Mechaniczne wãaĤciwoĤci drewna wynikajĈ bezpoĤrednio z ksztaã-tów i rozmiarów jego komórek oraz wãaĤciwoĤci wytrzymaãoĤciowych
27 Aktualne metody pomiaru poãysku drewna lakierowanego zawierajĈ normy PN-EN ISO 2813:2001, PN-EN 927-3:2007 (U) oraz PN-EN 927-6:2007.
28 Drewno klonów niemal nie róİni sič od siebie wyglĈdem, jednak podstawowe gatunki klonów moİna podzieliþ na dwie grupy: twarde (ang. hard maple) – np. klon srebrzysty (Acer saccharinum L.) i klon czarny (A. nigrum Michx. f.) oraz mičkkie (ang.
soft maple) – np. klon czerwony (A. rubrum L.) i klon wielkolistny (A. macrophyllum Pursh). Gatunki twarde znajdujĈ o wiele szersze zastosowanie w budowie maszyn niİ gatunki mičkkie (GENERAL TECHNICAL REPORT... 1999). W Polsce w stanie natural-nym wystčpujĈ cztery gatunki klonów: polny (A. campestre L.), zwyczajny (A. platano-ides L.), jawor (A. pseudoplatanus L.) oraz antropoÞ t, klon jesionolistny (A. negundo L.).
samych Ĥcian komórkowych. W drewnie obciĈİonym wzdãuİ wãókien, w którym Ĥciany komórek sĈ poddane prostemu stanowi naprčİeę (sĈ Ĥciskane lub rozciĈgane), wytrzymaãoĤþ zaleİy jedynie od gčstoĤci drew-na29, natomiast przy obciĈİeniu w poprzek wãókien Ĥciany komórkowe podlegajĈ zginaniu, wičc mechaniczne wãaĤciwoĤci drewna zaleİĈ wy-kãadniczo (w potčdze 2/3 lub 2) od jego gčstoĤci (ASHBY i JONES 1996).
Drewno znacznie ãatwiej przenosi siãy dziaãajĈce wzdãuİ wãókien (ma wičkszĈ wytrzymaãoĤþ) – wraz ze wzrostem kĈta odchylenia tych siã od kierunku wãókien wytrzymaãoĤþ drewna zmniejsza sič. Przykãadowe za-kresy wartoĤci wytrzymaãoĤci drewna na Ĥciskanie, w zaleİnoĤci od ro-dzaju drewna, ksztaãtujĈ sič w granicach:
na Ĥciskanie wzdãuİ wãókien (Œ) – 16,0-88,0 MPa (gatunki liĤciaste ) i 23-34 MPa (gatunki iglaste ),
na Ĥciskanie w poprzek wãókien (ɝ) – 4,3-6,3 MPa (gatunki liĤciaste ) i 8,0-13,5 MPa (gatunki iglaste ).
Drewno ma doĤþ maãĈ plastycznoĤþ. Podczas rozciĈgania, po prze-kroczeniu granicy sprčİystoĤci, nastčpuje zniszczenie poszczególnych wãókien lub cewek, które prowadzi do zerwania próbki. WartoĤþ granicy proporcjonalnoĤci odksztaãcenia do naprčİenia (nieco mniejszej od gra-nicy sprčİystoĤci) zaleİy od rodzaju drewna. Nie popeãniajĈc istotnego bãčdu, moİna przyjĈþ, İe wynosi ona:
dla drewna liĤciastego (bez drewna bukowego ) – 0,7Rm,
dla drewna bukowego – 0,85Rm,
dla drewna iglastego – 0,8Rm,
gdzie: Rm – wytrzymaãoĤþ doraĮna na rozciĈganie.
Waİnym parametrem wytrzymaãoĤciowym drewna jest jego twar-doĤþ, która wywiera istotny wpãyw na przebieg jego obróbki oraz na póĮ-niejsze wãaĤciwoĤci eksploatacyjne wyrobu. Autorem pierwszej deÞ nicji twardoĤci byã Heinrich R. Hertz (1857-1894). W latach 1881-1882 opubli-kowaã on dwie prace, w których stwierdziã, İe miarĈ twardoĤci jest siãa docisku dwóch kul o wartoĤci powodujĈcej ich odksztaãcenie plastyczne (por. HERTZ 1881). Poniİej przytoczono kilka deÞ nicji twardoĤci:
Opór stawiany obcemu ciaãu usiãujĈcemu wcisnĈþ sič do wnčtrza budowy anatomicznej drewna jest twardoĤciĈ tego drewna (STIEBER 1922, s. 21).
29 Istnieje sporo wyjĈtków od tej reguãy, jednak gčstoĤþ jest stosunkowo dobrym prognostykiem wytrzymaãoĤci.
TwardoĤþ mierzy sič oporem, jaki stawia materiaã drzewny przy obrabia-niu narzčdziami (WRÓBLEWSKI i DE MEZER 1948, s. 11).
TwardoĤþ jest to opór, jaki stawia materiaã ciaãom wciskanym w jego po-wierzchnič; wyraİa sič jĈ w kG/cm2 lub w kG/mm2 (KRZYSIK 1975, s. 582).
TwardoĤþ – odpornoĤþ materiaãu na odksztaãcenia trwaãe pod wpãywem siã skupionych dziaãajĈcych na maãĈ powierzchnič tego materiaãu (ENCYKLO
-PEDIATECHNIKI 1994).
TwardoĤþ materiaãu ma zatem charakter umowny i jest mierzona opo-rem, jaki wykazuje ciaão w czasie wciskania weę wgãčbnika przy odksztaã-ceniach plastycznych. W porównaniu z innymi materiaãami okreĤlenie twardoĤci drewna jest trudne, poniewaİ jest to materiaã niejednorodny, o zróİnicowanej twardoĤci warstw zewnčtrznych i wewnčtrznych. Na zmierzonĈ twardoĤþ wpãywajĈ rodzaj przekroju, wilgotnoĤþ itp.
Pierwsze próby opracowania metodyki pomiaru twardoĤci drewna zostaãy opublikowane przez Bügsena w 1904 roku (KRZYSIK 1975). Jego metoda polegaãa na wbijaniu stalowej igãy o okreĤlonej gruboĤci na sta-ãĈ gãčbokoĤþ 2 mm. WartoĤþ siãy potrzebnej do wykonania tego zadania przyjmowano za liczbč twardoĤci. Metoda ta dawaãa niepowtarzajĈce sič wyniki, gdyİ podczas poszczególnych powtórzeę pomiaru igãa traÞ aãa na naczynia oraz gruboĤcienne elementy budowy anatomicznej drewna.
Z tego powodu przyjčto metodologič mierzenia twardoĤci drewna meto-dĈ Gabriela Janki (1864-1932).
CyfrowĈ skalč bezwzglčdnej twardoĤci drewna niektórych rodzaji drzew zestawiã Dr. G. Janka [w 1906 roku – JANKA 1906]. Celem badania abso-lutnej twardoĤci nie uİywaã on siekier, piã lub innych przyrzĈdów obróbki drzewnej, pod dziaãaniem których musiaãby liczyþ sič ze sprčİystoĤciĈ, ciĈ-gãoĤciĈ [plastycznoĤciĈ], ãupliwoĤciĈ i t. d., lecz idĈc wzorem inİyniera szwedzkiego A. Brinell[a] zastosowaã wciskanie póãkuli İelaznej o Ĥrednicy 11,284 mm (przy równoczesnem odczytywaniu manometru). Powierzch-nia koãa odciĤničta tĈ póãkulĈ równaãa sič = 1 cm2 (ze wzglčdu, İe i inne wytrzymaãoĤci odnoszĈ sič do powierzchni 1 cm2). Cičİar [wyraİony w jednostkach siãy] uİyty do wciĤničcia tej póãkuli stanowiã o twardoĤci materiaãów (STIEBER 1922, s. 24).
Wyniki pomiarów twardoĤci metodĈ Janki wyraİa sič w megapa-skalach. InnĈ, rzadziej stosowanĈ metodĈ pomiaru twardoĤci drewna i tworzyw drewnopochodnych, jest metoda Brinella, w której wartoĤþ
twardoĤci (HB) okreĤla stosunek siãy naciskajĈcej do pola powierzch-ni odcisku stalowej kulki o Ĥredpowierzch-nicy 10 mm. W metodzie Janki staãa jest wielkoĤþ odcisku, w metodzie Brinella – wartoĤþ siãy.
TwardoĤþ drewna zaleİy od gatunku drzewa, z którego drewno po-chodzi. Do gatunków twardych naleİĈ m.in.: modrzew , robinia akacjowa (grochodrzew ), buk , dĈb , grab , jesion , jawor , wiĈz , a do mičkkich: lipa , olsza , topola osika , topola biaãa . Drewno mičkkie jest znacznie ãatwiejsze w obróbce, stĈd czčsto jest uİywane przez rzeĮbiarzy (np. oãtarz w ko-Ĥciele Mariackim w Krakowie jest wyrzeĮbiony z lipy ) i modelarzy. Twar-doĤþ mierzona metodĈ Janki przy 15-procentowej wilgotnoĤci surowca wynosi: dla krajowych gatunków drewna – od 20 MPa (topola osika ) do 88-89 MPa (grab ); a dla gatunków tropikalnych – od 4 MPa (balsa – Ochro-ma pyramidale (Cav. ex Lam.) Urb.30), do 197 MPa (gwajakowce – Guaia-cum spp.). Na ogóã twardoĤþ drewna od strony przekroju poprzecznego (mierzona w kierunku wzdãuİnym – rys. 2-8 a) jest od 1,5 do 2 razy wičksza niİ w kierunku prostopadãym do wãókien (stycznym i promieniowym).
GčstoĤþ drewna 31 wykazuje zmiennoĤþ w obrčbie pojedynczych przyrostów rocznych, pojedynczych drzew, a takİe pomičdzy drzewa-mi jednowiekowego drzewostanu w zaleİnoĤci od stanowiska drzewa w drzewostanie. ZnaczĈcy wpãyw na gčstoĤþ drewna w obrčbie jedne-go drzewa ma umiejscowienie na przekroju poprzecznym i na wysoko-Ĥci pnia. NajwičkszĈ gčstoĤþ wykazuje drewno znajdujĈce sič dalej od rdzenia oraz w czčĤci odziomkowej. ZmiennoĤþ gčstoĤci jest wičksza w gatunkach iglastych i liĤciastych pierĤcieniowonaczyniowych, nato-miast w gatunkach liĤciastych rozpierzchãonaczyniowych jest niewielka (FABISIAK 2005). Wydawaþ by sič mogão, İe drewno niemal wszystkich ga-tunków drzew po wysuszeniu (zawartoĤþ wody – okoão 12%) unosi sič na wodzie, tymczasem jest co najmniej 27 gatunków, których wysuszone drewno tonie w wodzie. Do najcičİszych (i jednoczeĤnie najtwardszych) gatunków drewna naleİĈ gatunki tropikalne, zebrano je w tabeli 13, nie-stety nie wszystkie majĈ oÞ cjalne polskie nazwy.
WãaĤciwoĤci wytrzymaãoĤciowe drewnianej czčĤci w duİym stopniu zaleİĈ od zastosowanej metody obróbki. CzčĤci maszyn wykonywane technikĈ ãupania z uwagi na brak podcičcia wãókien majĈ wičkszĈ wy-trzymaãoĤþ mechanicznĈ od czčĤci skrawanych. âupliwoĤþ to skãonnoĤþ
30 Niezalecany synonim to Ochroma lagopus Sw.
31 Jak juİ wspomniano wczeĤniej (s. 32), gčstoĤþ substancji drzewnej po wyelimi-nowaniu wody i przestrzeni powietrznych wynosi okoão 1540 kg/m3.
Tabela 13
GčstoĤþ pozorna najcičİszych gatunków drewna w stanie powietrzno-suchym, Wo = 12% (WAGENFÜHRi SCHEIBER 1974, RICHTER i DALLWITZ 2006, TERVUREN XYLA
-RIUM... 2008)
Nazwy polskie Nazwa ãacięska Nazwy angielskie GčstoĤþ [g/cm3]
1 2 3 4
Akacja Acacia nigrescens Oliv. Knobthorn do 1,17
– Brosimum paraense Huber Satine, bloodwood 0,90-1,06
Brezylka ciernista Caesalpinia echinata Lam. Brazilwood do 1,22 Brezylka (–) Caesalpinia ferrea Mart. Leopard tree do 1,18 Mahoę górski Cercocarpus montanus Raf. Mountain mahogany do 1,11
Satin Chloroxylon swietenia DC. East Indian satinwood 0,78-1,02 Dalbergia, palisander Dalbergia cearensis Ducke Kingwood, rosewood do 1,18 Dalbergia
czarno-drzew, palisander
Dalbergia melanoxylon Guill.
& Perr.
African blackwood 0,90-1,20
Cocobolo Dalbergia retusa Hemsl. Palo de rosa, cocobolo, Nicaragua rosewood
Heban, hurma Diospyros crassiß ora Hiern Benin ebony, African ebony
1,05-1,20
Heban, hurma Diospyros ebenum J. Koenig Ceylon ebony, ebony persimmon
Tambulian, billian Eusideroxylon zwageri Teijsm.
& Binn.
Billian 0,85-1,10
Gwajak Guaiacum ofÞ cinale L. Guaiac, lignum vitae 1,28-1,37
do pčkania wzdãuİ okreĤlonych kierunków. Cecha ta jest (i byãa) wy-korzystywana np. podczas produkcji szprych kóã oraz klepek poszycia okrčtów32.
Drewno posiada tč wãaĤciwoĤþ, İe pod dziaãaniem klina rozstčpuje sič, dzie-lĈ sič jego wãókna, czyli drewno ãupi sič. [...] âupliwoĤþ drewna zaleİy przedewszystkiem od budowy anatomicznej, a wičc od kierunku, w któ-rym klin na drewno dziaãa. Najãatwiej ãupiĈ sič drewna od czoãa w kierun-ku promieni rdzennych [w pãaszczyĮnie YZ (rys. 2-8 a, s. 33)], cičİej
32 âupliwoĤþ jest przedmiotem wciĈİ obowiĈzujĈcej normy PN-D-04106:1954.
Tabela 13 – cd.
1 2 3 4
Azobé (ekki, bongossi) Lophira alata Banks ex C.F.
Gaertn.
Ekki, red ironwood 0,95-1,15
Mesua Mesua ferrea L. Ceylon ironwood 0,94-1,13
– Chlorocardium rodiei
Olea capensis L. Black ironwood 1,10-1,49
– Olneya tesota A. Gray Desert ironwood do 1,13
Drewno wčİowe Brosimum guianense Huber Letterwood, snakewood 1,20-1,30
Wierzbowiec
Schinopsis balansae Engl. Soto negro 1,10-1,20
– Swartzia Þ stuloides Harms Pau rosa, pau ferro 0,90-1,05
– Swartzia leiocalycina Benth. Wamara, panacoco do 1,27
Ipe, lapacho Tabebuia heptaphylla Vell. Ipê roxo, lapacho negro 0,80-1,20 Pyinkado Xylia xylocarpa (Roxb.)
W. Theob.
Burma ironwood 0,99-1,26
Tabela 14
WãaĤciwoĤci Þ zyczne drewna w stanie powietrzno-suchym (WAGENFÜHR i SCHE
-IBER 1974, KRZYSIK 1975) wzdãuİnym, KZ – skurcz w kierunku promieniowym, HJ – twardoĤþ wedãug metodologii Janki, HB – twardoĤþ wedãug metodologii Brinella, ɠ – kierunek wzdãuİny (Y wg rys. 2-8 a, s. 33), ɝ – kierunek promieniowy (Z) i styczny (X) (wg rys. 2-8 a, s. 33).
w stycznej do rocznych sãoji [w pãaszczyĮnie XY]. [...] Przerywane pro-mienie zmniejszajĈ ãupliwoĤþ. Zupeãnie nieãupliwem jest drewno w kie-runku pionowym, ostrzem do dãugoĤci wãókien (gdyİ w tym wypadku musiaãby klin przecinaþ wãókna) [w pãaszczyĮnie XZ]. ProstolinijnoĤþ i prawidãowoĤþ budowy komórek i wãókien zwičksza ãupliwoĤþ i przeciw-nie, nieprawidãowe skrčcenia, pogmatwania wãókna zmniejszajĈ silnie ãu-pliwoĤþ. Wilgoþ rozluĮnia komórki, zmniejsza spójnoĤþ drewna, dlatego drewno Ĥwieİe jest ãupliwsze, ale i zarazem ciĈglejsze [tu: plastyczniej-sze]. Drewna Ĥwieİe drzew liĤciastych sĈ tak silnie rozluĮnione, İe ciĈ-gãoĤþ nie odgrywa tu İadnej roli, sĈ przeto w stanie Ĥwieİym ãupliwsze.
Przeciwnie, mičkkie drewna drzew liĤciastych sĈ w stanie Ĥwieİym mniej ãupliwe [...] niektóre drewna drzew iglastych wysuszone posiadajĈ wičkszĈ ãupliwoĤþ (STIEBER 1922, s. 29).
Tabela 14 zawiera orientacyjne wãaĤciwoĤci wytrzymaãoĤciowe waİ-niejszych gatunków drewna krajowego i zagranicznego: cisu (Taxus bac-cata L.), sosny (Pinus sylvestris L.), jodãy (Abies alba Mill.), Ĥwierku (Picea abies (L.) H. Karst.), modrzewia (Larix decidua Mill.), lipy (Tilia platyphyl-los Scop.), topoli (Populus alba L.), brzozy (Betula pendula Roth), dčbu (Quercus robur L.), grabu (Carpinus betulus L.), buku (Fagus sylvatica L.), wiĈzu (Ulmus glabra Huds.), jesionu (Fraxinus excelsior L.), jaworu (Acer pseudoplatanus L.), olszy (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.), gruszy (Pyrus com-munis L.), grochodrzewu (Robinia pseudacacia L.)33, mahoniu (Swietenia mahagoni (L.) Jacq.), hebanu (Diospyros ebenum J. Koenig), gwajaku (Gu-aiacum ofÞ cinale L.) oraz balsy (Ochroma pyramidale (Cav. ex Lam.) Urb.).
Zamieszczone w tabeli wãaĤciwoĤci Þ zyczne dotyczĈ drewna w stanie powietrzno-suchym.