Фізичні і механічні властивості деревини

Деревина – основний матеріал для виготовлення будівельних виробів і меблів – повинна відповідати певним вимогам:

- не мати недопустимих вад і дефектів;

- легко оброблюватися;

- не змінювати надану їй форму;

- добре чинити опір діючим на неї зусиллям;

- протистояти впливу вологи і повітря.

Із фізичних властивостей деревини найбільш практичне значення мають:

- число річних кілець в одному сантиметрі і вміст пізньої деревини в річному шарі;

- вологість;

- усушка;

- набрякання;

- щільність.

До основних механічних властивостей належать:

- границя міцності за стискання;

- границя міцності за розтягування;

- границя міцності за статичного вигину;

- сколювання вздовж волокон деревини;

- твердість.

До технологічних властивостей належить здатність утримувати металеві кріплення.

Для кожної породи існує найбільше і найменше число річних шарів на 1 см за радіальним напрямом. Збільшення або зменшення цього числа приводить до зміни фізико-механічних властивостей деревини.

Сосна – 3–25 кілець на 1 см, ялина – 3–20, дуб – 2–12.

Вологістю деревини називають відношення маси вологи, що знаходиться в даному об’ємі деревини, до маси абсолютно сухої деревини, виражену у відсотках. Вологість впливає на міцність, щільність, теплопровідність та інші властивості деревини.

Густина (щільність) – відношення маси деревини до її об’єму – залежить від породи і вологості.

Границя міцності за стискання деревини вздовж волокон для різних порід у середньому дорівнює 40–60 МПа. Тополя – 27 МПа.

Деревина має високу міцність за розтягування вздовж волокон. Для окремих порід границя міцності за розтягування становить 100–200 МПа.

Границя міцності за статичного вигину для різних порід дорівнює 70–120 МПа.

Опір деревини сколюванню вздовж волокон порівняно невеликий (15–25 % від опору стискання в тому ж напрямі) і знаходиться в межах 5–15 %.

Суть методу визначення статичної твердості полягає у визначенні навантаження за вдавлювання пуансона в деревину на задану глибину і обчислення твердості як відношення навантаження до площі проекції відбитку.

Важлива технологічна і механічна властивість деревини – здатність утримувати металеві кріплення, зокрема цвяхи та шурупи. Залежить від густини, твердості, вологості, опору стискання і розтягу поперек волокон, породи деревини.

Матеріали і напівфабрикати із деревини

Круглі ділові лісоматеріали листяних і хвойних порід призначаються для розпилювання і стругання, лущення, виробництва целюлози і деревинної маси, а також для використання у круглому вигляді.

Пиломатеріали і заготовки виробляють із деревини хвойних і листяних порід. Пиломатеріали одержують шляхом розпилювання вздовж вісі стовбура круглих лісоматеріалів. Заготовками називають дошки і бруски, вирізані відповідно до габаритів необроблених деталей із припусками на усихання, стругання і торцювування.

Лущений шпон виготовляють із деревини беріз, вільхи, клена, ясеня, кедра і модрини. Із нього виготовляють шарувату, клеєну деревину, а також застосовують для облицювання поверхні виробів із дерева.

Паркетні дошки складаються із паркетних планок, наклеєних за малюнком на основу з рейок.

Міцність склеювання – важливий показник якості клею. Суть методу полягає у визначенні навантаження, необхідного для руйнування клеєного шва, що з’єднує два бруска деревини.

Розділ 12. Скло. Властивості та застосування

Загальні відомості

Скло – твердотілий стан аморфних речовин. Аморфні речовини, в тому числі оптичні матеріали, переходять у склоподібний стан за температур нижче температури скловання. Скло може бути отримане шляхом охолодження розплавів, так щоб минути кристалізацію. Практично будь-яка речовина із розплавленого стану може перейти в склоподібний стан. Щоб отримати металеве скло необхідна швидкість охолодження 100000–1000000 К/с. Скло може бути отримане також шляхом аморфізації кристалічних речовин. Як правило, скло отримують із переохолодженого розчину. До склоутворюючих відносять неорганічні речовини, які за охолодження розчину не кристалізуються та зберігають аморфну будову. В залежності від основної склоутворючої речовини, скло буває:

- оксидне (селікатне, кварцове, германатне, фосфатне, боратне);

- фторидне;

- сульфідне.

Базовий метод отримання селікатного скла ґрунтується на плавленні суміші кварцевого піску (SiO₂), соди (Na₂CO₃) та вапна (CaO). В результаті утворюється хімічний комплекс зі складом (Na₂O·CaO·6SiO₂). Кварцове скло отримують плавленням кремнеземної сировини високої чистоти (гірський кришталь). Його хімічна формула SiO₂ (може бути природного походження).

Оптичне скло застосовують для виготовлення лінз, призм, кюветів. Розрізняють три головних види скла:

- содово-вапнякове (1Na₂O·1CaO· 6SiO₂),

- калійно-вапнякове (1К₂O: 1CaO: 6SiO₂),

- калійно-свинцеве (1К₂O: 1PbO: 6SiO₂).

В якості головної складової в склі міститься 70–75 % оксиду кремнію (SiO₂), що утворюється з кварцового піску за умов відповідної ґрануляції та чистоти від інших домішок.

Другий компонент – оксид кальцію CaO. Надає склу хімічної стійкості та збільшує його блиск (для скла ця речовина використовується у вигляді вапна). В стародавні часи використовувалися морські мушлі або попіл деревини.

Наступним компонентом скла є луги у вигляді оксиду натрію (Na₂O) або оксиду калію (К₂O); їх частка складає 16–17 %. У скло вони потрапляють у вигляді соди (Na₂CO₃) та вапняку (K₂CO₃), які за високих температур легко розкладаються на окисли.

Технологія отримання скла

Необхідна температура плавлення скла становить 1450 ^oС, а робоча температура – 1100–1200 ^oС.

Плавлення скла складається з двох етапів:

- спікання склеєних утворень (фритів);

- переплавка фритів та утворення якісного скла.

Для підвищення якості та довговічності скляних виробів проводять їх нагрівання до температури розм’якшення скла з наступним повільним охолодженням.

Дефекти, що утворюються під час виробництва скла: камені, пухирці, мошка, димки, свили, напруження.

Камені – мілкі непрозорі частинки, що відділилися від плавильного горщику під час варки скла або нерозплавлені частинки шихти.

Пухирці утворюються в процесі варки скла у зв’язку із виділенням газів складовими частинами шихти. Пухирці створюють світлорозсіювання та деяку втрату прозорості.

Мошка – накопичення в одному місці великої кількості дрібних пухирців, що займають значну частину його об’єму.

Димки – вид павутини або легкої хвилеподібної димки в середовищі скла. Утворюється від спікання складок.

Свили – прозорі полоски в склі, що утворюються внаслідок неоднакового показнику заломлення світлового променя.

Напруження виникають внаслідок неоднорідності скла, що утворюється в результаті нерівномірного охолодження у процесі виготовлення та підвищеного тиску під час закріплення скла в оправах.

Марки скла

Більшість країн мають свої стандарти на листове скло та склопакети. Інші види будівельного скла випускаються за стандартами фірм-виробників. Незважаючи на однакове маркування, скло різних підприємств розрізняється за своїми фізичними та оптичними властивостями і в цілому за якістю.

Загальне правило для марок М1-М6: чим нижча цифра в марці скла, тим вища його якість, менше дефектів на одиницю площі, більша якість і відповідність конструкції, кращі його фізичні й оптичні властивості. На листове скло М1-М5 існує ГОСТ 111-90. Цей стандарт розповсюджується на листове скло, призначене для оснащення конструкцій та використовується для транспортних засобів.

М1 застосовується для виготовлення високоякісних дзеркал, вітрового скла легкових автомобілів. Використовується покращене скло товщиною 2–6 мм.

М2 застосовується для виготовлення дзеркал загального призначення, безпечного скла, в тому числі і для транспортних засобів (2–6 мм).

М3 застосовується для виготовлення декоративних дзеркал, комплектуючих до меблів. Безпечне скло і конструкції для транспорту виготовляють із віконного полірованого скла (2–6 мм).

М4 застосовується для високоякісного остеклення прозорих конструкцій, виготовлення виробів для меблів, безпечного скла для транспортних засобів.

М5 застосовується для остеклення прозорих конструкцій, виготовлення деталей для меблів, безпечного скла та сільськогосподарських і тихохідних машин.

М6 застосовується для остеклення прозорих конструкцій, виконаного неполірованим склом (2–6 мм). Таке скло має назву «тепличне», так як придатне для остеклення приміщень із мінімальними вимогами до якості скла, застосовується в остекленні теплиць у зв’язку з низькою вартістю.

М7 застосовується для виготовлення вітринного полірованого скла товщиною 6,5–12 мм (із нього виготовляють високоякісні вітрини).

ТР – «тверді» розміри. Скло виготовляється і постачається за специфікацією споживача.

СВР – вільні розміри. Скло виготовляється та постачається в заводському асортименті.

М5-ТР 1600х1300х4 ГОСТ 111-90. В оптових поставках дозволяється 2 % склобою.

Властивості скла

Механічну міцність скла характеризує твердість. Вона визначає опір деформації, яка виникає якщо намагаються занурити в скло більш тверде тіло. Визначається за допомогою методу мікротвердості.

Крихкість скла – властивість чинити опір удару. В процесі дослідження на крихкість на зразок скла кидають стальну еталонну кулю або б’ють його маятником. Міцність визначається роботою, витраченою на руйнування.

У залежності від виробництва, скло відрізняється за властивостями:

- содове скло – можливо з легкістю плавити, воно м’яке та легше піддається обробці, чисте і світле (медичне);

- поташне скло – тугоплавке, тверде і непластичне, здатне до формування, має сильний блиск (залізне скло);

- свинцеве скло – кришталь. Утворюється застосуванням оксиду свинцю. М’яке і плавке, порівняно важке, відрізняється значним блиском і високим коефіцієнтом заломлення. Розкладає світловий промінь на різні кольори.

Види скла за призначенням

Вогнестійке – скло, що не руйнується за нагрівання або контакту з вогнем.

Термостійке скло здатне витримувати значний термічний удар внаслідок низького коефіцієнту термічного розширення.

Нейтральне – скло з високою хімічною стійкістю.

Емальоване, загартоване – листове скло, покрите емалевою фарбою та загартоване. Використовується для фасадів будинків.

Удароміцне – підвищеної міцності, здатне витримувати сильний удар (гартоване, ламіноване).

Візерункове скло – для декоративного застосування.

Сонцезахисне скло зменшує теплопередачу. Це фарбоване скло, може бути термополірованим, тріплексним або візерунковим.

Низькоемісійне скло – затримує теплопередачу.

Протипожежне скло – армоване скло.