Можно смело сказать, что древесина была одним из главных факторов развития нашей цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших элементов нашей жизни. Невозможно представить жизнь на земле без этого природного материала. Он имеет обширную область применения и разнообразие полезных свойств, на протяжении всего существования человечества служит незаменимым материалом во многих сферах жизни. Так что такое древесина? Ответ прост: это возобновляемый ценный природный ресурс человечества.

Как всегда в таких случаях обращаемся к авторитетным источникам.

Энциклопедия «Биология» сообщает нам, что древесина – (ксилема), проводящая ткань сосудистых растений, т.е. всех высших растений, за исключением мхов.

Основная функция древесины осуществляется проводящими элементами – сосудами и трахеидами, представляющими собой отмершие полые клетки. Проводящие элементы образуют в растении разветвлённую систему, доставляющую воду и растворённые в ней соли от корней к листьям.

Стенки проводящих элементов имеют поры или отверстия, через которые идёт транспорт веществ. Проводящие элементы окружены клетками паренхимы, выполняющими разнообразные функции (ближний транспорт и запасание веществ и др.), и древесинными волокнами, или волокнами либриформа, придающими древесине механическую прочность.

Основная масса древесины живого растения состоит из отмерших клеток. Клетки камбия обеспечивают прирост молодой древесины, который происходит посезонно. Ежегодные слои прироста видны на поперечном срезе ствола дерева в виде годичных колец.

Молодую древесину называют заболонной или заболонью. Внутрь от заболони расположена древесина, почти не принимающая участия в проведении воды. У одних пород (осина, бук, ель, пихта и др.) она внешне похожа на заболонь и называется спелой, у других (сосна, дуб, ясень, вяз и др.) она более тёмной окраски и называется ядровой или ядром.

Древесина – ценный материал, имеющий множество разнообразных применений. Технологические и декоративные качества древесины определяются её анатомическим строением, различным у разных видов древесных растений.

Древесина получила широкое распространение во многих областях. Это обусловлено хорошими внешними характеристиками, доступностью, небольшим весом, прекрасными параметрами прочности. Важнейшими достоинствами дерева также являются экологичность, эстетика, хорошие технические характеристики, удобство в эксплуатации, практичность.

Макроструктура разных пород деревьев различается, этим обуславливается многогранность использования материала в строительных отраслях. Свойства находятся в зависимости от химического состава конкретного вида.

Какие преимущества имеет древесина по сравнению с другими материалами? Вот они:

• имеет небольшой вес (если сравнивать с железобетоном древесный материал имеет вес в 5 раз меньше и в 16 раз меньше стали);
• высокая прочность;
• её легко добывать;
• в обработке не требует сложных технологий;
• деревянные детали конструкции легко собирать, разбирать, переносить и переделывать отдельные деревянные строения и целые сооружения;
• древесина имеет низкий коэффициент теплопроводности, поэтому она ценная в качестве эффективного утеплителя;
• материал характеризуется долговечностью, если, конечно, соблюдать правила эксплуатации конструкции;
• древесину можно возобновлять, это дает широкие возможности для изготовления многих видов изделий;
• замечательно сочетается с другими строительными материалами;
• выступает как влагорегулирующий и фильтрующий компонент, (деревянные стены очищают воздух, причём древесина в обоих направлениях медленно пропускает его сквозь структуры своих волокон);
• древесина – экологически чистый материал.

Однако древесина всё же не лишена недостатков. Вот основные из них:

• неоднородное строение. Так, если неправильно распилить древесину, то прочность на сжатие может упасть почти в 5 раз;
• сучковатость;
• ползучесть. При длительном воздействии нагрузки на древесину она деформируется;
• подвергается гниению и поражению насекомыми;
• влаговпитываемость. При увеличенной влажности прочность древесины почти при всех видах работы с ней резко падает;
• высыхание древесины. Может привести к сильному растрескиванию;
• подвергается горению.

Таким образом, весьма полезно и важно знать характеристики древесины при проектировании, строительстве и эксплуатации деревянных изделий.

Откуда берётся древесина? Ответ – вырастает – можно расценивать как шутку. Хотя древесная ткань имеется и у папоротников, почти всю древесину люди получают из деревьев двух главных отделов царства высших растений – голосеменных и покрытосеменных.

Голосеменные растения – очень древняя форма, представленная исключительно древесными видами, к которым относятся хвойные деревья («мягкие породы»), а именно сосна, ель, кедр, поставляющие основную часть древесины, используемой человечеством.

Отдел же покрытосеменных отличается большим разнообразием и делится на два класса – однодольные и двудольные (по виду семян). Лишь некоторые из однодольних (бамбук, пальмы, юкка) дают древесную ткань, которая имеет ограниченное, в основном местное, значение.

Что же касается двудольных, то к этому классу относятся важные лиственные («твёрдые») породы – дуб, эвкалипт, клён, древесина которых особенно ценна для мебели, отделки интерьеров и пр.

Для древесины характерны годичные кольца, обусловленные изменениями размеров клеток и толщины их стенок в связи с изменениями условий роста. В зонах умеренного климата контраст колец связан с отличием «летней» древесины одного года от «весенней» следующего. По числу колец на уровне земли можно определить возраст дерева. Заметим, что у баобаба годовых колец нет.

Если говорить о дереве с точки зрения физики, то древесина – это растительная ткань, состоящая из клеток, которые с высокой плотностью прилегают друг к другу. Из-за этого структура дерева плотная и упругая. Клетки дерева (как и любые другие живые клетки) имеют оболочку. В ней содержится целлюлоза, благодаря которой дерево так прочно. Клетки имеют форму трубки – длинной и узкой, поэтому им дали название волокон.

Те свойства, которые во время испытаний не приводят к изменениям химического состава древесины, носят название физических. К ним можно отнести такие характеристики:

• внешний вид;
• уровень влажности и всё, что связано с его изменениями;
• теплопроводность и удержание тепла;
• электропроводность;
• звукоизоляция и всё, что с ней связано;
• изменения, которые материал приобретает после воздействия электромагнитного излучения.

У различных пород дерева примерно одинаковая плотность древесинного вещества (она составляет 1,53 г/см³), но разная плотность полностью высушенной древесины. Существует несколько показателей плотности – влажная древесина имеет одну плотность, а сухая – другую.

У дерева ещё есть такая характеристика, как пористость, т.е. степень заполненности воздухом пустых полостей. Пористость разных пород колеблется в промежутке 40–80%.

Плотность древесины лежит в пределах от 0,1 кг/м³ (бальса) до 1,3 кг/м³ (змеиное дерево и некоторые другие тропические породы). Плотность большей части деловой древесины составляет 0,2–0,75 кг/м³. Плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 кг/м³.

Упомянутая бальса (её называют также пробковым деревом) растёт в Южной Америке, имеет очень прочную и лёгкую древесину, средняя сухая плотность которой составляет 120–160 кг/м³ (например, у берёзы сухая плотность составляет примерно 600 кг/м³, а у северной ели сухая плотность составляет 400 кг/м³). Добавим, что бальса сравнительно быстро полностью вырастает – достигает зрелости за 5 лет.

Змеиное дерево, или снейквуд – самое тяжёлое и твёрдое. Растёт оно в Южной Америке. Его плотность составляет 1300 кг/м³. Из снейквуда изготавливают декоративные поделки высочайшего качества, ручки для ножей, зонтов, смычки и луки для стрельбы. Материал из этого растения трудно поддаётся обработке из-за своей твёрдости, но даёт хороший результат при отделке и полировке. Вырубка и экспорт снейквуда полностью контролируется правительствами стран, где оно произрастает.

Среди физических свойств древесины выделяют и тепловые, к которым относят теплоёмкость, способность проводить тепло и расширяться под его воздействием, а также способность проводить температуру. Дерево обладает свойством электропроводности, т.е. по нему проходит электроток. Чем древесина суше, тем хуже она проводит электричество, и наоборот.

Важными свойствами древесины также являются её гидроскопичность, то есть способность изменять влажность в соответствии с окружающими условиями, стойкость к гниению и пропитываемость (впитываемость) защитными средствами.

Качество любого изделия, изготовленного из дерева, зависит от уровня твёрдости используемого материала. Чем твёрже материал, тем выше его износостойкость. Уровень твёрдости определяется методом Бриннеля. Для этого в поверхность заготовки вдавливают металлический шарик диаметром 10 мм с силой 100 кг. Результат определяется по диаметру углубления и типу деформации. Чем выше показатель коэффициента твёрдости, тем крепче и твёрже порода дерева.

Древесина состоит из ряда достаточно сложных органических соединений. Если провести полный химический анализ, мы обнаружим, что древесина на 50% состоит из углерода, на 6% из водорода и на 44%  из кислорода. В составе древесины мы найдём от 45% до 60% целлюлозы, примерно 15–35% лигнина, и от 15% до 25% гемицеллюлоза. В зависимости от породы будет варьироваться и количество экстрактивных инородных веществ. Оно может быть неодинаковым в ядровой древесине и заболони.

Дерево имеет уникальные оттенок и запах, отличающие его от других материалов. И то и другое возникает благодаря присутствию в составе смол, масел, в хвойных породах – камеди и иных веществ. Эти же элементы помогают древесине бороться с гниением.

Отдельные породы деревьев имеют более высокую стоимость, они называются ценными. Ценность состоит в том, что у этих пород значительно выше прочность, они дольше служат и имеют неповторимый рисунок. Из этих сортов создают красивую элитную мебель, паркетную доску, двери, иные предметы декора. Все они стоят значительно дороже, чем обычные изделия той же категории. Из отечественных ценных пород можно назвать вишню, дуб, бук, грушу, палисандр, а также древесину белого или остролистного клёна.

Внешний вид формируют такие составляющие, как цвет, блеск, текстура и макроструктура. Цветом называют визуальное ощущение, остающееся после отражения деревом потока света, а точнее – от того, какой спектральный состав у этого отражения. Цвет крайне важен для дерева. На него ориентируются, выбирая породу, которой будет отделано помещение, из которой будет изготовлена мебель, музыкальный инструмент, произведение декоративно-прикладного жанра и т.д.

Окраска дерева зависима от многих факторов – порода, возраст, регион и климат местности, в которой произрастает. Цвет вполне может измениться под воздействием ветра, солнца, от грибковой инфекции, а также от влаги, особенно если дерево длительное время находится в воде. Но многие породы имеют уникальный тон, распознать который специалисту довольно легко. Блеском называется свойство дерева отразить поток света. У каких-то пород блеск сильнее, у каких-то – слабее. Наиболее сильный блеск у дубовой, буковой древесины, а также у таких деревьев, как белая акация.

Текстура – не что иное, как рисунок дерева. Он становится виден после того, как анатомические элементы перерезаны (годичные кольца, лучи сердцевины, сосуды). По ширине годичных колец и содержанию поздней древесины производится оценивание того, насколько качественной она является. Ширина годичного кольца – это то количество слоёв, которое содержится в одном сантиметре, отложенном в радиальном направлении на торце древесины.

Общеизвестно, что деревья различаются по породам. По общепринятой классификации выделяется 12 групп пород. В мире же существует около 60 тысяч пород деревьев. Как их определять? Приведём одну из классификаций пород древесины, которая представляется наиболее полной.

По этой классификации все породы делят на три группы: хвойные, лиственные, редкие или ценные.

Среди хвойных пород древесины выделяют такие: сосна, ель, пихта, лиственница, кедр, можжевельник, кипарис, туя, тис.

Лиственные породы древесины делят на три группы: кольце-сосудистые (дуб, ясень, вяз, ильм, карагач), рассеянно-сосудистые лиственные с мягкой древесиной (берёза, тополь, осина, ольха, липа), рассеянно-сосудистые лиственные с твёрдой древесиной (бук, орех, граб, клён, груша, рябина, самшит, платан).

Редкие или ценные породы (их ещё называют иноземные): секвойя, красное дерево (махагони), чёрное дерево, эвкалипт, фернамбук, палисандр, атласное дерево, бакаут, венге, зебрано, мербау.

Сколько новых, разнообразных и неизвестных нам пород древесины!

Однако заметим, что такая общая классификация мало что даёт при попытках определить данную конкретную древесину. Поэтому следует использовать исторически выработанный ряд признаков определения породы древесины, среди которых основными являются: наличие ядра, ширина заболони и резкость перехода от ядра к заболони, различная степень видимости годичных слоёев, разница между ранней и поздней древесиной, наличие и размеры сердцевинных лучей, диаметр сосудов, наличие смоляных ходов, их размеры и количество. К дополнительным признакам относят цвет, блеск, текстуру, запах, расположение, количество и форму сучков и др.

Вообще, умение различать породы дерева – это целая наука. Учатся этому долго и постепенно: вначале учатся отличать ель от сосны, сосну от лиственницы, осину и липу от берёзы, дуб от ясеня. Твёрдо научившись определять эти породы, изучить другие будет значительно легче. Такой опыт быстро накапливается именно при работе с деревом. Зато в дальнейшем он позволит значительно эффективнее использовать такой прекрасный материал, как дерево. Как его обрабатывать – об этом следующий рассказ.

А.А. Антонюк, кандидат физико-математических наук,
Н.Г. Антонюк, кандидат химических наук

По теме: