1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z wybranymi gatunkami drewna krajowego oraz ich właściwościami fizycznymi.

2. Część teoretyczna.

Budowa makroskopowa drewna

Budowę drewna dzieli się na makroskopową (widoczną gołym okiem lub z użyciem lupy
o niewielkim powiększeniu) i mikroskopową, która rozpoznawalna jest przy użyciu mikroskopu. Do elementów budowy makroskopowej należą: rdzeń, biel, twardziel, słoje roczne, drewno wczesne, drewno późne, promienie drzewne, przewody żywiczne oraz liczne wady drewna, a wśród nich głównie sęki. Do podstawowych elementów budowy mikroskopowej należą: naczynia, włókna drzewne, cewki, promienie drzewne, przewody żywiczne, komórki miękiszowe.

Po ścięciu drzewa pod względem użytkowym najcenniejszy jest jego pień, a dokładniej drewno pnia, które znajduje się między korą (ściślej łykiem) i rdzeniem. Właściwości fizyczne i dekoracyjne pnia zmieniają się w zależności od 3 prostopadłych do siebie przekrojów. Drewno jest zatem materiałem niejednorodnym i jego właściwości są różne w zależności od danego kierunku anatomicznego, wykazuje więc anizotropowość.

Zasadnicze przekroje anatomiczne pnia to:

- przekrój poprzeczny tzn. czołowy,

- przekrój podłużny promieniowy,

- przekrój podłużny styczny .

Przekrój poprzeczny przebiega prostopadle do podłużnej osi pnia i widoczne są na nim pierścienie współśrodkowe zwane słojami rocznymi lub pierścieniami przyrostu. W samym środku pnia znajduje się rdzeń, na zewnątrz od niego jest twardziel, często o ciemnym zabarwieniu, a tuż przy obwodzie pnia nieco jaśniejszy biel. Nie wszystkie jednak gatunki drzew wykształcają twardziel, są to tzw. gatunki beztwardzielowe (brzoza, buk, grab, grusza, klon, lipa, olcha, leszczyna). Natomiast gatunki twardzielowe posiadają twardziel, która nie przewodzi wody, a jej wilgotność jest dużo niższa niż bielu (sosna, modrzew, dąb, wiąz, jesion, akacja, wierzba, orzech, jabłoń, jodła i świerk). Powstawanie słoi rocznych wynika z różnic klimatycznych panujących w ciągu roku. Prowadzą one do nierównomiernego narastania tkanki drzewnej, tworząc wiosną warstwy o innej strukturze niż latem, czy zimą. Stąd w obrębie jednego słoja rocznego tworzą się warstwy drewna wczesnego i późnego.
W naszej strefie klimatycznej w normalnych warunkach powstaje jeden słój rocznie, dlatego na podstawie ich liczby na przekroju poprzecznym można określić wiek drzewa.

Ze względu na wyrazistość słojów rocznych drewno dzieli się na gatunki:

- pierścieniowonaczyniowe (dąb, jesion, wiąz),

- rozpierzchłonaczyniowe (lipa, brzoza, olcha, osika, grab), u których odgraniczenie słojów rocznych jest trudne.

Natomiast ze względu na szerokość słojów drewno dzieli się na wąskosłoiste lub szerokosłoiste.

Przekrój podłużny promieniowy biegnie przez środek pnia, a słoje roczne widoczne są na nim
w postaci równoległych do rdzenia pasm. Widać tu także strefę bielu i twardzieli.

Przekrój podłużny styczny przebiega w pewnej odległości od środka pnia. Tu przyrosty roczne są widoczne w postaci parabolicznych smug, które np. deskom nadają dekoracyjny wygląd. Na tym przekroju nigdy nie widać rdzenia, a im odległość tego przekroju od rdzenia jest mniejsza, tym bardziej przypomina on przekrój promieniowy.

Rdzeń znajduje się w samym środku pnia i stanowi jego oś fizjologiczną. Jest on porowaty, gąbczasty, miękki i stanowi mało użyteczną część pnia. Zbudowany jest z cienkościennych komórek miękiszowych, które w początkowy stadium rozwoju drzewa są żywe, następnie obumierają i wypełniają się powietrzem. Średnica rdzenia u gatunków drzew iglastych wynosi około 1 - 5 mm, a u drzew liściastych jest nieco większa. Rdzeń wraz z otaczającą go warstwą drewna, zwanego drewnem pierwotnym są najsłabszą częścią pnia, dlatego w wysokowartościowych sortymentach drewna jego obecność jest niedopuszczalna. Często na przekroju czołowym widać wyraźne linie biegnące od rdzenia do kory, czyli promienie rdzeniowe, których obecność przyczynia się do większej łupliwości drewna, a nadmierna ich ilość jest często przyczyną pękania drewna.

Twardziel (drewno twarde) jest to wewnętrzna strefa drewna otaczającego rdzeń, zazwyczaj ciemniejsza, nie zawierająca żywych komórek. Twardziel nie spełnia funkcji fizjologicznych i nie przewodzi wody.

Biel (drewno miękkie) stanowi żywą tkankę drewna o jasnej barwie, obwodowo otaczającą twardziel. Biel jest tkanką o dużej wilgotności, spełniającą funkcję przewodzenia wody, soli mineralnych
i substancji wzrostowych w górę, od korzeni do koron, oraz jest miejscem gromadzenia substancji zapasowych (np. cukrów i skrobi) niezbędnych do życia drzewa w okresie spoczynkowym.

Proces tworzenia twardzieli polega na zmianach strukturalnych, chemicznych, anatomicznych i fizjologicznych zachodzących w komórkach drewna, w wyniku których powstaje twardziel. Proces wytwarzania twardzieli rozpoczyna się w przyrdzeniowych warstwach drewna. Skutkiem tych przemian jest zanik przewodzenia wody w centralnej strefie pnia, spadek ciśnienia wody w przyrdzeniowych słojach bielu i zmniejszenie ich wilgotności. Utlenianie substancji twardzielowych, szczególnie garbników i związków fenolowych powoduje ciemniejsze zabarwienie tkanki twardzielowej po ścięciu drzewa. Wilgotność bielu i twardzieli znacznie się różnią; twardzieli wynosi 30-60%, a bielu 80150%. Wyjątek Stanowi drewno topolowe, w którym twardziel ma wilgotność większą, wynoszącą 130-190%, a biel 80-160%. Nierównomierna zawartość wilgoci w bielu, i twardzieli utrudnia proces suszenia tarcicy iglastej w suszarniach. Stąd jest celowe wstępne suszenie na wolnej przestrzeni (tzw. sezonowanie). W trakcie procesu twardzielowania wewnętrzne warstwy bielu przekształcają się w twardziel, której promień stopniowo zwiększa się. Szybkość twardzielowania wzrasta z wiekiem drzewa. Słoje roczne powstają w wyniku przyrostu drzewa na grubość przez podział komórek miazgi tworzącej pierścień otaczający tkankę.

Miazga jest tkanką żywą, zachowującą zdolność podziału przez okres życia drzewa. W naszej szerokości geograficznej drzewa żyją w cyklu rocznym, podzielonym na okres wegetacyjny - przypadający na miesiące wiosenne i letnie, oraz okres spoczynkowy - przypadający na jesień i zimę. Każdego roku w okresie wegetacyjnym komórki miazgi dzielą się w kierunku rdzenia i wytwarzają przyrost tkanki bielastej otaczający dokoła przyrosty z lat poprzednich. W wyniku tego podziału powstają słoje przyrostów rocznych, czyli słoje roczne. W wyjątkowych przypadkach (pogodowych) mogą powstawać słoje pozorne (powstanie dwóch słojów w ciągu roku). Miazga jest to żywa tkanka tworząca warstwę grubości jednej komórki, leżącą między drewnem a łykiem. Pokrywa ona równomiernie całą powierzchnię drewna w pniu, w korzeniach i w gałęziach z wyjątkiem ich najmłodszych części. Miazga jest tkanką twórczą, która przez podział komórek wytwarza nowe słoje bielu do wewnątrz oraz nowe warstwy łyka na zewnątrz pnia. Aktywność miazgi przypada na okres wegetacyjny drzewa. W tym okresie komórki miazgi są silnie uwodnione, przez co kora jest słabo związana z drewnem i można ją łatwo odrywać dużymi płatami. Z chwilą gdy miazga przestaje być czynna, drzewo obumiera.

Kora jest wytwarzana przez miazgę i okrywa od zewnątrz pień. Kora składa się z łyka i tkanki korkowej.

Łyko powstaje w wyniku podziału miazgi w kierunku obwodowym i stanowi wewnętrzną warstwę kory pierścieniowo opasującą miazgę. W łyku można wyróżnić dwie warstwy. Wewnętrzna warstwa łyka (tzw. łyko funkcjonujące) jest złożona z żywych elementów sitowych, których podstawową funkcją fizjologiczną jest przewodzenie w dół związków organicznych wytworzonych w liściach
w procesie asymilacji. Corocznie miazga wytwarza nowy przyrost łyka funkcjonującego grubości ok. 0,3 mm. Po okresie od roku do 2 lat łyko funkcjonujące obumiera i przekształca się we włókna łykowe, pełniące funkcje elementów mechanicznych. Grubość warstwy włókien łykowych wzrasta
z wiekiem drzewa, jednak tylko do pewnego stopnia, gdyż jego zewnętrzne warstwy ulegają przemianie w tkankę korkotwórczą. Łyko niektórych drzew, np. lipy, wiązu i wierzby, przedstawia wartość użytkową. Z 1 m drewna lipy można uzyskać ok. 30 kg łyka. Takie łyko nosi nazwę łubu i jest stosowane do produkcji plecionek, mat i powrozów. Palmowe włókna łykowe występują pod nazwą rafia i są wykorzystywane do celów przemysłowych.

Korek jest wytwarzany przez tkankę korkotwórczą i stanowi warstwę kory złożoną z komórek wypełnionych powietrzem i przesączonych substancjami woskowymi. Korek, podobnie jak drewno, przyrasta co roku na grubość. Warstwa korka jest nieprzepuszczalna dla wody. Zabezpiecza drzewo przed wysokimi wahaniami temperatury i chroni przed atakiem grzybów i owadów.

Korowina (martwica korkowa) jest zewnętrzna warstwą kory. Cienka i gładka korowina występuje
u drzew młodych lub w górnych partiach starszych drzew. W miarę starzenia się drzewa w części odziomkowej tkanka korkowa zwiększa swą grubość i pęka. Korowina stopniowo łuszczy się i odpada od pnia. Grubość korowiny wzrasta z wiekiem i jest większa u dołu drzewa, np. u dębu, brzozy, topoli i sosny w części odziomkowej dochodzi do kilku centymetrów, a u modrzewia może osiągać 10 cm. Korowina jest jeszcze lepszym zabezpieczeniem drzewa przed czynnikami zewnętrznymi niż sam korek. Można przyjąć, że u drzew dojrzałych masa kory stanowi przeciętnie ok. 10% masy grubizny

Skład chemiczny drewna

Pod względem chemicznym drewno tworzy złożone substancje organiczne, w których podstawowym budulcem jest węgiel, wodór, tlen i azot. Zawartość poszczególnych pierwiastków tylko nieznacznie różni sie w zależności od gatunku i dla drewna absolutnie suchego proporcje te kształtują sie następująco: ok. 49,5% węgla, 6,3% wodoru, 43% tlenu i 0,1% azotu. Oprócz tych substancji drewno zawiera również substancje mineralne takie jak: potas, sód, wapń, magnez, fosfor, siarka, krzem.

Najważniejszymi substancjami organicznymi stanowiącymi ok. 90 - 95 % masy są węglowodany
z typu wielocukrów:

• celuloza, inaczej błonnik, budulec ścian komórkowych drewna (świerk zawiera jej ok. 45%), jest bezbarwna, włóknista, nierozpuszczalna w wodzie i większości rozpuszczalników organicznych, charakteryzuje sie wysoka wytrzymałością mechaniczną.

• lignina stanowi ok. 30% masy, jest substancja bezpostaciowa, występująca w zależności od gatunku jako różne związki aromatyczne o zbliżonych właściwościach chemicznych.

• hemicelulozy, występują w ścianach komórkowych obok celulozy. Są lepiej rozpuszczalne od celulozy (nawet we wrzącej wodzie). Dzielą sie na hemicelulozy zwykłe czyli heksozany, pentozany i wielocukry złożone oraz hemicelulozy poliuronidowe. Heksozany występują głównie w drewnie drzew iglastych 4 - 10%, natomiast pentozany w dużych ilościach występują
  w drewnie drzew liściastych 9 - 24%, w mniejszym stopniu w iglastych 5-10%.

Inne składniki występują w ilościach znikomych ale często decydują o życiu i rozwoju drzew. Są to:

• żywice - kwasy żywiczne rozpuszczone w olejku eterycznym. Przykładowo żywica sosnowa zawiera 30-35% olejku i 65-70% kwasów. Olejek ten to terpentyna. Po jej oddestylowaniu pozostaje mieszanina kwasów żywicznych - kalafonia

• tłuszcze występują w bardzo małych ilościach, część wewnątrz komórek a pozostałe jako domieszka kwasów żywicznych. Są jedna z substancji zapasowych drzewa.

• barwniki występują w ścianach komórkowych oraz wewnątrz komórek przede wszystkim
  w twardzieli.

• garbniki znajdują sie w drewnie, korze, liściach roślin. Spośród drzew występujących w Polsce największe ich ilości zawiera dąb, świerk, sosna, jodła, modrzew, brzoza, Wierzba, olcha. Jednym z lepiej poznanych garbników jest tanina występująca w galasówkach - naroślach liści dębu.

Właściwości drewna:

a) właściwości dekoracyjne

Właściwości te zależą od barwy, połysku i rysunku drewna.

Barwa drewna uzależniona jest od gatunku drzewa składników gleby oraz położenia geograficznego. W strefie klimatu umiarkowanego drewno jest jasne, co pozwala na jego barwienie, np. poprzez bejcowanie. Drewno gatunków beztwardzielowych jest jednolicie jasne. Im bliżej równika, tym zabarwienie drewna staje się bardziej intensywne. Dlatego tak cenione za swoje walory dekoracyjne są gatunki drzew tropikalnych (egzotycznych), np. czarne drewno hebanu, ciemnobrązowe lub fioletowe palisandru, czy też brunatnoczerwone mahoniu. Należy mieć na uwadze, że barwa drewna zmienia się pod wpływem czynników atmosferycznych (światła, wilgoci etc.) oraz działania grzybów. W wyniku procesów utleniania barwa świeżo ściętego drzewa ciemniej, najwyraźniej widoczny jest ten proces
u olchy. Na barwę drewna mają także wpływ garbniki, które w połączeniu z solami metali powodują nawet jego czernienie (drewno dębu). Z kolei w wyniku porażenia drewna grzybami na drewnie powstaje sinizna lub czerwień bielu i twardzieli. Barwa jest najczęściej charakterystyczną cechą danego gatunku drewna i jest cechą pozwalającą na jego identyfikację. Barwę tę można jednak zmieniać lub modyfikować poprzez odpowiednie zabiegi techniczne, jak politurowanie, woskowanie, lakierowanie i bejcowanie.

Połysk drewna jest uzależniony od jego gatunku, rodzaju przekroju, gładkości, twardości i sposobu wykończenia. W stanie naturalnym jednak drewno nie posiada wyraźnego połysku. Drewno drzew iglastych i miękkich liściastych pomimo wygładzenia powierzchni ma zawsze słabszy połysk niż twarde drewno drzew liściastych. Połysk drewna jest związany przede wszystkim od promieni rdzeniowych widocznych na przekroju stycznym i promieniowym (dąb, buk, wiąz, platan). Połysk drewna można w pewnym stopniu zmieniać stosując różne zabiegi wykańczania jego powierzchni, jak wygładzanie, lakierowanie lakierami bezbarwnymi, woskowanie. W efekcie połysk nadają nanoszone warstwy lakieru lub wosku odbijające światło.

Rysunek drewna tworzą słoje roczne, promienie rdzeniowe, układ włókien, sęki, a także barwa
i połysk. Jest on związany z gatunkiem drewna, rodzajem przekroju i cechami anatomicznymi drewna. Rysunek drewna jest bardziej urozmaicony u gatunków drzew liściastych niż iglastych. Niektóre wady w budowie anatomicznej drewna, w niektórych przypadkach stają się zaletą pod względem dekoracyjnym. Wpływają bowiem na piękniejszy rysunek drewna wynikający np. z falistego lub zawiłego układu włókien, bądź różnego rodzaju naroślami na pniu („drewno barankowe” jesionu, jaworu falistego, „drewno kędzierzawe” jesionu węgierskiego, „ptasie oczko” jaworu i klonu).

Zapach drewna spowodowany jest zawartymi w nim żywicami, olejkami eterycznymi, garbnikami, tłuszczami itp. W zasadzie drewno wydziela słaby zapach, który zanika w miarę jego wysychania. Są jednak niektóre gatunki o bardzo intensywnym zapachu, jak drewno cedru (cedreli), jałowca wirginijskiego i in., które z uwagi na wydzielaną woń mogą być stosowane do wyrobu np. skrzynek na cygara, cygarniczek, opraw ołówków. Istnieją również gatunki bezwonne jak buk, świerk i jodła, które stanowią surowiec do wyrobu sprzętu kuchennego, opakowań żywności itp.

b) właściwości fizyczne

Masa drewna zależy od ilości substancji drzewnej w danej jednostce objętości i od ilości porów
z zawartą w nich wodą oraz powietrzem. Gęstość (ciężar objętościowy) drewna to stosunek jego masy do objętości w stanie naturalnym (wraz z porami i zawartą w nich wodą i powietrzem) wyrażona
w g/cm3 lub częściej w kg/m3. Gęstość ta zależy od gatunku drewna i jego wilgotności. Ze względu na różną gęstość rozróżnia się 6 klas drewna:

a) drewno bardzo ciężkie > 0,80 g/cm3 (grab, cis, gwajak, heban, eukaliptus),

b) drewno ciężkie 0,71 - 0,80 g/cm3 (grochodrzew, buk, dąb, jesion, orzech, grusza, śliwa),

c) drewno umiarkowanie ciężkie 0,61 - 0,70 g/cm3 (brzoza, klon, jawor, modrzew, wiąz),

d) drewno lekkie 0,51 - 0,60 g/cm3 (kasztanowiec, mahoń, jałowiec),

e) drewno umiarkowanie lekkie 0,41 - 0,50 g/cm3 (sosna pospolita, świerka, jodła, lipa, olcha, osika, cedr, cyprys, teak),

f) drewno bardzo lekkie < 0,40 g/cm3 (topola, sosna wejmutka).

Gęstość substancji drzewnej (ciężar właściwy) to masa określonej objętości drewna z wyłączeniem porów i zawartości wody. Nie ma ona praktycznego znaczenia, ponieważ dla wszystkich gatunków drewna jest ona jednakowa i wynosi około 1,50 g/cm3. Gęstość poszczególnych gatunków drewna jest ważnym wskaźnikiem właściwości mechanicznych, bowiem drewno o dużej gęstości charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną.

Wilgotność drewna to stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna w stanie zupełnie suchym wyrażona w kg/kg lub w %. Wyróżnia się wilgotność względną, czyli stosunek masy wody
w drewnie do masy drewna wilgotnego oraz bezwzględną, która jest stosunkiem masy wody
w drewnie do masy drewna całkowicie suchego. Drzewo zaraz po ścięciu ma różną wilgotność wynoszącą 60 - 70%, na którą wpływa jego rodzaj, wiek, rodzaj gleby, pora ścięcia i występowanie twardzieli. Na skutek składowania na wolnym powietrzu drewno traci część zgromadzonej w nim wody. Kiedy osiągnie wilgotność około 20 - 25% nazywane jest drewnem załadowczo-suchym, ponieważ z utratą wody zmniejsza się jego masa, co ułatwia transport. Drewno powietrzno-suche to takie, którego wilgotność wynosi około 15%. W warunkach naturalnych, czyli podczas suszenia drewna ułożonego w stosy jeszcze w lesie lub po jego przetarciu można osiągnąć jedynie drewno powietrzno-suche, a proces ten trwa nawet kilka lat. Obniżenie wilgotności drewna możliwe jest jedynie na skutek sztucznego suszenia w suszarniach, gdzie temperatura i wilgotność komory suszarniczej są odpowiednio dobrane. Suszenie sztuczne skraca czas suszenia z około 1 roku do 2 dni w przypadku desek świerkowych. Drewno do wyrobu przedmiotów użytku domowego suszy się
w suszarniach do wilgotności 8 - 10%. Natomiast drewno o zwartości wody 0% to drewno bezwzględnie suche. W praktyce nie suszy się drewna do takiej wilgotności, ponieważ z uwagi na swoje właściwości higroskopijne podczas składowania i tak osiągnie wilgotność ok. 8%. Wyróżnia się jeszcze wilgotność użytkową, która związana jest z zastosowaniem i warunkami użytkowania danego drewna (stolarka meblowa w pomieszczeniach z centralnym ogrzewaniem, pomieszczeniach ogrzewanych piecami, stosowana na zewnątrz budynków i budownictwo wodne).

Nasiąkliwość drewna związana jest z jego budową anatomiczną. Drewno lekkie zawierające więcej porów i mniej zwartą strukturę wchłania więcej wody niż drewno ciężkie. Na nasiąkliwość wpływa również występowanie bielu, który jest bardziej nasiąkliwy niż twardziel, która jest zwarta i trudniej przepuszczalna.

Przewodnictwo ciepła (λ w W/m K) to zdolność drewna do przewodzenia ciepła, celem wyrównania różnic temperatury w całym materiale. Wyraża się ono współczynnikiem przewodnictwa cieplnego, który mówi o tym, ile ciepła w ciągu 1 godziny przepływa przez 1 m2 powierzchni, kiedy odległość przeciwległych ścian wynosi 1 m, a różnica temperatur 1 K. Drewno jest generalnie złym przewodnikiem ciepła, a właściwości te pogarszają się ze spadkiem jego wilgotności. Im współczynnik przewodnictwa cieplnego jest mniejszy, tym lepsze właściwości izolacyjne drewna. Dodatkowo im większa jest gęstość drewna, tym większy współczynnik przewodzenia ciepła.

Właściwości akustyczne drewna wykazują tylko niektóra gatunki drewna (świerk, jodła, jawor, klon), z których wyrabia się np. instrumenty muzyczne. Drewno ze względu na różnokierunkową budowę ma zdolność przewodzenia i tłumienia dźwięku. Największą zdolność przewodzenia dźwięku ma drewno wzdłuż włókien, a najmniejszą w kierunku stycznym. Izolacyjność drewna uzależniona jest od jego gęstości i porowatości. Drewno o mniejszej gęstości jednocześnie jest bardziej porowate, co zwiększa jego izolacyjność.

Przewodnictwo elektryczne drewna jest stosunkowo niewielkie i wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności drewna. Drewno suche jest słabym przewodnikiem prądu elektrycznego, dlatego można stosować je jako izolator w elektrotechnice.

c) właściwości mechaniczne

Mają one duży wpływ na użytkowość drewna, na ich podstawie można określić do jakiej obróbki
i wyrobu jakich produktów nadaje się dane drewno. Właściwości mechaniczne drewna wyrażają współczynniki wytrzymałości na różne działania mechaniczne, które charakteryzują zdolność drewna do przeciwstawiania się działaniu zewnętrznych sił odkształcających i niszczących. Wartości współczynników wytrzymałościowych drewna są zależne od kierunku działania siły w stosunku do ułożenia włókien w drewnie (anizotropowość). Wzdłuż włókien wytrzymałość drewna jest większa, niż w kierunku prostopadłym, co więcej twardziel jest bardziej wytrzymała niż biel.

Wytrzymałość na ściskanie - ściskanie występuje w stemplach kopalnianych, słupach budowlanych, nogach krzeseł, podkładach kolejowych itp. Sęki wpływają ujemnie na wytrzymałość drewna na ściskanie wzdłuż włókien, zwiększają zaś wytrzymałość w poprzek włókien. Przeżywiczenie zwiększa wytrzymałość drewna w obu kierunkach. Udział drewna późnego powoduje wzrost wytrzymałości. Gęstość drewna im większa tym wytrzymałość wzrasta.

Wytrzymałość na rozciąganie - rozciąganie drewna występuje np. w wiązarach dachowych
i mostowych. Sęki obniżają wytrzymałość drewna na rozciąganie.

Wytrzymałość na zginanie - ze zginaniem drewna spotykamy się w belkach stropowych
i balkonowych, drewnie trampolin, łukach itp. Zginanie jest wynikiem działania siły, która
w drewnianej belce powoduje ściskanie włókien od strony przyłożenia tej siły a rozciąganie ich od strony przeciwnej.

Wytrzymałość na ścinanie - ścinanie drewna występuje w płaszczyznach konstrukcji budowlanych
i meblarskich, gdy na materiał działają dwie równoległe do siebie siły skierowane przeciwnie, dążące do przesunięcia jednej części materiału w stosunku do drugiej. Pęknięcia obniżają wytrzymałość drewna na ścinanie.

Wytrzymałość na skręcanie - skręcanie drewna następuje, gdy na pręt zamocowany w jednym końcu działa na drugim końcu para sił dążąca do skręcenia jego włókien. Zjawisko to występuje w wałach drewnianych, urządzeniach młyńskich, śmigłach lotniczych itp. Ujemny wpływ na wytrzymałość drewna na skręcanie mają pęknięcia i sęki.

Wytrzymałość na rozłupanie - ze zjawiskiem rozłupywania (dzielenie wzdłuż włókien) spotykamy się przy pracy klinami, siekierami podczas łupania drewna oraz w konstrukcjach drewnianych pod działaniem gwoździ, wkrętów. Odwrotnością tej wytrzymałości jest łupliwość.

Skala łupliwości drewna

1. Najbardziej łupliwe: bambus

2. Bardzo łatwo łupliwe: Św, Jd, Tp, Os, Wejmutka

3. Łatwo łupliwe: Db, Bk, Ol, Orzech, Lp, So, Kasztanowiec, Md, Cis

4. Trudno łupliwe: Śliwa, Grusza, Jabłoń, Jw, Js, Przeorzech

5. Bardzo trudno łupliwe: Wz, Trześnia, GB, Rb, Brz, So cz

6. Prawie niełupliwe: Dereń, Heban, Palisander

7. Niełupliwe: Gwajak, Palmy

Odporność na uderzenia (udarność) - w praktyce drewno narażone jest bardzo często na uderzenia. Udarność zależy od sprężystości drewna. Im jest ono bardziej sprężyste, tym wytrzymalsze na uderzenia.

Ścieralność - polega na powierzchniowym ubytku substancji drzewnej pod wpływem różnych rodzajów tarcia. Na ścieranie narażone jest drewno podłóg, stopnie schodów. Odporność tę możemy zwiększyć stosując specjalne środki - pasty, woski, oleje, smary.

Twardość drewna - zależy do jego gatunku. Jest ona wyrażona przez opór jaki stawia drewno ciałom wciskanym w jego powierzchnię. Ze względu na twardość drewno dzieli się na 6 klas:

a) bardzo miękkie do 3,50 MPa - osika, topola, wierzba, balsa, jodła, świerk, limba,

b) drewno miękkie 3,50 - 5,00 MPa- brzoza, olcha czarna, jawor, lipa, sosna pospolita, modrzew, jałowiec, daglezja, mahoń, platan,

c) drewno średnio twarde 5,00 - 6,50 MPa - wiąz, orzech, sosna czarna,

d) drewno twarde 6,50 - 10 MPa - dąb szypułkowy, jesion, grusza, jabłoń, wiśnia,

e) drewno bardzo twarde 10 - 15 MPA - buk, grab, dąb bezszypułkowy, grochodrzew, palisander, cis, bukszpan,

f) drewno twarde jak kość 15 MPa - heban, gwajak, kokos, quebracho.

d) właściwości chemiczne

Właściwości te wynikają ze składu chemicznego drewna, które stanowi podstawowy surowiec do wyrobu mas włóknistych do produkcji papieru (celuloza). Drewno wykorzystywane jest także przez przemysł pirolizy drewna, który produkuje m.in. węgiel drzewny, gaz drzewny. Natomiast na drodze chemicznej przeróbki drewna otrzymuje się terpentynę, kalafonię, garbniki, barwniki, niektóre substancje lecznicze, olejki eteryczne, żywice i wiele innych. Z właściwościami chemicznymi związana jest również wartość opałowa drewna, która dla drewna powietrzno-suchego wynosi 3000 - 3800 kcal/kg.

Wady drewna

Określa się nimi wszelkie odstępstwa od regularnej budowy oraz normalnych właściwości fizycznych i chemicznych. Do wad drewna zalicza się zarówno cechy wrodzone powstałe podczas wzrostu drzewa, jak i nabyte po ścięciu oraz wszelkie uszkodzenia, których obecność zmniejsza wartość użytkową drewna lub wręcz uniemożliwia jego wykorzystanie. Wady drewna i wyrobów z drewna dzieli się na grupy, rodzaje i odmiany.

Wyróżnia się następujące grupy wad:

a) sęki, to nic innego jak części gałęzi wrośnięte w drewno. Posiadają one własny układ słojów rocznych o węższych przyrostach i ciemniejszej barwie niż otaczające je drewno. Sęki występują we wszystkich rodzajach drzew i wpływają negatywnie na właściwości mechaniczne drewna. Wyróżnia się sęki otwarte i zamknięte. Sęki otwarte są widoczne na powierzchni drewna, a zamknięte widoczne są jedynie jako zgrubienia, guzy lub zmarszczenia kory.

b) pęknięcia, tworzą się na skutek rozerwania tkanki drzewnej wzdłuż włókien w wyniku pozyskiwania surowca, jego obróbki i wysychania. Wpływają one ujemnie na wydajność materiałową i jakość materiałów, a także obniżają właściwości techniczne.

c) wady budowy drewna i zabarwienia, zalicza się skręt włókien i ich falistość, wielordzenność, mimośrodowe położenie rdzenia, czy występowanie pęcherzy żywicznych. Odstępstwa od naturalnego zabarwienia, czyli wady zabarwienia obejmują plamy i smugi twardzieli, czy zabarwienie bielu.

d) porażenia grzybami, wywołują siniznę i zgniliznę drewna, jego pleśnienie.

e) uszkodzenia, do uszkodzeń, z kolei zalicza się obecność ciał obcych, zwęglenie, oddarcie kory, chodniki owadów, uszkodzenia przez rośliny pasożytnicze.

f) wady kształtu, to m.in. krzywizna, zgrubienie odziomkowe, spłaszczenie, rakowatość, czy zbieżystość.

g) wady przetarcia.

Ważniejsze gatunki drewna - cechy charakterystyczne, zastosowanie

RODZAJ DREWNA	CHARAKTERYSTYKA	ZASTOSOWANIE
SOSNA	jest najpospolitszym drewnem w Polsce, drewno jest twardzielowe - żywiczne, biel jasnożółta, a twardziel brunatno czerwona. Posiada wyraźne usłojenie, jednak promienie rdzeniowe są niewidoczne gołym okiem, po ścięciu zaczyna ciemnieć na skutek utleniania. Gęstość drewna wynosi 0,52 g/cm^3; jest drewnem średnio ciężkim o dobrych właściwościach mechanicznych. Cechuje je trwałość na powietrzu i w wodzie z uwagi na dużą zawartość żywicy, dobra łupliwość, łatwość obróbki skrawaniem i wykończeniowej;	wykorzystywane jest jako: drewno kopalniane, celulozowe, tartaczne, do wyrobu sklejki, płyt stolarskich, półfabrykatów meblowych i na elementy konstrukcyjne stolarki budowlanej.
ŚWIERK	białe z odcieniem jasnożółtym, a twardziel nie zabarwiona. Drewno przeważnie szerokosłoiste z wyraźnymi słojami rocznymi i słabo żywiczne. Gęstość drewna wynosi 0,43 g/cm^3, jest drewnem umiarkowanie lekkim o dość dobrych właściwościach mechanicznych. Oznacza się dobrą łupliwością, ale jego obróbka skrawaniem jest trudna, dobrze się barwi, choć trudniej nasyca impregnatami. Drewno wąskosłoiste i o falistym układzie włókien ma dobre właściwości rezonansowe.	jest cennym surowcem do wyrobu mas celulozowych i materiałów tartych. Wykorzystuje się go w przemyśle zapałczanym, na obłogi i wełnę drzewną, półfabrykaty meblowe i elementy konstrukcyjne stolarki budowlanej, wyroby galanterii drzewnej, drewniane instrumenty muzyczne.
JODŁA	posiada drewno twardzielowe o nie zabarwionej twardzieli, jego barwa jest biała z szarym odcieniem, matowe. Nie jest drewnem żywicznym, ma wyraźny rysunek słojów rocznych. Gęstość drewna wynosi 0,45 g/cm^3; jest umiarkowanie lekkie, łupliwe i trwałe w wodzie. Wadą drewna jodłowego jest skłonność do pękania i paczenia. Jest trudniejsze w obróbce skrawaniem, choć łatwiejsze w obróbce wykończeniowej. Cechują je średnie właściwości mechaniczne.	w budownictwie (mosty drewniane), jako surowiec w przemyśle celulozowo papierniczym, a także na materiały tarte i skrawane. Z drewna jodłowego produkuje się półfabrykaty meblowe i elementy konstrukcyjne stolarki budowlanej, a także wyroby galanterii drzewnej oraz drewniane instrumenty muzyczne.
DĄB	jest cennym surowcem drzewnym, jego twardziel jest brunatna z uwagi na znaczne ilości garbnika, przez co odznacza się dużą trwałością. Świeżo ścięte drewno dębu ma charakterystyczny kwaśny zapach. Słoje roczne i promienie rdzeniowe są dobrze widoczne. Kolor bielu jest żółtobiała, a twardzieli brunatna. Gęstość drewna dębu wynosi 0,69 g/cm^3; jest drewnem giętkim i sprężystym, jest umiarkowanie ciężka lub ciężka, odznacza się dobrą łupliwością. Biel jest nietrwały i nieużyteczny. Dąb o drewnie wąskosłoistym jest miękki i łatwy w obróbce skrawaniem, za to dąb szerokosłoisty jest twardy i ma dobre właściwości mechaniczne, ale jest trudne w obróbce skrawaniem. Jego twardziel trudno się nasyca, w przeciwieństwie do bielu. Pod wpływem działania wody kamienieje i ciemnieje.	w budownictwie lądowym i wodnym, do produkcji materiałów tartych i skrawanych oraz na okleiny, deszczułki posadzkowe. zastosowanie w meblarstwie, do produkcji beczek winnych, koniakowych i piwnych oraz kadzi dla przemysłu fermentacyjnego i chemicznego.
BUK	ma drewno beztwardzielowe białe z odcieniem lekko różowym, które staje się ciemniejsze z upływem czasu. Charakterystyczna jest często występująca fałszywa twardziel o szarobrunatnym zabarwieniu. Drewno bukowe posiada wyraźnie widoczne słoje roczne i promienie rdzeniowe, które na przekroju podłużnym widoczne są jako charakterystyczne lśniące błyszczyki. Gęstość drewna bukowego wynosi 0,72 g/cm^3; jest ono ciężkie i twarde o dobrych właściwościach mechanicznych. Jest jednak trudno łupliwe i trudne w obróbce skrawaniem, z uwagi na silne kurczenie się i pękanie. Trudno poddaje się barwieniu i wykańczaniu powierzchni (np. lakierowaniu, bejcowaniu itp.). W odpowiednich warunkach wilgotności i temperatury daje się łatwo wyginać (gięte części mebli).	Jest drewnem bezzapachowym dlatego stosuje się je do wyrobu przedmiotów kuchennych, opakowań produktów spożywczych. Wytwarza się z niego również deszczułki posadzkowe, obłogi, sklejki, okleiny, forniry, drewno warstwowe (lignofol) i drewno prasowane (lignoston).
BRZOZA	posiada drewno białe beztwardzielowe, ze złocistym odcieniem. Słoje roczne nie są tak wyraźne. Cechą charakterystyczną drewna są liczne plamki rdzeniowe. Gęstość drewna brzozy wynosi 0,65 g/cm^3; jest średnio ciężkie i średnio twarde. Jest za to łupliwe o dobrych właściwościach mechanicznych zwłaszcza na rozerwanie, ma stosunkowo małą twardość. Drewno brzozy nie paczy się, jest łatwe w obróbce skrawaniem i podatne na obróbkę plastyczną. Poza tym łatwo się barwi i lakieruje.	Znalazło zastosowanie na materiały tarte i skrawane, na półfabrykaty mebli szkieletowych, do wyrobu sklejki i galanterii drzewnej (narty, instrumenty muzyczne).
GRAB	ma drewno beztwardzielowe z odcieniem szarobiałym, o słabo widocznym usłojeniu. Słoje roczne są niewyraźne, natomiast widoczne są promienie rdzeniowe na przekroju promieniowym. Czasem spotyka się szarobrunatną fałszywą twardziel. Gęstość drewna grabu wynosi 0,83 g/cm^3; jest bardzo ciężkie, twarde i trudno łupliwe, ale o dobrych właściwościach mechanicznych. Dobrze przyjmuje barwniki i materiały lakiernicze, wykazuje dużą kurczliwość. Drewno to jest trudne w obróbce skrawaniem, ponieważ łatwo się wyłupuje.	Stosuje się je jako drewno narzędziowe, generatorowe i na materiały tarte, a także jako półfabrykaty do wyrobu części maszyn, deszczułki posadzkowe i galanterię drzewną.
JESION JESION	dostarcza bardzo cennego surowca z uwagi na rysunek słojów rocznych i właściwości mechaniczne. Jest to drewno twardzielowe o nie zabarwionej jasnożółtej lub brązowej twardzieli i wąskim bielu. Słoje roczne są wyraźne, widać też duże naczynia w strefie drewna wczesnego. Promienie rdzeniowe są najwyraźniej widoczne na przekroju promieniowym, ale niewidoczne na przekroju stycznym. Gęstość drewna jesionu wynosi 0,69 g/cm^3; posiada dobre właściwości mechaniczne, które zależne są od gatunku. Jest to drewno twarde, średnio ciężkie, trudno łupliwe, za to giętkie, sprężyste i wytrzymałe. Drewno jesionu jest łatwe w obróbce skrawaniem i gięciem, dobrze się poleruje i polituruje, ale źle barwi.	wyrabia się z niego okleiny, deszczułki posadzkowe, sprzęt sportowy i gimnastyczny, a także półfabrykaty do wyrobu elementów mebli.
OLCHA	dostarcza drewna beztwardzielowego o zabarwieniu białym, które po ścięciu czerwienieje. Słoje roczne są raczej niewyraźne, czasem występuje fałszywa twardziel z odcieniem szarobrunatnym. Liczne brunatne plamki rdzeniowe są cechą charakterystyczna olszyny. Gęstość drewna olchowego wynosi 0,65 g/cm^3; drewno to jest lekkie i miękkie oraz dość łupliwe i kruche. Jest wyjątkowo trwałe w wodzie i nie paczy się. Podobnie jak drewno dębu w wodzie kamienieje. Dobrze przyjmuje barwniki i lakiery.	Z uwagi na lepszą trwałość w wodzie niż na powietrzu stosuje się drewno olchy w budownictwie wodnym, do produkcji sklejek i obłogów, w meblarstwie, do produkcji modeli odlewniczych, części maszyn, galanterii drzewnej, do wyrobu ołówków, wieszaków na ubrania i wełny drzewnej.
LIPA	ma drewno białożółte o niewyraźnych słojach, z kolei o licznych i widocznych promieniach rdzeniowych, szczególnie na przekroju stycznym. Drewno lipy ma silny srebrzysty połysk. Gęstość drewna lipy wynosi 0,53 g/cm^3; drewno jest miękkie, lekkie o stosunkowo dobrych właściwościach mechanicznych, średnio łupliwe i o dużej kurczliwości, ale bez skłonności do pękania lub paczenia. Drewno lipy jest łatwe w obróbce skrawaniem i obróbce wykończeniowej	drewno modelarskie i snycerskie, wykorzystuje się je także do wyrobu mebli, modeli odlewniczych, instrumentów muz. (części fortepianów), na sklejki, okładziny ołówkowe, skrzynki, pudełka do cygar, sprzęty domowe i kuchenne, drewniaki (obuwie), zabawki, węgiel rysunkowy i węgiel do wyrobu prochu strzelniczego.

Klasyfikacja materiałów drzewnych

Drzewo po ścięciu w lesie zostaje poddane pierwszej obróbce już na miejscu. Zostaje ono pozbawione z gałęzi i dzieli się je na odpowiednie sortymenty o określonych wymiarach, jakości i przeznaczeniu. Z kolei grupy sortymentów o podobnych właściwościach drewna to asortymenty. Biorąc pod uwagę rodzaj drewna dzieli się je na:

- drewno iglaste,

- drewno liściaste,

- drewno krzewów.

Natomiast ze względu na postać wyróżnia się:

- drewno okrągłe (od naturalnego kształtu),

- drewno łupane,

- drewno rozdrobnione.

Poza opisanymi wcześniej podziałami istnieje jeszcze wiele innych w zależności od przyjętego kryterium podziału. Przykładowo ze względu na metodę produkcji drewno dzieli się na podstawowe grupy :

1. materiały okrągłe,

2. materiały ciosane,

3. materiały łupane,

4. materiały tarte,

5. materiały skrawane,

6. drewno ulepszone i tworzywa drzewne.

Poszczególne sortymenty drewna są podzielone na grupy ze względu na ich wymiary.

PODZIAŁ MATERIAŁÓW DRZEWNYCH NA SORTYMENTY WYMIAROWE I UŻYTKOWE

Grupa materiałów drzewnych	Sortymenty drewna wg wymiarów granicznych	Sortymenty drewna wg wykorzystania
materiały okrągłe	dłużyce kłody wyrzynki żerdzie tyczki laski szczapy (przełupane) wałki chrust karpina	drewno tartaczne drewno na prowadniki szybowe drewno rezonansowe drewno beczkowe świerkowe i jodłowe drewno okleinowe drewno sklejkowe drewno zapałczane drewno na wełnę drzewną szczapy i wałki użytkowe drewno do wyrobu płyt pilśniowych drewno do wyrobu płyt wiórowych drewno celulozowo-papiernicze drewno do suchej destylacji karpina przemysłowa drewno i kora do ekstrakcji garbników kopalniaki i drewno kopalniakowe drewno na stemple budowlane pale fundamentowe słupy teletechniczne słupy chmielowe żerdzie i tyczki drewno opałowe
materiały tarte	deseczki nieobrzynane deski nieobrzynane bale nieobrzynane deski okorkowe deseczki obrzynane deski obrzynane bale obrzynane łaty krawędziaki belki deski zbieżyste obrzynane	tarcica z drzew iglastych tarcica z drzew liściastych materiały nawierzchni kolejowej materiały podłogowe fryzy i deszczułki posadzkowe płyty mozaikowe deski i bale podłogowe z drzew iglastych listwy przyścienne tarcica wagonowa tarcica okrętowa tarcica lotnicza półfabrykaty tarte do wyrobu stolarki budowlanej półfabrykaty stolarki meblowej bukowe półfabrykaty do wyrobu mebli giętych półfabrykaty do wyrobu maszyn rolniczych tarcica rezonansowa deski okorkowe kopalniane eksportowe materiały tarte odpady drzewne do wyrobu masy celulozowej odpady do wyrobu płyt pilśniowych kostka brukowa
materiały ciosane		bale ciosane
materiały łupane		dranice gonty łupane
materiały skrawane		okleiny (in. forniry) drewno ulepszone i tworzywa drzewne obłogi (in. forniry) wełna drzewna
drewno ulepszone i tworzywa drzewne		sklejki płyty stolarskie drewno warstwowe (np. lignofol) drewno ścieśnione (np. lignoston) płyty pilśniowe płyty wiórowe płyty wiórkowo-mineralne

NAZWY I SYMBOLE SORTYMENTÓW DREWNA

Grupa	Nazwa sortymentu	Symbol literowy
sortymenty wielkowymiarowe (W)	drewno tartaczne drewno łuszczarskie drewno sklejkowe drewno zapałczane drewno okleinowe drewno rezonansowe drewno na prowadniki szybowe słupy teleenergetyczne	T Ł S Z F R PS E
sortymenty średniowymiarowe (Ś)	słupy chmielowe drewno kopalniakowe drewno na stemple budowlane papierówka szczapy i wałki użytkowe szczapy i walki opałowe żerdzie do produkcji płyt żerdzie ogólnego przeznaczenia paliki słupki kołki faszynowe zwykłe karpina przemysłowa karpina opałowa odpady zrębowe	SC K SB C U O żp żo pa sł kfz kp ko oz
sortymenty małowymiarowe (M)	kolki faszynowe wegetatywne faszyna tyczki do produkcji płyt tyczki ogólnego przeznaczenia gałęzie do produkcji płyt gałęzie opałowe chrust brzozowy hutniczy chrust brzozowy miotlarski chrust opałowy zrębki choinki	kfw fa tp to gp go chh chm cho z chi

3. Przedstawienie wyników przeprowadzonych badań, obserwacji, zgodnie z instrukcjami do poszczególnych ćwiczeń, dołączone wyniki badań.

Ocena organoleptyczna:

Na podstawie przeprowadzonych obserwacji barwy i rozłożenia słojów oraz wzorca zidentyfikowano rodzaj drewna: jesion. Badane próbki miały kolor jasnobrązowy były twarde, słoje w kształcie łuków o ciemnym kolorze. Próbka była cięższa od próbek z drzew iglastych.

Oznaczanie gęstości drewna metodą wagową:

Rodzaj próbki	Wymiary [cm]	Objętość [cm^3]	Waga [g]	Gęstość [g/cm^3]
Próbka 1	3,1 x 1,7 x 1,8	9,50	6	0,68
Próbka 2	3,2 x 1,8 x 1,8	10,37	7	0,69
Próbka 3	3,1 x 1,9 x 1,9	11,19	7	0,69

Średnia gęstość: 0,69 g/cm³

Oznaczanie chropowatości metodą Fleminga:

F = 0,785 x a x b

a - długość osi większej

b - długość osi mniejszej

F - powierzchnia plamy

1. a = 7,6 cm b = 3,8 cm

F = 0,785 x 7,6 x 3,8 = 22,67 cm²

2. a = 6 cm b = 3,8 cm

F= 0,785 x 6 x 3,8 = 17,90 cm²

3. a = 4,5 cm b = 2,3 cm

F = 0,785 x 4,5 x 2,3 = 8,12 cm²

Średnia: (22,67 + 17,90 + 8,12) : 3 = 16,23 cm³

Oznaczanie wpływu nawilżania powierzchni na zmianę jej chropowatości:

a = 4cm b = 3,9 cm

F = 0,785 x 4 x 3,9 = 12,24 cm²

4. Wnioski

Jesion to drewno jasnożółtej lub brązowej. Podczas ćwiczenia określono gęstość próbki z jesionu metodą wagową. Gęstość drewna jesionu wynosi 0,69 g/cm³. Gęstość poszczególnych rodzajów drewna jest ważnym wskaźnikiem jego właściwości mechanicznych; drewno o dużej gęstości ma dużą wytrzymałość mechaniczną. Z przeprowadzonych obserwacji wynika także, że jesion to drewno twarde, średnio ciężkie, trudno łupliwe, za to giętkie, sprężyste i wytrzymałe.

Oznaczanie chropowatości metodą Fleminga polega na nanoszeniu na badaną odmierzonej ilości określonej cieczy, którą się następnie rozprowadza po tej powierzchni i mierzy wielkość powstałej plamy. Im mniejsza jest chropowatość powierzchni, tym większa powstaje plama.

W procesie przygotowania powierzchni drewna i tworzyw drzewnych do malowania oraz oklejania, podczas nakładania na nie powłok lakierowych i oklejania, podłoże zostaje zwilżone wodnymi roztworami kleju, barwnikami i rozpuszczalnikami, rozcieńczalnikami wyrobami lakierowymi. Pod wpływem tych cieczy zewnętrzne warstwy podłoża pęcznieją, skutkiem czego następuje zwiększenie chropowatości powierzchni.

---