Плотность и твердость древесины – одни из базовых и самых важных характеристик, поскольку они напрямую влияют на выбор породы для определенных задач. Поэтому любому мастеру, который занимается деревообработкой, независимо от того, профессионально или в качестве хобби, стоит в них разбираться, а также хотя бы примерно знать значения у основных пород.
Плотность
Плотность вычисляется как соотношение произведения массы и влажности к объему влажной древесины. Единицы измерения плотности – кг/м3. Соответственно, чем плотнее порода, тем она тяжелее. Но на практике плотность влияет не только на вес «куба», на 2 другие важные характеристики:
- Прочность изготовленной детали. Вообще, прочность – это достаточно объемное понятие, поскольку при тестировании для ГОСТов, так и при реальной эксплуатации, заготовка подвергается разным воздействиям: изгибу, растяжению и сжатию вдоль и поперек волокон, и значения тестов у разных пород разные. Кроме того, отдельные породы вроде граба или березы даже при большой плотности более склонны к скалыванию вдоль волокон, что обязательно нужно учитывать при обработке. Однако в целом, утверждение о том, что плотность и прочность имеют прямую зависимость справедливы.
- Сложность обработки. Чем плотнее дерево, тем больше усилий приходится прилагать, и тем чаще точить инструмент.
Самый интересный момент здесь в том, что плотность напрямую зависит от влажности древесины, то есть, от количества содержащегося в ней древесного сока или воды. Чем влажность ниже, тем меньше плотность. Поэтому все измерения проводятся при одинаковой влажности. Например, в официальных ГОСТах все показатели для пиломатериалов указаны для влажности 12%, чтобы их можно было сравнивать друг с другом.
Существует и еще один показатель – равноплотность. Он характеризует равномерность распределения плотности внутри годового кольца ствола дерева. У некоторых пород плотность при движении по годовому кольцу от центра ствола к коре увеличивается. Например, это прослеживается у дуба, ясеня, сосны. А у других – практически не меняется. Например, у самшита, граба, клена или липы.
Твердость
Существует несколько методов определения твердости древесины, но в большинстве официальных таблиц значения для разных пород обычно указываются по Бринеллю. Собственно, Юхан Август Бринелль – это шведский инженер, который еще в 1900 году стал использовать первый единый метод измерения твердости материалов. Метод состоит в том, чтобы вдавить 10 мм шарик из закаленной стали в поверхность заготовки с силой в 100 кг, после чего измерить лунку и рассчитать значения твердости. Для его выражения используются единицы измерения HB (аббревиатура от Hardness Brinell, твердость Бринелля), МПа и или Н/мм2.
1 HB = 10 МПа = 10 Н/мм2.
Как и в случае с плотностью, измерения достаточно условны, поскольку полученные данные зависят сразу от нескольких переменных:
- Условий произрастания конкретного дерева. Например, в холодных регионах деревья растут медленнее, годичные слои в стволе расположены более плотно, и сам массив получается более твердым, если сравнивать его с массивом дерева той же породы, но выросшего в благоприятных условиях.
- Возраста дерева. У старых деревьев массив более плотный и твердый, чем у молодых.
- Конкретного места в стволе. Комлевая (прикорневая) часть обычно более свилеватая (волокна внутри сильно перекручены и переплетены), и потому существенно более плотная. А еще ее очень тяжело обрабатывать, поэтому для производства качественных столярных материалов комель не используют. Его наличие в доске или брусе считают пороком, который называется закомелистостью.
Всеми этими переменными обычно пренебрегают, указывая числовое значение твердости условно для всей породы сразу. Это не совсем точно, но достаточно удобно на практике.
Помимо конкретных цифровых значений, к которым мы вернемся чуть позже в сводной таблице, деловая древесина условно делится на 3 обширные группы по твердости. Причем в этом случае мягкость/твердость часто характеризуется плотностью, что еще раз доказывает взаимосвязь между параметрами.
- Мягкая древесина – плотность до 540кг/м3. В основном это хвойные породы вроде кедра ели и сосны, а также небольшое количество лиственных, например, липа и тополь. Они очень легко обрабатываются даже ручным инструментом, но и столь же легко мнутся. Оставить след на их поверхности можно даже проведя ногтем.
- Твердая – плотность 550-740 кг/м3. В основном это лиственные породы, также относящиеся к ценным, но достаточно обширно встречающиеся в России – вяз, рябина, яблоня, бук, клен, береза.
- Очень твердая – плотность от 750 кг/м3. Отечественные лиственные деревья и различная экзотика, также называемая красным деревом – фисташка, кизил, самшит, граб, акация.
Сводная таблица плотности и твердости древесины по породам
Резюмируем обещанной сводной таблицей с сортировкой по плотности, как по самой показательной характеристике.