Физические свойства древесины. Методические указания к лабораторным работам

Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Физические свойства древесины: Методические указания к лабораторным работам по курсу «Древесиноведение. Лесное товароведение. » для студентов специальности 26.02.00

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ Составители: Ц.Д.Дамдинов, Ч.С. Лайдабон, С.В.Эрдынеев Методические указания к лабораторным работам по курсу «Древесиноведение. Лесное товароведение» Рецензент: к.т.н., доцент кафедры ПСМИ Е.Г.Щукина (Для студентов специальности 26.02.00)

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2003 г.

Введение Методические указания посвящены одному из наиболее важных разделов древесиноведения – физическим свойствам древесины. К ним относятся такие свойства древесины, которые проявляются при испытаниях, не приводящих к изменению ее химического состава и нарушению целостности образца. Знание физических свойств древесины имеет важное значение, т.к. применение древесины в промышленности и строительстве в ряде случаев определяется соответствующими показателями этих свойств. Цель лабораторной работы – практическое освоение студентами методики и техники определения показателей основных физических свойств древесины. При этом студенты должны закрепить основные теоретические положения курса по разделу физических свойств древесины и приобрести необходимые навыки самостоятельной работы. Работы включает определения следующих показателей физических свойств древесины: - числа годичных слоев в 1см. и содержания поздней древесины; - влажности древесины способом высушивания и при помощи электровлагомера; - усушка древесины; - плотности древесины стереометрическим методом и методом погружений. Выполнение лабораторной работы включает следующие основные этапы:

-

самостоятельное изучение до начала работ материала по физическим свойствам древесины по основному учебнику [5] и конспекту лекций; ознакомление с настоящими методическими указаниями до начала лабораторной работы; изучение и практическое определение показателей вышеуказанных свойств древесины; занесение результатов испытаний и вычислений в протокол специального журнала, выдаваемого на кафедре; сравнение полученных результатов с табличными данными [4] и анализ результатов опыта.

Работа №1 Определение числа годичных слоев в 1 см содержания поздней древесины в годичном слое. Цель: освоить методику определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое. В соответствии с ГОСТ 16483.18-72 определить величину этих показателей на образцах древесины. Материалы и инструменты. Образец древесины, имеющий торцовую поверхность в радиальном направлении не менее 20 см, линейка и измерительная лупа, журнал для записи наблюдений. Указания к выполнению работ 1.1 Определение числа годичных слоев в 1 см. Данный показатель характеризует ширину годичных слоев, приходящихся на 1 см отрезка в радиальном направлении. На гладко обработанной торцовой поверхности по радиальному направлению, проводят линию и отмечают на ней границы крайних целых годичных слоев, измеряют расстояние между отметками (L) измерительной линейкой с точностью до 0,05 см и подсчитывают количество годичных слоев на данном отрезке 0,5 по формуле: N n = L ; где N – общее число годичных слоев, шт; L – протяжение годичных слоев по радиальному направлению; см; Результаты измерений и расчетов заносят в протокол журнала.

Прокол определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое Общее число целых годичных слоев N

Протяжение годичных слоев по радиальному направлению, см L

Общая ширина поздней древесины, см Σ

Число годичных слоев в 1 см N

Содержание поздней древесины, % m

1.2 Определение содержания поздней древесины в годичном слое. Данный показатель выражается в процентном отношении суммы ширины поздних зон древесины к общей протяженности в радиальном направлении участка измерения с целым числом годичных слоев. Содержание поздней древесины определяется на древесине хвойных и лиственных кольцесосудистых пород, у которых заметны четкие границы между ранней и поздней

древесиной в каждом годичном слое. В работе используется тот же образец с защищенной торцовой поверхностью, что и при определении числа годичных слоев в 1 см. На отмеченном отрезке торцовой поверхности образца (L) с помощью измерительной лупы в каждом годичном слое измеряется ширина поздней зоны (σ ) с точностью 0,1 мм (рис1). Измерительная лупа состоит из обоймы с плоским основанием, на котором укреплена шкала с делениями. Четкость изображения шкалы достигается совмещением нулевого деления шкалы с границей поздней зоны первого годичного слоя, измеряют ширину ее. Таким же образом измеряют ширину поздней зоны в последующих годичных слоях, на отрезке (L). В случае необходимости лупу передвигают вдоль направления указанного отрезка. Схема для измерения ширины поздней зоны годичного слоя. Результаты измерения ширины поздней зоны суммируются и подсчитываются по формуле: σ1 +σ2+…+σn = Σσ; Содержание поздней древесины (m), вычисляется в процентах, с точностью до 1% по формуле: Σ σ m = L :100; где: Σ σ

– общая ширина поздней зоны древесины,

см; L – протяжение годичных слоев по радиальному направлению, см.

Результаты измерений и расчетов вышеприведенный протокол журнала.

заносят

в

Работа№2. Определение влажности древесины Влажность древесины – содержание влаги в древесине. Цель: изучение метода определения содержания абсолютной и относительной влажности по ГОСТ 16483.771. Приборы, инструменты и материалы: аналитические весы с погрешностью взвешивания 0,001 г. или технические весы с погрешностью взвешивания не более 0,01 г. эксикатор, электровлагомер ЭВ8-100. 2.1 Указания к выполнению работы по определению влажности весовым способом. Нанести маркировку на боковую поверхность образца с указанием группы и фамилии студента. Взвесить образец на аналитических или технических весах с вышеуказанной для них погрешностью и поместить его в сушильный шкаф с температурой (103+-2)оС. Высушивание ведется не менее 6 часов для древесины мягких пород и 10 часов в твердых, после чего каждые два последующих часа производится контрольное взвешивание. Образец взвешивания будет не более 0,002 г на аналитических весах и 0,02 г на технических. Контроль над высушиванием осуществляется лаборантом кафедры. Высушивание и охлаждение (в эксикаторе) до комнатной температуры образцов делают студенты на

последующих занятиях и производят их взвешивание на весах. Рассчитать абсолютную и относительную влажность образца в процентах (при взвешиваниях на аналитических весах с точностью 0,1%, на технических с точностью 1%) по формулам: mw – mо Wабс= *100; mо Wотн =

mw – mо *100. mw

где Wабс – абсолютная влажность, %; Wотн – относительная влажность, %; mw – масса образца до высушивания, г; mо - масса образца после высушивания, г. Записать в протокол журнала результаты определения влажности. Протокол определения влажности древесины весовым методом для производственных целей Порода______________ Масса, г. №

Образца до высушивани я, mw

Образца после высушивания, mo

Испарившейся влаги, mw - mo

Влажность абсолют. % Wабс

Влажность относит. % Wотн

2.2 Определение влажности электровлагомером Принцип работы электровлагомера основан на измерении электропроводности древесины, которая зависит от ее влажности. Электровлагометр ЭВ-2К позволяет определять влажность в диапазоне 7-22 и 22-60% и представляет собой переносной двухдиапазонный измеритель электрического тока и сопротивления древесины. Перед измерением выверить края шкалы прибора: рукояткой «Установка КШ» при свободном датчике установить стрелку на отметку «КШ» (только на первом диапазоне). Рукояткой «Установка КШ» при нажатой кнопке установить стрелку на отметке «КШ». Иглы датчика внедрять в пласть доски на всю длину, располагая ряд игл вдоль волокон древесины. Переключатель ставят в положение, соответствующее первому диапазону, и нажимают кнопку. Стрелка на верхней шкале показывает значение влажности. Если стрелка уходит вправо за шкалу, то следует перейти на второй диапазон. Прибор градуирован для определения влажности сосны. На внутренней стороне крышки прибора имеются таблицы, которыми пользуются при определении влажности древесины других пород. Абсолютная погрешность измерения влажности электровлагомером составляет +- 2-3 %, при влажности выше 30% - погрешность до +-2-10 %. С целью получения надежных результатов рекомендуется сделать несколько замеров в различных

местах образцов древесины и взять среднеарифметическое значение. Если измерения влажности проводят при о температурах, отличающихся от 20 С, в полученное значение влажности вносится поправка. Для безопасности работы, при включении прибора в электросеть студент должен стоять на резиновом коврике или деревянном сухо полу. Показатели электровлагомера, величину температуры и поправку на нее заносят в протокол журнала. Протокол определения влажности древесины электровлагомером Пор Изменение влажности по Среднее Темпераода шкале влагомера % значение тура, о 1-е 2-е 3-е влажност С и

Поправка на Влажность температуру, древесины, % %

Работа№3. Определение плотности древесины Цель: изучить метод определения плотности древесины и определить плотность древесины при влажности в момент испытаний, в абсолютно-сухом состоянии, при стандартной влажности и условной плотности в соответствии со стандартом ГОСТ 16483.1-73 и плотность способом вытеснения воды.

Приборы, инструменты и материалы: штангенциркуль или микрометр, аналитические или технические весы, сушильный шкаф, устройство для определения плотности древесины методом вытеснения воды. Указания к проведению работы. Плотность древесины характеризует отношение массы древесины к ее объему. Плотность древесины при влажности в момент испытаний, в абсолютно сухом состоянии и при стандартной влажности и условная плотность определяется на одном и том же стандартном образце, имеющем форму прямоугольной призмы с размерами 20х20х30 мм. 3.1 Определение плотности при влажности в момент испытаний. Масса влажности образцов в момент испытаний, т.е. при данной влажности (W), определяется взвешиванием на аналитических весах с точностью до 0,001 г. Штангенциркулем или микрометром на середине высоты образца измеряют размеры поперечного сечения в тангентальном направлении –а, радиальном –в и длину образца вдоль волокон по середине ширины с точностью 0,1 мм. Далее вычисляют объем образца с точностью 0,01 см3 по формуле: Vw=аW * bw * lw , где aW – размер образца в тангентальном направлении при влажности, см;

bw - размер образца в радиальном направлении при влажности, см; lw - длина образца при влажности, W, см. Плотность при влажности в момент испытаний (ρw) в кг/м (г/см3) вычисляется по формуле: mw ρw = Vw ; 3

где mw – масса влажного образца, кг (г); Vw – объем влажного образца, м3 (см3). Для образца при определении плотности определялась влажность, значение которой следует использовать при расчете плотности. Вычисление плотности производят с округлением до 5 3 кг/м . Результаты измерений и вычислений заносят в протокол журнала. 3.2 Определение плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Образцы высушиваются до абсолютно сухого состояния. Взвешивание и измерение образцов производится, как и в предшествующей работе при определении плотности при влажности в момент испытаний. Плотность в абсолютно сухом состоянии (ρ0) в 3 кг/м (г/см3) вычисляют по формуле: mо ρо = ; Vо

где mо –масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг

(г); 3

3

Vо – объем образца в абсолютно сухом состоянии,

м (см ). Вычисление плотности производят с округлением до 5 3 кг/м . Результаты измерений и вычислений заносят в протокол журнала. 3.3 Определение плотности древесины при стандартной влажности. Увеличение содержания воды в древесине ведет к увеличению плотности древесины. Поэтому для возможности сравнения показателей плотности принято определять их при стандартной влажности (W=12%). Плотность древесины пересчитывают на влажность 12% (ρ12) в кг/м3 для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы по формуле: ρ ρ12 = 0,957 ; и для остальных пород по формуле: ρо ρ12 = 0,946

;

где ρ12 = плотность древесины при влажности 12%,

3;

кг/м

0,957 и 0,946 – коэффициенты пересчета. Вычисление плотности производят с округлением до 5 3 кг/м . Результаты вычислений заносят в протокол журнала.

кг;

где mо – масса образца в абсолютно сухом состоянии,

Vw – объем образца при влажности равной или больше предела гигроскопичности, м3. Вычисление производят с округлением 5 кг/м3. Результаты испытаний заносят в протокол журнала.

Условная. ρусл

При влажн. 12%.ρ12

В абс. сухом сост. ρ0

Плотность, кг/м2

В момент испыт. ρw

после высуш. V0

Обьемы образцов

До высушив. VW

Вдоль.волок. l0

радиаль.напр. b0

После высуш.

Тангент.напр. a0

Вдоль.волок. lW

радиаль.напр. bW

До высушив.

Масса образца,г

после высуш. m0

№ Размеры образцов, мм

До высушив. mW

Протокол определения плотности древесины на образцах в форме прямоугольной призмы

Тангент.напр. aW

3.4 Определение условной плотности древесины. Условная плотность представляет собой отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к объему при влажности, равной или больше предела гигроскопичности. Используются образцы стандартной формы, что и в предшествующих видах определения плотности. Измерение образцов производится как при определении других видов плотности. После измерения образцы сушат до абсолютно сухого состояния и взвешивают. Условную плотность (ρусл) кг/м3 вычисляют по формуле: mо ρусл ; Vw =

Примечание: Для расчета плотности в кг/м3 результаты вычислений плотности г/см3 умножить на 1000. 3.5 Определение плотности древесины способом вытеснения воды. Данный способ основан на измерении объема воды, вытесненной погруженным в нее образцом древесины. Метод дает приближенные данные о плотности древесины, но позволяет использовать нестандартные образцы неправильной геометрической формы. Нестандартной формы образец иглой погружают в цилиндр с водой. Определенный по делениям на цилиндре или трубке к нему объем вытесненной воды характеризует объем погруженного образца древесины. Масса образца определяется взвешиванием. Плотность образца нестандартной формы (ρ0) в кг/м3 вычисляется по формуле: mw ρw = Vw ;

где mw – масса влажного образца, кг; Vw – объем влажного образца, м3. Вычисление плотности производят с округлением до 5 3 кг/м . Результаты измерений и вычислений заносят в протокол журнала. При влажности образцов, равной или больше предела гигроскопичности, рассмотренный метод определения объема образца может быть использован для последующего расчета условной плотности древесины. Протокол определение плотности древесины на образцах нестандартной формы Порода __________________ Размеры образцов, мм Масса Тангентальн Радиальное Направление образцов, г № направление направление вдоль волокон L Qw bw m

Объем Плотность, образцов, кг/м3 3 см ρ V

Примечание: Для расчета плотности в кг/м3 результаты вычислений плотности в г/см3 умножить на 1000.

4. Определение усушки древесины. Усушкой древесины называется уменьшение линейных размеров и объема древесины в процесс испарения связанной влаги, находящейся в клеточных стенках. Древесина усыхает в разных структурных направлениях неодинаково, так, как полная усушка древесины вдоль волокон составляет 0,1-0,1%, в радиальном направлении 35% и в тангентальном 6-10%. Объемная усушка в среднем равняется 12-15%. Цель: определить линейную и объемную усушку и коэффициент усушки согласно ГОСТ 12-15%. Приборы, инструменты, материалы: сушильный шкаф, аналитические весы с погрешностью взвешивания 0,001, эксикаторы с безводным хлористым кальцием, штангенциркуль с точностью 0,005 мм, образцы из древесины, журнал для записи наблюдений. Указания к выполнению работы. Определение полной усушки проводят на образцах, имеющих влажность больше 5%. На боковую поверхность образца наносят маркировку, включающую фамилию студента и номер группы. Штангенциркулем на середине высоты образца замеряют линейные размеры в радиальном (в), тангентальном (а) направлениях по середине его ширины и длину образца (L) с точностью 0,005 мм. Результаты замеров заносят в протокол журнала. Образцы помещают в сушильный шкаф с температурой 103=-2оС и производят выслушивание до абсолютно сухого состояния. Контроль над высушиванием образца

осуществляется лаборантом кафедры (согласно технологии при определении влажности, методом взвешивания). Высушенные образцы остывают в эксикаторе с безводным хлористым кальцием. На следующем занятии студенты извлекают из эксикатора свои образцы и немедленно проводят измерения линейных размеров. Полную усушку древесины с точность 0,1% рассчитывают по формуле: Усушка по тангентальному направлению: aмах – aо Уt *100%; aмах мах=

Коэффициент усушки показывает величину усушки при испарении из древесины 1% связанной влаги. Рассчитывают коэффициент усушки с точностью 0,01 % по формулам: При тангентальной усушке: Уt мах Кt = ; W При радиальной усушке: Кг =

Уr мах W

;

Кv =

Уv мах W

;

При объемной усушке: Усушка по радиальному направлению: bмах - bо Уr *100%; bмах мах= Объемная усушка: Уv

мах=

Vмах – Vо Vмах

*100%;

где aмах, bмах, Vмах – линейные размеры и объем образцов до высушивания, мм; aо, bо, Vо - линейные размеры и объем образцов после высушивания, мм;

где: Уtмах, Уrмах, Уvмах – усушка по тангентальному, радиальному направлениям и объемная, %: W – максимальное содержание связанной влаги в древесине примерно 30%. Результаты измерений и вычислений заносят в протокол журнала.

Протокол определения радиальной, тангентальной и объемной усушки и коэффициентов усушки Порода _________________ Размеры образца, мм Усушка %

радиаль.напр. bW

Вдоль.волок. lW

Тангент.напр. a0

радиаль.напр. b0

Вдоль.волок. l0

Тангент.напр. Уtмах,

радиаль.напр. Уr мах,

обьемна усушка Уv мах,

Тангент.напр. Кt

радиаль.напр. Кг

Обьемная усушка Кv

1

После высушия

Тангент.напр. aW

номер образца

До высушивания

Коэфициенты линейной усушки.

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Литература 1. ГОСТ 16483.18-72. Древесина. Метод определения числа годичных слоев в 1см и содержание поздней древесины в годичном слое. -М.: Стандартиздат. 1984.-18с. 2. ГОСТ 16489.7-71. Древесина. Методы определения влажности.-М.: Стандартиздат.1978.-20с. 3. ГОСТ 16489.1-84. Древесина. Методы определения плотности. М.:Стандартиздат 1974.-24с. 4. ГОСТ 16483.37-80. Древесина. Метод определения радиальной и тангентальной усушки. – М.:Стандартиздат 1978.-20с. 5. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения.-М.: Лесн. пром-ть, 1975.-382с.

Содержание стр

Введение Работа 1 Определение числа годичных слоев в одном сантиметре и содержания процента поздней древесины в годичном слое. Работа 2 Определение влажности древесины. 2.1 Определение влажности методом высушивания. 2.2 Определение влажности электровлагомером Работа 3 Определение плотности древесины 3.1 Определение плотности древесины при влажности в момент испытания 3.2 Определение плотности древесины в абсолютно сухом состоянии 3.3 Определение плотности древесины при стандартной влажности 3.4 Определение условной плотности древесины 3.5 Определение плотности древесины способом вытеснения воды Работа 4 Определение усушки древесины Литература

Физические свойства древесины: Методические указания к лабораторным работам по курсу «Древесиноведение. Лесное товароведение» для студентов специальности 26.02.00

4 7 7 9 10 11 12

Составители: Ц.Д.Дамдинов, Ч.С. Лайдабон, С.В.Эрдынеев

13 14 15 17 21

Подписано в печать 05.02.2003 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 1,39 уч.-изд.л. 0,9 Тираж 60 экз. С.134. Издательство ВСГТУ, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская 40 а ©ВСГТУ, 2003 г.