Материалы для окон и дверей. Шаг 1. Древесина и древесные материалы
Общая характеристика древесины
Древесина как материал для различных конструкций относится к самым распространенным в строительстве, даже несмотря на то что постоянно создаются, производятся и внедряются новые, более совершенные, часто лишенные ее недостатков материалы. Поскольку древесина имеет растительное происхождение, то им и обусловлены ее химические характеристики. В состав древесины входят органические вещества:
1) углерод – 49,5%;
2) кислород – 44,2%;
3) водород – 6,3%.
Химические элементы, из которых состоит древесина, образуют целлюлозу, гемицеллюлозу, лигнин, эфирные масла, смолы, а также дубильные и красящие вещества. Древесина идет на изготовление комплектующих для окон и дверей и многих дополнительных элементов, имеющих значение для данных конструкций.
Попутно о терминах
Заболонь – так называется наружный слой древесины, расположенный непосредственно под корой.
Древесина обладает рядом как положительных, так и отрицательных качеств, которые представлены в табл. 1.
Таблица 1 Достоинства и недостатки древесины как строительного материала
Таблица наглядно показывает, что достоинства древесины явно преобладают над ее недостатками, чем в конечном итоге и объясняется широкое применение данного материала в строительной индустрии. Кроме того, уровень современных технологий таков, что специальная обработка может существенно снизить отрицательные качества древесины. В этом не последнюю роль играет подбор пород деревьев, а также возможность производства древесных материалов из щепы и стружки.
Но, прежде чем использовать в строительных целях тот или иной сорт древесины, следует учесть, насколько ее строение и физико-механические свойства соответствуют конкретной области применения.
Попутно о терминах
Камбий представляет собой образовательную ткань, которая состоит из молодых клеток (благодаря этому утолщается стебель) и находится между древесиной и лубом. На срезе выглядит как кольцо.
Строение древесины
Древесина имеет достаточно сложное строение и состоит из элементарных клеток, образующих прочное соединение и отличающихся размерами и формой. В состав клеток входят смолы, вода, камедь.
Из клеток образованы сосуды, сердцевинные лучи и сама древесная масса. Таким образом, древесина представляет собой природный полимер из клеток-волокон, для которых характерны трубчатая форма и размещение вдоль ствола.
Строение ствола представлено на рис. 1.
Рис. 1. Ствол в поперечном разрезе: 1 – сердцевина; 2 – сердцевинные лучи; 3 – ядро; 4 – пробковый слой; 5 – луб; 6 – заболонь; 7 – камбий; 8 – годичные кольца
Стволы сверху покрыты корой, в которой выделяют пробковый и тонкий камбиальный слои. Последний находится на границе между корой и древесиной. Непосредственно под корой лежит заболонный слой древесины. Он обычно бывает светлее остальной массы, имеет повышенную влажность.
Камбиальный слой составляют молодые клетки, за счет которых происходит рост дерева. Центральную часть ствола такого дерева называют спелодревесной. В том случае, если центральная и периферийные части одинаковы по цвету и содержанию воды, древесные породы называются заболонными или безъядровыми.
Основную массу древесины занимает более темная центральная часть – ядровая. Геометрический центр ствола образует сердцевинная трубка диаметром примерно 1 см, для которой характерны ослабленная древесина и наличие кольцевых и радиальных трещин.
Для деревьев, растущих в разных климатических поясах, присущи некоторые особенности. В частности, те породы, что произрастают в умеренном и холодном поясах, отличаются более ярко выраженными годичными кольцами). При этом весенняя часть годового слоя более рыхлая, разреженная, а осенняя имеет большую плотность. Толщина годичных колец и рисунок древесины, выросшей весной и осенью, у разных пород различны.
Попутно о терминах
Тангенциальный наклон волокон (применительно к древесине) означает наклон, направленный по касательной к годичному слою ствола.
Физические и механические свойства древесины
Качественные характеристики древесины, которые проявляются при испытаниях, не связанных с изменением химического состава, называются физическими свойствами. К ним относятся:
1) внешний вид, включающий:
цвет;
блеск;
текстуру;
2) влажность;
3) плотность;
4) тепловые свойства;
5) звукопроводность и др.
Цвет древесины определяется спектром отраженного ею светового потока и является важной характеристикой внешнего вида материала, поскольку его учитывают, выбирая древесину как для строительных нужд (внутренней отделки, окон и дверей и пр.), так и для изготовления музыкальных инструментов, мебели и т. п. Цвет древесины зависит не только от породы дерева, но и от природно-климатических условий местности, где оно произрастает, а также от возраста дерева. Цвет относится к таким качествам, которые могут изменяться, например, под действием воздуха, света, при поражении грибковыми заболеваниями, продолжительном контакте с водой.
Но, несмотря на все особенности, часто многие деревья обладают характерным цветом, позволяющим отличать их от других пород.
Блеском называется способность древесины направленно отражать световой поток. В наибольшей степени блеск свойствен таким российским породам деревьев, как дуб, бук, белая акация. Из импортного материала особым блеском отличается древесина атласного и красного деревьев.
Текстура – это рисунок, возникающий на срезе древесины и образованный годичными кольцами, сосудами и другими элементами структуры дерева.
Влажность представляет собой физическое качество древесины, которое определяется количеством находящейся в ней влаги. Процентное соотношение массы воды к массе сухой древесины называется относительной влажностью.
Вода в древесине представлена в трех видах:
1) в свободном состоянии;
2) в гигроскопическом состоянии;
3) в химически связанном состоянии.
Попутно о терминах
Радиальный наклон волокон представляет собой наклон, расположенный по радиусу.
Свободная (другое название – «капиллярная») влага находится в полостях клеток и сосудов и заполняет межклеточное пространство.
Гигроскопическая влага содержится в стенках клеток.
Химический состав вещества включает химически связанную воду.
На практике древесина различается степенью влажности и бывает:
1) абсолютно сухой при влажности 0% (достижимо только в условиях лаборатории при температуре 103 ± 2°С);
2) комнатно-сухой – 8–15% (при длительной выдержке в отапливаемом помещении);
3) воздушно-сухой – 16–20% (при выдержке на открытом воздухе);
4) полусухой – 21–23%;
5) сырой – более 23%;
6) свежесрубленной – 40–75% (влажность вегетирующего дерева);
7) мокрой – более 75% (при выдержке в течение длительного времени в воде).
Для определения физико-механических параметров древесины ее кондиционируют, то есть доводят до нормализованной влажности – 12%.
Если древесина продолжительное время находится в условиях постоянной относительной влажности, то она приобретает определенную влажность, которая называется равновесной.
При изменении условий хранения материала в ту или иную сторону (то есть при повышении или понижении влажности) наблюдается набухание или усушка материала.
Усушку вызывает удаление из древесины связанной воды, что обусловливает уменьшение ее линейных размеров и объема, в отличие от удаления свободной воды, которое не приводит к усушке. Величина усушки древесины прямо пропорциональна степени уменьшения ее влажности.
Объем древесины при высыхании по разным направлениям уменьшается неодинаково. Средняя величина усушки примерно равна:
1) вдоль волокон – 0,1–0,3%;
2) поперек волокон по окружности годовых колец (в тангенциальном направлении) – 6–10%;
3) поперек волокон от коры к сердцевине (в радиальном направлении) – 3–7%.
Полная объемная усушка варьируется в пределах 11–17%. Усушка, понижающая влажность древесины на 1%, называется коэффициентом усушки и неодинакова у разных пород древесины. Наиболее высокий коэффициент усушки характерен для дуба, бука, граба, клена и составляет до 11%. Умеренное усыхание присуще сосне, осине, тополю – до 3–5%. Менее всего подвержены усыханию ель и лиственница – до 2%. Величина усушки определяется как породой дерева, там и природно-климатическими условиями, в которых оно растет. Усушка должна учитываться при распиловке бревен, сушке пиломатериалов и т. п.
Попутно о терминах
Крыловатость – это дефект пиломатериала, расположенный по всей длине и означающий спиральную изогнутость.
Под влиянием внешних нагрузок и за счет различных изменений объема древесины при сушке в ней возникают внутренние напряжения. При этом для поверхностных слоев, в которых влажность ниже, чем в центре, характерны растягивающие напряжения, а для более глубоких, внутренних слоев – сжимающие. Растягивающие напряжения, достигая предела прочности материала в тангенциальном положении, приводит к трещинообразованию. К тому же, вследствие того что усушка протекает неодинаково в разных направлениях, возникает коробление, которое представляет собой изменение формы пиломатериалов и леса при сушке или неадекватном хранении, а также во время механической обработки, например при несимметричном строгании. Покоробленность бывает продольной и поперечной; продольная, в свою очередь, – по кромке, пласти и в виде крыловатости (рис. 2).
Рис. 2. Виды покоробленности: а – по пласти (простая); б – продольная по пласти (сложная); в – продольная по кромке; г – поперечная; д – крыловатость
Способность древесины впитывать влагу из воздуха называется влагопоглощением. Это ее свойство не зависит от породы и является отрицательным качеством, поскольку сильное увлажнение, возникающее в условиях повышенной влажности, ухудшает физико-механические свойства древесины, ее биостойкость и пр.
При повышенном содержании в древесине связанной воды наблюдается разбухание, то есть увеличение линейных размеров и объема древесины. Данное качество древесины является противоположным усушке и протекает по тем же закономерностям: максимальное разбухание древесины происходит поперек волокон, минимальное – вдоль волокон.
При погружении в воду за счет водопоглощения возрастает влажность древесины. Наибольшая влажность включает максимальное количество как связанной, так и свободной воды. Количество последней напрямую зависит от плотности древесины: чем больше полостей в древесине, тем больше ее влажность, и наоборот.
Попутно о терминах
Сортиментом называется комплекс свойств, признаков, качеств, по которым какие-либо изделия могут принадлежать к тому или иному сорту.
Плотность древесины зависит от совокупности веществ, образующих оболочку клеток. Поскольку клетки разных пород древесины похожи по своему строению, то ее плотность варьируется в пределах 1490–1560 кг/м3 (можно сказать, что этот параметр для всех пород примерно равен 1,53 г/см3).
Плотность бывает условной и средней. Условная плотность представляет собой отношение минимальной массы к максимальному объему образца. Средняя влажность определяется влажностью и пористостью древесины, а ее значение указывается применительно к 12%-ной влажности.
По последнему параметру древесина делится на группы, которые включают древесину малой плотности (540 и менее), средней плотности (550–740) и высокой плотности (750 и выше). Условная и средняя плотность самых распространенных древесных пород представлена в табл. 2.
Таблица 2 Показатели средней и условной плотности древесины
В зависимости от средней плотности древесные породы разделяются на:
1) легкие (пихта, кедр, тополь, липа, сосна);
2) средние (береза, вяз, бук, ясень);
3) тяжелые (клен, дуб, граб).
К тепловым свойствам древесины относятся теплоемкость, теплопроводность и тепловое расширение.
Попутно о терминах
Сбежистость – это равномерное и постепенное уменьшение диаметра по всей длине бревна. Если оно равняется более 1 см на каждый метр длины ствола, то такое изменение считается пороком древесины.
Теплоемкость – это способность древесины накапливать тепло. Показателем теплоемкости является удельная теплоемкость.
Это количество теплоты, требующееся для нагревания 1 кг древесины на 1°С. Теплоемкость едина для любой древесины независимо от породы и возрастает при увеличении влажности.
Теплопроводность является свойством древесины, которое показывает интенсивность переноса тепла в материале.
При изменении таких параметров, как температура, влажность и плотность, коэффициент теплопроводности возрастает, причем вдоль волокон она бывает в 2 раза выше, чем поперек.
Тепловым расширением называется способность древесины увеличивать линейные размеры и объем при повышении температуры. Коэффициент теплового расширения у древесины по сравнению с таким же показателем у металла, стекла или бетона в 3–10 раз меньше.
Звукопроводность – это способность материала проводить звук. Скорость распространения звука в древесине зависит от его направленности и убывает следующим образом:
1) вдоль волокон – 1500 м/с;
2) радиально – 2000 м/с;
3) тангенциально – 1500 м/с.
По сравнению со звукопроводностью воздуха звукопроводность древесины вдоль волокон в 3–4 раза, а поперек – в 16 раз выше.
Прочность, твердость, ударная вязкость – это механические качества древесины.
Попутно о терминах
Закомелистостью называется резкое увеличение диаметра ствола в его нижней части, при этом диаметр торца у комля, как минимум, в 1,2 раза больше диаметра торца, измеренного в метре от первоначальной точки.
Прочность – это свойство древесины сопротивляться механическим нагрузкам (растяжению, сжатию, изгибанию, сдвиганию), оно характеризуется пределом прочности, средняя величина которого равна 130 МПа. При растяжении поперек волокон прочность древесины равна 1/20 предела прочности при растяжении вдоль волокон.
При сжатии ряд древесных пород может уплотняться на треть начальной высоты образца, при этом не разрушаясь.
Твердость представляет собой способность древесины сопротивляться внедрению в нее постороннего тела, имеющего определенную форму и объем. Практически путем было установлено, что твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности. Причем данный показатель неодинаков у лиственных и хвойных пород. У первых он выше на 30%, а у вторых – на 40%.
В табл. 3 приведена классификация древесных пород на группы в зависимости от степени их твердости.
Таблица 3 Классификация древесных пород по степени твердости
Ударная вязкость есть свойство древесины поглощать механическое воздействие, при этом не разрушаясь. Наибольшая ударная вязкость – у граба, березы и осины, наименьшая – у пихты сибирской и сосны кедровой.
Попутно о терминах
Крень – это изменение строения древесины хвойных пород, имеет вид резкого утолщения поздней древесины годичных слоев. Бываем местная, при этом захватывает несколько годичных слоев, и сплошная, занимающая половину и более площади поперечного сечения.
Кроме перечисленных механических свойств древесины, можно назвать ее способность удерживать металлический крепеж (при вбивании гвоздя волокна древесины раздвигаются или перерезаются, оказывая при этом на гвоздь определенное давление, которое называется трением, благодаря чему гвоздь и удерживается) и изгибаться (наилучшей способностью гнуться отличаются лиственные породы, причем кольцесосудистые древесные породы (например, дуб) гнутся более легко, чем рассеянно-сосудистые (например, береза и др.); для хвойных пород это нехарактерно).
Пороки древесины
Чтобы деревянное изделие отвечало определенным требованиям, необходимо подбирать и соответствующего качества древесину, которая может иметь определенные недостатки, называемые пороками.
Чем больше пороков, тем ниже качество древесины, тем более ограничена возможность ее использования.
Наиболее часто встречающимся пороком является сучковатость. Сучок – это часть ветви, включенная в основную древесину ствола.
Сучки различаются по степени зарастания (открытые и заросшие); по форме разреза на поверхности сортимента (круглые, овальные, продолговатые); по положению (пластевые, кромочные, сшивные, ребровые, торцовые); по взаимному расположению (разбросанные и групповые); по степени срастания (сросшиеся, частично сросшиеся, выпадающие); по состоянию древесины (светлые здоровые, темные здоровые, здоровые с трещинами, гнилые, табачные). Разновидности сучков показаны на рис. 3.
Рис. 3. Виды сучков: а – круглый; б – овальный; в – продолговатый; г – пластевый; д – кромочный; е – ребровый; ж – сшивные; з – групповые; и – разветвленные
Не менее часто на древесине встречаются трещины, которые различаются по положению (пластевые, кромочные, торцовые); по типам (морозные, трещины усушки и др.); по глубине (неглубокие (не более 10% толщины сортимента), глубокие (более 10% толщины), сквозные); по ширине (сомкнутые (не более 0,2 мм) и разошедшиеся (более 0,2 мм).
Пороками формы являются сбежистость, закомелистость, нарост, кривизна, овальность ствола; пороками строения – наклон волокон, крень, свилеватость, завиток, глазки, ложное ядро (рис. 4).
Рис. 4. Пороки строения древесины: а – наклон волокон; б – крень; в – свилеватость; г – завиток; д – глазки; е – ложное ядро
Помимо названных, пороками древесины считаются тяговая древесина, засмолок, прорость, сухобокость, пятнистость, внутренняя заболонь, водослой, химические окраски, грибные поражения, червоточины.
Попутно о терминах
Свилеватость – это беспорядочное или путаное расположение волокон древесины. Характерна для разных древесных пород, но чаще всего этим страдают лиственные.
Кроме пороков естественного происхождения, встречаются дефекты, возникшие в процессе механической обработки, к которым относятся инородные включения, механические повреждения, скос пропила, обзол и др.
В результате сушки, неправильного хранения и выпиловки возможно появление деформаций (покоробленности древесины), о разновидностях который говорилось выше.
Основные древесные породы
В строительной индустрии наибольшее применение нашли такие породы древесины, как дуб, бук, береза, осина, липа, орех, сосна, ель, лиственница, пихта, кедр, основные свойства которых представлены в табл. 4.
Таблица 4 Характеристика различных древесных пород
Попутно о терминах
Засмолок – название участка, содержащего большое количество смолы. Такие зоны выглядят темнее, чем нормальная древесина, их окружающая. Характерен для древесины хвойных пород.
Пиломатериалы
Сортименты, которые имеют стандартные размеры и получены при раскрое бревен, называются пиломатериалами. Они могут как применяться целиком, так и подвергаться дальнейшей переработке на необходимые заготовки и изделия, например оконные и дверные блоки. Пиломатериалы включают в свой состав пластины, брусья, бруски, обрезные и необрезные доски, горбыли (рис. 5).
Рис. 5. Разновидности пиломатериалов: а – двухкантный брус; б – трехкантный брус; в – четырехкантный брус; г – необрезная доска; д – обрезная доска: 1 – пласть; 2 – кромка; 3 – ребро; 4 – торец; е – обрезная доска с тупым обзолом; ж – обрезная доска с острым обзолом; з – брусок; и – обапол горбыльный; к – обапол дощатый; л – необрезная шпала; м – обрезная шпала
В деревообработке применяют доски, брусья и бруски. Доски, полученные из центральной части, называются сердцевинными и часто имеют низкое качество вследствие наличия скрытой сердцевинной трубки, которая состоит из древесины, ослабленной трещинами. Если при разрезании бревна внутренняя пласть проходит по его центру, рассекая сердцевинную трубку, получают центральные доски.
Остальные доски относятся к боковым. Выход готовых пиломатериалов определяется требованиями, которые предъявляются к продукции, и способами изготовления. При необходимости получения длинномерных обрезных пиломатериалов бревна распиливают на лесопильных рамах, а если требуется получить заготовки длиной не более 2–3 м, то сначала производят необрезные пиломатериалы, которые затем идут на заготовки.
Попутно о терминах
Прорость – порок, проявляющийся в омертвении некоторой части древесины и коры в результате повреждения ствола.
Заготовками называются пиломатериалы, «прирезанные на заданные одинарные или кратные им размеры, из древесины соответствующего качества, имеющие припуски для деления кратных заготовок на одинарные, припуски на механическую обработку и усушку». Различаются заготовки пиленые, клееные, калиброванные. В зависимости от используемой древесины (хвойной или лиственной) заготовки должны соответствовать определенным требованиям, параметрам по длине, толщине, применению.
Листовые древесные материалы
В строительной индустрии, помимо пиломатериалов, используются и листовые древесные материалы, к которым относятся:
1) шпон;
2) фанера;
3) столярные плиты;
4) ДСП;
5) ДВП;
6) древесные пластики.
Шпон представляет собой тонкий слой древесины, который используется для облицовки изделий из менее дорогих древесных пород. Различают строганый и лущеный шпон. Строганый шпон производят из древесины лиственных пород, как рассеянно-сосудистых (ореха, бука, тополя, березы, ольхи и др.), так и кольцесосудистых (вяза, акации, дуба и пр.), чаще всего имеющих сердцевинные лучи, которые своим блеском, цветом, узором дают эффектную текстуру при радиальном разрезе. Но, например, лиственница и ясень отличаются более красивым рисунком на тангенциальном и полурадиальном разрезе.
Лущеный шпон производят лущением, сортимент (березу, клен, ясень, дуб, бук, осину, ель, сосну и пр.) заранее прогревают в воде. Лущеный шпон идет на производство фанеры, ДВП, ДСП, столярных плит и др.
Фанеру получают путем склеивания листов лущеного шпона. В зависимости от количества слоев различают трех-, пяти– и многослойную фанеру. Листы шпона кладут таким образом, чтобы волокна были взаимно перпендикулярны друг к другу. При четном количестве листов направление волокон двух средних должно быть параллельным.
Такие особенности расположения волокон древесины делают фанеру сравнительно однородной по физико-механическим характеристикам, снижают риск коробления и растрескивания в процессе использования. Кроме того, фанера, во-первых, выгодно отличается от пиломатериалов тем, что при незначительной толщине она может быть большой по площади, во-вторых, по транспортабельности она в несколько раз (в 3–4) превосходит пиломатериалы.
Попутно о терминах
Сухобокость – зона на поверхности ствола, которая появилась вследствие повреждения и омертвела в процессе роста дерева.
На фанеру идет древесина березы, ольхи, ели, сосны, пихты и лиственницы. Ее считают произведенной из той древесной породы, которая пошла на ее наружные слои. Фанера классифицируется на облицованную строганым шпоном, текстилем, пленками и иным; декоративную; бакелизированную; фанерные плиты и пр. Этот материал широко используется в мебельной промышленности, строительстве, судо-, вагоно– и автостроении и т. п.
Столярные плиты представляют собой щиты, выполненные из реек, брусков и иного, которые с обеих сторон покрыты шпоном. Они находят применение в мебельной промышленности, строительной индустрии, используются при изготовлении дверей.
На плиту с каждой стороны наклеены по два слоя лущеного шпона, одинаковые по толщине и древесине, пошедшей на их изготовление.
Древесностружечные плиты (ДСП) производят из измельченных отходов лесопиления и деревообрабатывающей промышленности путем прессования. Плиты бывают одно-, трех– и многослойные, по виду обработки – шлифованные и нешлифованные.
Методы производства плит – горячее плоское прессование и экструзионное прессование. Плиты могут производиться с заранее установленными параметрами – плотностью, прочность, внешним видом. Им можно придать и особые качества, например огне– и биостойкость, гидрофобность. Плиты склеиваются по пластям и кромкам, могут покрываться лакокрасочным слоем, облицовкой из шпона, бумаги и пр.
Древесноволокнистые плиты (ДВП) производятся из отходов деревообрабатывающей, лесной промышленности мокрым, сухим и полусухим способами. В зависимости от плотности ДВП бывают мягкими, полутвердыми, твердыми и сверхтвердыми. По физико-механическим параметрам плиты подразделяются на био-, огне– и влагостойкие, звукопоглощающие. К категории древесных пластиков относят прессованную древесину (производят из отходов деревообрабатывающей промышленности), древесно-слоистые пластики (изготавливают из лущеного шпона, листы которого под давлением пропитываются смолой).
Попутно о терминах
Обзол представляет собой участок боковой поверхности, который сохранился на обрезном пиломатериале. Если такой участок занимает некоторую часть ширины кромки, то обзол называется тупым, если всю – острым.
Сушка древесины и защита ее от разрушения
К недостаткам древесины относят склонность к загниванию, подверженность поражению насекомыми, огнеопасность. Но современные технологии позволяют либо преодолеть их, либо максимально снизить риск возникновения подобных явлений. Рассмотрим все по порядку. По устойчивости к гниению древесина делится на четыре класса (табл. 5).
Таблица 5 Классификация древесины по устойчивости к гниению
Гнилостные процессы в древесине возникают в том случае, если влажность ее составляет 20–60%, а окружающий воздух имеет температуру 2–40°С. Эти же условия способствуют поражению грибами, наиболее опасные из которых – домовые грибы, уничтожающие структуру древесины настолько, что она утрачивает свои механические свойства. Одним из методов, препятствующих этим процессам, является сушка древесины, поскольку сухая древесина полностью сохраняет свои качества. Древесина подвергается сушке до транспортной (18–25%) и эксплуатационной (7–12%) влажности.
Сушка – это удаление влаги из древесины путем испарения. Сушка имеет важное технологическое значение, поскольку предупреждает изменение формы и размеров деталей и конструкций в готовом изделии, кроме того, благодаря сушке повышаются технологические качества древесины. Это означает, что улучшается чистота распила, шлифования и другой обработки, повышаются прочностные характеристики материала.
Современные технологии начинаются с грамотной организации сушки древесины, поскольку чаще всего нарушается именно ее технология. Правильная организация сушки состоит в том, что этот процесс не терпит форсирования. Интенсивная сушка оборачивается микротрещинами в массиве, короблении заготовок, что обязательно негативно отражается на готовом изделии.
Попутно о терминах
Воздухоотвод – это устройство, основная функция которого состоит в том, чтобы выводить из помещения загрязненный воздух.
Различают естественную и принудительную сушку. Первая осуществляется в естественных условиях на открытом воздухе и не предполагает его подогрева. Перед сушкой пиломатериалы укладывают горизонтальными и вертикальными рядами в штабеля, причем между рядами предусмотрены прокладки, толщина которых должна быть не менее 30 см (рис. 6).
Рис. 6. Штабель, подготовленный к сушке
При этом штабель не должен лежать прямо на земле. Под него подкладывают два слоя толя, защищающего пиломатериалы от влаги, и прокладку, обеспечивающую циркуляцию воздуха.
Чтобы уберечь штабель от осадков, его размещают под навесом. При сушке древесины в помещении в нем должны быть созданы условия для удаления влаги.
Для естественной сушки требуется не менее 2 лет, и это объясняется тем, что свежесрубленная древесина имеет влажность примерно 70% и этот показатель снижается до 25–30% по истечении 18 месяцев. Недостаточная выдержка приводит к тому, что древесина продолжает сохнуть, уже будучи в изделии. В результате внутри деревянных конструкций и изделий появляются напряжения, вызывающие деформацию и разрушение клеевых соединений.
Кроме того, следует учитывать, что в разных направлениях древесина усыхает неодинаково. Усыхание вдоль волокон уменьшает размеры древесины на 0,1%, радиально – на 3–5%, тангенциально – на 6–10%. Более всего подвержены усыханию (примерно до 11 %) такие древесные породы, как бук, дуб, клен, граб. Для сосны, осины и тополя характерно умеренное усыхание – до 3–5%. Менее всех усыхают ель и лиственница – до 2%.
Попутно о терминах
Бакелизированная фанера – это фанера, которая склеена и пропитана бакелитовым лаком. Она характеризуется следующими свойствами: почти не впитывает воду, отличается высокими прочностными качествами, ударостойкостью.
Длительность естественной сушки пиломатериалов, уложенных в штабеля, определяется различными факторами:
1) временем года;
2) климатическими условиями;
3) породой древесины;
4) толщиной пиломатериалов;
5) показателями начальной и конечной влажности.
Принудительная сушка осуществляется в специальных камерах (рис. 7) и бывает газопаровой, индукционной, жидкостной, вакуумной, диэлектрической и кондуктивной. При камерной сушке древесина находится в потоках горячих газов, на нее воздействуют индуктивными токами, электромагнитными полями, нагревают в сере, парафине и пр.
Рис. 7. Камера для сушки древесины периодического действия: а – трубы отопления; б – вытяжные трубы; в – воздухоподача
В результате таких действий температура внутри пиломатериалов поднимается до точки кипения, и влага испаряется. Самым эффективным способом сушки является вакуумная, в которой риски деформации сведены на нет. Предварительно древесину несколько лет выдерживают в проветриваемых помещениях, после чего помещают в вакуумную камеру, где поддерживается низкая температура. В результате такой бережной сушки в древесине устраняются внутренние напряжения, приводящие к короблению. При достижении влажности 12% пиломатериалы складируют в сухом помещении, в котором она будет находиться до достижения баланса влажности. По прохождении всех этапов древесину можно пускать в дальнейшую обработку. После такой сушки древесина отличается прочностью и имеет минимальное количество микротрещин.
На современном производстве весь процесс сушки контролируется компьютерной системой, которая периодически сообщает о ее ходе.
Попутно о терминах
Экструзия представляет собой технологический процесс, применяемый для получения различных изделий из полимерных материалов в результате продавливания расплава исходного материала через формующее отверстие соответствующего профиля.
При атмосферной сушке, хранении и перевозке пиломатериалов, влажность которых превышает транспортную, увеличивается риск поражения древесины грибами. Для предотвращения этого прибегают к защитной обработке, которая представляет собой пропитку древесины особыми обеззараживающими составами, называемые антисептиками. Такая защита древесины наиболее эффективна, если осуществляется не позже 12 ч после распиловки леса. Обработанная древесина консервируется и приобретает стойкость относительно воздействия грибов, насекомых и атмосферной влаги.
Антисептические препараты должны отвечать ряду требований:
1) быть высокотоксичными к грибам;
2) быть безопасными для человека и животных;
3) сохранять свои свойства в течение определенного времени;
4) легко проникать в древесину;
5) не сказываться отрицательно на физико-механических характеристиках древесины;
6) не уничтожать металлические элементы, установленные на древесине;
7) не сопровождаться неприятным запахом.
Антисептики бывают водорастворимыми, но могут и не растворяться в воде. Водорастворимыми антисептиками являются фторид натрия, кремнефтористый натрий, хлорид цинка и др. Недостатком этой группы антисептиков считается то, что они пропитывают древесину на недостаточную глубину, вследствие чего их применяют для обработки пиломатериалов, которые непосредственно не будут соприкасаться с грунтом.
В противном случае необходимо использовать антисептики на органических растворителях (например, на уайт-спирите). Оптимальным же считается вариант покупки пиломатериалов, которые прошли соответствующую обработку в условиях производства.
К нерастворимым в воде антисептикам относятся масла креозотовое, антрацитовое, сланцевое, для повышения антисептический свойств которых в них вводят до 5% пентахлорфенола.
Чтобы не допустить появления насекомых, способных нанести вред хранящимся пиломатериалам, в помещении необходимо соблюдать санитарные нормы. Поэтому в профилактических целях в жилых помещениях древесину 2–3 раза в год обрабатывают 3%-ным раствором фторида или кремнефторида натрия.
Для борьбы с появившимися насекомыми древесину обрабатывают инсектицидами.
Попутно о терминах
Герметики представляют собой композиции, созданные на основе полимеров, которые, будучи нанесенными на различные соединения, обеспечивают их непроницаемость.
Древесину можно сделать устойчивой к возгоранию, для чего ее пропитывают и покрывают особыми составами, называемыми антипиренами. К ним относятся огнезащитные краски, которые по виду связующего делятся на силикатные, перхлорвиниловые, масляные и казеиновые. Силикатные огнезащитные краски являются особенно эффективными. В них в качестве связующего используют жидкое стекло, а наполнителями служат песок, мел, магнезит. При высокой температуре на поверхности древесины образуется стекловидная пленка, которая покрывает ее и препятствует доступу кислорода.
Кроме антипиренов, для защиты древесины от возгорания применяют и конструктивные методы, включающие удаление деревянных конструкций и поверхностей от источников нагрева, изоляцию их огнестойкими материалами (асбестоцементными листами, войлоком, пропитанным глиняным раствором).
Современные технологии располагают различными способами защиты древесины, повышающими срок эксплуатации изделий из нее. К таким способам относится ламинирование, которое представляет собой покрытие оконных систем из менее ценной древесины (сосны и пр.) шпоном из ценных пород (дуба, бука, вишни и пр.). Окна, изготовленные из ламинированного профиля, можно рассматривать как реальную альтернативу окнам с лакокрасочным покрытием. Технология ламинирования отработана и достигла уровня мебельного производства, поэтому качество отделки соответствует мировым стандартам. Кроме того, это дает возможность приобретать такие оконные системы даже тем, кто имеет достаточно ограниченные финансовые возможности.
Попутно о терминах
Гребень представляет собой выступ на боковой грани доски, предназначенный для того, чтобы входить в паз смежной доски.