Дослідження деревини живого дерева під мікроскопом показує, що вона складається із дрібних часточок - кліток, стінками яких є багатошарові оболонки. «Будівельним матеріалом» для кліток є целюлоза, лігнін і вода. Клітки, що утворять деревину, різноманітні за формою й величиною. Мікроскопічна будова деревини у хвойних і в листяних порід значною мірою розрізняється. Особливості будови деревини листяних і хвойних порід обумовлюють різні їхні властивості як матеріалу для столярних робіт. Так, поздовжні волокна в деревини хвойних порід прямолінійні, тому вона має більше високі показники міцності в порівнянні з деревиною листяних порід при однаковій щільності. У деревини листяних порід волокна мають деяку звивистість, внаслідок чого в неї більше високі показники ударної вязкості й більше висока міцність при сколюванні уздовж волокон. Простіше говорячи, деревина листяних порід колеться гірше, ніж деревина хвойних, але загальна міцність у неї менше, ніж у деревини хвойних порід.

Тепер розглянемо деякі фізичні властивості деревини, які треба враховувати при виготовленні з її вуликів.

: Вологість деревини й властивості, повязані з її зміною.

Вологістю деревини називається відношення маси вологи, що перебуває в даному обсязі деревини, до маси абсолютно сухої деревини (%).

Волога в деревині просочує клітинні оболонки й займає порожнини кліток і міжклітинні простори. Волога, що просочує клітинні оболонки, називається звязаної або гігроскопічної. Волога," заполняющая порожнини кліток і міжклітинні простори, називається вільної або капілярної. При висиханні деревини спочатку з її випаровується вільна волога, а потім гігроскопічна. При зволоженні деревини волога з повітря просочує тільки клітинні оболонки до повного їхнього насичення. Подальше зволоження деревини із заповненням порожнин кліток і міжклітинних просторів відбувається тільки при безпосередньому контакті деревини з водою.

Загальна кількість вологи в деревині складається з вільної й звязаної вологи. Гранична кількість вільної вологи залежить від того, як великий обсяг порожнеч у деревині, що може бути заповнений водою. Отже, менш щільна й більше легка деревина буде мати можливість поглинати більшу кількість вологи, чим більше щільна й важка. Стосовно до вулика це означає, що вулик, виготовлений із щільної (важкої) древісины, у ході зимівлі може поглинути менша кількість вологи, що осаджується всередині нього, чим вулик з менш щільної (легкої) деревини.

Стан деревини, при якому клітинні оболонки містять максимальна кількість звязаної вологи, а в порожнинах перебуває тільки повітря, називається межею гигроскопичности. Вологість деревини, що відповідає її межі гигроскопичности (рівноважна вологість), при температурі 20 °С становить 30% і практично не залежить від породи. У стані рівноважної вологості перебуває висушена деревина, що перебуває в контакті з атмосферним повітрям. Рівноважна вологість деревини збільшується зі збільшенням відносної вологості атмосферного повітря й зменшується при збільшенні температури повітря. Однак на практиці для деревини, що перебуває на відкритому повітрі, ці зміни становлять усього кілька відсотків щодо середнього значення 30%.

Розрізняють наступні ступені вологості деревини: мокра - тривалий час находящаяся у воді, вологість вище 100%; свежесрубленная - вологість 50- 100%; повітряно-суха - довгий час находящаяся на повітрі, вологість 15-20% залежно від кліматичних умов і пори року; комнатно-суха - вологість 8-12% і абсолютно суха - вологість 0%. Останню деревину можна одержати тільки при сушінні в спеціальних шафах.

Залежно від вологості деревини змінюються її властивості й споживчі якості.

Водопоглинення. Це здатність деревини завдяки її пористій будові поглинати капельножидкую вологу. Водопоглинення відбувається при безпосередньому контакті деревини з водою. При цьому в деревині збільшується зміст як звязаної, так і вільної влагі. Водопоглинення залежить від породи, початкової вологості, температури, форми й розмірів деревини. У порід з меншою щільністю деревини водопоглинення більше, тому що в неї більше обсяг порожнин, які можуть бути заповнені вільною вологою. Навпаки, чим більше щільність деревини, тим менше її водопоглинення.

Для вуликів, які, як правило, виготовляють із деревини з малою щільністю, здатність до більшого вдопоглощению в цієї деревини варто визнати позитивним фактором. Під час зимівлі для родини буде краще, якщо вода, що утворилася через несприятливі умови, буде «захована» усередині деревини вулика, чим коли вона буде залишатися на стінках і підлозі вулика.

Усушка й розбухання. Усушкою називається зменшення лінійних розмірів і обсягу деревини при її висиханні. Усушка починається з видалення з деревини звязаної вологи після повного видалення з її вільної вологи. Повну усушку деревини, коли вона перебуває в абсолютно сухому стані при вологості 0%, роблять тільки в експериментальних цілях. Усушка деревини по різних напрямках неоднакова. У дошки, отриманої при поздовжнім розпилюванні стовбура, повна усушка по ширині може доходити до 8-10%, по товщині - до 4- 5%, а по довжині - не більше 0,1-0,3%.

Ті дошки, з яких ми виготовляємо вулики, як правило, уже висушені, і ця деревина перебуває в стані рівноважної вологості, тобто кількість звязаної води в ній міняється мало, отже, у процесі зберігання й обробки деревини її усушка вже не відбувається. Якщо ж розпилювання колоди на дошки буде відбуватися незабаром після рубання, то необхідно передбачити припуски на усушку для того, щоб після висихання пиломатеріали й заготівлі мали задані розміри. При цьому варто мати у виді й те, що більше щільна (важка) деревина усыхает більше.

Деревина має здатність поглинати вологу з навколишнього повітря, що приводить до збільшення змісту звязаної води й розбуханню деревини. Розбухання являє собою явище, зворотне усушці. Розбухання спостерігається при збільшенні вологості деревини до межі гигроскопичности. Збільшення ж вільної води, що заповнює порожнини деревних кліток, не викликає розбухання.

Внутрішні напруження, розтріскування й жолоблення деревини. Напруги в деревині, які виникають без додатка зовнішніх зусиль, називаються внутрішніми напруженнями. Вони виникають внаслідок неоднорідних деформацій деревини при її сушінні або зволоженні. Основна причина напруг при сушінні деревини - нерівномірність розподілу вологи. Спочатку випаровується волога з поверхневих шарів деревини. Якщо в цих шарах випарується вся вільна волога й почне випаровуватися звязана, то загальна вологість почне знижуватися за межу гигроскопичности. У такому випадку, як ми вже знаємо, повинна починатися усушка в цих шарах. Однак через значний инерционности процесу усушки, особливо в товстих дошках, внутрішні шари деревини будуть ще залишатися вологими. Такий нерівномірний розподіл вологості гальмує усушку верхніх шарів деревини, у результаті чого зявляються напруги, що розтягують деревину в поверхневих зонах дошки й стискаючі у внутрішні.

Коли в процесі подальшого сушіння дошки вологість у внутрішніх її шарах почне зменшуватися нижче межі гигроскопичности, ці шари теж почнуть усыхать. При цьому напруги, що розтягують, у поверхневій зоні почнуть зменшуватися, однак повністю не зникнуть. Тоді у внутренней зоні зявляться напруги, що розтягують, а в поверхневих - стискаючі, тобто напруги поміняють знак.

Якщо в процесі сушіння дошки, що розтягують напруги, досягнуть межі міцності деревини на розтягання поперек волокон, то можуть виникнути тріщини. На початку сушіння вони виникають на поверхні дошки, а наприкінці - усередині.

Внутрішні напруження зберігаються у висушеному матеріалі й служать причиною зміни розмірів і форми деталей при механічній обробці деревини. Збережені після закінчення сушіння залишкові напруги можна зняти шляхом додаткової обробки пиломатеріалів рівномірним зволоженням їхньої поверхні вологим паром або водою. Визначити наявність внутрішніх напружень можна по вузьким (10-15 мм) поперечних зрізах дошки. Якщо через якийсь час після вирізання цей зразок починає деформуватися, то це свідчить про наявність внутрішніх напружень у дошці. Якщо не будуть вжиті заходи по усуненню внутрішніх напружень у такій дошці, то виготовлені з її деталі майже напевно «поведе».

Варто помітити, що в деревини мяких листяних порід, з яких по більшій частині виготовляють вулики й пчеловодный інвентар, залишкові внутрішні напруження менше, ніж у твердих порід.

На величину залишкових напруг впливає також і спосіб сушіння деревини. Значення залишкових внутрішніх напружень при атмосферному сушінні в кілька разів нижче, ніж після сушіння в спеціальних температурних камерах. При атмосферному сушінні пиломатеріали укладають під навісами в штабелі, але так, щоб дошки не стикалися всією площиною один з одним. Для цього при укладанні штабеля на дошки через 1 - 1,5 м кладуть невеликі обрізки дошки (прокладки), у результаті між дошками утворяться вентиляційні зазори. Для зменшення розтріскування дощок крайні прокладки розташовують заподлицо з торцями дощок. На саму верхню дошку штабеля рівномірно укладають який-небудь вантаж, наприклад, цегли. Штабель із дошками повинен розташовуватися на рівній підставі, при цьому нижні дошки штабеля повинні перебувати не менш чим на 50 див вище від поверхні землі. Залежно від погодних умов атмосферне сушіння триває від 2-х тижнів до декількох місяців.

Жолоблення деревини викликається розходженням в усушці або розбуханні деревини по різних напрямках. Жолоблення може бути поперечним або поздовжнім. Поперечне жолоблення виражається в зміні форми перетину дошки. Серцевинна дошка (вирізана із центральної частини колоди) зменшує свої розміри до крайок (мал. 3.1, а). У міру видалення дощок від серцевини (центра колоди) жолоблення дощок зменшується (мал. 3.1, б, в).

ИИ. Кораблев (1927) пропонує враховувати цю властивість деревини й при виготовленні вуликів дошки прибивати.

так, щоб вони доводилися серцевиною назовні, а не усередину вулика. У противному випадку можуть утворюватися щілини.

При жолобленні по довжині дошки можуть изгибаться, здобуваючи дугоподібну форму, або приймати форму гвинтоподібної поверхні. Правильне укладання, сушіння й зберігання пиломатеріалів виключають появу жолоблення.

: Щільність деревини.

Деревина складається з деревинної речовини (матеріалу клітинних стінок) і порожнеч — порожнин усередині кліток і міжклітинних просторів. Густина деревинної речовини не залежить від породи й дорівнює 1530 кг/м

Щільність деревини - відношення маси деревини до її обсягу. Щільність залежить насамперед від будови деревини, тобто від породи. У той же час вона залежить від. вологості деревини, тому прийнято всі показники фізико-механічних властивостей деревини, (у т.ч. і щільність) приводити до стандартної вологості 12%.

По щільності деревину ділять на три г^упи:.

1) породи з малою щільністю (510 кг/м і менш): ялина,.

верба, кедр, каштан, липа, вільха, осика, ялиця,.

сосна,.

тополя;.

О.

2) породи середньої щільності (550—740 кг/м ): береза,.

бук, вяз, груша, дуб, ільм, клен, модрина, пла тан, горобина, тис, яблуня, ясен;.

3) породи високої щільності (750 кг/м

і вище): ака.

ция біла, граб, кизил, самшит. .

Від щільності деревини залежить її твердість — здатність деревини пручатися проникненню в неї більше твердих тел. По ступені твердості всі деревні породи можна розділити теж на три групи, при цьому мяким породам будуть відповідати породи з малою щільністю, твердим породам — породи середньої щільності, а дуже щільним породам — породи високої щільності.

♦ Теплопровідність деревини.

Теплопровідність деревини — здатність деревини проводити тепло від однієї своєї поверхні до інший, Вт/ м-м-°3. У сухій деревині міжклітинний простір і внутрішньоклітинні порожнини заповнені повітрям, що є поганим провідником тепла. Щільна деревина проводить тепло краще, ніж пухка. Збільшення вологості деревини підвищує її теплопровідність, оскільки вода в порівнянні з повітрям є кращим провідником тепла. Теплопровідність деревини залежить також від напрямку теплового потоку щодо волокон деревини. Уздовж волокон теплопровідність приблизно у два рази вище, ніж поперек.

♦ Здатність деревини втримувати металеві кріплення.

При вбиванні цвяха в деревину перпендикулярно її волокнам вони частково перерізуються, а частково изгибаются. При цьому волокна, що розсунулися, деревини роблять на бічну поверхню цвяха тиск, що викликає тертя, що втримує цвях у деревині.

Характеристикою здатності деревини втримувати металеві кріплення є зусилля, необхідне для висмикування цвяха або шурупа даних розмірів. Величина опору висмикуванню залежить від напрямку стосовно волокон, породи деревини й щільності. Для висмикування цвяха, убитого в торець, потрібне зусилля на 10-15% менше в порівнянні із зусиллям, необхідним для висмикування такого ж цвяха, забитого поперек волокон. Чим більше щільність (твердість) деревини, тим вище опір висмикуванню цвяха або шурупа. Опір деревини висмикуванню шурупів приблизно, у два рази більше, ніж цвяхів. Зважаючи на те, що вулики звичайно виготовляють із мяких порід з малою щільністю деревини, скріплення стінок ульевых корпусов і магазинів по кутах краще робити на клеї й із закріпленням шурупами або саморезами.

Вологість деревини полегшує забивання в неї цвяхів, і при цьому ймовірність розколювання деревини невелика, однак при висиханні деревини здатність її втримувати цвях зменшується.

♦ Опір деревини розколюванню.

Це - здатність деревини під дією расклинивающего зусилля розділятися на частині уздовж волокон (розколюватися).

Розколювання деревини пояснюється малим зчепленням волокон по довжині стовбура. Деревина хвойних порід має прямі деревні волокна й тому більше схильна до розколювання, чим деревина листяних порід, що має звивисті волокна. Імовірність розколювання дошки при забиванні в неї цвяха буде тим вище, ніж ближче до торця дошки забивається цвях. Зменшити ймовірність розколювання дошки можна, якщо в місці забивання цвяха попередньо просвердлити отвір свердлом, діаметр якого на 1015% менше діаметра цвяха, що забивається.

Зменшує ймовірність розколювання дошки й збільшує опір висмикуванню забивання цвяха не строго перпендикулярно до поверхні дошки, а під невеликим кутом до неї (мал. 3.2).

Особливо важливо керуватися цим правилом у тому випадку, якщо під час експлуатації до дошки будуть прикладатися періодичні динамічні зусилля (при укладанні підлоги, при виготовленні настилів і т.п.).

♦ Пороки деревини.

Основними пороками деревини, які можуть впливати на якість пчеловодных виробів, є сучки й тріщини.

Сучки являють собою підстави галузей, укладені в деревину стовбура. Деревина сучків відрізняється більше темним кольором і має самостійну систему річних шарів. Сучки, що мають деревину без ознак мякої гнилизни, називають здоровими. Здорові сучки, що мають одну або кілька тріщин, називають здоровими сучками із тріщинами. Сучки з мякою гнилизною, що займають не більше 1/3 площі розрізу сучка, називають що загнили, а занимающие більше 1/3 площі - гнилими. Що загнили або гнилі сучки, у яких вигнила деревина повністю або частково замінена пухкою масою іржаво-бурого кольору, називають тютюновими.

Для виготовлення вуликів і пчеловодного інвентарю рекомендується використовувати деревину з невеликою кількістю здорових і із тріщинами сучків. При необхідності можна використовувати й деревину із що загнили або тютюновими сучками, але в такому випадку сучки треба повністю висвердлити, а на їхнє місце посадити на клеї деревяні пробки, розташувавши напрямок волокон у них паралельно напрямку волокон дошки.

При механічній обробці деревяних заготівель, у яких є сучки, треба дотримувати граничної обережності, тому що при влученні ріжучої крайки інструмента на сучок змінюються умови різання й заготівля може «вистрілити». Різка й раптова зміна положення заготівлі нерідко приводить до серйозних травм. Особливо щільні сучки бувають у хвойних порід^Із цього приводу навіть існує притча, столяр, Що Иде в мир інший, вимовляє свою останню фразу: «Усім усе прощаю, але ялиновому сучку ніколи».

Найменша кількість сучків має деревина, що перебуває в нижній частині стовбура дерева (окоренкові колоди).

Тріщини являють собою разрывы деревини уздовж волокон. Тріщини можуть виникати як у зростаючому дереві, так і в процесі сушіння деревини. Всі різновиди тріщин, особливо наскрізні, порушують цілісність деревини й знижують її міцність. У відповідальних деталях, що несуть навантаження, наприклад, у верхніх брусках ульевых рамок, наявність тріщин не допускається. В інших заготівлях допускаються невеликі зовнішні тріщини, які треба закрити шпаклівкою по дереву або дрібним ошуркам, змішаними з водотривким клеєм.

♦ Стійкість деревини при зберіганні.

Якщо зберігання деревини організоване неналежним способом, то вона піддається негативному впливу великої кількості зовнішніх факторів, таких як зайве зволоження або пересушування, які викликають розтріскування, а також впливу різних видів грибів і комах. У різних деревних порід стійкість до цих негативних факторів різна (табл. 3.1).