1) ширина годичных колец. Зависит от количества слоев на 1 см отрезка, выделенного на торцовом срезе в радиальном направлении. Этот параметр влияет на качество и свойства древесины. У хвойных пород они значительно улучшаются, если на 1 см приходится не менее 3 и не более 25 слоев. А у лиственных кольцесосудистых пород по мере увеличения ширины годичных колец возрастают плотность, прочность и твердость. Однако у рассеянно-сосудистых пород такая закономерность не прослеживается;

2) содержание поздней древесины. Измеряется в процентах. Чем оно выше, тем плотнее материал, тем лучше его механические характеристики;

3) степень равнослойности. Является важной характеристикой резонансной способности древесины и устанавливается путем сравнения количества годичных колец, имеющихся на двух участках длиной 1 см, расположенных рядом;

4) величина структурных неровностей. Может быть более или менее значительной. Обработка древесины режущими инструментами приводит к появлению на ее поверхности неровностей вследствие перерезания сосудов. У одних пород (дуб, орех, ясень) это очень заметно. Поскольку такая древесина применяется для отделки, неровности необходимо минимизировать. Для этого можно прибегнуть к порозаполнению с помощью различных составов.

Такова макроструктура древесины. На микроуровне ее строение является не менее интересным. Кроме того, оно определяет свойства хвойной и лиственной древесины. Например, у первых волокна прямолинейные (это связано со строением клеточных оболочек), следовательно, показатели прочности у них более высокие, а у последних они слегка извилистые, что обусловливает высокие показатели ударной вязкости, прочность при раскалывании, осуществляемом вдоль волокон, и т. п. Остановимся более подробно на физических свойствах древесины, которые поддаются осмотру, измерению и пр. К ним относятся следующие параметры:

1) внешний вид;

2) запах;

3) влажность;

4) плотность;

5) электро-, звуко– и теплопроводность.

Внешний вид древесины складывается из таких ее характеристик, как цвет, блеск, текстура и макроструктура (о ней уже говорилось ранее). Определенный цвет древесине придают дубильные и смолистые вещества и пигменты, которыми заполнены клетки. Он колеблется в широких пределах – от белого (ель, липа) до черного (черное дерево) со всеми промежуточными оттенками.

Деревья, растущие на юге, отличаются более яркой и насыщенной окраской древесины, чем в северной и умеренной зонах. В границах одного климатического коридора одни и те же древесные породы окрашены одинаково, поэтому о цвете можно говорить как о дополнительном признаке, помогающем их идентифицировать.

Ретроспектива

О мебели в современном ее понимании еще не было речи, поскольку она не выделялась из общей массы предметов быта. Это, наверное, было возможно в силу того, что ей не придавали особого значения, по крайней мере такого, как оружию. Но совершенствование орудий труда не могло не привести к развитию столярного дела, человек учился мыслить конструктивно, соединять отдельные части в целое.

В некоторых случаях цвет древесины не является постоянным и может меняться под воздействием света и воздуха. Например, только что срубленная ольха имеет светло-розовый цвет, но вскоре темнеет и становится желтовато-красной, а дуб после продолжительного нахождения в воде становится коричневым или даже черным. Под влиянием микроорганизмов, например грибов, цвет также может меняться. Зависит это и от возраста дерева: у молодых он более светлый, чем у старых. Тем не менее ряд пород (каштан, самшит, груша и др.) характеризуется устойчивым цветом. При изготовлении мебели данный параметр имеет особое значение, так как предмет, выполненный из древесины с богатой палитрой оттенков, сродни произведению искусства.

Цвет древесины при необходимости можно улучшить, подвергнув ее соответствующей обработке, например протравливанию, пропариванию или окрашиванию.

Ретроспектива

Первые постройки, несомненно, были примитивными, поскольку предназначались для удовлетворения только утилитарных потребностей. Лишь в период становления цивилизаций появляются первые ростки искусства. Когда понимание формы и пространства, традиции и накопленный опыт стали превалировать над обыденной целесообразностью, когда появилась возможность выразить некую идею, возникло сознательное художественное оформление, то есть то, что сейчас назвали бы стилем.

Помимо цвета, внешний вид мебели определяет блеск, представляющий собой способность древесины направленно отражать поток света. Он зависит от плотности, количества, размера и расположения сердцевинных лучей. Именно они придают блеск поверхности на радиальном разрезе. По этому признаку древесина далеко не однородна. Необычный блеск свойствен дубу, платану, белой акации, клену, а для липы, осины, тополя и других подобных пород характерна матовость.

Древесина приобретает красивый внешний вид благодаря блеску, который можно интенсифицировать путем полирования, лакирования, вощения или с помощью прозрачной пленки из искусственных смол.

Узор, который возникает на разрезах древесины, называется текстурой. Ее образуют перерезанные волокна, годичные кольца, сосуды и сердцевинные лучи, поэтому она зависит от ширины годичных колец, наличия мелких или крупных сосудов, узких или широких сердцевинных лучей, а также от контрастности окраски ранней и поздней древесины и направления волокон (запутанного или волнистого). Хвойные породы отличаются необычной текстурой на тангенциальном разрезе благодаря разнице в окраске ранней и поздней древесины. Лиственные породы особенно хороши на радиальном и тангенциальном разрезах, поскольку на них наиболее ярко проявляются годичные кольца и широкие сердцевинные лучи. Наличие неправильно расположенных волокон придает древесине особую красоту.

Ретроспектива

Нет никаких сомнений в том, что самым любимым материалом для строительства и украшения в древности была древесина. Именно из нее выполнялись первые предметы мебели, к сожалению, не сохранившиеся. Несмотря на что дерево было доступным и благодатным материалом, долгое время у людей не было возможности использовать отдельные части ствола. В связи с этим он обрабатывался целиком: отсюда выдолбленные блюда, корыта и ладьи.

Текстура хвойных и мягких лиственных пород довольно незатейливая и не слишком разнообразная, в отличие от твердых лиственных пород, которые всегда являются не просто интересными по своей текстуре, но и изысканными.

Применение различных прозрачных лаков помогает подчеркнуть текстуру древесины. Ее ценность (а следовательно, и мебели из нее) определяется именно текстурой материала.

Ретроспектива

Мебель стали изготавливать только с изобретением необходимых инструментов. Но поначалу в качестве примитивной мебели человек использовал пни и другие подобные предметы. По мере совершенствования способов обработки древесины бытовые изделия начали художественно оформлять, появилась потребность в украшении обычных предметов, которые могли и не иметь практического значения.

Запах – еще одно важное свойство древесины. Он зависит от тех веществ, которые входят в ее состав, в частности от наличия смол, эфирных масел, дубильных веществ и пр. По типичному запаху можно установить некоторые породы. Для хвойных характерен скипидарный запах, а для дуба – дубильных веществ, палисандру свойствен аромат ванили, приятный запах источает и можжевельник. Кроме того, свежая древесина пахнет сильнее, чем высушенная, а ядро ароматнее заболони.

Следующий важный параметр древесины – ее влажность. Под данным термином понимается отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Для определения влажности древесины разработан ГОСТ 16588-79.

В зависимости от того, пропитывает ли влага клеточные оболочки или заполняет полости клеток и межклеточное пространство, она бывает связанной, или гигроскопической (в первом случае), либо свободной, или капиллярной (во втором случае). При сушке древесины сначала испаряется капиллярная влага, а потом гигроскопическая. Если древесина впитывает влагу из воздуха, то в первую очередь ею насыщаются клеточные оболочки, а клеточные полости и межклеточные пространства могут пропитываться только в случае вымачивания, пропаривания и пр.

Гигроскопическая и капиллярная влага определяют общую влажность древесины. Чем больше в последней пустот, которые могут заполняться водой, тем выше в ней предельное количество гигроскопической влаги.

Ретроспектива

Самой древней художественной техникой является резьба по дереву. Постепенно появлялись и совершенствовались другие способы обработки древесины. На базе плотницкого дела развивалось столярное ремесло.

Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Соответствующая ему влажность при температуре 20 °C составляет 30 % и никак не определяется породой древесины.

В зависимости от данного параметра древесина бывает:

1) мокрой (100 %-ная влажность);

2) свежесрубленной (50-100 %-ная влажность);

3) воздушно-сухой (15–20 %-ная влажность);

4) комнатно-сухой (8-12 %-ная влажность);

5) абсолютно сухой (нулевая влажность).

Содержание влаги зависит от времени года, части ствола и его радиуса. Например, у заболони растущей сосны этот параметр в 3 раза больше, чем у ядра, чего нельзя сказать о лиственных породах, у которых влага более равномерно распределена по стволу.

По мере высыхания уменьшаются линейные размеры и объем древесины. Этот процесс называется усушкой. Она начинается тогда, когда гигроскопичная влага полностью испарилась и наступила очередь капиллярной влаги. После удаления последней усушка считается полной. В различных направлениях она происходит неравномерно и в тангенциальном составляет 6-10 %, в радиальном – 3–5%, вдоль волокон – 0,1–0,3 %.

Ретроспектива

Древние египтяне предпочитали простые формы. По изображениям в погребальных камерах пирамид можно воссоздать интерьер жилого дома. Наше представление об убранстве домов было расширено после того, как в 1922 г. В гробнице Тутанхамона (период Нового царства) было найдено большое количество предметов, в том числе и мебели.

Сокращение объема древесины в результате испарения капиллярной влаги называется объемной усушкой, по величине коэффициента которой отечественные древесные породы делятся на несколько групп (табл. 1).

Таблица 1

Классификация древесных пород в зависимости от коэффициента объемной усушки

С сушкой древесины связаны следующие понятия:

1) внутренние напряжения. Их возникновение не связано с какими-либо внешними силами. Основной причиной появления напряжений является неравномерное распределение влаги в процессе сушки древесины, которая наступает после того, как влажность поверхностных слоев переходит предел гигроскопичности. При этом вследствие сопротивления внутренние слои (как более влажные) могут усохнуть не полностью, что приводит к возникновению напряжений, которые растягивают древесину в поверхностных слоях и сжимают ее во внутренних;

2) растрескивание. После достижения растягивающими напряжениями предела прочности древесина покроется трещинами – поверхностными в начале сушки и внутренними в конце (рис. 6). Последние присутствуют в высушенном материале и становятся причиной деформации деталей при механической обработке;

Рис. 6. Разновидности растрескивания древесины: а – наружные трещины на бревне; б – наружные трещины на бруске; в – внутренние трещины.

3) коробление (рис. 7). Это изменение поперечного сечения доски, которое бывает:

а) поперечным. При этом изменяется форма сечения доски в результате разницы в усушке по радиальному и тангенциальному направлениям. Размеры сердцевинной доски уменьшаются к кромкам, а доска, внешняя часть которой направлена тангенциально, подвержена большему усыханию, чем доска, внутренняя часть которой ориентирована радиально. Коробление увеличивается по мере приближения к сердцевине;

Рис. 7. Разновидности коробления: а, б – поперечное коробление брусков; в – поперечное коробление досок; г – продольное коробление; д – крыловатость

б) продольным, то есть по длине. При этом доска может изменяться дугообразно (типично для ядровых пород, у которых усушка ядра и заболони различна) или даже принять винтообразную форму (это называется крыловатостью и характерно для пиломатериалов с тангенциальным направлением волокон).

Ретроспектива

Обычай отдыхать или что-то делать, сидя на земле, был известен древним египтянам. Существует предположение, что первая настоящая мебель для сидения была создана ими. Первоначально у них были низенькие скамейки, что свидетельствует о том, что египтяне, как и многие народы Востока, предпочитали сидеть на корточках (это подтверждается и фресками).

В случае неправильного хранения материалов (при высокой влажности) их линейные размеры и объем могут увеличиваться, то есть возникает процесс, обратный усушке. Он называется разбуханием. Это наблюдается при возрастании влажности до предела гигроскопичности. Увеличение количества капиллярной влаги не сопровождается разбуханием. Данный процесс достигает максимального значения в тангенциальном направлении и минимального – вдоль направления волокон. Усушка и разбухание относятся к негативным качествам древесины. При изготовлении мебели необходимо избегать их. Однако можно привести примеры, когда разбухание играет положительную роль. В частности, благодаря ей увеличивается плотность соединений у различных деревянных изделий (в бочках, лодках и пр.).

Ретроспектива

Красиво отделанные стулья были привилегией состоятельных людей. Именно в Древнем Египте появились первые стулья со спинкой. Здесь этот предмет мебели стал логически обоснованным и получил конструктивную форму, которая стала базой для последующих форм, характерных для стульев.

Способность древесины впитывать влагу при непосредственном контакте с жидкостью называется водопоглощением. В наибольшей степени этому подвержены те древесные породы, которые отличаются меньшей плотностью, поскольку они имеют большее количество полостей. Следовательно, чем меньше в древесине полостей, то есть чем выше ее плотность, тем ниже водопоглощение. Ядро, будучи более плотным, поглощает меньшее количество свободной влаги, чем заболонь.

Ретроспектива

Когда по Европе бродили варварские племена, в Египте уже существовала высокоразвитая культура. Древние египтяне строили монументально, устремляясь в грядущие тысячелетия, и опередили многих в плане архитектуры и мебельного искусства. Им принадлежит первенство в установлении норм сознательной творческой деятельности, воплощенной в развитом стиле, который в дальнейшем стал своеобразным образцом для европейских мастеров.

Плотность является не менее важным качеством древесины: чем больше в ней пустот, тем менее плотной она будет. Данный параметр зависит от влажности материала. Ее увеличение приводит к возрастанию плотности. Например, у бука при 12 %-ной влажности она равна 670 кг/м³, а при 25 %-ной – 710 кг/м³. Для сравнения плотности разных пород принято устанавливать их физико-механические характеристики при влажности 12 %.

Между плотностью и прочностью существует прямо пропорциональная зависимость: чем тяжелее древесина, тем она прочнее. Максимальную плотность имеет древесина таких пород, как самшит (960 кг/м³) и саксаул (1040 кг/м³), а минимальную – пихта сибирская (375 кг/м³).

В зависимости от плотности древесины, выделяют три группы, представленные в табл. 2.

Таблица 2

Классификация древесины по плотности при 12 %-ной влажности

Плотность древесины лиственных кольцесосудистых пород различна. Например, ранняя древесина более пористая и менее плотная, чем поздняя, сложнее лакируется и полируется, но прекрасно гнется. У рассеянно-сосудистых лиственных и хвойных пород она отличается высокой плотностью, поэтому отлично поддается различной обработке, в том числе полированию и лакированию.

Ретроспектива

Примером «функциональности формы» можно считать табурет, особенностью которого является вогнутая поверхность. Именно египтянам принадлежит первенство в создании первой формы ложа. Логичность и функциональность характерны для большинства видов египетской мебели. Самое интересное то, что они являются актуальными до сих пор.

Относительно теплопроводности данного материала можно сказать следующее: поскольку полости сухой древесины заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла, то и ее теплопроводность невелика – 0,1–0,35 ккал/(м °С • ч). При увеличении влажности этот параметр возрастает. Кроме того, он зависит и от направления роста волокон (вдоль них он в 2 раза больше, чем поперек) и породы древесины.

Ретроспектива