Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

w Warszawie

                           SPRAWOZDANIE                                                          Z NAUKI O SUROWCU DRZEWNYM

                 Temat:  Badanie mechanicznych i fizycznych właściwości drewna

1.   Wstęp

                                                                                                                                                                                                                                      Drewno jako materiał użytkowy stosowane jest od czasów, gdy człowiek zdał sobie sprawę   z jego istnienia. Wraz z upływem czasu i postępem cywilizacyjnym poszerza swoje spektrum zastosowania. Po mimo rozwoju nowych technologii, zastosowania surowców syntetycznych, nadal jest surowcem wielce pożądanym. Próba zastąpienia drewna innymi surowcami wynika przede wszystkim z oszczędności tego cennego i deficytowego surowca. Dzięki swoim właściwościom mechaniczny , fizycznym jak również chemicznym jest materiałem niezastąpionym. Odpowiednie zapoznanie się z pewnymi właściwościami drewna pozwala człowiekowi od czasów starożytnych na twórcze i mądre jego zastosowanie.

     Odmienne właściwości fizyczne i mechaniczne drewna w stosunku do innych materiałów  są związane z budową drewna przez co znajduje szereg zastosowań. Budowa drewna jest porowata , stanowi system połączonych z sobą skomplikowanych kapilar i dzięki temu ma dużą wytrzymałość przy małym ciężarze właściwym.

      Bardzo charakterystyczną cechą drewna jest niska przewodność cieplna                  i akustyczna . Cechy nieporządne drewna są związane z właściwościami higroskopijności , związane są z tym : kurczenie , pękanie , paczenie. Na zastosowanie drewna do różnych celów mają wpływ jego cechy. Warto tutaj wymienić gęstość (stosunek masy do objętości), na tą cechę zwraca się szczególną uwagę gdy potrzebna jest lekka konstrukcja o dobrych parametrach wytrzymałościowych (drewno o niskiej gęstości).

      Negatywną cechą drewna jest kurczliwość i pęcznienie polegające na zwiększaniu lub zmniejszaniu się wymiarów w przedziale higroskopijności (0-30% wilgotności drewna). Im większa jest kurczliwość drewna tym większa jest jego skłonność do paczenia i pękania       (F. Krzysik ). Ta negatywna cecha drewna ogranicza jego wykorzystanie i musimy uwzględniać jej wpływ przy konstrukcjach drewnianych.

      Kolejną cechą drewna jest wytrzymałość na ściskanie tj. opór jaki materiał stawia działaniu sił ściskających powodujących odkształcenie lub  ziszczenie materiału. Miarą wytrzymałości na ściskanie jest naprężenie wyrażane w Kg/cm2, przy którym następuje zniszczenie próbki. Wytrzymałość na ściskanie ma durze znaczenie przy niektórych konstrukcjach tj. słupy, stemple, konstrukcje inżynieryjne. Pośrednią rolę dogrywa ta cecha   w przemyśle meblarskim – gięcie drewna .

     Równie ważna cechą jest udarność (stosunek ilości pracy potrzebnej do zniszczenia próbki do powierzchni jej przekroju). Udarność charakteryzuje wytrzymałość drewna na obciążenia dynamiczne. Odporność na uderzenia odgrywa dużą rolę w drewnie przeznaczonym na wozy, koła, konstrukcje lotnicze, śmigła, wagony, podkłady kolejowe, części maszyn itp. Czyli wszędzie gdzie drewno narażone jest na siły dynamiczne .

      Inną ważną cechą jest wytrzymałość na zginanie statyczne. Dość istotna jest ta cecha jeżeli chcemy wykorzystać drewno jako materiał nośny np. dźwigary mostowe.  Drewno okresowo poddawane jest  większym lub mniejszym obciążeniom statycznym.

2.      Cel , zakres i metody przeprowadzonych badań.

2.1.   Cel.

Celem przeprowadzonych badań było zbadanie niektórych właściwości fizycznych                  i mechanicznych 5 różnych gatunków drewna. Wymiary badanych próbek przedstawiały się następująco: 20mm x 20mm x 30mm. Próbki reprezentowały trzy grupy drewna:

-          drewno iglaste(Św),

-          drewno liściaste pierścieniowo naczyniowe(Db),

-          drewno liściaste rozpierzchło naczyniowe (Bk, Brz, Os).

                                                                                                                                           2.2.   Zakres badań obejmował następujące cechy:

-          gęstość drewna powietrznie suchego ,

-          pęcznienie całkowite i jednostkowe drewna,

-          wilgotność bezwzględna i wilgotność względna drewna maksymalnie wilgotnego,

-          współczynnik pęcznienia jednostkowego,

-          wytrzymałość na zginanie statyczne w poprzek włókien,

-          wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien,

-          kurczliwość,

-          anizotropia.

2.3. Metodyka badań:

Dla poszczególnych próbek za pomocą suwmiarki pomierzono dokładne wymiary, na podstawie których obliczono dla różnego stopnia uwilgocenia:

-  objętość próbek,

-  gęstość próbek,

-  pęcznienie jednostkowe i całkowite.

Zmierzono także za pomocą wagi technicznej ciężar objętościowy próbek w różnym stanie nawilgocenia. Pozwoliło to na obliczenie wilgotności względnej i bezwzględnej badanych próbek dla drewna maksymalnie wilgotnego. Dla próbek obliczono także średnią szerokość słoja.

-   gęstość drewna została zbadana uproszczoną metodą stereometryczną. Wymiary badanych próbek 20 x 20 x 30mm. Wymiar długości (l) równoległy do przebiegu włókien. Szerokość (s)     równoległy do kierunku stycznego, wymiar grubości równoległy do kierunku promieniowego. Dokładność pomiarów wszystkich wymiarów próbek była do 0,1mm. Masa próbek została określona na wadze z dokładnością do 0,001g. Do obliczania objętości używaliśmy następujący wzór:

V= L*A*B/1000cm3                                          V – objętość próbki w cm3

L – długość próbki w mm

A – szerokość próbki w mm

B – grubość próbki w mm

Wzór na gęstość:

g = m*V [g/cm3]                                          g – gęstość  wyrażana w g/cm3

m – masa w gramach

V – objętość próbki w cm3

- wytrzymałość na ściskanie została zbadana przez umieszczenie badanych próbek w maszynie ściskającej w taki sposób, aby kierunek działania siły obciążającej był równoległy do przebiegu włókien i podłużnej osi próbki, w ten sposób zapewniony został równomierny rozkład obciążeń na powierzchni przekroju poprzecznego, próbka była obciążana do momentu zniszczenia. Wskazówka na manometrze wykazywała spadek siły obciążającej. Wytrzymałość obliczaliśmy stosując wzór:

Rcw = F/A                                                   Rcw -  wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien

F –  siła niszcząca [N]

A –  pole przekroju odniesienia [m2]

- wytrzymałość na zginanie statyczne przeprowadzono dla próbek o wymiarach 2 x 2 x30 cm. Próbki pomierzono suwmiarką oraz zważono na wadze technicznej. Rozstaw podpórek maszyny wynosi 24 cm. Próbki obciążono siłą skupioną, działająca na środku długości próbki, prostopadle do przekroju promieniowego. Próbkę obciążano do chwil złamania. Siłę niszczącą odczytywano na siłomierzu. Wytrzymałość obliczaliśmy stosując wzór:

          Rgw = 3*F*l/2b*h2                            F – graniczna wartość siły niszczącej

l – rozstaw próbki (0,24m)

b – szerokość próbki (wymiar promieniowy)

h – wysokość próbki, wymiar styczny

3. Analiza wyników

1. Tabela zawiera informacje dotyczące drewna powietrznie suchego (Xp)