Budowa drewna
O właściwościach drewna i jego przydatności do celów technicznych decydują określone cechy anatomiczne, mikroskopowa oraz makroskopowa budowa, a także jego skład chemiczny.
Z czego składa się drzewo?
Główną masę drewna tworzą substancje organiczne, do których zaliczamy takie pierwiastki jak: węgiel, wodór, tlen, i azot. Średnio uznaje się, iż absolutnie suche drewno zawiera 49,6% węgla, 6,3% wodoru oraz 44,2% tlenu wraz z azotem. Zawartość azotu w drewnie wynosi przeciętnie 0,12%.
Poza substancjami organicznymi w składzie drewna znajdują się również substancje mineralne w ilości od 0,2-1,7%. Obecność węgla, wodoru i tlenu można zaobserwować w złożonych substancje organicznych, których część występuje w błonach komórkowych, a inne w zawartości komórek.
Błony komórkowe drewna są zbudowane z celulozy, hemiceluloz i ligniny. Wewnątrz komórek znajdują się garbniki, barwniki, żywice, gumy, olejki eteryczne, tłuszcze i alkaloidy. Celuloza jest podstawową substancją błon komórkowych (40-60%). Ma ona białą, włóknistą strukturę, jest bardzo trwała i znajduje się w drewnie w powiązaniu z ligniną i hemicelulozami. Hemicelulozy wchodzące również w skład błony komórkowej (18-35%) pod względem chemicznym należą do wielocukrów. Brunatna, bezpostaciowa lignina stanowi połączenie kilku substancji. Łańcuchy celulozy nadają drewnu wytrzymałość na rozciąganie, a lignina – na ściskanie. Aby drewno mogło spełniać swoje funkcje konstrukcyjne i wytrzymałościowe muszą być zachowane właściwe, charakterystyczne dla danego gatunku proporcje pomiędzy nimi.
Analiza budowy drewna musi opierać się na trzech przekrojach: poprzecznym, promieniowym i stycznym, które nie tylko charakteryzują się odmiennym układem słoi i rysunku, ale także właściwościami.
W makroskopowej budowie zaobserwować można następujące części składowe: rdzeń, drewno, słoje roczne (drewno wczesne i późne), promienie rdzeniowe, przewody żywiczne, miazgę i korę.
Fizjologiczną osią pnia jest rdzeń. Jest on zbudowany z cienkościennych komórek miękiszowych, które z czasem obumierają i wypełnione są powietrzem. Średnica rdzenia wynosi 1÷5 mm, nieco większa jest w drewnie drzew liściastych. Kształt rdzenia bywa przeważnie okrągły lub owalny.
Zasadniczą częścią pnia stanowi drewno. Zajmuje ono przestrzeń między rdzeniem a warstwą łyka i kory. Drewno jest materiałem o nierównomiernej budowie, ma różny wygląd zewnętrzny, a jego cechy fizyczne i mechaniczne (wytrzymałość) zmieniają się zależnie od rozpatrywanego kierunku przekroju. Drewno zatem jest określane jako materiał niejednorodny, różnokierunkowy, czyli anizotropowy.
Przekrój poprzeczny i budowa drewna
Przekrój poprzeczny drewna wielu rodzajów drzew pokazuje, iż część zewnętrzna jest jaśniejsza od części wewnętrznej położonej wokół rdzenia – jest ona nazywa się bielem. Natomiast wewnętrzna o ciemnym zabarwieniu (fizjologicznie nieaktywna w drzewie) to twardziel. Biel zbudowany z żywych komórek miękiszu drzewnego i żywych promieni rdzeniowych bierze udział w życiowych funkcjach drzewa związanych z przewodzeniem wody i gromadzeniem substancji odżywczych. Natomiast twardziel jest wypełniona komórkami martwymi i ma jedynie funkcje mechaniczne. Pojawia się ona zwykle między 20 a 40 rokiem życia drzewa.
Ze względu na cechy anatomiczne drzewa i różnice w zabarwieniu drewna, drzewa można podzielić na trzy zasadnicze grupy:
1. drzewa o twardzieli zabarwionej (sosna, modrzew, daglezja, dąb, jesion, wiąz, akacja, topola, wierzba),
2. drzewa z twardziela niezabarwioną (świerk, jodła, lipa)
3. drzewa beztwardzielowe (buk, brzoza, grab, jawor, klon, olcha, osika). Drewno beztwardzielowe (bielaste) jest miękkie, porowate, ma stosunkowo niedużą gęstość pod wpływem zmian wilgotności wykazuje skłonność do paczenia się i kurczenia. Cechuje je także większa zdolność wchłaniania impregnatów niż ma to miejsce w drewnie twardzielowym, lepiej też nadaje się do obróbki plastycznej.
Drewno drzew iglastych i liściastych
Składa się ono głównie z cewek, które stanowią około 90% masy drewna i jednocześnie pełnią funkcję mechaniczną oraz przewodzenia wody, miękiszu i promieni rdzeniowych.
Drewno drzew liściastych ma nieco bardziej skomplikowaną budowę. Jego głównym elementem są włókna drzewne, zajmujące około 50% objętości, naczyń przewodzących wodę, promieni rdzeniowych oraz miękiszu drzewnego.
Dla drzew liściastych charakterystyczną cechą dla poszczególnych gatunków jest wielkość i rozmieszczenie naczyń w słojach rocznych, stąd też istnieje podział na grupę:
1. drzew pierścieniowonaczyniowych (dąb, wiąz, jesion, akacja),
2. drzew rozpierzchłonaczyniowych (brzoza, buk, olcha, jawor, grab, klon, lipa, topola).
Na skutek podziału komórek miazgi twórczej zostają wytworzone słoje roczne. Na jeden okres wegetacji przypada jeden słój roczny, dzięki czemu drzewo przyrasta, co roku na grubość i wysokość. Z liczby słojów rocznych na przekroju poprzecznym pnia w części odziomkowej można określić w przybliżeniu wiek drzewa. Najlepsze właściwości ma drewno o równomiernym przebiegu i układzie słojów.
Trwałość drewna
Czym jest trwałość drewna?
Trwałość drewna to odporność na niszczące działanie czynników zewnętrznych, powodujących jego rozkład. Jest ona oceniana na podstawie czasu, w którym drewno zachowuje swoje właściwości fizyczne i mechaniczne.
Drewnem o duże trwałości jest: drewno twardzielowe o ścisłej budowie i dużej gęstości, drewno drzew iglastych i liściastych zawierające garbniki, gumy, olejki eteryczne, drewno pozyskane z terenów górskich i północnych przeważnie ze ścinki zimowej i drewno w średnim wieku.
Warto zaznaczyć, iż drewno niezależnie od rodzaju ma zwykle dużą trwałość, gdy jest przechowywane w suchym, przewiewnym pomieszczeniu, o nieznacznych zmianach temperatury i wilgotności powietrza.
Co wpływa na trwałość drewna?
Trwałość drewna zależy od takich czynników jak:
– biologiczne (grzyby, owady, drobnoustroje),
-fizyczne (atmosferyczne zmiany temperatury, wilgotności powietrza i opady),
– chemiczne (roztwory kwaśne lub alkaliczne o dużym stężeniu).
Jakie dzielimy drewno ze względu na jego trwałość?
Z punktu widzenia trwałości naturalnej drewna dzieli się na 3 podstawowe grupy:
– bardzo trwałe: modrzew, dąb, wiąz, cis, cyprys, cedr, daglezja, grochodrzew (akacja), kasztan, orzech, heban, eukaliptus,
– średnio trwałe: jodła, sosna, świerk, buk, jesion,
– nietrwałe: brzoza, jawor, kasztanowiec, lipa, olcha, osika, przeorzech, topola, wierzba.
Gdy chcemy zwiększyć trwałość drewna to należy je przesuszyć, nasycić środkami przeciwgnilnymi i pokryć powłokami ochronnymi. Drzewa świeżo ścięte okorowuje się (zdejmując korę, co przyspiesza wysychanie) lub przechowuje drewno okrągłe w basenie z wodą, co zabezpiecza je przed rozwojem grzybów powodujących m.in. zgniliznę.