CC BY
38
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 630*81 Проф. 1.С. Вттотв, канд. бюл. наук; доц. 1.М. Сопушинський, канд. с.-г. наук; ст. викл. Р.В. Вттонт - НЛТУ Украши, м. Львiв
ГУСТИНА ТА ЩЫЬШСТЬ ДЕРЕВИНИ
Проаналiзовано особливост використання термов щшьшсть та густина в контекст кашлярно-пористо! структури деревини. Розглянуто сутнiсть i значення рiзних видiв щiльностi деревини як коло!дно-кашлярно-пористого матерiалу. Наведено ти-пи пористостi деревини та особливосп !х визначення. Зроблено висновки щодо до-цiльностi використання рiзних видiв щiльностi деревини тд час !! квалiметрil.
Ключовг слова: деревина, деревинна речовина, щшьшсть, густина.
У ксилем! стовбур1в деревних рослин кштинш оболонки сформован у водному середовищ1 з тканин, як виконують, запасну та провщну функцп. Об'ем бюсинтезованих тканин складаеться 1з гомогенних (homos - однорщ-ний) волокон [7, 8] целюлози, гемщелюлози, склеених (сцементованих) л1гш-ном, i мжропор, заповнених гомогенною пгроскошчною зв'язаною вологою. Внутршш порожнини кштин деревини заповнеш гомогенною вшьною водою. Масу бюсинтезованих гомогенних волокон називають деревинною ре-човиною [2, 8-13].
Деревину вщносять до капшярно-пористих гетерогенних (heterohe-nis -р1знор1дний) матер1ал1в [1-5]. Складниками !! е маса деревинно! речови-ни, води i пов1тря. Повггря не враховують - його маса в об'ем1 пористо! деревини не значна. Для обгрунтування ф1зичного змюту щшьносп та густини ге-терогенно! деревини за базисш параметри доцшьно брати базисний об'ем стигло! деревини i масу деревинно! речовини в ньому. У процес висихання деревини зменшуеться базисний об'ем, а маса деревинно! речовини постшна (const) як у базисному сташ, так i в абсолютно сухому стат.
Базисний об'ем деревини живого дерева складаеться з об'ему деревинно! речовини, об'ему мжро- та макропор, заповнених водою та пов1трям. Як-що прийняти об'ем стигло! деревини за базис, в якому мжро- та макропори займають значну частку об'ему, то базисна пористють (Пб, %) становить:
де: ¥гн - об'ем стигло! деревини при абсолютнш вологост1 W>30 %, см3; Vd.p. - об'ем деревинно! речовини в пористш структур1 кштинно! оболонки,
3
см .
Пориста структура кштинних оболонок характеризуемся щшьшстю, а не густиною, оскшьки складаеться з об'емно! маси (густини) деревинно! речовини та об'емно! маси (густини) пгроскотчно! вологи, яка заповнюе !! мш-ропори. Об'ем стигло! пористо! деревини - це структурована деревинна речо-
Науковий вкник 11.1ТУ Укра'1'ни. - 2012. - Вип. 22.7
вина, вода i повпря. Визначальними для характеристики щшьносп стигло! деревини е маса води i маса структуровано! деревинно! речовини.
Густину гомогенно! води визначаемо за формулою
т
Р= У
де: р - густина гомогенно! води, г-см-3; т - маса гомогенно! води, г; V -об'ем гомогенно! води, см3.
Густина дистильовано! води при 4 оС становить 1 г-см"3 [1, 3, 4]. Вона зазвичай зменшуеться iз зростанням температури внаслщок теплового роз-ширення i збiльшуегься у разi пiдвищення тиску. Для бiльшостi гомогенних речовин тд час переходу з рщкого у твердий стан густина зазвичай зростае, за винятком води. Густину бюсинтезовано! гомогенно! деревинно! речовини визначаемо за формулою
тд.р
Рдр =
Удр.
де: рд.р- густина деревинно! речовини, г-см-3; тдр - маса деревинно! речовини (маса сухо! деревини), г; Удр - об'ем деревинно! речовини, см3.
Густина деревинно! речовини, визначено! у вод^ становить 1,53 -1,54 г-см-3, а у гели - 1,44-1,46 г-см-3 [2, 9-11]. У мiжнароднiй практищ цей показник густини деревинно! речовини приймають за 1,5 г-см-3 [13]. Деревина - неоднорщна речовина. Щшьшсть неоднорщно! речовини (структурова-но! пористо! деревини) визначають вщношенням маси до об'ему, коли об'ем досягае фжсовано! точки [1, 3-5]. За фжсовану точку визначення об'ему до-цiльно приймати базисний об'ем деревини в живому деревь
Визначення густини двох речовин (деревини, води) за стандартних умов називають вщносною густиною. Для рщких i твердих речовин !! визначають вщповщно до густини дистильовано! води за температури 4 оС. Цей показник характеризуе коефщент заповнення об'ему деревини абсолютною густиною деревинно! речовини.
Густину тканин, яка визначае !! мщшсть, зовшшнш вигляд та iншi властивостi, що характеризують вмiст волокнистого матерiалу в одинищ об'ему, називають абсолютною густиною. Для пористих тш розрiзняють ю-тинну густину без урахування внутршшх пустот (густина деревно! речовини) i умовну, яку визначають вщношенням маси деревинно! речовини до його загального об'ему [1, 3, 4]. У лiтературi з деревинознавства вщношення маси деревинно! речовини у живому деревi до його загального об'ему назива-ли умовною густиною (рум = то / Утах) [9]. Поняття умовно! густини для деревини неточне, тому що цей показник характеризуе базисну щшьшсть [2, 10, 11]. Фiзичний змют базисно! щшьносп розкривае вмют фiтомаси в базисному об'емi живого дерева. У деревинознавчш лiтературi [2, 11, 12] зм^ щшьнос-т деревини за абсолютно! вологостi вщ межi насичення клiтинних стiнок до абсолютно сухого стану характеризують показником парщальна щшьшсть, проте фiзичний змют яко! вiдображае вiдносна щiльнiсть.
У загальному o6'eMi стигло! деревини деревинна речовина займае час-тку об'ему, в якш мiкропори заповненi гiгроскопiчною вологою (¥гм). За-гальний об'ем стигло! деревини складаеться з мiкропор кштинних оболонок i макропор внутрiшнiх порожнин клгган. Враховуючи частку густини деревин-но! речовини в об'емi деревини живих дерев i вiдносну густину деревинно! речовини, базисну пористiсть визначаемо за формулою
Пб = 1 1 --Рб- 1x100%.
Рдр,
В об'емi свiжозрубано! деревини е частка вщносно! густини структу-ровано! деревинно! речовини. Структуроваш клiтиннi оболонки насиченi пг-роскопiчною вологою. У процесi усихання фiзичний коло!дно-катлярно-по-ристий стан деревини переходить у катлярно -пористий.
Щд час визначення показникiв щiльностi деревини, як враховуються у технологiчних процесах - вщ заготiвлi й до кшцево! реалiзацi! деревинно! сировини - приймають базисну щiльнiсть, що характеризуеться вщношенням фiтомаси стигло! деревини (маса абсолютно сухо! деревини) до !! базисного об'ему в свiжозрубаному сташ, а саме:
mo
рб =
у г.м
де: рб - базисна щiльнiсть деревини, г-см-3; m0 - фiто маса деревини (маса деревини в абсолютно сухому сташ), г; Угм - максимальний об'ем деревини за абсолютно! вологосп W>30 %, см3. Щд час заготiвлi деревинно! сировини визначають щiльнiсть свiжозрубано! деревини, в одинищ об'ему яко! врахо-вують масу деревинно! речовини i масу води, а саме:
= тд.р. + me
рс.з.с. = V '
V max
де: рсз.с. - щшьнють свiжозрубано! деревини, г-см-3; тдр - маса деревинно! речовини (фиомаса), г; тв - маса води, г; Vmax - об'ем деревини з вологютю у свiжозрубаному сташ (W > 30%), см3.
Сезонш змiни вологостi у стовбурах живих дерев ютотно впливають на масу одинищ об'ему заготовлено! деревинно! сировини, що необхщно вра-ховувати тд час !! квалiметрi!. За величиною базисно! щшьносп та вмiстом абсолютно! вологост в свiжозрубанiй деревинi визначають фггомасу деревинно! речовини в об'емi заготовлено! деревинно! сировини.
Базисна щшьнють деревини у технологiчних процесах оброблення (сушшня, модифiкацi!) трансформуеться у парщальну щiльнiсть (рпарц.), яка змшюеться вiд свiжозрубаного стану до абсолютно сухого, що пов'язано iз зменшенням макро- i мiкропор в об'емi деревини у процесi усихання:
= mo
рпарц. = ,
V0%<w<30%
Науковий вкник Н.1Т У УкраУни. - 2012. - Вип. 22.7
де V0%<W<30% - об'ем деревини за вологосп вщ меж1 насичення кттинних обо-лонок до абсолютно сухого стану, см3. Парщальна щшьнють вщображае гра-д1ент об'ему деревини внаслщок змши пгроскошчно! вологосп вщ меж1 насичення кттинних оболонок до абсолютно сухого стану за постшно! маси (const) деревинно! речовини [6, 12].
Ур1вноважена пгроскошчна вологють в деревиш становить 12 % за умови !! збер1гання у середовищ1 за температури 20 оС i вщносно! вологосп повпря 65±5 % [2, 10, 14]. Цю величину називають нормалiзованою вологютю деревин. Щшьнють за нормалiзованою вологютю - це вщношення маси зраз-ка за вологосп 12 % до його об'ему за пе! ж вологосп (р2. = m12 / V12).
У свгговш практицi використовують показник - експлуатацшна щшьнють, яку визначають вiдношенням маси в абсолютно сухому сташ до об'ему за експлуатацшно! вологосп 12-15 % (ре = m0/Vi2...i5%) [2, 8]. Щшьнють деревини в абсолютно сухому станi визначають як вщношення маси деревини до !! об'ему за вологосп Wc£c= 0 % (р0. = m0/ V0). Вщомо [5], що щшьнють кль тинних оболонок i щшьнють деревинно! речовини вир!зняються приблизно на 10 %. Навiть в абсолютно сухш деревинi залишаються тоню капшяри. Об'ем мжропор у сухш деревиш становить приблизно 3,4 % [2, 5]. Порис-тють абсолютно сухо! деревини визначають за формулою
П0 = |1 -— 1x100%,
I Рд.р)
де: П0 - пористють деревини в абсолютно сухому сташ, %; р0 - щшьнють деревини в абсолютно сухому сташ, г-см-3.
Зростання внутршшх напружень у деревиш в процеш усихання затри-муе частину макро- i мжропор (недопущена деформацiя усихання). Об'ем мжропор у абсолютно сухш деревиш буде бшьший шж 3,4 %.
Внсновкн. Даш аналiзу понять щшьносп та густини капшярно-порис-то! деревини дають змогу зробити такi висновки:
1. Стигла деревина у св1жозрубаному сташ характеризуеться ф1зичною величиною - щшьшстю, а не густиною, оскшьки бюсинтезований об'ем деревини сформований 1з частки вщносно! густини деревинно! речовини (const), мжропор, заповнених пгроскошчною вологою, i макропор, за-повнених вшьною водою i повпрям.
2. Деревина вщ повного насичення клгганних оболонок пгроскошчною вологою i до абсолютно сухого стану зменшуеться за об'емом i характеризуеться щшьшстю. У клгганнш оболонщ сухо! деревини субмжро- та макропори заповнеш повпрям.
3. Базисна щшьшсть характеризуе бюлопчну продуктившсть деревосташв за фггомасою деревинно! речовини у стовбурах живих дерев та розкри-вае законом1рност1 впливу люорослинних умов на формування фггомаси ксилеми бюлопчних вид1в.
4. Базисну щшьшсть як штегральний показник якост доцшьно використо-вувати у квал1метрп деревинно! сировини люогосподарського та дерево-оброблювального комплекшв.
Л1тература
1. Большая Советская Энциклопедия. - У 30-ти т. - М. : Изд-во "Наука", 1969-1978. - Т. 25. - 864 с.
2. Вштошв 1.С. Деревинознавство : навч. поабн. [для студ. ВНЗ] / 1.С. Вштошв, 1.М. Со-пушинський, А. ТайшшГер. - Вид. 2-ге, [перероб. та доп.]. - Львiв : Вид-во "Апрiорi", 2007. -312 с.
3. Гороновский И.Т. Краткий справочник по химии / И.Т. Гороновский, Ю.П. Назарен-ко, Е.Ф. Некряч / под ред. А.Т. Пилипенко. - К. : Вид-во "Наук. думка", 1987. - 829 с.
4. Измерение массы, объема и плотности / С.И. Гаузнер, С.С. Кивилис, А.П. Осокина, А.Н. Павловский. - М. : Изд-во стандартов, 1972. - 623 с.
5. Полубояринов О.И. Плотность древесины : учебн. пособ. [для студ. ВУЗов] / О.И. По-лубояринов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1976. - 159 с.
6. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский . - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1975. - 400 с.
7. Сопушинський 1.М. Класифжащя та ощнка якост декоративно! деревини: клена-явора (Acerpseudoplatanus L.), бука (Fagus sylvatica L.) та ясена (Fraxinus excelsior L.) / 1.М. Сопушинський // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2012. - Вип. 22.2. - С. 106-111.
8. Справочное руководство по древесине / Лаборатория лесных продуктов США : пер. с англ. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1979. - 544 с.
9. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения : учебник [для студ. ВУЗов] / Б.Н. Уголев. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1975. - 384 с.
10. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение : учебник [для уч. сред. проф.-техн. образов.] / Б.Н. Уголев. - Изд. 2-ое, [стер.]. - М. : Изд. центр "Академия", 2006. -272 с.
11. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения : учебник [для студ. ВУЗов] / Б.Н. Уголев. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1986. - 368 с.
12. Чудинов Б.С. Вода в древесине / Б.С. Чудинов . - Новосибирск : Изд-во "Наука", 1984. - 270 с.
13. Kollmann F. Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe: Anatomie u. Pathologie, Chemie, Physik, Elastizität u. Festigkeit / F. Kollmann. - [2., neubearb. u. erw. Aufl. 1951, Repr.] -Berlin : Verlag Springer Verlag, 1982. - Band 1. - 1050 s.
14. Normen für Holz: DIN-Taschenbuch 31. - [8te Aufl.]. - Berlin : Verlag Beuth Verlag GmbH, 2009. - 604 s.
Винтонив И.С., Сопушинский И.Н., Винтонив Р.В. Плотность древесины
Проанализированы особенности использования термина плотность в контексте капиллярно-пористой древесины. Раскрыта сущность и значение различных видов плотности древесины как коллоидно-капиллярно-пористого материала. Приведены виды пористости древесины и особенности их определения. Сделаны выводы о целесообразности использования различных видов плотности древесины при ее квали-метрии.
Ключевые слова: древесина, древесинное вещество, плотность.
Vintoniv I.S., Sopushynskyy I.M., Vintoniv R.V. Wood density
The features of the terms density in the context of capillary-porous wood are analyzed. The essence and value of different kinds of wood density as colloidal capillary-porous material are expressed. These types of wood porosity and their definitions are described. The conclusions on the expediency using different types of wood density by its qualimetry are given.
Keywords: wood, wood matter, density.
