Примеры использования древесины металлов и сплавов – 63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
alexxlab | 23.06.2020 | 0 | Разное
63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
Древесина79– ткань растений, состоящая из клеток с одревесневшими стенками, проводящая воду и растворенные в ней соли. Структура древесины состоит из большого числа плотных, длинных, трубчатых клеток, наполненных растительным соком. Длина клеток обычно составляет 2…4 мм, а размер в поперечнике – 20…40 мкм. В древесине на долю оболочек клеток приходится ~ 95 % массы; оболочки состоят главным образом из целлюлозы (43…56 %) и лигнина (19…30 %)80. Около 25…30 % воды содержится в древесине в связанном виде и очень трудно поддается удалению. Остальная влага, заполняющая межклеточное пространство, легко выпаривается во время сушки.
Древесина обладает малой плотностью, сравнительно высокой удельной прочностью, хорошим сопротивлением ударным и вибрационным нагрузкам, низким коэффициентом теплового расширения (в 2…3 раза ниже, чем у стали), высокой стойкостью к ряду кислот, солей и масел, хорошими технологическими свойствами (хорошо обрабатывается на станках, склеивается, соединяется гвоздями и шурупами). К недостаткам древесины следует отнести ее высокую водопоглощаемость, приводящую к изменению размеров, формы и прочности древесных изделий, а также склонность к загниванию и отсутствие огнестойкости. Для защиты древесины от загнивания изделия покрывают лакокрасочными или пластмассовыми покрытиями. Из химических способов защиты применяют пропитку растворами солей
Важной характеристикой древесины является ее плотность. К легким поделочным породам древесины относят сосну, ель, липу, осину, ольху; к тяжелым – дуб, граб, грушу, самшит. К редким и наиболее легким сортам древесины относится бальса, имеющая плотность около 200 кг/м 3(в 2 раза легче бамбука), а к наиболее тяжелым (1100…1400 кг/м3) – железное дерево (бакаут), которое тонет в воде. Обрабатываемость и износостойкость древесины зависят от ее структуры и твердости. Некоторые свойства наиболее распространенных пород древесины приведены в таблице:
Свойства разных пород древесины | Порода древесины | ||||||
сосна | липа | осина | дуб | граб | береза | пихта | |
Плотность, кг/м | 500 | 500 | 500 | 760 | 810 | 640 | 390 |
Объемная усушка в % | 51 | 58 | 47 | 48 | 61 | 64 | 46 |
Прочность при растяжении вдоль волокна, МПа | 100 | 116 | 120 | 118 | 135 | 160 | 76 |
Пиломатериалы– материалы из древесины, получаемые
путём распиловки брёвен вдоль волокон.
Основные виды пиломатериалов показаны
на рис. 63. Пиломатериалы с опиленными
кромками называютсяобрезными, с
неопиленными –необрезными.
Материалы, подвергшиеся после пиления
дальнейшей обработке (для сглаживания
поверхностей или фасонной профилировки),
называются строгаными. Пиломатериалы
делят на строительные, столярные, тарные,
экспортные, специальные.
Рис. 63. Виды пиломатериалов: а – пластина; б – четвертина; в, г, д – брусья; е – брусок; ж – доска; з, и – шпалы; к – горбыль
Древесину успешно используют в машиностроении (борта и пол автомобилей, некоторые конструкции в вагонах и др.). В литейном производстве из древесины изготавливают модели отливок. Во всех отраслях промышленности пиломатериалы широко используют при изготовлении тары (ящики, поддоны и т. п.).
Прессованнаядревесинаполучается прессованием нагретых в пресс-формах древесных заготовок. Прочность прессованных материалов возрастает примерно в 2 раза при растяжении, а при изгибе и сжатии – в 3 раза. Их ударная вязкость составляет 60…80 кДж/м2. Такую древесину используют как заменитель металла, из нее изготавливают вкладыши подшипников трения, втулки, ткацкие челноки и др. ответственные детали машин.
Шпон81– тонкие листы древесины (натуральный шпон) или иного текстурного материала (синтетический шпон). Натуральный шпон изготовляют лущением или строганием отрезков ствола дерева – чураков и кряжей. Синтетический шпон делают из текстурной бумаги с применением специальных смол. Текстурный рисунок наносит на бумагу способом многокрасочной печати. Фанерование– оклеивание деревянных изделий шпоном для упрочнения и улучшения их внешнего вида.
Фанера82 – листовой древесный материал, получаемый склеиванием трёх или более слоев преимущественно лущёного шпона (с перекрёстным расположением листов шпона относительно волокон древесины). Фанеру изготовляют из берёзы, ольхи, сосны, ясеня, бука и т. д. Разновидности фанеры: металлизированная, армированная, огнестойкая. В зависимости от сопротивления действию влаги различают фанеру водостойкую, средней и ограниченной водостойкости. Водостойкость фанеры зависит от применяемого клея – фанера ФСФ на фенолоформальдегидном клее обладает повышенной водостойкостью, фанера ФК (на карбамидном) и ФБА (на альбумино-казеиновом) обладают средней водостойкостью, ФБ – на белковых клеях – ограниченной водостойкостью. Фанеру выпускают в виде листов толщиной 1…12 мм, листы толще 12 мм называют фанерными плитами. Фанеру применяют в строительстве и судостроении, в мебельном производстве и т. п.
Древесно-стружечные(ДСП) идревесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из отходов древесины:
ДСП получают горячим прессованием стружки со связующим, например, мочевино- и фенолоформальдегидными смолами. Плиты имеют плотность от 350 до 1100 кг/м3, свойства их более изотропны, чем у натуральной древесины, и обладают высокими теплоизоляционными характеристиками. ДСП бывают однослойными и многослойными, в том числе, облицованными шпоном, фанерой, бумагой и пластиком. Такие плиты широко применяются в транспортном машиностроении, строительстве и производстве мебели.
ДВП вырабатывают путем отлива на сетке (аналогично отливу картона) из древесной массы, состоящей из волокон размельченной древесины (иногда с добавками связующего). Применяют как облицовочный и тарный материал, а также в качестве звукопоглощающих покрытий.
studfiles.net
Применение сплавов
Широко применяются сплавы на основе меди — латуни и бронзы. Латунь содержит до 45% цинка (простая латунь). Специальные латуни кроме меди и цинка содержат железо, алюминий, олово, кремний. Из нее изготавливают трубы для конденсаторов и радиаторов, детали механизмов, в судостроении благодаря высокой коррозионной стойкости. Латунь с высоким содержанием меди за своего сходства к золоту используют для ювелирных и декоративных изделий.
Бронза — это сплавы меди с другими веществами: Cu-Sn, Cu-Al (5-10%), Cu-Pb (33%), Cu-Si (4%) используют для изготовления деталей машин, посуды. Для изготовления электронагревательных приборов используют сплав нихром (Ni (67%), Cr (15%), Fe (16%), Mn (1,5%)).
Применение сплавов
Самолето-, ракето, авто-, судостроение.
Изготовление быстрорежущих инструментов, конструкционные материалы устойчивы к агрессивным средам, ферромагнитные изделия.
Изготовление дробильных установок, железнодорожных рельсов, автомобильных осей.
Изготовление монет, предметов домашнего обихода, золочение, производство зеркал, ювелирные изделия, зубные протезы.
Изготовление трансформаторов, химической аппаратуры, лабораторной посуды, декоративно-прикладные изделия, скульптуре.
Изготовление нитей электроламп, деталей электронагревателей.
Теги: лекции по химии, материал по химии, природа, реферат по химии, химия, химия – наука о природе, химия и жизнь, химия изучаетbagazhznaniy.ru
Получение металлов и их применение
Несмотря на то что все чаще в промышленности и быту используются искусственно созданные материалы, отказаться от применения металлов пока не представляется возможным. Они обладают уникальным сочетанием свойств, а сплавы позволяют максимально использовать их потенциал. В каких областях происходит получение и применение металлов?
Характеристика группы элементов
Под металлами понимают совокупность неорганических химических веществ, обладающих характерными свойствами. Как правило, они включают следующее:
- высокая теплопроводность;
- пластичность, относительная легкость механической обработки;
- сравнительно высокая температура плавления;
- хорошая электропроводность;
- характерный “металлический” блеск;
- роль восстановителя в реакциях;
- высокая плотность.
Разумеется, не все элементы этой группы обладают всеми этими свойствами, например, ртуть при комнатной температуре жидкая, галлий плавится от тепла человеческих рук, а висмут вряд ли можно назвать пластичным. Но в общем и целом все эти черты прослеживаются в совокупности металлов.

Внутренняя классификация
Металлы условно делят на несколько категорий, каждая из которых объединяет элементы, наиболее близкие друг другу по различным параметрам. Различают следующие группы:
- щелочные – 6;
- щелочноземельные – 4;
- переходные – 38;
- легкие – 7;
- полуметаллы – 7;
- лантаноиды – 14+1;
- актиноиды – 14+1;
Вне групп остается еще два: бериллий и магний. Таким образом, на данный момент из всех открытых элементов 94 ученые относят к металлам.
Кроме того, стоит упомянуть, что есть и другие классификации. Согласно им, отдельно рассматриваются благородные, металлы платиновой группы, постпереходные, тугоплавкие, черные и цветные и т. д. Такой подход имеет смысл лишь при определенных целях, так что удобнее использовать общепринятую классификацию.

История получения
Человечество на протяжении всего своего развития было тесно связано с обработкой и использованием металлов. Помимо того что они оказались наиболее распространенными элементами, из них можно было изготавливать различные изделия лишь с помощью механической обработки. Поскольку навыков работы с рудой еще не было, сначала речь шла лишь об использовании самородков. Сначала это был мягкий металл, давший название медному веку, сменившему каменный. В этот период был разработан метод холодной ковки. В некоторых цивилизациях стала возможной выплавка. Постепенно люди освоили получение цветных металлов, таких как золото, серебро, олово.
Позднее на смену медному пришел бронзовый век. Он продлился примерно 20 тысячелетий и стал переломным моментом для человечества, поскольку именно в этот период стало возможным получать сплавы. Происходит постепенное развитие металлургии, совершенствуются способы получения металлов. Однако в 13-12 вв. до н. э. произошел так называемый бронзовый коллапс, который положил начало железному веку. Это предположительно произошло из-за истощения запасов олова. А свинец и ртуть, открытые в это время, не смогли стать заменой бронзе. Так что людям предстояло развивать получение металлов из руд.

Следующий период продлился относительно недолго – меньше тысячелетия, но оставил яркий след в истории. Несмотря на то что железо было известно гораздо раньше, оно почти не применялось из-за своих недостатков по сравнению с бронзой. Кроме того, последнюю было гораздо проще получить, в то время как выплавка руды была более трудоемким занятием. Все дело в том, что самородное железо встречается довольно редко, так что неудивительно, что отказ от бронзы происходил настолько медленно.
Значение навыков выделения металлов
По аналогии с тем, как предок человека впервые изготовил орудие труда, привязав острый камень к палке, переход к новому материалу оказался настолько же грандиозен. Основные преимущества металлических изделий состояли в том, что их было легче сделать, а также существовала возможность починки. Камень же не обладает пластичностью и ковкостью, так что любые орудия из него можно было сделать только заново, отремонтировать их не получалось.
Таким образом, именно переход к использованию металлов привел к дальнейшему совершенствованию орудий труда, появлению новых предметов быта, украшений, изготовить которые было ранее невозможно. Все это дало толчок техническому прогрессу и заложило фундамент для развития металлургии.

Современные методы
Если в древности людям было знакомо лишь получение металлов из руд, либо они могли довольствоваться самородками, то в настоящее время существуют и другие способы. Они стали возможными благодаря развитию химии. Таким образом, появилось два основных направления:
- Пирометаллургия. Она начала свое развитие раньше и связана с высокими температурами, необходимыми для обработки материала. Современные технологии в этой области позволяют также использование плазмы.
- Гидрометаллургия. Это направление занимается извлечением элементов из руд, отходов, концентратов и т. д. с помощью воды и химических реактивов. Например, крайне распространен способ, предполагающий получение металлов электролизом, также довольно популярен метод цементации.
Есть и еще одна интересная технология. Получение драгоценных металлов высокой чистоты и с минимальными потерями стало возможно именно благодаря ей. Речь об аффинаже. Этот процесс – один из видов рафинирования, то есть постепенного отделения примесей. Например, в случае с золотом используется насыщение расплава хлором, а платину растворяют в минеральных кислотах с последующим выделением реагентами.
Кстати, получение металлов электролизом чаще всего применяется, если выплавка или восстановление экономически невыгодны. Именно так происходит с алюминием и натрием. Есть и более инновационные технологии, делающие возможных получение цветных металлов даже из достаточно бедных руд без значительных затрат, но речь об этом пойдет чуть позднее.
О сплавах
Большая часть металлов, известных в древности, не всегда отвечала некоторым потребностям. Коррозия, недостаточная твердость, ломкость, хрупкость, недолговечность – у каждого элемента в чистом виде есть свои недостатки. Поэтому стало необходимо найти новые материалы, объединяющие в себе преимущества известных, то есть найти способы получения сплавов металлов. На сегодняшний день существует два основных метода:
- Литье. Расплав смешанных компонентов охлаждается и кристаллизуется. Именно этот способ позволил получить первые образцы сплавов: бронзу и латунь.
- Прессование. Смесь порошков подвергается высокому давлению, а потом спекается.
Дальнейшее совершенствование
В последние десятилетия наиболее перспективным кажется получение металлов с применением биотехнологий, в первую очередь с помощью бактерий. Уже стало возможным извлечение из сульфидного сырья меди, никеля, цинка, золота, урана. Ученые надеются подключить микроорганизмы к таким процессам, как выщелачивание, окисление, сорбции и осаждение. Кроме того, крайне актуальной является проблема очистки глубоких сточных вод, для нее тоже пытаются найти решение, предполагающее участие бактерий.

Применение
Без металлов и сплавов была бы невозможна жизнь в том виде, в котором она сейчас известна человечеству. Высотные дома, самолеты, посуда, зеркала, электроприборы, автомобили и многое другое существует лишь благодаря далекому переходу людей от камня к меди, бронзе и железу.
Из-за своей исключительной электро- и теплопроводности металлы используются в проводах и кабелях самого различного назначения. Золото применяется для изготовления неокисляемых контактов. Благодаря своей прочности и твердости металлы широко используются в строительстве и для получения самых разных конструкций. Еще одна область применения – инструментальная. Для изготовления рабочей, например, режущей части часто используются твердые сплавы и специальные виды стали. Наконец, благородные металлы высоко ценятся как материал для ювелирных изделий. Так что областей применения предостаточно.

Интересное о металлах и сплавах
Использование этих элементов настолько широко и имеет такую длинную историю, что неудивительно возникновение различных курьезных ситуаций. Их и просто пару любопытных фактов и стоит привести напоследок:
- До своего широкого распространения алюминий очень ценился. Столовые приборы, которыми при приеме гостей пользовался Наполеон III, были изготовлены именно из этого материала и были предметом гордости монарха.
- Название платины в переводе с испанского означает “серебришко”. Такое нелестное имя элемент получил в связи с относительно высокой температурой плавления и, следовательно, невозможностью на протяжении долгого времени его применять.
- В чистом виде золото мягкое, и его легко можно поцарапать ногтем. Именно поэтому для изготовления украшений его сплавляют с серебром или медью.
- Существуют сплавы с любопытным свойством термоупругости, то есть эффектом “памяти” формы. При деформации и последующем нагревании они возвращаются к изначальному состоянию.
fb.ru
Использование древесины правильно – это решение проблем планетарного масштаба
Древесина, как строительный материал, используется так давно, еще с начала развития цивилизации, что точную дату определить уже невозможно.
устройство деревянной лестницы
Но именно древесина в совокупности с камнем сделала возможным появления такой области, как строительство. Использование древесины стало возможным, как только человечество стало думать о строительстве защищенного жилья.
Наверное, развитие цивилизации обязано все же древесине. Хотя этот природный материал и сейчас достаточно востребован. Современные отрасли промышленности, основные и многие из них, не могут обойтись без него. Для многих он является основным видом сырья.
Сегодня можно перечислить отрасли промышленности, которые выпускают изделия из древесины, используемые в повседневной жизни. Список будет достаточно большим. Вот некоторые из них:
- Мебельная;
- Бумажная;
- Машиностроение;
- Самолетостроение;
- В производстве музыкальных инструментов;
- Спичек;
- Игрушек;
- И многих других мелочей.
Не стоит забывать и о производстве элементов мостов, зданий, сооружений. В этот список необходимо внести, как основную категорию, область строительства. Да, именно в строительстве древесине нет равных. Это экологически чистый материал, сравнительно твердый и достаточно прочный, хотя и волокнистый.
Состав древесины – это большое количество трубковидных клеток, оболочка которых состоит из целлюлозы. Межклеточное пространство заполнено пектатами кальция и магния. Эта связка достаточно прочная, что создает твердость древесине.
Свойства и характеристики древесины
Но кроме вышеуказанных характеристик древесина обладает рядом физико-механических качеств, благодаря которым использование древесины возможно в достаточно широком диапазоне. Во-первых, древесина легко поддается всем видам обработки. Во-вторых, она имеет низкий коэффициент теплопроводности.
Такая древесина может найти применение при декорировании помещения
В-третьих, при отсутствии влаги древесина имеет высокий показатель долговечности.
В-четвертых, обладает превосходной сопротивляемостью к нагрузкам как ударным, так и вибрационным.
В-пятых, как было сказано выше, обладает хорошим показателем твердости при небольших массах изделия из древесины.
В-шестых, изделия из древесины легко и хорошо соединяются с помощью различных соединительных крепежных изделий и веществ. К примеру, клей или резьбовое соединение.
В-седьмых, сама по себе древесина обладает прекрасным внешним видом, что создает все условия для использования древесины при отделочных работах как внутренних, так и внешних.
В-восьмых, на ее поверхность прекрасно ложатся всевозможные красящие вещества и защитно-декоративные покрытия. Кстати, последние обеспечивают защиту поверхности древесины и продлевают ее эксплуатацию.
Но, как и любой строительный материал, древесина имеет ряд недостатков, с которыми человечество вело борьбу на протяжении всей своей жизни. Эта борьба продолжается и сейчас. Правда, многие проблемы уже преодолены. Благо научно-технический прогресс не стоит на месте.
И все же данные минусы необходимо озвучить. Первым делом обратим свое пристальное внимание на свойство древесины, которое ставит ее в ряд с другими материалами, относящимися к категории высокой горючести. Что ни говори, но именно это свойство считается основным недостатком данного материала.
Следующий минус – это плохая сопротивляемость влаге. Здесь необходимо отметить, что все изделия из древесины под воздействием влаги начинают подвергаться следующим процессам, таким как:
- Гниение;
- Коробление;
- Растрескивание;
- И так далее.
Деревянная времянка на участке
К тому же под воздействием микроорганизмов древесина также подвергается процессу разрушения.
Но, как говорилось выше, человечество до сих пор ведет неумолимую борьбу с недостатками. Иногда влияние вышеуказанных процессов, хвала науке, прекращается или частично замедляется. Это ведет к совершенно иным поворотам в области строительства, где использование древесины переходит совершенно на иной более высокий уровень.
Но существуют ряд факторов, относящихся к недостаткам, которые относятся к чисто биологическим. А от этого обычно резко снижается качество изделий, что ведет занижению не только показателя долговечности, но и к снижению стоимостного показателя.
Где и как используют древесину
Как было сказано выше, основные направления использования древесины расположены в большом диапазоне. И здесь задействованы практически все сферы человеческой жизнедеятельности. Многие могут задаться вопросом, например, о химической промышленности, где древесина, как им кажется, практически не применяется.
И здесь они не правы. Можно привести некоторые примеры. Деревянные поддоны и ящики, то есть деревянная тара, которые традиционно используют для транспортировки некоторых веществ, как в твердом, так и в жидком состоянии. Серная кислота храниться в стеклянных бутылях, но транспортируются бутыли только в специальных деревянных ящиках. И таких примеров можно привести великое множество.
Если рассматривать древесину, как строительный материал, то поколения, прожившие на земле и постоянно строившие здания и сооружения, наработали очень большой опыт в использовании древесины. И сегодня все больше появляются материалы, изготовленные из дерева, которые соответствуют всем нормам и требованиям современности. И таких материалов появляется все больше и больше.
Хотелось бы сделать небольшой обзор некоторых материалов, которые появились давно или недавно, но с успехом используются современными строителями. А начнем с деревянных дверей и окон. Сравнить эти изделия можно только с металлическими или пластиковыми аналогами. Казалось бы, что деревянные изделия уступают по показателю долговечности, но современные технологии позволяют изготавливать двери и окна из дерева, которые служат верой и правдой не один десяток лет. К примеру, из клееного бруса.
К тому же древесина обладает способностью «дышать», а это немаловажный фактор в современном строительстве. Сделать окна и двери из пластика или алюминиевых сплавов по индивидуальному заказу очень затруднительно. А вот с помощью дерева можно легко добиться всевозможных форм и конструкций, что позволяет решать многие дизайнерские фантазии.
Чтобы использование древесины было долгосрочным, обязательно воспользуйтесь пропиткой для дерева
Говорить о фанере вообще не стоит, потому что данный строительный облицовочный материал до сих пор в больших количествах используется в строительстве. Ее неоспоримые преимущества очевидны и доказаны самой жизнью. В современном строительстве, особенно загородном, фанера используется больше других материалов из древесины.
Но жизнь напоминает нам всегда, что «ничто не вечно под луной». И все когда-нибудь заканчивается. Так может произойти и с древесиной. Снижения запасов крупной древесины в планетарном масштабе заставляет компании-производители, связанных с деревянным сырьем, обращать пристальное внимание на новые технологии, которые решают проблемы именно с дефицитом сырья.
Поэтому так стали популярны и востребованы всевозможные плиты, изготовленные из древесины. Часто из древесины невысокого качества, а иногда даже из отходов деревоперерабатывающей промышленности. Оказывается можно использовать и отходы, которые раньше попросту сжигались или вывозились за бесценок.
Так на современном рынке строительных материалов появляются новинки, которые по своим качествам не уступают традиционным материалам, но по ценовому показателю намного дешевле. Сегодня вместо фанеры можно использовать ориентировано-стружечные плиты. Это совершенно новый материал, который недавно появился на отечественном рынке.
Технология их производства очень похожа на производство самой фанеры. Только склеенные между собой щепы из хвойных пород расположены тремя слоями. Внешние слои расположены вдоль волокна, внутренние – поперек.
Стоимость такой плиты в разы дешевле фанеры, поэтому данный материал постепенно вытесняет фанеру и ДСП с рынка. К тому же процесс склеивания происходит под воздействием высокого давления и высоких температур. Это является залогом прекрасных эксплуатационных качеств, которыми обладают данные плиты.
А вот плиты МДФ постепенно вытеснили такие плиты, как ДСП и ДВП. Особенно в мебельной промышленности. Во-первых, диапазон их толщины варьируется с 3 до 60 миллиметров. Во-вторых, плиты МДФ прекрасно справляются даже с повышенной влажностью. В-третьих, этот материал выдерживает большие нагрузки, поэтому его использование в укладке полов стало реальностью даже в местах с высоким коэффициентом проходимости.
Узел в деревянном доме
В настоящее время все больше на рынке появляются новые плитные материалы из древесины, которые с большой популярностью используются за рубежом, но только относительно недавно стали появляться на отечественном рынке. Такие материалы изготавливаются с углубленной переработкой. К таким материалам относится шпоновый брус.
Многие специалисты считают, что именно этот материал на сегодняшний день является самым перспективным в строительной сфере. Особенно привлекают внимание строителей шпоновые балки, которые имеют слоистую структуру. Именно такая структура делает балки прочными и надежными.
В настоящее время шпоновые балки стали заменять многие изделия из цельной древесины, создавая тем самым экономию в строительстве. Да и экология от этого меньше страдает. К тому же внешний вид балок нельзя отличить от массивной древесины, чем радует дизайнеров.
А вот технология производства шпонового бруса опять-таки позаимствована у технологии производства фанеры. Процесс лущения здесь более крупный. Шпон изготавливают толщиной до 3,2 миллиметров и склеивают его между собой только в продольном положении. А у фанеры слои укладываются кресс на крест.
Готовое изделие может быть толщиною до 10 сантиметров. Большой размер. Именно такие балки спокойно выдерживают высокие нагрузки. Поэтому шпоновые изделия используются не только для несущих конструкций зданий и сооружений, но и в виде шпал, столбов, как профилированные брусья, несущие балки для мостов и так далее.
Все больше человечество стало задумываться над проблемами, связанными с экологией планеты. И решение задач по использованию отходов древесины, их переработке и выпуску новых материалов на их основе отдается большое предпочтение.
Сегодня вкладываются большие финансы в перевооружение производств. Бизнесмены понимают, что запасы древесины на исходе, поэтому придется в скором времени использовать низкопробное сырье и его отходы. И от того, как быстро мы найдем пути использования отходов древесины, будет зависеть будущее нашей планеты в целом.
No votes yet.
Please wait…
domnuzhen.ru
Древесина и ее применение в народном хозяйстве. Строение дерева
В народном хозяйстве древесина применяется очень широко: в промышленном и гражданском строительстве ее используют для изготовления отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений, а также окон, дверей, паркета и т. п. Древесина — сырье для изготовления целлюлозы, бумаги, картона, этилового спирта. При химической переработке древесины получают канифоль и скипидар; из коры дуба, ивы и лиственницы добывают дубильные вещества, употребляемые в кожевенной промышленности.
В судостроении древесину применяют при закладке судов на стапеле и спуске их на воду (кильблоки, спусковые дорожки стапеля, полозья, подбрюшины), для покрытия металлических палуб, для изоляции и оборудования провизионных кладовых, трюмов, кают и других помещений, для изготовления деревянной мебели, возведения строительных лесов, временных трапов.
Широкое применение древесины объясняется ее техническими свойствами. При относительно небольшой массе она обладает достаточной прочностью, легко обрабатывается, хорошо склеивается, а изделия из нее отличаются хорошими декоративными качествами.
Вместе с тем древесина имеет и ряд отрицательных свойств. При изменении влажности она разбухает, усыхает, растрескивается и коробится. Естественные древесные материалы подвержены загниванию и легко воспламеняются. В меньшей степени эти недостатки свойственны прессованной древесине, древесностружечным и древесноволокнистым плитам.
Растущее дерево состоит из корней, ствола и кроны. Корни всасывают из почвы влагу, питательные минеральные вещества и удерживают дерево в почве. Ветви и листья дерева образуют крону. В листьях происходит так называемый процесс фотосинтеза. Они поглощают из воздушной среды углекислый газ, который разлагается на углерод и кислород. Кислород из листьев выделяется в воздух, а углерод под влиянием солнечного света, взаимодействия с влагой и растворенными в ней минеральными веществами образует различные органические соединения, необходимые для питания дерева, которые распространяются по внутреннему слою его коры.
Ствол поддерживает крону дерева, хранит влагу, а также запасы питательных веществ, вырабатываемых листьями. Он состоит из сердцевины, древесины, камбия и коры (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Строение ствола
1 — кора; 2 — камбий; 3 — древесина; 4 — сердцевина
Сердцевина, расположенная в центре ствола, представляет собой рыхлую мягкую ткань и занимает незначительную часть ствола. Далее располагается древесина, занимающая большую часть ствола.
Камбий охватывает древесину сплошным кольцом. Он состоит из клеток, способных к делению и росту.
Кора защищает дерево от механических повреждений и от неблагоприятных влияний окружающей среды. Внутренний слой коры (лубяной) служит для отложения запасов питательных
веществ, выработанных в листьях. По строению коры можно определить породу дерева.
Древесина — основной технический материал, свойства которого неразрывно связаны с ее строением. Макроструктура (элементы строения) древесины хорошо видна на разрезах ствола невооруженным глазом. Так, на разрезах четко выделяются годичные слои, сердцевинные лучи, ядро и заболонь.
Годичные слои — концентрические круги вокруг сердцевины — хорошо видны на торцовом срезе. На радиальном срезе они просматриваются в виде продольных линий, на тангенциальном — в виде дугообразных кривых. У живого дерева каждый год вырастает один годичный слой. Рост происходит от камбиального слоя, поэтому чем ближе расположен слой к сердцевине, тем он старее. По числу годичных слоев на торцовом срезе комлевой части ствола можно определить возраст дерева. Годичный слой состоит из ранней древесины, образованной в весенний период роста, и поздней, развивавшейся в летний период. Окраска ранней древесины светлая. Поздняя древесина имеет более темную окраску и отличается большой плотностью и высокими механическими качествами.
Сердцевинные лучи сохраняют, а также проводят влагу и питательные вещества в горизонтальном направлении между годичными слоями. На торцовом срезе ствола (особенно у дуба, бука и клена) сердцевинные лучи имеют вид радиально расположенных узких полосок, на радиальном срезе — светлых или темных блестящих полосок, а на тангенциальном — темных штрихов с заостренными концами, расположенных по длине ствола.
У деревьев некоторых пород окраска периферийной и центральной частей ствола на торцовом и радиальном срезах различна. Такие породы деревьев называют ядровыми. Породы деревьев, стволы которых на срезе не имеют этого различия окраски, называют заболонными.
Центральная, темноокрашенная часть древесины, прилегающая к сердцевине, является ядром. Оно состоит из омертвевшей древесины, которая отличается повышенной стойкостью к загниванию, так как содержит значительное количество смол и дубильных веществ.
Заболонь — часть древесины раннего образования, состоящая из молодых клеток. В растущем дереве по заболони движется влага с растворенными в ней минеральными веществами. Ширина заболони зависит от возраста и места произрастания дерева. Широкую заболонь имеют сосна и дуб. По механическим свойствам заболонная древесина не отличается от древесины ядра, но менее устойчива к загниванию, так как легко впитывает влагу.
Микроструктура древесины различима только под микроскопом. Основными элементами древесины являются клетки, древесные волокна, сосуды и трахеиды.
Клетки представляют собой тонкие замкнутые оболочки, внутри которых находятся протоплазма и ядро. Клетки размножаются путем деления: ядро делится на две части и из одной клетки образуются две малые. По мере роста каждая из них делится также на две и т. д. Живые клетки служат для передачи питательных веществ друг другу и хранения запасов этих веществ на зимний период.
Древесные волокна — длинные одеревеневшие толстостенные клетки, составляющие основную часть древесины лиственных пород.
Сосуды — вытянутые тонкостенные клетки, через которые влага от корней проходит к листьям. Сосуды встречаются только в древесине лиственных пород.
Трахеиды — длинные замкнутые клетки, расположенные радиальными рядами. Они составляют основную часть древесины хвойных пород. Тонкостенные трахеиды заменяют собой сосуды, а толстостенные — волокна клетки. В древесине многих хвойных пород расположены смоляные ходы, в которых вырабатывается смола. Они соединены в горизонтальном и вертикальном направлениях и представляют собой единую систему.
www.stroitelstvo-new.ru
Урок технологии по теме “Понятие конструкционного материала. Металл, древесина, ткань как конструкционный материал”. 8-й класс
Вводная часть:
1. Класс 5.
2. Тема урока – Понятие конструкционного материала. Металл, древесина, ткань – как конструкционный материал.
3. Тип урока – Урок изучения нового материала с использованием мультимедийной презентации.
4. Программа – Модифицированная программа по курсу технология для неделимых 5-8 классов составленная на основе федерального компонента государственного стандарта основного общего образования.
5. УМК – Учебники под редакцией В.Д.Симоненко “Технология” (Обслуживающий и Технический труд).
6. Соответствие стандарту образования: Используемый учебный материал конкретизирует содержание учебных тем программы, согласно действующим образовательным стандартам основного общего образования.
7. Компетенции, развивающиеся на этом уроке:
Учебные компетенции:
– Связывать воедино и использовать отдельные части знаний в области истории, знаний о природе и окружающем мире.
Исследовательские компетенции:
– Получать и обрабатывать информацию.
– Видеть связи между настоящими и прошлыми событиями в истории развития
человечества.
– Обращаться к различным источникам знаний и их использовать в своей
образовательной деятельности.
Коммуникативные компетенции:
– Выслушивать своих товарищей и принимать во внимание их мнение.
– Высказывать своё мнение и выступать на публике.
8. Место данного урока в системе уроков по определённому разделу: Данная тема урока является вводным уроком в разделе программы 5 класса – Материаловедение.
9. Межпредметные связи: История Древнего мира 5 класс, География. Окружающий мир.
План конспект урока:
Цель урока: Познакомить учащихся с понятием конструкционный материал, видами конструкционных материалов и их классификацией.
Задачи урока:
- Способствовать формированию новых понятий по разделу материаловедение.
- Обеспечить условия развития мышления, обогащению словарного запаса, привития интереса к предмету, умений анализировать, устанавливать закономерности, обобщать и делать выводы.
- Способствовать воспитанию дисциплинированности, внимательности и уважительного отношения друг к другу.
Оборудование урока: Компьютер, мультимедиапроектор.
Наглядный материал: Образцы конструкционных материалов: (стекло, металл, дерево, бумага, пластик, ткань…)
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Сообщение темы и цели урока. (Приложение. Слайд 2)
3. Сообщение нового материала.
Вопрос классу: (Слайд 3)
Что использовал человек на раннем этапе своего развития для удовлетворения своих потребностей?
Рассмотрите картинки и ответьте на поставленный вопрос. (Слайд 4)
(Шкуры животных, каменные орудия, деревянные орудия, красивые камни, ракушки, семена высушенных растений из которых делались украшения, кости убитых животных, из которых тоже делали орудия охоты и труда.)
Иначе говоря человек использовал всё что давала ему природа для того чтобы удовлетворить свои насущные потребности.
Вопрос классу:
Давайте подумаем и вспомним, какие потребности должен был удовлетворять человек, чтобы выжить в таких тяжёлых условиях дикой природы? (Слайд 5)
(Потребность в орудиях труда, орудиях охоты, оружие, жилище, одежда и предметах домашнего быта)
Вопрос классу:
Какие материалы использовал человек для своих нужд? (Слайды 6, 7)
Всё, что давала ему природа. (Шкуры животных, деревья и растения, камни, кости убитых животных.)
Но человечество в своём развитии прошло множество ступеней. Они характеризовались уровнем развития цивилизации: – развитием науки, (т.е. суммой знаний, которым овладевало человечество), соответственно развитием техники и технологий и уровнем культуры. Давайте рассмотрим, как развивались технологии и материалы, которые использовал человек на различных исторических этапах своего развития.
Краткие комментарии при показе слайдов 8, 9, 10, 11, 12, 13.
На разных этапах исторического развития человечества мы видим, что одни материалы применялись с древнейших времён до наших дней, другие материалы начинали использоваться человеком по мере их открытия и приобретения навыков их обработки и использования в своих целях. Таким образом, мы видим с ростом уровня развития науки и технологий, и растёт количество применяемых человеком материалов. Так что такое же такое конструкционный материал.
Конструкционный материал это материал, из которого изготавливают детали конструкций машин, сооружений и множество других изделий. Это материалы способные воспринимать силовую нагрузку. Определяющим параметром этих материалов является механические свойства, что и отличает их от других материалов.
Давайте теперь рассмотрим, какие конструкционные материалы бывают. Конструкционные материалы подразделяются по природе материалов на металлические, неметаллические и композиционные. (Слайд 15)
Металлические конструкционные материалы (Слайд 16) это различные сплавы, компонующееся из различных металлов, которые выпускает наша металлургическая промышленность. Но в природе металлов в чистом виде существует очень мало (самородки золота, серебра, железа…) Поэтому сырьём для получения металлов служат всевозможные геологические руды (полезные ископаемые, залегающие в недрах земли).
Из добываемой руды по определённым технологиям и плавят различные металлы и получают различные сплавы.
(Слайд 17) Таким образом, металл, как конструкционный материал это сплавы на основе различных металлов:
Сталь и чугун это сплавы на основе железа из него выпускают основную массу металлических заготовок и конструкций для машиностроительной промышленности, строительных материалов и мн. др.
Алюминиевые сплавы – служат для изготовления корпусов самолётов, вертолётов, ракет, морских судов и различных строительных конструкций, пищевую фольгу и фантики для конфет.
Никелевые сплавы, титановые сплавы и кобальтовые сплавы применяют в авиационных и ракетных двигателях, паровых турбинах.
Магниевые сплавы применяются преимущественно в виде литья в конструкциях летательных аппаратов, в автомобилестроении, в текстильной и полиграфической промышленности.
Вопрос классу:
Приведите конкретные примеры использования металлических конструкционных материалов, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни?
Неметаллические конструкционные материалы. (Слайд 18)
Включают в себя множество материалов. (Пластики, полимеры, керамика, стекло, резины, древесина, ткань, бумага и др.)
Древесина, как конструкционный материал один из самых древних материалов используемых человеком. Следует понимать различие между понятиями дерево и древесина. (Слайд 19) Дерево это живое растение, а древесина это уже материал, являющийся сырьём для производства множества изделий. Это натуральный и экологичный материал не утратил своей актуальности и сегодня. Но область его применения значительно сузилась, в основном оно используется в строительстве и производстве мебели.
Ткань, как конструкционный материал, в настоящее время используется очень широко. (Слайд 20) Её применяют в быту, в качестве отделочных материалов стен помещений, как текстиль для дизайна комнат. Из неё изготавливают спортивную обувь и одежду, для изготовления парусов и различного туристического снаряжения, специальной защитной одежды и мн. др. А что же является сырьём для производства тканей, из чего её изготавливают?
(Слайд 21) Посмотрите, на слайде вы видите виды животных и растений, являющихся изначально сырьём для производства тканей человеком. В настоящее время, с развитием химической отрасли к ним добавились и отходы нефтехимической и газовоперерабатывающих отраслей промышленности. Они поставляют сырьё для производства тканей из химических волокон.
Вопрос классу:
Приведите конкретные примеры использования неметаллических конструкционных материалов, которые окружают вас?
Композиционные конструкционные материалы. (Слайд 22)
Это огромное множество материалов, достижение наших современных технологий. Человек научился компоновать различные виды материалов между собой. Таким образом, получались материалы способные сочетать положительные свойства обеих используемых материалов. Стекло научились компоновать с пластиком, тканью и волокнами, получая такие материалы, как стеклоткань, стеклопластик, стекловолокно – эти материалы широко используются в производстве строительных материалов, судостроении, производстве спортивного инвентаря. Углепластик – это очень дорогой в производстве материал поэтому его используют при производстве высокотемпиратурных узлов деталей ракетных двигателей и сверхзвуковых самолётов. Широко известны сегодня и такие материалы, как металлопластики и металлокерамика. Они используются в машиностроении, при производстве деталей сопла ракет и реакторов атомных станций и при производстве множества строительных материалов.
Закрепление пройденного материала.
Мы сегодня с вами ознакомились с множеством материалов, которые используются человеком, новыми понятиями. Давайте ещё раз вспомним их.
Вопрос классу:
Что называют конструкционным материалом? (Слайд 23)
Задание классу:
Разгадайте кроссворд. (Слайд 24)
1. Первый материал, который использовал человек для производства орудий труда.
2. Очень пластичный материал, основа для изделий в технике “Оригами”
3. Конструкционный материал, производимый на основе железа, сырьё для машиностроения.
4. Неметаллический конструкционный материал, прозрачный, пропускающий дневной свет.
5. Неметаллический конструкционный материал, один из первых использовался в строительстве, очень горюч.
6. Неметаллический конструкционный материал, из которых делают “обувь” для машин.
7. Растение, кустарник, являющийся сырьем для производства хлопчатобумажных тканей.
8. Конструкционный материал, относящийся к разряду ценных металлов.
9. Что добывают геологи в недрах земли и что является сырьём для производства различных металлов и их сплавов?
Подведение итогов урока:
Вопрос классу: (Слайд 25) Что узнали на уроке?
Опираясь на схемы, которые выведены на слайде, дети делают вывод о том, с чем познакомились на уроке, какие новые понятия узнали.
Уборка кабинета.
Список литературы для составления конспекта урока:
- Характеристика композиционных материалов: интернет источники –
http://www.coolreferat.com
http://slovari.yandex.ru/
http://slovari.yandex.ru/книги /БСЭ/Конструкционные материалы - В, Д. Симоненко Технология. Базовый уровень: 10–11 классы Учебник для общеобразовательных школ.– М. : Вентана-Графф. 2009 г.
urok.1sept.ru
Свойства древесины
Свойства древесины
- Подробности
- Категория: Дерево и древесина
Свойства, определяющие внешний вид древесины.
К ним относятся цвет, блеск, запах и текстура.
Цвет зависит от породы, возраста, района и условий произрастания и состояния (наличия пороков) древесины. Древесина может иметь различные оттенки. Например, дуб насчитывает до 20 цветовых оттенков, а орех — до 40. Цвет учитывается в производстве мебели и художественных работах.
Блеск зависит от плотности, количества и размеров сердцевинных лучей и плоскости разреза. Красивым блеском обладают дуб, бук, ильм, клен и другие древесные породы. К потере блеска приводит загнивание. Блеск древесины учитывается при изготовлении изделий без подкраски.
Запах зависит от содержания в древесине смолистого эфирового масла, дубильных и ароматических веществ. Наиболее cильным запахом обладают деревья хвойных пород (сосна, кедр), содержащие смолу, из лиственных — дуб. Поражение грибами, а также загнивание и длительное хранение вызывают выветривание ароматических веществ и потерю естественного запаха. Запах древесины учитывается при изготовлении тары под пищевые продукты. Для этой цели применяют в основном древесину липы и тополя, которая не имеет запаха.
Текстура — естественный рисунок, получаемый на поверхности древесины в результате перерезания ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Характер рисунка зависит от направления разреза, расположения волокон, размера сердцевинных лучей, ширины годичных слоев и различий в окраске между ранней и поздней древесиной. Древесину с красивой текстурой имеют дуб, ясень, орех, красное дерево. Химические окраски и грибные поражения вызывают изменение этого свойства. Текстура древесины имеет существенное значение при изготовлении мебели и в художественных работах.
Влажность. Она характеризуется содержанием влаги в древесине. Наличие влаги связано с ростом дерева. Влажность древесины срубленного дерева и неверные условия хранения являются причинами ее гниения. В зависимости от степени влажности древесина делится на: мокрую — длительное время находившуюся в воде, ее влажность выше 100%; свежесрубленную — влажность 50—100%; воздушно-сухую — долгое время хранившуюся на воздухе, влажность 15—20%; комнатно-сухую — влажность 8—12%; абсолютно сухую — влажность 0%. Влажная древесина труднее поддается отделке, но лучше гнется.
Физические свойства древесины.
Плотность. Это физическая величина, определяемая отношением массы образца к его объему. Плотность древесины зависит от ее породы и влажности. С уменьшением влажности древесины снижается ее плотность, и она становится легче почти в 2 раза. Плотность поздней древесины годичного слоя в 2-3 раза больше, чем ранней.
Теплопроводность. Это способность древесины проводить тепло через свою толщу от одного слоя к другому. Она зависит от ряда факторов, основными из которых являются температура, влажность и плотность древесины, а также направление теплового потока относительно волокон. Вследствие пористого строения древесина плохо проводит тепло. Теплопроводность древесины вдоль волокон в 1,5-2,0 раза выше, чем поперек волокон.
Звукопроводность. Это свойство древесины проводить звук. Звукопроводность древесины несколько выше, чем у других материалов, что следует учитывать в жилищном строительстве, где необходима звукоизоляция перегородок, дверей и стен.
Электропроводность. Это способность древесины проводить ток. Электропроводность древесины в основном зависит от ее влажности, породы, направления волокон и температуры. Древесина в сухом состоянии не проводит электрический ток, т. е. является диэлектриком, что позволяет применять ее в качестве изоляционного материала.
Механические и технологические свойства древесины
Механические свойства древесины. К ним относятся прочность, твердость и ударная вязкость (см.табл.). Эти свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (растяжению, изгибу, сдвигу и кручению).
Показатели физико-механических свойств древесины.
Древесные породы | Плотность, кг/м3 (при 12% влажности) | Предел прочности, МПа | Торцовая твердость, МПа | Ударная вязкость, Дж/м2(при 12% влажности) | |||
Сжатие | Статический изгиб | Скалывание вдоль волокон | |||||
Радиальное | Торцовое | ||||||
Хвойные | |||||||
Лиственница | 660 | 65 | 112 | 9,9 | 9,4 | 44 | 51 993 |
Ель | 445 | 45 | 80 | 6,9 | 6,8 | 26 | 39 240 |
Сосна обыкновен. | 500 | 49 | 86 | 7,5 | 7,3 | 29 | 41 202 |
Пихта сибирская | 375 | 39 | 69 | 6,4 | 6,5 | 28 | 29 430 |
Лиственные | |||||||
Граб | 800 | 60 | 137 | 15,6 | 19,4 | 91 | 99 081 |
Ясень | 680 | 59 | 127 | 13,9 | 13,4 | 80 | 88 290 |
Бук | 670 | 56 | 109 | 11,6 | 14,5 | 61 | 80 442 |
Дуб | 690 | 58 | 108 | 10,2 | 12,2 | 68 | 76 518 |
Береза | 650 | 55 | 110 | 9,3 | 11,2 | 47 | 93 195 |
Прочность — это способность древесины сопротивляться разрушению (разделению на части) под действием механических усилий. Прочность древесины зависит от направления и скорости действия нагрузки, породы древесины, ее плотности, влажности и наличия пороков: пороки, особенно сучки и трещины, сильно снижают прочность древесины; с увеличением плотности древесины увеличивается и ее прочность; влажность уменьшает прочность древесины. Прочность зависит от характера и направления действия нагрузок. Например, прочность древесины вдоль волокон под действием растягивающих нагрузок около 130 МПа, а под действием сжимающих нагрузок — около 50 МПа; прочность под действием изгибающих сил — около 100 МПа, прочность при скалывании — около 0,5 МПа.
Твердость характеризуется способностью древесины сопротивляться внедрению в нее более твердого тела. Твердость древесины в торцовом направлении выше твердости в тангенциальном и радиальном направлениях в среднем на 30-40%. Твердость древесины, высушенной до 12% влажности, в 1,5-2,0 раза больше твердости древесины 30%-ной влажности. Чем выше твердость древесины, тем труднее ее обрабатывать.
Ударная вязкость — это способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения. Вязкость древесины деревьев лиственных пород примерно в 1,5-2,0 раза выше вязкости древесины хвойных пород (см. табл.).
Технологические свойства древесины. При оценке свойств древесины, как конструкционного материала учитывают ее способность удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы и т. п.), износостойкость, способность древесины к изгибу и сопротивление раскалыванию.
Рассмотрим способность древесины удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы, скрепы и др.). Для выдергивания гвоздей, забитых поперек волокон, требуется усилие в 1,5 раза выше, чем гвоздей, забитых в торец. Для выдергивания шурупов требуется приложить значительно большее усилие, чем для выдергивания гвоздей, так как приходится преодолевать трение и разрушать волокна, между которыми находится резьба шурупа. Однако забитый шуруп удерживает соединение слабее гвоздя. Поэтому необходимо правильно выполнять соединение шурупами, т. е. шурупы следует завинчивать. Способность древесины удерживать металлические крепления возрастает с увеличением ее плотности.
Износостойкость характеризуется способностью древесины противостоять разрушению в процессе трения. Наибольшей износостойкостью обладают торцовые поверхности. Износ уменьшается с повышением твердости и плотности древесины (см. табл.), а также с уменьшением влажности.
Раскалываемость — способность древесины под действием клина разделяться на части вдоль волокон. Сопротивление древесины раскалыванию увеличивается с повышением ее вязкости. Наличие пороков, например сучков, ухудшает раскалываемость древесины.
technologys.info