post

Дървесина – структура на дървесината

Дървесина се нарича биологичният материал, който съставя по-голямата част от стъблата, корените и клоните на дървесните растения (дърветата). Тя е хетерогенна по своя строеж и състав и притежава както сходни, така и разнообразни характеристики при различните видове. Изследваната под микроскоп дървесина се вижда, че е изградена от различни растителни тъкани и малки отличаващи се по вида си растителни клетки.

Характерни особености на клетките на дървесината е, че са се срастнали и притежават дебели клетъчни стени богати на целулоза, лигнин и хемицелулози. Много от тях са удължени и образуват дървесинни влакна.

Интензивното използване на дървесина е част от анропогенната дейност още от зората на човешкия вид. Днес тя намира приложение както в бита, така и в индустрията. Много продукти, които често се възприемат като даденост – хартията например, биха били немислими без познаването на строежа, свойствата и начините за преработка на дървесина.

Дървесина – анатомия

Дървесинната структура може да се раздели на две нива. Видимите с невъоръжено око структурни особености се определят като макроструктури. Всички останали, за които са необходими специални наблюдателни инструменти (микроскопи), се класифицират като микроструктури.

Макроструктура на дървесината

На макрониво при напречен разрез на дървеното стъбло, от центъра навън, то може да се раздели на три части: сърцевина, същинска дървесина (беловина) и кора.

дървесина - макроструктура

Макроструктура на дървесината

Сърцевината е най-вътрешната и мека част от дървесинния цилиндър на стъблото. При някои видове (тис, бор, дъб топола) тя е тъмнооцветена и се нарича ядро. В ядрото отмират клетки, като водопроводимостта му намалява, а за сметка на това се натрупват смоли и дъбилни вещества. Така се увеличава механичната якост на ядровата дървесина и устойчивостта ѝ на гниене.

За разлика от ядровата дървесина, същинската дървесина е по-светла и затова се нарича беловина. Състои се от проводящи елементи и през нея се транспортира водата от корените, както и служи в качеството си на запасно депо за хранителни вещества. Съществуват видове растения (ела, смърч), при които ядро отсъства напълно и цялото стъбло е хомогенно на цвят, като съдържа еднотипна дървесина.

Над беловината се формира дървесната кора. Тя притежава двуслоеста структура и затова се дели на вътрешна и външна. Вътрешната кора е изградена от живи клетки и представлява ликова проводяща тъкан (флоем), върху която се разполага тънък слой вкорковяващ се камбий. Външната кора е съставена от мъртви клетки и заедно с вътрешната изпълнява защитна функция. Младите дървета притежават стъбла изградени само от беловина и кора.

Други елементи

В дървесината се наблюдават така наречените растежни пръстени тогава, когато има цикличност в растежа на дървото. Един пръстен отговаря на един цикъл на нарастване. В географските ширини, в които се намира и България, един цикъл се равнява на една година. Затова тези кръгове се наричат още годишни пръстени и по броя им може да се установи възрастта на растението.

При някои видове в пръстените се наблюдават два различни слоя. Вътрешният слой към ядрото е ранната дървесина, която се е образувала през пролетта бързо и затова е по-мека и пореста. Външният слой е тънък с по-плътна късна дървесина, която се е образувала при лятното нарастване.

От центъра на стъблото радиално разположени могат да се наблюдават линии, носещи названието сърцевинни лъчи. Те са изградени от хоризонтално разположени паренхимни клетки и благодарение на тях хранителните вещества и водата се придвижват хоризонтално.

Микроструктура на дървесината

Разнообразните структури на дървесината са изградени от различни растителни тъкани. Всяка тъкан се състои от специфични и сходни по устройство растителни клетки. Те определят микроструктурата на дървесината, като съществен структурен елемент от нея са клетъчните обвивки.

Дървесинните клетки най-общо се делят на паренхимни, прозенхимни и камбиални.

Паренхимните клетки са живи и относително съразмерни и в трите си измерения. Те съставят сърцевинните лъчи, епителния паренхим и надлъжния дървесен паренхим.

Прозенхимните клетки са мъртви и едното им измерение е поне три пъти по-голямо от останалите, т.е. дълги са. Те изпълняват проводяща функция и преобладаващо (90%) изграждат дървесината. Разполагат се най-често надлъжно на стъблото. Прозенхимните клетки притежават удебелени клетъчни стени, което е предпоставка за втората им функция: опорно-механичната.

Трахеи, трахеиди и либриформни клетки, дървесина

Трахеи, трахеиди и либриформни клетки

Камбий се нарича тъкан, чиито клетки са способни да се делят и посредством, която стъблото нараства на дебелина.

Между дървесината на иглолистните и широколистните дървесни видове съществуват някои значими различия. При иглолистните основните прозенхимни клетки са порестите трахеиди. Те изпълняват проводящата и опорно-механичната функции и затова съставят 90% от дървесината. Освен това тя е прорязана от дълги надлъжни или напречни празни пространства наречени смолни канали.

При широколистните дървесни видове, освен трахеиди, съществуват и трахеи (съсъдести елементи), чиято главна функция е провеждането на вода и мин. соли. Опорно-механичната функция се пада основно на влакнести либриформни клетки, които при някои видове могат да достигнат почти 80% от дървесината. Освен това паренхимните клетки са в по-голямо изобилие, тъй като зимата широколистните дървета нямат листа и не могат да фотосинтезират и е необходимо да прибягват към натрупаните запаси в резервната паренхима.

Физични характеристики

Калоричност

Едно от първите приложения, което човекът е намерил на дървесината е, тя да му служи като гориво при палене на огън и съответно като източник на топлина. Топлината на изгаряне на дървесината се измерва в джаули или килоджаули на килограм (Jkg, kJ/kg).

горящ огън

Дървесина изгаря в горящ огън

Тъй като повечето дървесни видове имат сходен елементен състав, затова и топлината на изгарянето им дава сходни близки стойности – около 20 000 kJ/kg  за суха дървесина. Самото изгаряне протича при температури малко по-високи от 1000ºС.

От друга страна обаче, когато се запали огън се забелязва, че тополата топли по-слабо от бора, а най-добре е да се грееш на дъбови цепеници. Причината за тази „аномалия“ се крие в различната плътност на различните видове дървесина.

Плътност

Плътността отразява количеството дървесина измерено в килограми, намиращо се в единица обем (стандартно в 1 кубичен метър). При различните дървесни видове плътността варира. Съществуват тежки дървета като желязното дърво, което има плътност близо 1400 кг/м3 и далеч по-леки дървета като смърча, с почти на половина по-малка плътност. При различните видове количеството дървесно вещество в дървесината може да варира от 20 до 50%.

Факторите, които влияят върху плътността на дървесината са многобройни. Освен биологичния вид, значение имат и условията на среда. Влияние оказват наличието и отсъствието на хранителни вещества, на влага, възрастта на дървото, стресови събития съпровождали растежа и др. Например ако растението е расло под въздействието на силни ветрове, следва да има по-плътна дървесина. Дори различните части на дървото се отличават с различна плътност на дървесината си.

Съдържанието на вода също оказва влияние върху плътността. Например прясноотсечен дъб притежава дървесина с плътност около 1000 кг/м3, а напълно сухият – около 680 кг/м3.

Плътността на растителната дървесина определя и нейната ценност като суровина за различните видове човешка дейност.

Топлопроводимост, електропроводимост и топлинно разширение

Напълно сухата дървесина има лоша топло- и електропроводимост. Сурово отсечена или вторично напоена дървесината съдържа вода и минерални соли в дисоциирано състояние. Това ѝ придава по-добри топло- и електропроводими свойства. Затова дърво, което е било напоено със солена вода, следва да е опасно при контакт с открит източник на електрически ток.

При повишаване на температурата, частиците на твърдите тела увеличават кинетичната си енергия и учестяват топлинните си трептения. В резултат на това се наблюдава топлинно разширение на съответното твърдо тяло, което се измерва чрез коефициента на линейна деформация. Дървесината не прави изключение в това отношение. Коефициентът ѝ на линейна деформация обаче е далеч по-голям в посока перпендикулярна на влакната, отколкото по посока на дължината им.

Съдържание на вода – влажност и хигроскопичност

В дървесината има свободна и свързана вода.

Свободната вода се намира в дървесинните капиляри, които представляват клетъчни празнини и незапълнени междуклетъчни пространства. В тях водата се придвижва свободно по протежението на цялото растение.

Свързаната вода се намира в свързано състояние в самите клетки и в клетъчните стени. Това до известна степен ограничава нейното придвижване. Свързаната вода може да преминава в свободно състояние и обратното.

Съдържанието на вода се характеризира от понятията абсолютна влажност и относителна влажност на дървесината.

Абсолютна влажност представлява, масата на водното съдържание отнесена към масата на сухото вещество, изчислена в проценти.

Waбс. = (mвода/mсухо вещество).100

Относителна влажност представлява, масата на водното съдържание отнесена към цялата маса на измерваната влажна дървесина, изчислена в проценти.

Wотн. = (mвода/mвлажната дървесина).100

Хигроскопичност на дървесината е понятие, което описва в каква степен даден вид дървесина е способна да поглъща влагата от въздуха. Максималното количество вода, което може да бъде погълнато варира в зависимост от дървесния вид, но е приблизително около 25-30% от масата на сухото вещество. Достига се до точка на насищане, при която целулозата в клетъчните стени не може да свързва повече водни молекули от въздуха.

Набъване и свиване

В резултат поглъщането на вода от сухото вещество, дървесината започва да набъбва. Обратно, при изсушаването на дървесината тя се свива. Затова старите майстори на бурета и бъчви, преди да използват изделията си за течности, изпървом ги мокрят за да набъбнат и да се стегнат. Изменението на обема на дървесината се дължи на набъбването на клетъчните стени при свързването им с водата. Обикновено то е в пъти по-голямо в посока перпендикулярна на влакната, отколкото по посока на влакната.

При набъбването се създава налягане и се отделя известно количество топлина, наречена топлина на набъбване. Най-големи са те при влагопоглъщането и набъбването на абсолютно суха дървесина.

Сушенето на дървесината е процес, при който се отстранява влагата от нея. Обикновено то не е равномерно и респективно обемът в различните части се изменя различно. Ако сушенето се извършва бързо, възможно е да възникнат вътрешни усилия, които впоследствие да доведат до нацепване или деформации на материала.

Химичен състав и свойства на дървесината (част 2).

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!