Деревина

1. Що таке дерево?
2. Будова деревини
3. Листяні та хвойні породи деревини
4. Хімічний склад
5. Що таке дерево?
6. Міцність
7. Довговічність
8. Ліс і вода
9. Деревина та енергія
10. Безпечний для довкілля
11. Використання деревини
12. Збирання врожаю
13. Приправа
14. Збереження та інше лікування
15. Різання
16. Інші вироби з деревини

від Кріс Вудфорд . Останнє оновлення: 10 жовтня 2018 року.

Її багато, це порівняно дешево (або навіть безкоштовно), екологічно чисте, виглядає чудово, тепло і затишно, надмірно міцно, воно триває сотні чи навіть тисячі років, і ви можете використовувати його для всього, починаючи від будівництва мости до виготовлення папір або опалення вашого будинку. Це дерево - і це, можливо, найкорисніший і універсальний матеріал на планеті з багатьма тисячами різних видів використання. То що ж робить деревину такою доброю? Давайте докладніше розглянемо!

Фото: Дерево справді росте на (а точніше - на) деревах. Хто б міг подумати, що ви можете зробити чудовий журнальний столик або миску для фруктів із такого старого зразка? Зовнішня частина стовбура дерева може виглядати мертвою, але вона дуже сильна: стовбури дерев ростуть назовні (розширюються), а також вгору (стають вище).

Що таке дерево?

Ви часто чуєте, як люди бурчать про гроші та всілякі інші речі, які «не ростуть на деревах»; відмінна річ у деревині - це те, що вона росте на деревах, а точніше - на стовбурах та гілках.

Будова деревини

Фото: Цей стовп паркану колись був деревом - і ви все одно добре бачите річні кільця росту, якщо дивитися на нього зверху.

Візьміть дерево і очистіть зовнішню «шкіру» або кору, і ви знайдете два види деревини. Найближче до краю є вологий, легкий, живий шар, який називається синицею, упакований трубочками під назвою ксилема, які допомагають дереві труби води та поживних речовин від коренів до листя; всередині сапюру є набагато темніша і твердіша частина дерева, яка називається серцевина, яка мертва, де трубки ксилему закупорили смолами або яснами і перестали працювати. Навколо зовнішнього краю сапюру (і стовбура) знаходиться тонкий активний шар, який називається камбієм, де дерево насправді щороку зростає назовні, утворюючи ті знамениті річні кільця, які говорять нам, скільки років дереву. Проріжте горизонтально через дерево, провівши пилку паралельно землі (перпендикулярно стовбуру), і ви побачите річні кільця (одне нове додається щороку), що складають поперечний переріз. Виріжте вертикально через стовбур дерева, і ви побачите лінії всередині, що йдуть паралельно стовбуру, утвореному трубочками ксилеми, утворюючи внутрішню структуру деревини, відому як її зерно. Ви також побачите випадкові вибагливі овали, що переривають зерно, зване вузлами, які є місцями, де гілки виростали зі стовбура дерева. Вузли можуть зробити деревину привабливою, але вони також можуть послабити її структуру.

Листяні та хвойні породи деревини

Деревина поділяється на два різні види, які називаються листяними та хвойними, хоча заплутані назви не завжди стосуються його фактичної твердості чи м’якості:

• Листяні породи зазвичай походять з листяних дерев широколистяних (листяних) (тих, що скидають листя щороку, також відомих як покритонасінні, оскільки їх насіння містяться у плодах або стручках). Приклади включають ясен, бук, березу, червоне дерево, клен, дуб, тик та горіх.
• Хвойні дерева зазвичай походять з вічнозелених (хвойних) дерев (тих, які мають голки та шишки і зберігають їх цілий рік, також називають голонасінними. Прикладами є кедр, кипарис, ялина, сосна, ялина та червоне дерево).

Фото: Зліва / нагорі: Листяні листя походять з листяних дерев, як цей дуб. Її листя (вставки) опадають восени, а нові ростуть навесні.

Фото: Вправо / внизу: Хвойне листя походить з вічнозелених хвойних порід, як у цієї сосни, у якої хвоя, яка тримається на весь рік, і шишки (вставки).

Загалом вірно, що листяні породи твердіші, ніж хвойні, але не завжди. Бальза - найвідоміший приклад листяних порід, який насправді дуже м’який. Листяні породи дерева мають чудові, привабливі зерна і використовуються для таких речей, як виготовлення тонких меблів та декоративних дерев’яних виробів, тоді як хвойні дерева часто походять з дуже високих, прямих дерев і краще підходять для будівельних робіт (у вигляді дощок, жердин тощо). ).

Хімічний склад

Подивіться на кілька свіжозрізаних дерев під мікроскоп і ви побачите, що складається з клітин, як і будь-яка інша рослина. Клітини складаються з трьох речовин, званих целюлози (близько 50 відсотків), лігніну (який становить п'яту-чверть листяних порід, але чверть третини хвойних порід), і геміцелюлози (залишок). В цілому целюлоза є волокнистою масою дерева, тоді як лігнін - це клей що утримує волокна разом.

Що таке дерево?

Внутрішня структура дерева робить деревину такою, якою вона є - як вона виглядає, як вона веде себе і для чого ми можемо її використовувати. Насправді сотні різних видів дерев, тож узагальнення про щось, що називається «деревина», не завжди корисне: деревина бальза відрізняється від дуба, який не зовсім такий, як ліщина, що знову відрізняється від горіха. Сказавши це, різні види деревини мають більше спільного між собою, ніж, скажімо, метали , кераміка , і пластмаси .

Міцність

Фізично деревина міцна і жорстка, але порівняно з таким матеріалом сталь , він також легкий і гнучкий. У нього є ще одна цікава властивість. Метали, пластмаси та кераміка мають досить однакову внутрішню структуру, що робить їх ізотропними: вони поводяться абсолютно однаково у всіх напрямках. Деревина відрізняється своєю однорічною кільцево-зерновою структурою. Зазвичай ви можете зігнути і згорнути невелику, мертву гілку дерева голими руками, але ви розтягнути або стиснути ту саму гілку майже неможливо, якщо спробувати потягнути або відсунути її у зворотному напрямку. Те саме стосується різання деревини. Якщо ви коли-небудь рубали деревину сокирою, то знаєте, що вона розщеплюється дуже легко, якщо порізати лезом по зерну, але набагато важче рубати навпаки (через зерно). Ми кажемо, що деревина є анізотропною, це означає, що грудка деревини має різні властивості в різних напрямках.

Фото: Дерево - традиційний будівельний матеріал, популярний сьогодні як ніколи. Оскільки деревина є анізотропною, природні дерев’яні балки краще працюють як вертикальні стовпи (там, де вони стискаються), ніж горизонтальні балки (там, де вони перебувають у напрузі). Тут не проблема, адже ці балки ламіновані, тому вони однаково міцні у всіх напрямках. Діагональні елементи додають додаткової сили, щоб зупинити горизонтальні балки від вигину. Фото: Робб Вільямсон люб'язно US DOE / NREL (Кафедра енергетики / Національна лабораторія відновлюваної енергії). Детальніше про як працюють будівлі .

Це не просто важливо для того, щоб хтось вирубав у лісовому масиві: це також має значення, коли ви використовуєте деревину в будівництві. Традиційні дерев'яні будівлі підтримуються величезними вертикальними стовпами, які передають сили в землю по своїй довжині, паралельно зерну. Це хороший спосіб використовувати деревину, оскільки вона, як правило, має високу міцність на стиск (стійкість до віджимання), коли ви завантажуєте її в тому ж напрямку, що й зерно. Дерев’яні жердини значно слабкіше розміщуються горизонтально; їм потрібна велика підтримка, щоб зупинити їх згинання та хапання. Це тому, що вони мають меншу міцність на розрив (стійкість до вигину чи витягування сили через зерно). Однак не всі ліси однакові. Дуб має набагато більшу міцність на розрив, ніж у багатьох інших лісах, тому його традиційно застосовували для виготовлення важких горизонтальних балок у старих будинках. Інші фактори, наприклад, наскільки добре витриманий (сухий) шматок деревини (як обговорюється нижче) і наскільки щільний він також впливають на його міцність.

Діаграма: Деревина може бути дуже слабкою. У напрузі (наприклад, натягнутому горизонтально в підкосах або балках), це один з найслабших з усіх поширених матеріалів. Ось чому його швидше використовувати в стисканні (у вертикальних балках), де він набагато сильніше. ( Бетон страждає одна і та ж проблема, через яку її часто армують сталлю.) Усі ліси бувають різними і залежать від атмосферних умов, але зазвичай вони в 10–30 разів сильніші в поздовжньому напрямку, ніж у радіальному напрямку (див. вставку зображення стовбура дерева для пояснення цих термінів).

Довговічність

Одна з найкращих речей про деревину - це те, як довго вона прослужить. Переглядаючи щоденні новини, ви часто читаєте, що археологи розкопали поховані залишки якоїсь старовинної дерев’яної статті - дерев’яної інструмент можливо, або простий човен, або залишки величезної споруди, якій є сотні, а то й тисячі років. Якщо дерев’яний предмет належним чином збережений (щось інше ми обговоримо пізніше), воно легко переживе людину, яка його виготовила. Але так само, як та людина, дерев’яний предмет колись був живою істотою - і це природний матеріал. Як і інші природні матеріали, він піддається природним силам гниття через процес, відомий як гниття, при якому такі організми, як гриби та комахи, такі як терміти та жуки, поступово обкушують целюлозу та лігнін та зменшують деревину до пилу та спогадів.

Фото: Під атакою! Велика проблема деревини полягає в тому, що це природний матеріал, який піддається атаці з боку інших природних речей, зокрема грибів та комах. Це те, що Формосанські підземні терміти може робити з деревиною. Фото Скотта Бауера люб'язно надано Міністерство сільського господарства США / Служба сільськогосподарських досліджень .

Ліс і вода

Деревина має багато інших цікавих характеристик. Це гігроскопічно, це означає, що так само, як губка, вбирає вода і набрякає у вологих умовах, знову видаючи воду, коли повітря висохне і температура підвищується. Якщо, як у мене, у вашому будинку є дерев’яні вікна, ви, мабуть, помітите, що вони відкриваються набагато легше влітку, ніж взимку, коли вологі умови на вулиці змушують їх набухати в рамки (не обов'язково така погана річ, оскільки це допомагає щоб не було холоду). Чому деревина поглинає воду? Пам’ятайте, що стовбур дерева призначений для перенесення води від коренів до листя: це майже водна магістраль. Свіжозрізаний шматочок "зеленої" деревини зазвичай містить величезну кількість прихованої води, що робить його дуже важким для спалювання дров без великого паління та плювання. Деякі породи деревини можуть всмоктувати в кілька разів власну вагу води, яку всередині деревини поглинають ті самі структури, які транспортували воду з коренів дерева до листя, коли дерево було живою рослиною.

Деревина та енергія

Які ще властивості має деревина? Це відносно добре теплоізолятор (що стане в нагоді в будівництві будинків), але суха деревина згоряє досить легко і виробляє багато теплова енергія якщо нагріти його вище температури його займання (точка, в якій він запалює вогню, приблизно від 200 до 400 ° C, 400–750 ° F). Хоча деревина може поглинати звук дуже ефективно (ще одна корисна властивість у будівлях, де люди цінують звукоізоляція вимикаючи своїх сусідів), дерев'яні предмети також можуть бути розроблені для передачі та посилення звуків - саме так працюють музичні інструменти. Деревина, як правило, поганий провідник електрика але, що цікаво, це п’єзоелектрик (електричний заряд накопичиться на деревині, якщо стиснути її правильним способом).

Безпечний для довкілля

Деревина була одним з перших природних матеріалів, які люди навчилися використовувати, і вона ніколи не втрачала своєї популярності. У наші дні це особливо цінується за те, що він природний і безпечний для довкілля продукт. Лісове господарство - це рідкісний приклад того, що має потенціал бути повністю стійким: теоретично, якщо посадити нове дерево для кожного зрізаного старого дерева, ви можете продовжувати використовувати деревину назавжди, не завдаючи шкоди планеті. На практиці вам потрібно замінити подібне на подібне, а лісове господарство не є автоматично стійким, як би там не було папірці як ми віримо. Зовсім нове дерево має набагато меншу екологічну цінність, ніж зріле дерево, якому сотні років, тому посадка тисячі саджанців може бути не заміною для вирубки лише жменьки древніх дерев. Лісозаготівля може бути надзвичайно небезпечною для навколишнього середовища, будь то чистка дерев в тропічному лісі або вибіркова вирубка зрілих дерев у помірному лісі, що зростає. Деякі процеси та хімічні речовини, які використовуються у лісовому та деревообробному процесі, також є екологічно небезпечні ; хлор, який використовується для відбілювання деревних волокон для виготовлення паперу, може спричинити забруднення води в річки , наприклад. Але з позитивного боку, вирощування дерев видаляє вуглекислий газ з атмосфери, а посадка більшої кількості - один із способів зменшити наслідки зміна клімату . Дерева також забезпечують важливе середовище існування для багатьох інших видів і допомагають збільшити біорізноманіття (широке коло живих організмів на Землі). Практично правильно, лісове господарство - хороший приклад того, як люди можуть жити в ідеальній гармонії з планетою.

Використання деревини

Як деревина потрапляє з дерева на дах вашого будинку, вашу книжкову полицю чи стілець, на якому ви сидите? Це довша та складніша подорож, ніж ви могли б подумати, що займає збирання, приправу, консервацію та іншу обробку та різання. Ось короткий посібник.

Збирання врожаю

Фото: Рубання довголистої сосни - це лише початок веселощів: тепер вам доведеться повернути її додому, бажано, не пошкоджуючи решту лісу в процесі. Ось де ця заносна машина входить, піднімаючи колоди з a гідравлічний кран і перетягуючи їх потужним дизельний двигун . Фото: Ренді К. Мюррей люб'язно надано Армія США .

Вирощування рослин в їжу називається землеробством; вирощування дерев для використання людиною - це лісівництво - і дві речі мають багато спільного. Дерево - це рослинна культура, яку потрібно збирати так само, як і будь-яку іншу, але різниця полягає в тому, як довго ростуть дерева, часто багато років або навіть десятиліття. Спосіб заготівлі деревини залежить від того, чи ростуть дерева в плантаціях (де є сотні чи тисячі одного виду, як правило, подібного віку) або в зрілих лісах (де є суміш різних видів і дерев, що різного віку).

Висаджені дерева можна вирощувати за чітким планом і чітко висічувати (весь ліс вирубаний), коли вони досягнуть зрілості. Такий різкий підхід має сенс, якщо дерева є швидкозростаючим видом, посадженим спеціально для використання біомаса паливо, наприклад. Окремі дерева також можна вибірково вирубати із мішаних лісів і відтягнути машиною чи тваринами, або навіть (якщо це має економічний та екологічний сенс) підтягнути вгору вертоліт , що дозволяє уникнути пошкодження інших довколишніх дерев. Іноді дерева мають кору і невеликі гілки видаляються в лісі, перш ніж їх відвозять на дрова для подальшої обробки, хоча вони також можуть бути видалені неушкодженими, при цьому вся обробка проводиться за межами місця. Все залежить від цінності дерева, умов вирощування, наскільки далеко знаходиться дрова з деревини та наскільки легко дерево транспортувати. Ще однією цікавою формою лісового господарства називається копрікінг, який передбачає видалення довгих, тонких, низькорослих гілок з дерев, таких як ліщина та верба, обережним та шанобливим способом, що не завдає довготривалої шкоди.

Фото: Ці дерева бавовняного дерева можуть виглядати занадто остистими для виготовлення жердин або дощок, але вони не використовуватимуться ні для одного. Вони є частиною швидкозростаючої плантації, яка виробляє біомаса , тип відновлювальна енергія згоріло в електростанції . Біомаса є кращою для навколишнього середовища, оскільки дерева вживають стільки вуглекислого газу, коли вони ростуть, скільки видають, коли їх спалюють; залишаючи осторонь енергія Втрата при збиранні та переробці, завод з біомаси не виробляє загальних викидів вуглекислого газу, на відміну від традиційної електростанції, що працює на нафті чи вугіллі. Інші "енергетичні культури" включають вербу, тополю та евкаліпт. Фото Уоррена Гретца люб’язно надано США DOE / NREL (Міністерство енергетики / Національна лабораторія відновлюваної енергії).

Приправа

Свіжозрізане дерево трохи схоже на губку, яку попередньо замочують у воді, тому перед використанням можна її повністю висушити або приправити. Суха деревина рідше гниє і загниває, її легше обробити консервантами і фарба , і це набагато легше і легше транспортувати (як правило, половина ваги щойно поваленого дерева може надходити з води, потрапляє всередину). Суха деревина також набагато міцніша і простіша в будівництві (вона не зменшиться настільки сильно), і якщо дерево призначене для спалювання як дрова (або енергетичний урожай), воно буде горіти легше і видавати більше тепла, якщо правильно висушують спочатку. Зазвичай деревину сушать або на відкритому повітрі (що займає що-небудь від кількох місяців до року), або, якщо важлива швидкість, у величезних нагрітих печах, званих печами (що скорочує час висихання на дні або тижні). Приправлена ​​деревина все ще не повністю суха: зазвичай її вміст вологи коливається приблизно від 5–20 відсотків, залежно від способу сушіння та часу.

Збереження та інше лікування

Теоретично деревина може тривати вічно, якби її не атакували клопи та бактерії; консерванти можуть значно продовжити його життя, запобігаючи гниттю. Різні консерванти працюють по-різному. Фарба, наприклад, працює як зовнішня шкіра, яка зупиняє проникнення грибів та комах у деревину та її поїдання, але сонячне світло та дощ змушують фарбу тріскатися та розшаровуватися, залишаючи деревину відкритою для атаки знизу. Креозот (інший популярний консервант для деревини) - сильно пахне жирувато-коричнева рідина, яка зазвичай виготовляється з вугільно-дьогтем. На відміну від фарби, це фунгіцид, інсектицид, мітицид та спороцид: іншими словами, він діє, зупиняючи гриби, комах, кліщів та спори від поїдання чи росту в лісі.

Фото: паркан перед (правою) та після (зліва) обробкою консерватором деревини.

Різні види обробки допомагають захистити і зберегти деревину іншими способами. Це велика іронія, що деревину можна використовувати для побудови прекрасного будинку, який триватиме багато десятиліть або згорить до землі за лічені хвилини. Деревина настільки рясна і горить так добре, що вона вже давно є одним з улюблених світових видів палива. Ось чому так важлива протипожежна обробка дерев’яних будівельних виробів. Зазвичай деревина обробляється вогнезахисними хімічними речовинами, які впливають на спосіб її спалювання, якщо вона потрапляє у вогонь, зменшуючи летючі гази, які виділяються, тому вони горять повільніше і з більшими труднощами.

Різання

Існує велика різниця між деревом і столом, яким воно може стати, навіть якщо обидва зроблені з однакової деревини. Ця різниця пов'язана головним чином з вмілим різанням та обробкою деревини. Скільки потрібно різати дерево, залежить від виробу, який робиться. Щось на зразок стовпа для комунальних послуг або огорожі стоїть не набагато більше, ніж дерево, позбавлене його гілок і сильно оброблене консервантами; ось приклад того, що називають кругляком. Деревам потрібно трохи більше попрацювати на пилорамі, щоб перетворити їх на пиломатеріали, пиломатеріали або пиломатеріали (три назви часто використовуються взаємозамінно, хоча їх можна використовувати з більш конкретними значеннями). Плоскі шматки дерева можна зробити з дерев, розрізаючи колоди в двох різних напрямках. Якщо ви вирізаєте дошки з пилкою, що проходить по лініях, паралельних довжині стовбура, ви отримуєте звичайну (іноді її називають плоскорізну) деревину (з овалами або кривими на найбільшій плоскій поверхні деревини); якщо ви впали дерево, розріжте стовбур на чверті, а потім наріжте кожну чверть на паралельні дошки, ви отримаєте кварцову деревину (зерно проходить уздовж найбільшої плоскої поверхні широко паралельними смугами).

Фото: зліва / зверху: рівнинна деревина паралельна стовбуру, виявляючи річні кільця у вигляді кривих чи овалів. Праворуч / внизу: деревину з квартованими пилами спочатку розпилюють, а потім пиляють, виявляючи візерунок приблизно паралельних ліній.

Подивіться, як привабливо виглядають ці візерунки? Не дивно, що деревину, призначену для меблів та інших декоративних цілей, потрібно різати набагато більш продумано і обережно, що стосується того, що називається її фігура. Це спосіб вирізання конкретного дерева, щоб показати найбільш привабливі схеми росту, які він містить, в останньому шматочку дерева. Цифра може також залежати від того, яка частина дерева використовується. Деревина, нарізана поблизу пня дерева, іноді дасть привабливішу фігуру, ніж вирубана деревина зверху вгору.

Інші вироби з деревини

Фото: ДСП виготовляється з деревини, що скріплюється між собою і покривається привабливим шпоном або іншим поверхневим шаром (можливо, пластиком або ламінатом). Ось так виглядає книжкова шафа Ікеа Біллі, якщо ви заглядаєте за спину. Ви можете бачити шпон в лівій крайній частині, а праворуч із листяних порід.

Круглі та пиломатеріали - це те, що можна назвати виробами з натуральної деревини, оскільки вони передбачають використання нарізаних шматочків дерева більш-менш у сирому вигляді. Існує багато інших способів використання дерев, які передбачають більшу кількість обробки. Деякі ліси дуже рідкісні та дорогі, а інші - дешеві та багаті, тому загальною технікою є нанесення зовнішнього шару дорогої та привабливої ​​деревини на серцевину з дешевшого матеріалу. Шпон - це тонкий декоративний шар, нанесений на більш дешеву деревину, виготовлений поворотом колоди проти леза, подібно до лущення яблука. Використання шпону означає, що ви зможете отримати привабливу дерев’яну обробку за значно меншими витратами, ніж за допомогою міцного шматка дорогого дерева. Фанера виготовляється шляхом взяття шарів деревини (або шарів) і склеювання їх між собою зовнішнім покриттям шпону. Зазвичай кожен шар розміщується на 90 градусів до рівня нижче, тому зерна чергуються. Це означає, що шматок фанери зазвичай набагато міцніший, ніж шматок натуральної деревини, з якої вона виготовлена. Ламіноване дерево - це більш слабкий вид фанери, в якій зерно кожного шару проходить в одному напрямку. ДСП (часто його називають ДСП) виготовляють шляхом взяття відходів стружки, пластівців та тирси з млини та витіснення під високим тиском, з клеєм, у форму, щоб вона злипалася, щоб зробити дошки та панелі. Меблі з низькою вартістю і самостійним складанням часто виготовляються таким чином. ДВП схожа, але виготовлена ​​з деревно-целюлозних волокон замість деревної стружки та тирси. ДВП - це тонкий аркуш деревини, виготовлений з деревних волокон майже однаково.

Не всі вироби з дерева одразу впізнаються як такі. Велика частина паперу та картону користується людьми, наприклад, перетворюючи целюлозу з дерев у волокнисту м'якоть. Лігнін (інша основна хімічна речовина всередині деревини) також має багато застосувань, включаючи виготовлення пластмаси (наприклад, целюлоїд, що використовується в старомодному стилі) фотофільм ), фарби , скипидар і дріжджові продукти.