Древесина всегда стремится быть в равновесии с относительной влажностьюокружающего воздуха. После длительной выдержки во влажном воздухе древесинаможет содержать 22-23% воды. В очень сухом воздухе содержание влаги в деревеможет упасть до 5%. Однако связанные с этим колебания веса материала имеютвторостепенное значение по сравнению с влиянием влажности на свойства древесины,в частности на ее усадку или разбухание. Каждый процент изменения влажностидает около половины процента усадки или разбухания. Обычные колебания влажностивоздуха могут вызвать колебания поперечных размеров от 5 до 10%, то естьдо 1 см на доску шириной 10 см. И если плотники-любители, располагая выбором,предпочтут использовать широкие доски, то профессионалы будут мудрее: онивозьмут узкие доски, чтобы уменьшить перемещения в каждом отдельном стыке.Конечно, 5-10% усадки или разбухания не так уж часто случаются, но и 1-2%могут вызвать много неприятностей. Краски и лаки снижают колебания влажностив дереве, но не исключают их, так как нет красок, совершенно не проницаемыхдля паров воды.
Даже в помещении относительная влажность непрерывно изменяется, особенно междудневным и ночным временем. Полы и мебель "следят" за влажностью воздуха, аотсюда - скрипы и треск по ночам. Если каким-то образом удержать древесину отусадки при уменьшении влажности, она будет расщепляться: ведь она почти неимеет прочности на разрыв поперек волокон. Если геометрически ограничитьвозможность древесины разбухать, то при увеличении влажности может возникнутьвесьма значительное давление. Египтяне использовали это давление дляоткалывания огромных глыб в каменоломнях, так была получена иглаКлеопатры.
Предварительно форма будущего куска размечалась канавкой на поверхности,эта же канавка служила концентратором напряжений. Затем вдоль канавки долбилисьглубокие отверстия, в которые загонялись сухие деревянные колья. Их заливаливодой, и, пропитавшись влагой, дерево раскалывало камень вдоль требуемойлинии.
Усадка морских канатных снастей и парусной ткани - в принципе то жесамое. Отдельные волокна с изменением влажности изменяют не длину свою,а толщину, а остальное делает геликоидная геометрия каната и текстильнойпряжи: веревки и одежда, намокая, становятся короче. Льняные паруса былиособенно пористыми, и, чтобы уменьшить пористость, их замачивали.
Итак, мы видим, что самым важным следствием воздействия влажности надревесину является ее разбухание. С практической точки зрения влияние влажностина механические свойства, пожалуй, менее существенно. До предела намоченноедерево сохраняет примерно третью часть прочности и жесткости совершенносухого дерева. Биологические материалы всегда работают в насыщенном состоянии- таким образом, ценою потери прочности снимается проблема усушки и разбухания.В технике целлюлоза никогда не используется в идеально сухих условиях,поэтому величины прочности и жесткости ее совсем не так плохи, как иногдаэто может показаться,
Сырую древесину гнуть немного легче, чем сухую; но больше всего облегчаетгибку дерева нагрев. Так, прежде чем гнуть древесину для теннисных ракетокили шлюпочных шпангоутов, ее пропаривают. Часто считают, что пар делаетс древесиной что-то особенное. Это неверно, просто пропаривание - всеголишь удобный путь нагрева древесины без ее высушивания, и механизм действияздесь в точности тот же, какой используют парикмахеры для завивки волос.Иногда древесину перед гибкой оборачивают влажными горячими тряпками. Этаоперация помогает термической изоляции древесины, сохраняет ее тепло, предохраняетот слишком быстрого охлаждения. Древесина может без особого для себя вредавыдержать "влажный" нагрев примерно до 140°С, однако сухой нагрев, конечно,вызовет растрескивание вследствие усушки.
Выдержка древесины
Можно услышать довольно много вздора, о так называемой выдержке древесины.Об этом любят толковать старые мастера и романтичные, но несведущие любители.Древесина, как мы уже знаем, состоит из закрытых трубок, которые в живомрастении частично заполнены водой или, точнее, соком. В свежесрубленномдереве содержание воды может быть различным, оно может даже превышать повесу количество сухого вещества. Примерно 25% этой воды абсорбировано,притянуто гидроксильными группами к стенкам волокон, остальная жидкостьсодержится внутри клеток. Во время выдержки большая часть воды удаляется.Выдержка в основном представляет собой операцию сушки и ничего более. Простосодержание влаги в дереве приводится к условиям, примерно равновесным сусловиями окружающей среды, в которых ему предстоит работать: если этогоне сделать, то изделие всегда будет под угрозой коробления от усушки. Дляиспользования под открытым небом приемлема влажность 20%, для неотапливаемыхпомещений - около 15%, а для помещений с паровым отоплением - примерно8-10%.
Клетки дерева представляют собой закрытые веретенообразные трубки, поэтомузаключенной внутри них воде не так-то легко выйти наружу. Единственнаявозможность - медленное проникновение воды через стенки трубок. Такой процессне представляет трудностей, если иметь дело с единичной клеткой. Но ведьбревно содержит многие тысячи таких клеток, и вода из внутренних клетокдолжна просочиться через стенки большинства других клеток, лежащих на еепути наружу. Для этого необходимо поддерживать разницу влажностей междувнутренним объемом древесины и окружающей средой. Чем больше эта разница,тем быстрее будет удаляться влага. С другой стороны, при слишком резкомперепаде влажности наружные слои в ходе сушки окажутся заметно суше внутренних,будут больше сжиматься и, следовательно, расщепляться и растрескиваться.Поэтому, чтобы не повредить древесину, ее нельзя сушить слишком быстро.Традиционный способ выдержки - на открытом воздухе или под навесом. Присушке таким путем для досок толщиной 20-50 мм требуется около года, а длякрупных дубовых заготовок для судов - около семи лет. С примитивными методамии знаниями ничего другого и не придумаешь, В былые времена лучшие судоверфии хорошие каретники держали залежи ценной древесины, уже выдержанной илинаходящейся в процессе выдержки - это было одной из причин высокой стоимостиих изделий.
В последние годы было предпринято много технологических исследованийпо выдержке лесоматериалов, в результате разработан ряд способов ускореннойбезопасной сушки для древесины всех сортов и размеров. Тщательный контрольскорости сушки в больших сушильных печах позволяет свести время процессак дням и неделям. Другой путь, также сокращающий время сушки,- современнаятенденция применять пиломатериал меньших сечений, используя надежные клеи.Древесина, которая подобающим образом сушилась в печах (печи эти довольнодороги и требуют квалифицированного обслуживания), нисколько не хуже "натурально"выдержанной. Более того, в процессе сушки для нее менее вероятно подхватитьгрибковую инфекцию.
Содержание влаги в дереве можно определить путем взвешивания небольшогообразца до и после печной сушки. В промышленности процент влажности определяетсяпортативными приборами, которые измеряют электрическое сопротивление междудвумя вбитыми в бревно иглами. Такая процедура дает ответ намного быстрее.
Если содержание воды в древесине меньше 25%, то вся она связана с гидроксильнымигруппами в стенках клеток. Когда влажность достигает примерно 25%, гидроксилыоказываются насыщенными и стенки клеток не могут больше принимать воду;в таком случае говорят, что достигнута точка насыщения волокон. До этойточки полости клеток остаются пустыми, выше нее практически вся добавочнаявлага идет на заполнение трубчатых клеток. Все изменения размеров и механическихсвойств, обусловленные колебаниями влажности, проявляются только ниже точкинасыщения волокон, то есть между 0 и 25% влажности. По достижении точкинасыщения никакого дальнейшего разбухания не происходит, и добавочная водапросто увеличивает, причем весьма заметно, вес древесины.
Удельный вес вещества дерева около 1,45 г/cм,однако свежесрубленное дерево в воде не тонет (за исключением очень тяжелыхпород), потому что даже в невыдержанной древесине очень много воздуха.Но если оставить дерево в воде, то, пропитавшись водой, оно в конце концовзатонет, хотя для этого и потребуется, как и в случае естественной сушки,довольно много времени. В свое время экипаж "Кон-Тики" беспокоило, какповедут себя в плавании пробковые бревна плота, хотя скорость их пропиткине была очень высокой. Американские клиперы середины прошлого века с тремявпившимися в небо мачтами, сделанные из легкого, "мягкого" дерева, пропитывалисьводой, не прослужив и десяти лет. Однако за годы службы они, вне всякихсомнений, сполна окупали себя. Твердая древесина, которая обычно шла напостройку английских кораблей, была гораздо более водостойкой: можно привестинесколько примеров, когда деревянные суда служили больше столетия.