличением частоты тока диэлектрическая проницаемость древесины бука вдоль волокон при влажности от 0 до 12% уменьшается, что особенно заметно для влажности 12% (рис. 45). С увеличением влажности древесины бука диэлектрическая проницаемость вдоль волокон увеличивается, что особенно заметно при меньшей частоте тока.

В поле высокой частоты древесина нагревается; причина нагрева — потери на джоулево тепло внутри диэлектрика, происходящие под влиянием переменного электромагнитного поля. На этот нагрев расходуется часть подводимой энергии, величина которой характеризуется тангенсом угла потерь.

Рис. 45. Слева — влияние частоты тока (а, б, в и г — при влажности древесины 0; 2,5; 6,5 и 12%); справа — влияние влажности (при разной частоте) на диэлектрическую проницаемость древесины бука вдоль волокон.

Тангенс угла потерь зависит от направления поля в отношении волокон: вдоль волокон он примерно вдвое больше, чем поперек волокон. Поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлении тангенс угла потерь мало различается. Тангенс угла диэлектрических потерь, как и диэлектрическая проницаемость, зависит от частоты тока и влажности древесины. Так, для абсолютно сухой древесины бука тангенс угла потерь вдоль волокон с увеличением частоты сначала увеличивается, достигает максимума при частоте 10 7 гц, после чего начинает снова снижаться. В то же время при влажности 12% тангенс угла потерь с увеличением частоты резко падает, достигает минимума при частоте 10 5 гц, затем так же резко увеличивается (рис. 46).

Таблица 27. Максимальная величина тангенса угла потерь для сухой древесины.

Источник

3.Тепловые свойства

К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

Теплоёмкость. Показателем способности древесины аккумулировать тепло является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того чтобы нагреть 1 кг массы древесины на 1 (0) С. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова и для абсолютно сухой древесины составляет (ФОРМУЛА). С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.

Теплопроводность — свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности ( ФОРМУЛА), с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон (СИМВОЛ) в 2 раза больше, чем поперёк.

Температуропроводность характеризует способность древесины выравнивать температуру по объёму.

Тепловое расширение — способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.

4.Электрические свойства

Электропроводность — способность древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

Сухая древесина относится к диэлектрикам. С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше W_пн.

Электрическая прочность — способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле. Показатели: диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь.

Диэлектрическая проницаемость равна отношению ёмкости конденсатора с прокладкой из древесины к ёмкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Этот показатель для сухой древесины равен 2-3.

Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует долю подведённой мощности тока, которая поглощается древесиной и превращается в тепло.

Пьезоэлектрические свойства проявляются в том, что под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды.

5. Звуковые свойства

Одно из этих свойств — звукопроводность, показателем которой являются скорость звука. Скорость звука С, м/с, в древесине можно определить по формуле: C = (E / p) ½ , где Е — динамический модуль упругости, Н/м 2 ; р — плотность древесины, кг/м 3 .

Другой важный показатель, характеризующий способность древесины отражать и проводить звук, — акустическое сопротивление, Па*с/м: R = p * C.

6. Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

Поверхностные зоны древесины могут эффективно прогреваться с помощью невидимых инфракрасных лучей. Значительно глубже — до 10-15 см — проникают в древесину лучи видимого света. По характеру отражения световых лучей можно оценивать наличие видимых пороков древесины. Световое лазерное излучение прожигает древесину и в последнее время успешно используется для выжигания деталей сложной конфигурации.

Ультрафиолетовые лучи проникают гораздо хуже в древесину, но вызывают свечение — люминесценцию, которое может быть использовано для определения качества древесины.

Рентгеновские лучи используются для определения особенностей тонкого строения древесины, выявления скрытых пороков и в других случаях.

Из ядерных излучений можно отметить бета-излучения, которые используются при денсиметрии растущего дерева. Гораздо шире могут применятся гамма-излучения, которые глубже проникают в древесину и используются при определении её плотности, обнаружении гнилей в рудничной стойке, конструкциях и т.д.

Источник

Свойства древесины: механические, физические, технологические

Еще с древнейших времен, человек не мог обходиться без древесины. Не растратила она своего значения и на сегодняшний день, невзирая на то, что пришло на смену много современных и передовых материалов, которые вытеснили лесоматериалы из некоторых сфер ее применения. Однако, появились другие направления и сферы применения, новые технологии, где изделия из дерева просто незаменимы.

Основные свойства древесины

Как и многие стройматериалы, древесный материал отличается по характерным свойствам и особенностям. Свойства могут быть как позитивными, так и негативными показателями. Эти свойства обусловлены породой лесоматериалов.

Свойства древесины подразделяется на:

1. Плотность.
2. Твёрдость.
3. Влажность.
4. Усыхание.
5. Набухание.
6. Коробление.
7. Раскалываемость.
8. Износоустойчивость.
9. Изгибистость.
10. Деформирование.
11. Теплопроводность.

Никакой строительный материал не располагает такими технологическими и декоративными свойствами, как изделия из дерева. Она податлива при обработке. Прочный и лёгкий материал, долгое время сохраняющий тепло и нежный запах. Но, как и всякий материал она имеет положительные и отрицательные свойства.

Свойства, определяющие общий вид древесины

К таким свойствам относятся:

1. Цвет. На цвет материала влияет порода, возраст дерева, условия вегетации, существование пороков.
2. Блеск. На блеск влияет плотность, число и параметры лучей отходящих от сердцевины, а также вида плоскости разреза.
3. Запах. Зависит от наличия смолы и органических веществ ароматического ряда.
4. Текстура. Природный рисунок, получающийся на разрезе путём пересечения волокон, годовых слоев и центральных лучей.

Строение древесины

Большая часть, до 90 % объема дерева, это — ствол, в состав которого входят:

• кора. Её свойство — предохранять ствол от перепадов температуры, вторжения грибковых бактерий, испаряемости влаги и механических воздействий;
• камбий. Неширокая прослойка живых клеток в виде кольца, имеющих способность к делению и приросту;
• древесина. Составляющая ствола, по которой поступает влага от корней к кроне.

Технологические свойства древесины

Технические свойства характеризуют следующие показатели:

• способность задерживать металлический крепеж. Чем плотнее древесный материал, тем прочнее в ней удерживаются крепежные детали;
• износоустойчивость. Это — способность оказывать сопротивление разрушениям во время механического взаимодействия. Повышенной износоустойчивостью обладают торцы. Повышенная твердость и плотность позволяет древесине подвергаться незначительному износу.
• раскалываемость. Свойство древесины под механическим воздействием делиться на части продольно волокнам. Сопротивление растрескиванию повышается с увеличением вязкости. Это свойство имеет положительный показатель. Некоторые сорта можно заготавливать только методом раскалывания. У раскалываемости есть и негативное свойство: при использовании металлических креплений, могут образовываться расколы.

Плотность древесины

Соразмерность веса пиломатериала к его объёму и есть плотность. Устанавливается плотность в кг/м3, и напрямую подчиняется влажности.

Плотность подразделяют на:

Твёрдость древесины

На твёрдость влияют следующие показатели:

• порода;
• условия произрастания дерева. Один и тот же вид породы может быть разной твердости, если деревья росли в различных климатических условиях;
• увлажненность лесоматериалов.

Твердость у одного ствола может быть разной: в зависимости от того, какой применяется распил. Торцы твёрже чем тангентальная и радиальная поверхность.

Износостойкость и гибкость древесины

• износостойкость — свойство оказывать сопротивление истиранию материала во время трения. Истирание с боков бывает больше чем с торцов. Наиболее твёрдая и плотная древесина менее всего подвергается изнашиванию. Повышенная влажность — хороший помощник износу.
• гибкость — одно из свойств деревянных заготовок — изменять форму под силовым воздействием извне. Загибание основано на возможности древесины поддаваться деформации под воздействием гибочного оборудования. Процедура загибания проходит легче и быстрее, когда древесину предварительно увлажняют и нагревают;
• ударная вязкость — свойство поглощения удара без дефляции.

Тепловые свойства

К таким свойствам относятся следующие показатели:

• тепловая мощность — это способность древесного материала накапливать тепло;
• теплопроводность — транспозиция тепловой энергии молекулами вещества;
• температуропроводность — равное распределение температуры по всему объёму;
• термическое расширение— изменение линейных размеров и конфигурации при изменении температуры.

Влажность древесины

Влажность — это процентное соотношение количества влаги в определённом объёме древесного материала, к такому же объёму совершенно сухого материала. Свойства по влажности у каждой породы индивидуальные.

Влажность подразделённая по степеням:

• мокрая степень. Продолжительное время содержащиеся в воде лесоматериалы;
• свежераспиленная;
• воздушно-высушенная;
• базовая степень.

Усушка, разбухание и коробление пиломатериала

1. Усушка. Снижение параметров при устранении влаги. Полная усушка, для дальнейшей обработки древесного материала должна быть в диапазоне от 11 до 17 %. Процент усушки обязательно учитывается при изготовлении пиломатериалов.
2. Коробление. Преобразование формы при высушивании, складировании и опиловке. В основном, коробление возникает из-за разной величины усушки и структурных направлениях.
3. Разбухание. Это — свойство прибавления размеров при увеличении влаги. Разбухание протекает до особого предела поглощаемости влаги.

Разбухание — одно из негативных свойств древесины. Хотя в отдельных случаях разбухание играет существенную роль: создает уплотнение соединениям в лодках, бочонках и кадках.

Физические свойства древесины

Абсолютное значение, измеряемое соотношением веса к объему. Плотность напрямую зависит от разновидности породы и количества влаги. Чем меньше влажность, тем ниже плотность.

Свойство древесины пропускать тепло от корней до кроны. На качество теплопроводности влияют такие факторы:

• температура воздуха;
• внутренняя влажность;
• насыщенность;
• количество теплоты.

Особенное свойство лесоматериалов — пропускать звук. Звукопроницаемость у древесины повыше, чем у некоторых материалов. Этот показатель необходимо принимать во внимание в строительстве, где крайне важна звукоизоляция стен и столярных изделий.

Положительное свойство пиломатериалов пропускать ток. На электропроводность влияют влажность, порода, направление волокон и температура. Сухая древесина не пропускает электроток, что даёт возможность использовать ее как изоляционный материал.

Степень увлажненности пиломатериалов, это — показатель качества и износостойкости изделий из древесины. Отличительное свойство: чем меньше содержание влажности, тем дольше она не подвергается гниению.

6. Коррозионная стойкость.

Отсутствие коррозии — немаловажное свойство у изделий, изготовленных из древесины. Особенно это касается тех изделий, которые подвергаются эксплуатации на открытом воздухе.

7. Цвет, блеск, запах и текстура.

Данные свойства позволяют зрительно определять породу древесины и имеют чисто художественное значение.

Механические свойства древесины

Важные свойства, влияющие на устойчивость и надёжность строений и деревянных изделий.

Сопротивление древесных материалов к разрушениям под воздействием механических усилий.

Это свойство зависит от сопротивления древесного материала к проникновению твердых тел. Чем тверже древесина, тем сложнее она поддаётся обработке.

Поглощение ударов без нарушений целостности.

Трещины

Это продольные разрывы, возникающие под воздействием внутренних напряжений.

Трещины подразделяют по следующим свойствам:

Радиальные трещины внутри ствола дерева. Наблюдаются у всех пород, особенно этим страдает перестоялый древостой. Трещины появляются по мере роста дерева и представляют прерывающиеся разломы по длине сортамента.

Отслаивание древесного волокна внутри ядра и отслоение спелой древесины у растущего дерева. Отлупные трещины можно встретить у каждой породы. До конца не установлены причины возникновения таких трещин.

Продольные разрывы извне на стволе молодого дерева. В основном, морозные трещины преобладают у лиственных пород и очень редко у хвойных. Трещины появляются при резких перепадах зимних температур.

Появляются под воздействием неравномерной усушки и выявляются при распиловке сортамента.

Трещины — основная причина понижения прочности лесоматериалов, используемых в строительстве. Кроме того, трещины содействуют вторжению грибных заболеваний и попаданию влаги внутрь материала.

Пороки формы ствола

Стволы деревьев также обладают определёнными пороками:

Ствол дерева, во время роста, постепенно уменьшается в диаметре от нижней части к кроне. Когда, при каждом метре роста, диаметр ствола убывать больше чем на 1 см, то это — сбежистость.

Лиственные породы больше подвержены такому пороку нежели хвойные породы Сбежистость больше всего проявляется у деревьев растущих на свободе или в мелколесье. Чем гуще лес, тем поменьше на деревьях сбежистости. Данный порок повышает величину отходов и снижает прочность.

Если диаметр ствола в нижней части дерева превышает диаметр того же ствола на высоте не менее метра в 1,2 раза, то это называется закомелистостью.

Ствол дерева имеет форму эллипса, а максимальный диаметр больше минимального в 1,5 раза. Овальность вызывает у дерева крен и изменяет строения древесины.

Локальное утолщение появляется в результате негативного воздействия:

• грибковых заболеваний;
• микобактерий;
• вирусных инфекций;
• химических факторов;
• радиоактивности;
• различных повреждений.
• Кривизна.

Все древесные породы страдают искривлением стволов. Простая кривизна имеет один изгиб, сложная — несколько изгибов ствола.

Кривизна относится к отрицательным свойствам древесины.

Пороки строения древесины

Пороки подразделяются на группы. В группе находятся определённые виды пороков.

Искаженное месторасположение древесного волокна и годичных слоёв

Наклонное положение волокон значительно понижает прочность древесины, усиливает усушку сортамента вдоль и является поводом появления винтовой искривлённости и закручивания пиломатериалов. Наклон волокон существенно усложняет обработку пиломатериала и уменьшает потенциал древесины к изгибу.

Это волнистое и хаотичное распределение волокон.

Свилеватость уменьшает прочность на растяжение, повышает ударную вязкость и противодействие раскалыванию. Механическое воздействие на свилеватый материал очень затруднён. Однако, у этого порока есть и свои положительные свойства — красивая текстура.

Искажение годичных слоёв около сучков и наростов.

В склонённых и кривых стволах формируется редкостная древесина, которая получила название реактивной. Этот изъян происходит под воздействием силы тяжести, которая вызывает переназначение веществ и подавляет процесс роста.

Крен ухудшает уровень качества древесного сырья, используемого в целлюлозно-бумажной промышленности.

Тяговая древесина усложняет обработку материалов. Во время обработки, образуются мохнатые и замшелые поверхности, которые, отделившись во время резания, заполняют углубление и препятствуют вращению пил.

Сучки

Сучки — основной, сорт определяющий, порок лесоматериалов. Сучки классифицируют как значительный порок, снижающий стоимость древесного материала.

К сучкам относят оставшиеся основания ветвей. Неважно в каких количествах, но сучки всегда находятся в лесоматериалах. Количество сучков, находящихся в стволе, учитывая их состояние, размеры и распределение по длине, зависят от древесной породы, условий место произрастания, климата, густоты лесонасаждения и прочих факторов.

По уровню зарастания, сучки делятся на два типа:

Нерегулярные анатомические образования

Тёмная внутренняя часть ствола дерева — это ложное ядро. Кромка ложного ядра не соприкасается с границей годичных колец. От заболони ядро отгорожено тёмной каёмкой.

Источником возникновения порока являются:

• возрастное разделение тканей;
• реакция на ранение;
• влияние грибковых заболеваний;
• воздействие холодной погоды.

Ложное ядро портит наружный вид изделия и уменьшает возможность лёгкого загиба. Ядро устойчиво к гниению.

В районе сердцевины может сформироваться несколько прилегающих годичных слоёв, схожих с заболонью по цвету и иным свойствам. Внутренняя заболонь появляется из-за нарушения естественной деятельности клеток, вызванное морозами.

У некоторых деревьев из-за повреждения структуры, влияния химических факторов, грибковых заболеваний и засилья насекомых появляются небольшие темноокрашенные зоны на древесине.

Пятнистость особого воздействия на какие — либо свойства не оказывает.

В круглых лесоматериалах существование сердцевины — обычное свойство и явление неотвратимое. Сердцевина значительно снижает прочность деталей с небольшим сечением. В крупных распиленных заготовках нахождение сердцевины нежелательный фактор. Сердцевина быстро поддаётся загниванию.

Это — беспорядочное месторасположение сердцевины, препятствующее массовому использованию материалов. Данное свойство относится к отрицательным показателям.

В раскроенном материале можно обнаружить две сердцевины. Каждая сердцевина обладает своими личными годичными слоями. По краю ствола обе сердцевины окружены единой системой годичных слоёв.

Выпиленные заготовки с двойной сердцевиной, чаще и посильнее коробятся, кроме того могут возникнуть трещины.

1. Пасынок и глазки.
   1. Пасынок. Это — плохо растущая или омертвевшая двойная вершина ствола. Пасынок разрушает равномерность волокон древесины, а в пиломатериалах — целостность.
   2. Глазки. Разделяют глазки на разбросанные — единичные и групповые — от 3 и более глазков. Глазки уменьшают прочность на изгиб и ударную вязкость.

Это — внешнее частичное омертвение ствола. Данный порок появляется в результате содранной коры, солнечного ожога или перегревания коры. Сухобокость нарушает форму деревьев, образует завитушки, ухудшает цельность древесины и понижает выход.

Это — заживающая или уже зажившая рана.

Прорость разрушает цельность древесины, что влечёт за собой кривизну и искажение годичных слоёв.

Рана, появившаяся в результате грибковых заболеваний и присутствия бактерий.

При раке меняется правильная форма деревьев.

Необычные отложения в древесине

Это — щедро напитанный смолой участок древесины, образованный после ранения хвойного дерева.

Засмолок имеет незначительную влагопроницаемость и лёгкое впитывание воды. Положительным свойством такой древесины является увеличенная стойкость к гнили, но при этом — плохо поддаётся отделке и приклеиванию.

Это — углубление в глубине годичных слоёв, наполненное смолой.

Стекающая из полости смола затрудняет отделку и склейку заготовок. Такое свойство лесоматериалов считается отрицательным.

Водослойная древесина различается от здоровой увеличенной усушкой и разбуханием. Свойство характеризуется как отрицательное.

Диэлектрические свойства древесины

Древесина может выражать диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя признаками.

Первый – магнитная пропускаемость.

Второй – поглощение релаксации дипольной поляризации и превращение её в тепло.

Источник