К. біол. н. Шугуров О. О.

Дніпропетровський національний університет імені О. Гончара, Україна

ЗАЛЕЖНІСТЬ ПРУЖНОСТІ ДЕРЕВИНИ ВІД ЇЇ ВОЛОГОСТІ

Якісним показником деревини є пружність, яка тісно пов’язана з її фізичними та механічними властивостями [4], оскільки міцність деревини зі збільшенням її пружності – зростають. У різні сезони вологість деревини змінюється, але сказати як це впливає на зміну пружності конкретного виду дерева у степової зони України – відомо недостатньо. Тому були проведені досліди по вивченню вказаного параметру дерев типових дерев України –Júglans régia (волоський горіх), Aesculus hippocastanum (каштан кінський), Bétula (береза) та Prúnus armeniáca (абрикос).

Аналіз деревини робили на зразках молодих погонів товщиною 1,2 – 1,5 см: вирізали стовпчики деревини довжиною 2 см та проводили дослідження пружності шляхом зондування при послідовному їх висиханні. При цьому використовували зразки як з корою, так і без кори. Усі ці дерева добре зростають у степовій зоні України і досить показові при оцінці параметрів деревини у онтогенезі та під впливом екологічних та генотипових факторів [3].

Оцінку пружності проводили з використанням приладу [2], що дозволяв встановлювати міцність деревини шляхом її стискання (кг/мм ² ). Вимір розмірів проводили мікрометром з точністю до 0,01 мм . Зразки принесли у приміщення, що призводило до повільної їх усушки доти, поки при зважуваннях їх маса переставала змінюватися [1].

Вологість деревини W ваговим методом, обчислювали у відсотках за формулою:

  % , (1)

де m ₁ – маса зразка деревини до висушування;

m ₂ – маса того ж зразка в абсолютно сухому стані. Дані дослідів обробляли сучасними статистичними методами.

Ми вивчали такі залежні параметри, як пружність деревини та її вологість. В багатьох випадках треба знати величину пружності зразків, оскільки, чим більша пружність деревини, тим кращі її механічні якості. У наших зразках в залежності від вологості змінюються як лінійні розміри, так і їх пружність. В середньому при їх діаметрі 1,4 мм (при вологості 94%) усихання було нелінійним. Так, при вологості 37% діаметр був в середньому 1,3 мм , при її зменшенні до 10–12% – 1,29 мм . В той же час при висиханні рослини подовжня довжина об’єкту практично не змінювалася. Відповідно вологості змінюється пружність зразків, що для деяких рослин приведено у табл. 1. Можна казати, що висихання та зменшення пружність деревини рослини в першу чергу проявляється у змінах щільності деревини у її радіальному напрямку.

Таблиця 1. Зв’язок між вологістю тканин гілок та пружністю деревини рослин

Júglans régia	Вологість (%)	94	88,6	41,15	37,2	14	12
	Пружність (г/см 2 )	0,866	0,834	0,658	0,615	0,54	0,539
Aesculus hippocastanum	Вологість (%)	75	71,4	41	29	18,85	15
	Пружність (г/см 2 )	0,625	0,615	0,52	0,472	0,415	0,401
Bétula	Вологість (%)	91,55	80,45	58,2	33,7	15,28	14
	Пружність (г/см 2 )	0,98	0,92	0,721	0,66	0,561	0,554

Треба враховувати, що певний вклад у пружності тканин рослини дає кора. Накопичення води корою суттєво відрізняється від такого процесу для ядра. Саме тому, при аналізі міцності дерева в процесі накопичення вологи потрібно враховувати фізичні параметри деревини як з корою, так і без кори (табл. 2). Вимірювання у різні пори року та при різній ступені вологості ґрунту дали привід оцінювати залежність величини вдавлювання кінця досліджувального зонду ( D l , мм) від величини тиску Р на площу деревини (у кг/мм ² ).

У горіха при значній вологості (75,33%) зростання тиску веде до швидкого входження робочого кінця зонду у тканину деревини (кору), при підвищенні тиску (> 2 кг/мм ² ) швидкість вдавлення майже лінійна. Характер вдавлення для різної вологості тканин (72,3%, 34,9%, 12,6%) декілька відрізняється. Початкове стискування (до 1–1,5 кг/мм ² ) декілька стримується тканинами рослини, але подальше підвищення тиску (вище 2 кг/мм ² ) призводить до відносно рівномірного продавлення деревини, пропорційне зовнішній силі.

Таблиця 2. Взаємозв’язок між вологістю тканин та пружностю для гілок деяких рослин

Júglans régia				Prúnus armeniáca
З корою		Без кори		З корою		Без кори
Воло­гість,%	Пружність, кг/мм 2	Во­ло­гість,%	Пружність, кг/мм 2	Воло­гість,%	Пруж­ність, кг/мм 2	Воло­­гість,%	Пружність, кг/мм 2
75,33	0,723	65	0,614	69,77	1,213	70,98	0,967
67,54	0,7	43,75	0,544	64,04	1,19	54,56	0,943
51,5	0,64	32,3	0,493	50,3	1,086	42,4	0,938
35,33	0,58	16,75	0,457	34,6	1,004	30,24	0,932
12,63	0,5	10,87	0,449	12,3	0,887	11,29	0,874

У абрикосу міцність тканин деревини в першу чергу пов ’ язана з міцністю кори, вдавлення зонду у тканину деревини має характер руху досить близький до лінійного.

Без кори при великій вологості рослини (кінець зими, коли нема руху води по її гілкам) зонд спочатку швидко вдавлюється у тканини (до 1–1,5 кг/мм ² ). Але після початкового здавлення подальший тиск веде до лінійного зміщення зонду від прикладеної сили (>2 кг/мм ² ). У той же час, при зменшенні рівня вологості (навесні, при активному руху соку по стеблах) до 75–50%, пружність тканин у радіальному напрямку практично постійні за величиною.

Коли дерево всмоктує воду, то вода проникає в порожнини клітин із значною силою (осмотичний тиск), та клітини збільшуються в об’ємі. Та навпаки, коли дерево підсихає в наслідок посухи та губить воду внаслідок її випару, обсяг клітин зменшується. Потовщення стовбуру, викликані його природними змінами вологості, веде до малої зміни довжини, тоді як зміни поперечних розмірів досить великі й крім того – різні. При розбуханні дерева від усмоктування води всі зміни форми відбуваються у зворотному напрямку. У дослідах, за рахунок порівняння шляхів протистояння тканин «живої» деревини зовнішньому навантаженню з корою та без кори при різних рівнях вологості деревини у різних умовах, вдалося оцінити пружні характеристики дерев у процесі їх зростання.

Таким чином, на базі проведених досліджень можна зробити наступні висновки:

1. Сумарна пружність деревини залежить від вологості кори та вологості внутрішньої деревини.

2. Зняття кори підвищує загальну пружність залишкової частини стовбуру, підсушення кори та деревини вирівнює характеристики пружності деревини.

3. Отримані дані можна враховувати при створенні умов зростання рослин та одержання при цьому відповідних характеристик їх деревини для технічних потреб та для стійкості дерев у складних вітрових умовах.

Список використаних джерел:

1. Кречетов И. В. Сушка древесины / И. В. Кречетов. – М.: Бриз инструмент, 2004. – 168 с.

2. Кулік А. Ф. Спосіб комплексного випробування дерев / А. Ф. Кулік, О. О Шугуров // Пат. UA на корисну модель № 58802, МПК G 01 N 33/46 , A 01 G 23/00, A 01 G 23/02. – заяв. u 2010 11729 від 04.10.2010, опуб. 26.04.2011, бюл. № 8.

3. Снегирева С. Н. Влияние экологических и генотипических факторов на формирование древесины каштана посевного / «Лес. Наука. Молодежь»: сб. матер. по итогам научн.-исследоват. работы мол. ученых ВГЛТА за 2001–2002 годы. – Воронеж: ВГЛТА, 2002 г . –   С. 326.

4. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б. Н. Уголев. – М.: МГУЛ, 2001. – 340 с.