Как известно, древесину получают из деревьев. Что может быть не столь очевидным, так это структура самой древесины и ее технические особенности, например плотность, твердость и устойчивость к гниению и насекомым. В отличие от однородного куска ДСП, МДФ или другого искусственного материала, древесина является цельным органическим материалом и имеет множество отличительных характеристик, которые будет полезно изучить.
Твердолиственные и хвойные породы древесины
Непосредственное и явное различие, которое может быть проведено между типами деревьев (и соответственно древесиной) - классификация древесины твердолиственных и хвойных пород. Это в некоторой степени неправильные названия, так как на самом деле классификация представляет собой простое разделение между покрытосеменными (цветущие растения, такие как клен, дуб или палисандр) и хвойными (шишковидные деревья, такие как сосна, ель или пихта). Твердолиственные породы (покрытосеменные) имеют широколистную крону и тенденцию сбрасывать листву осенью. (Однако существует множество тропических лиственных пород, которые являются вечнозелеными - они сохраняют свои листья круглый год). Кроме того, деревья лиственных пород обычно имеют разветвленный или разделенный ствол, называемый дендритной формой.
Листва хвойных пород обычно игольчатая или чешуйчатая, хотя в некоторых необычных случаях они могут иметь довольно широкие плоские листья, например такая порода, как каури (Agathis australis). Большинство хвойных деревьев вечнозеленые, однако есть исключения, например у болотного кипариса осенью листва приобретает ржавый оттенок и опадает (отсюда на его народное название на английском «лысый кипарис»). У хвойных пород обычно один доминирующий прямой ствол с более мелкими боковыми ветвями, называемый сбежистой формой - эта конусообразная форма роста помогает деревьям в умеренном климате сбрасывать снег. Опять же, есть несколько хвойных пород, которые являются исключением из этой формы образования ствола, например, кедр Ливанский (Cedrus libani).
Иногда путаница в классификации возникает из-за того, что древесина твердолиственных пород не всегда твердая (ярким примером является бальза, которая технически классифицируется как твердолиственная древесина), тогда как древесина хвойных пород не обязательно всегда мягкая, и пример относительно твердой древесины хвойных пород - тис. Однако, как показывает практика, древесина твердолиственных пород, конечно, обычно тверже, чем древесина хвойных пород, и маркировка по-прежнему полезна для различения двух групп деревьев и определения характеристик их древесины.
Рост и развитие дерева
Сначала предположим, что у нас есть крошечный саженец, который только начинает свой путь к ветвистому взрослому деревом. Помимо корней, основного стебля (ствола), листьев и ветвей, есть точки роста на концах стеблей и корней, называемые апикальными меристемами. Эти точки роста посредством деления клеток отвечают за вертикальный рост деревьев. Кроме того, между корой и внутренней древесиной находится тонкий слой или оболочка, называемая сосудистым камбием или боковой меристемой, обычно называемая просто камбием. Этот крошечный, на первый взгляд волшебный слой отвечает практически за весь горизонтальный рост дерева. Камбий состоит из репродуктивных клеток, которые в результате своего деления образуют новую кору снаружи, а также новую древесину внутри. Именно сезонная активность камбия в росте дерева ответственна за образование годичных колец, наблюдаемых в древесине: в зонах с умеренным климатом камбий наиболее активен весной (эту древесину иногда называют весенней древесиной или ранней древесиной), замедляется летом (так называемая летняя или поздняя древесина) и полностью прекращается зимой. Эти различия в циклах роста от года к году образуют годичные кольца, которые являются достаточно точным индикатором возраста дерева.
Хвойные породы: зимняя древесина обычно темнее, плотнее и имеет сосуды (трахеиды) меньшего диаметра; весенняя древесина легче, мягче и имеет сосуды (трахеиды) большего диаметра.
Обратите внимание на гораздо более широкую зону ранней древесины у хвойных пород, таких как Секвойя (Sequoia sempervirens), изображенной слева, по сравнению с лиственными породами, такими как Павловния (Paulownia tomentosa) справа. Когда дерево растет медленнее среднего (возможно, из-за неблагоприятных условий для роста), зоны ранней и поздней древесины уплотняются. Это различие объясняет, почему в сложных условиях замедление роста хвойных пород приводит к тому что древесина становится прочнее, так как мягкая часть (весенний прирост у этой древесины) – более узкая; в то время как замедление прироста твердолиственных пород делает их чуть мягче, например дуб или ясень имеют тенденцию прирастать более мягкими годичными слоями, так как менее выраженными становятся зоны летнего и зимнего прироста.
В тропических зонах, где температура и сезонные колебания минимальны, в древесине могут полностью отсутствовать заметные кольца, или они могут соответствовать различным сезонам дождей, и поэтому их более правильно относить к кольцам роста, а не строго к годичным кольцам.
Заболонь и ядровая древесина
По мере того, как камбий формирует новые клетки древесины, они развиваются в разнообразные размеры и формы для выполнения множества задач, включая хранение питательных веществ, доставку питательных веществ, прочность ствола и т. д. Когда дерево молодое, некоторые клетки в древесине особенно активны и способны проводить сок или накапливать питательные вещества, такая древесина называется заболонью. По прошествии нескольких лет (количество может сильно варьироваться в зависимости от вида деревьев) дереву больше не нужен весь ствол для сокодвижения, и клетки в центральной части ствола, начиная с ядра или сердцевины, начинают отмирать. Эту мертвую древесину, образующуюся в центре ствола, называют сердцевиной. Переход от заболони к сердцевине сопровождается накоплением различных отложений и веществ, обычно называемых экстрактивными веществами. В частности, эти экстракты ответственны за придание сердцевине древесины характерного цвета, например: угольно-черный цвет черного дерева (Diospyros spp.), рубиново-красный цвет кровавого дерева Бросимум (Brosimum rubescens) или шоколадно-коричневый цвет американского ореха (Juglans nigra ) - все они обязаны своими яркими оттенками экстрактам их сердцевины. Без экстрактивных веществ заболонь почти всех пород древесины имеет бледный цвет, обычно от белого до соломенно-желтого или серого цвета.
Но экстрактивные вещества сердцевины древесины несут ответственность не только за цвет; экстрактивные вещества повышают (в различной степени) устойчивость сердцевины древесины к гниению, а также придают ей дополнительную стабильность и твердость. Заболонь практически не устойчива к гниению, что, по сути, не является необходимым качеством для этой наиболее живой части дерева. С биологической точки зрения легко увидеть преимущества, которые сердцевина древесины приносит дереву по мере того, как оно становится выше и шире, и, между прочим, многие из этих особенностей превращаются в преимущества и для столяров и мастеров по дереву. Однако следует отметить, что зона перехода от заболони к сердцевине, обычно называемая демаркацией заболони, может варьироваться от постепенной до очень резкой: это может быть важно в некоторых проектах с натуральной древесиной, где требуется устойчивость к гниению. Четкая демаркационная линия помогает предотвратить случайное попадание заболони и сводит к минимуму риск последующего гниения или повреждения конструкции.
Обратите внимание на едва заметный переход от заболони к сердцевине на образце Американского Ореха (Juglans nigra), по сравнению с очень четкой демаркационной линией на палисандре (Dalbergia spruceana).
Также следует отметить что на сосне и ели граница заболони и ядровой древесины не так четко заметна, и если на это не обратить внимание, и при строительстве использовать древесину с заболонью, то резко возрастает риск появления синевы (грибковое поражение древесины). Также именно из-за такого свойства заболони, Европейская Норма EN 351-1 2007 отдельно предписывает в п.5.2.1 полную пропитку заболони антисептиком против гниения, в случае применения для наружных работ.
Плоскости или поверхности натурального дерева
Говоря об обработанной древесине и пиломатериалах, необходимо понимать, о какой поверхности древесины идет речь. Учитывая ранее описанную структуру годичных колец и их ориентации в стволе дерева, в пиломатериалах встречаются три основных плоскости или поверхности.
Первая поверхность древесины — это торцевое срез, который дает массу информации для идентификации древесины. Эту поверхность иногда называют поперечной поверхностью или поперечным сечением. Эта плоскость в основном не требует пояснений: в пиломатериале это участок, который образуется при торцовке, на нем можно отчетливо наблюдать годичные кольца.
Вторая поверхность древесины — это радиальный спил древесины, называется так из-за того, что линия распила проходит вдоль радиуса, проложенного от центра бревна. На практике такой спил получают, рассекая бревно через центр на четыре части (пиление «в четверть») и далее из каждой четверти уже получают доски, например попеременно отпиливая с каждой стороны треугольника. Такие доски, если смотреть с торца, имеют годичные кольца, перпендикулярные поверхности доски и идущие вертикально. В английской терминологии такое пиление называется по методу распиловки vertical cut, quarter cut (вертикальное пиление, пиление в четверть).
Третья и последняя поверхность — это тангентальный распил. Термин происходит от латинского слова tangens, которое означает «трогающий», «касающийся» и является причастием настоящего времени от tangere («трогать», «касаться»). Все дело в том, что тангентальная плоскость образуется при распиловке по касательной относительно годичных колец. Например, при распиловке «вразвал», когда пиление начинается со снятия горбыля на одной стороне и далее каждая доска следующая доска снимается параллельным срезом относительно предыдущего. При тангентальной распиловке, доски получаются с сегментами окружностей годичных колец на торцах, а на пласти образуются либо широкие полосы, либо из-за сбежистости бревна – характерный рисунок, который в английском образно называется «корона» (crown), «пламя» (flame), а если полосы имеют равномерную пирамидальную форму или форму заостренных сводов католического собора – то «пирамида» или «кафедральный собор» (pyramid, cathedral).
Внешний вид зерна
Хотя радиальные и тангентальные поверхности названы в честь их первоначального метода распиловки, на практике эти термины обычно относятся просто к углу годичных колец на бруске обработанной древесины, а любое значение от 45 ° до 90 ° называется радиальным спилом,а все, что находится в диапазоне от 0 ° до 45 °, обычно является тангентальным, независимо от того, как на самом деле распиливалось бревно.
Иногда бывает промежуточный угол, обычно называемый полурадиальным спилом (в английском «rift cut»), который соответствует углам годичных колец от 30 ° до 60 ° (при среднем 45 °). Полурадиальный распил (рифт) редко пилится специально, чаще всего это название просто служит удобным термином для описания дерева, которое является не идеальным результатом радиального распила. Фактически, имеет практическую важность только в случае сортировки шпона, где визуальный эффект имеет особое значение (см. статью «Длины, сорта и виды шпона»).
Термин «пласть» или «лицевая поверхность» обычно обозначает наиболее преобладающую / самую широкую плоскость на любом заданном куске пиломатериала (за исключением торца) и не относится к какому-либо конкретному распилу. При наблюдении за углом годичных колец на торце (например, если смотреть на пакет досок, и видны только торцы досок), можно сделать достаточно точный прогноз внешнего вида лицевой стороны поверхности доски. Аналогичным образом, во многих случаях, когда видна только лицевая сторона поверхности, расположение волокон на торце может быть достаточно точно определено.
Определение расположения волокон – достаточно важная задача. Очевидно, с точки зрения декоративного и эстетического эффекта, но на самом деле технологически это даже важнее, так как имеет много последствий – направление деформаций при усушке, задиры волокон при строжке и т.д.
Обратите внимание на внешний вид каждой лицевой пласти этих трех досок, а также на соответствующий торцевой срез под ними. Слева Бели (Julbernardia pellegriniana) имеет почти идеально радиальный распил, что приводит к прямому, узкому и однородному рисунку волокон. Посередине Сосна желтая (Pinus ponderosa) представляет собой тангентальный распил, что дает характерный «пламенеющий» рисунок текстуры. Справа у Тсуги западной (Tsuga heterophylla) с торца видно, что слева годичные кольца располагаются как на тангентальном распиле, который правее переходит в радиальный, и на пласти это выглядит как пламенеющая текстура слева, переходящая в регулярные полосы справа.
Доски радиального распила имеют очень однородный внешний вид и подходят для напольных покрытий, когда доски необходимо стыковать встык с минимальным нарушением внешнего вида. Четвертичный распил позволяет производить самые стабильные доски с наименьшей тенденцией к короблению при изменении влажности, что очень полезно во многих сферах применения, таких как, например, производство оконных рам, дверных коробок и дверей. Однако из-за дополнительных операций при пилении и более высокого коэффициента отходов, пиломатериалы при таком распиле, как правило, дороже, чем тангентального распила.
Большинство согласятся с тем, что доски тангентального распила - с их характерной текстурой похожей и на пламя, и на своды собора, - создают совершенно потрясающие узоры. Поэтому неудивительно, что многие виды шпона строгаются именно с таким видом распила. Доска тангентального распила также получается и более широкой доступна в более широких размерах, чем доска четвертичного распила, и хорошо подходит для таких сфер применений, как стеновые панели, фасады мебели, филенки дверей, то есть в тех областях, где важны ширина и внешний вид. Древесина полурадиального распила находится где-то между этими двумя вышеупомянутыми сортами. Она имеет однородный внешний вид, очень похожий на древесину радиального распила, и при этом почти такая я же устойчивая. Для стоек квадратного сечения, например в случае ножек стола, полурадиальная древесина имеет дополнительное преимущество - она выглядит примерно одинаково со всех четырех сторон (поскольку все кольца на каждой из поверхностей расположены под углом примерно 45 ° к лицевой стороне), в то время как древесина радиального распила будет иметь две стороны с регулярным рисунком, и две с хаотичным.
Радиальные лучи
Описание радиального и тангентального раскроя пиломатериалов не будет полным без упоминания существенного различия между ними: наличие (или отсутствие) радиальных лучей, или, что терминологически более точно, видимое присутствие лучей на лицевой поверхности доски.
Обратите внимание на лучи более светлого цвета, исходящие из сердцевины этого образца Дуба каменного (Quercus ilex). Лучи видны только на тех участках, где линия распила идет вдоль лучей, и соответственно на этом образце справа практически идеальный радиальный распил и лучи видно; а две трети ширины доски слева – это тангентальный распил, и в таком случае радиальные лучи не проявляются, так как они перерезаны поперёк. Исключение – бук, где радиальные лучи видно при обоих типах раскроя древесины, а лучи, распиленные поперек при радиальном пилении, дают характерный рисунок ромбиков или иголочек.
Радиальные лучи направлены от центра бревна вдоль радиуса (отсюда и термин «радиальные лучи»); по этой причине, хотя лучи всегда технически присутствуют в древесине, они становятся наиболее заметными и выраженными на пиломатериале радиального распила.
Практически у всех пород древесины есть радиальные лучи, но только у древесины с широкими, заметными лучами будут проявляться невероятные блики на поверхности. Самые крупные лучи и переливы встречаются в таких породах, как Леопардовое дерево (Roupala spp.) и Лайсвуд (Panopsis spp.), названные так в честь великолепных пятен от радиальных лучей, видимых на поверхности древесины.
Лучи, видимые на этом изображении торцевого спила Лайсвуда (Panopsis spp.), настолько велики и ярко выражены, что их можно легко принять за годичные кольца.
В традиционных породах дерева, таких как Дуб (Quercus spp.) и Платан (Platanus spp.), также есть видимые лучи; у других пород древесины есть очень незначительные, но видимые пятна от радиальных лучей на радиальном распиле, например у Черемухи поздней (Prunus serotina). Следует отметить, что пятна от радиальных лучей не всегда притягивает мастеров: одна и та же особенность, которая может побудить кого-то купить дуб, может оттолкнуть другого. В некоторых случаях - например, для полов из твердых пород дерева, где наиболее привлекательным является приглушенный или однородный рисунок текстуры - блики могут рассматриваться как нежелательные или отвлекающие.