Dřevo – přírodní polymer

De Havilland DH 98 Mosquito

Morane-Saulnier M.S.406 Plymax – duralové pláty pokryté překližkou

• živá tkáň – velmi protáhlá, takže vypadají jako vlákna

• vlákna – u jehličnatých vláken až 7 mm dlouhé, tloušťka 0,03 mm

• vlákna vyrůstají v tzv. dělivém pletivu – kambiu – vždy rovnoběžně s osou kmene nebo větve

Anizotropní materiál – mechanické a fyzikální vlastnosti jsou silně závislé na orientaci !!!

Podíl mezi podélnou a příčnou pevností:

Měkké dřevo: 30 : 1

Tvrdé dřevo: 15 : 1

1- kůra

2 – dřeň

3 – kambium

4 – lýko

5 – dřevo

6 – cévní svazek

7 – sklerenchym

8 – pokožka

9 – zpevňovací pletivo

10 – parenchym s chloroplasty v kůře

Tržná délka v tahu (délka, při které dojde k přetržení vlastní vahou):

Dřevo: 11 – 30 km

Stavební ocel: 7 – 8 km

Kambium

• dělivé pletivo schopné tloustnout

• tloušťka – 30 – 60 µm

• vytváří válec, jenž tloustne do šířky

• vytváří letokruhy

• kambium obnovuje svoji činnost každé vegetativní období

• směrem ke středu produkuje sekundární dřevo, směrem k povrchu produkuje sekundární lýko

Parenchym

• druh pletiva; tvořen tenkostěnnými buňkami

• parenchymatické buňky jsou schopné dělení, mají ohebné buněčné stěny

• mají velké vakuoly obsahující velký objem vody a zásobních látek

• obsahuje vysoký podíl intercelulár ⇒ malá hmotnost

• funkce:

1) Zásobní a vyživovací funkce

2) Vylučování

3) Regenerace poškozených částí

Sklerenchym

• druh pletiva; tvořeno buňkami se ztloustlými buněčnými stěnami

• neobsahuje interceluláry

• po odumření fce zpevňovací a ochranná

Dřeňové paprsky

• tvořeny různě mohutnými seskupeními parenchymatických buněk, které jsou orientovány kolmo na podélnou osu kmene

• ovlivňují výrazně vlastnosti dřeva a jsou jednou z příčin rozdílných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva v tangenciálním a radiálním směru

Cévy (tracheje, póry)• vodivé elementy dřeva listnáčů

• makrocévy – průměr větší než 0,1 mm

• mikrocévy – průměr menší než 0,1 mm

• funkce : vedení živin

• kapilární systém je limitujícím faktorem výšky stromu

Sekvojovec obrovský

• nejmohutnější živý organismus na naší planetě !!

•výška: až 80 m

• tloušťka borky: 50 cm

• špičky těchto stromů téměř vždy uschlé (důsledek úderu blesku, selhání kapilárního

systému výživy)

• Stratosphere Giant – nejvyšší strom na světě – 112,6 m

Sekvojovec o. v Chabaních

Pryskyřičné kanálky

• charakteristické pro jehličnaté stromy; 0,1 – 0,9% objemu dřeva

• tvořeny buňkami tvořící a vylučující pryskyřici

• výhoda: snížení hydroskopičnosti, zvýšení výhřevnosti, zvýšení odolnosti proti hnilobě

• nevýhoda: snížení opracovatelnosti, zvýšení hmotnosti, ztížení impregnace

Dřeňové skvrny

• pásy tzv. hojivého parenchymu, které vznikly v důsledku poškození kambia hmyzem nebo bakteriemi

Suky• základy živých nebo pozůstatky odumřelých větví

• vada dřeva

Očka – zarostlé pupeny (tzv.očková stavba dřeva); ceněno v nábytkářství; JV, BR, TO

Kořenice – oddenková část kmene; přechod stavby dřeva ve stavbu kořene; charakteristické vysokou spletitostí dřevních vláken orientovaných v různých směrech; DB, JS, OR

Svalovitost – vlnitost dřevních vláken; střídání světlých a tmavých pruhů napříč vlákny; OR, JS – hudební nástroje, nábytek,…

Lískovcové dřevo – v příčném řezu jako lokální zvlnění letokruhů ⇒ posun vrstvy letního dřeva, kambia a okolní části kůry; geneticky podmíněná odchylka; především u smrku; mechanické vlastnosti ⇓ !!!

Stejně jako u kovů provádíme metalurgický výbrus…..

… i u dřeva - pro posouzení jeho vlastností je nutné vyhodnotit jeho vnitřní stavbu…

Příčný řez Radiální řez Tangenciální řez

• řez vedený v rovině kolmé k ose kmene

• řez vedený v rovině rovnoběžné s osou kmene a procházející středem kmene (dření)

• řez vedený v rovině rovnoběžné s osou kmene a neprocházející středem kmene (dření)

Postupným přibýváním buněk se vytváří charakteristické letokruhy, vyplývající z rozdílné stavby jarních a letních buněk.

Letokruhem se rozumí tloušťkový (radiální) přírůstek dřeva za vegetační období činností dělivých buněk kambia. Letokruhy jsou výsledkem přerušení tloušťkového růstu stromu v důsledku vegetačního klidu dřevin mírného a chladného pásma. Letokruhy lze přirovnat k soustavě kuželovitých plášťů postupně na sebe nasedající.

• počet letokruhů u dřevin mírného pásma nemusí souhlasit s věkem stromu – vynechání letokruhů u dřevin často seřezávaných, špatně živených, silně zastíněných; zdvojení letokruhů při napadení hmyzem, výrazné klimatické změny apod.

• subtropické a tropické dřeviny – přírůstková vrstva odpovídá střídajícímu se vegetačnímu období, nikoliv kalendářnímu roku

• excentrická stavba letokruhů – jednostranná zátěž stromu (náledí, vítr, sníh) – výrazný vliv na anizotropii vlastností

• šířka letokruhu má výrazný vliv na mechanické vlastnosti dřeva – s rostoucím podílem letního dřeva obvykle mechanické vlastnosti stoupají

U různých druhů dřevin jsou letokruhy různě výrazně i strukturně odlišené, podle čehož můžeme rozlišovat:

• jehličnaté dřevo (1)• listnaté kruhovitě pórovité dřevo (1,2,3)• listnaté polokruhovitě pórovité dřevo (4)• listnaté roztroušeně pórovité dřevo (5)

•jehličnaté dřevo, které se vyznačuje výraznou vrstvou letního dřeva a nejvýraznějším rozdílem mezi jarním a letním dřevem. Jarní dřevo tvoří světlejší část letokruhu a je výrazně měkčí. Podíl jarního dřeva bývá vyšší. Letní dřevo, které tvoří tmavší část letokruhu, je výrazně tvrdší a má dvakrát až třikrát větší hustotu.•listnaté kruhovitě pórovité dřevo které má výrazné jarní dřevo. Je tvořeno širokými, často pouhým okem viditelnými cévami (o průměru 0,2-0,4 mm). Ty vytvářejí na začátku letokruhu výrazný pás. Na příčném řezu jsou pozorovatelné jako póry, na podélných řezech jako rýhy. V letním dřevě jsou cévy úzké, okem nerozlišitelné. Sdružují se však do skupin, které tvoří makroskopicky viditelnou strukturu letního dřeva. Se zvyšující se šířkou letokruhu se zvyšuje tloušťka letního dřeva, přičemž podíl letního dřeva v letokruhu je zpravidla větší. Z našich dřevin do této skupiny patří: dub, jasan, akát, jilm aj.,•listnaté polokruhovitě pórovité dřevo, které se vyznačuje víceméně zřetelnou zónou světlejšího jarního dřeva, které vzniká seskupením většího počtu drobných cév (třešeň) nebo výskytem velkých cév s postupně se zmenšujícím průměrem (ořešák). Hranice mezi jarním a letním dřevem je méně výrazná než u dřeva s kruhovitě pórovitou stavbou,•listnaté roztroušeně pórovité dřevo, které je bez výrazného rozlišení jarního a letního dřeva. Letokruhy jsou většinou zvýrazněné pouze úzkou tmavší (světlejší) vrstvou na hranici letokruhu, proto jsou špatně rozpoznatelné. Cévy mají přibližně stejný rozměr v rámci celého letokruhu a okem nejsou rozlišitelné. Do této skupiny patří např.: buk, habr, bříza, olše, topol, lípa.

Příčný řez smrku

1- hranice letokruhu

2 – zóna jarního dřeva

3- zóna letního dřeva

Příčný řez kruhovitě pórovité dřeviny

1 – hranice letokruhu

2 – pravé cévní svazky

3 – nepravé cévní svazky

Příčný řez roztroušeně pórovité dřeviny

1 – hranice letokruhu

2 – pravé cévní svazky

3 – nepravé cévní svazky

V suchém dřevu:

C…50 %

O…42 %

H…6 %

N…0,5 – 0,8 %

K, Ca, Mg, Fe, P, Ni…0,2 –0,5 %

• na příčném řezu lze pozorovat různě zbarvené zóny:

a) běl

b) jádro (dřeň)

c) vyzrálé dřevo

Běl

• světlá vnější část kmene

• její šířka závisí na druhu dřeviny – pouze několik letokruhů, ale i celý průřez (lípa, habr, javor – bělové dřeviny)

• odlišné mechanické vlastnosti od jádra

Jádro (dřeň)

• centrální tmavěji zbarvená část

• neprůchodné pro vodu

• různý tvar (kruhový, oválný, čtyřúhelníkový, pětiúhelníkový, hvězdicovitý)

• větší hustota než běl, nižší hodnoty sesychání a bobtnání

• vzniká vyřazením centrální části kmene z fyziologických procesů (stárnutím živých buněk a ucpáváním vodivých elementů - cév a cévic tzv. jádrovými látkami – pryskyřice, alkaloidy, …)

• jádrové dřeviny – mají jak běl (vnější světlá část) tak i jádro (vnitřní tmavá část) – borovice, modřín, topol, jasan,…

• vyzrálé dřevo má analogickou strukturu s jádrovým dřevem – není však barevně odlišitelné od okolní běli (liší se jen vlhkostí - má ji nižší než okolní běl )

Rozdělení dřevin na základě výskytu jádra, běle a vyzrálého dřeva

Dřeviny s jádrem a bělí - mají výraznou barevnou zónu jádra a na obvodě zónu světlejší běli (borovice, modřín, tis, dub, topol, akát, ořešák, kaštan)

• Dřeviny bělové - okamžitě po vytěžení i po vyschnutí mají v celém průřezu kmene jednu barevnou část - běl (bříza, osika, olše, javor, habr)

• Dřeviny s vyzrálým dřevem a bělí - po vytěžení je zóna běli tmavší (vyšší vlhkostí), po vyschnutí se barevný rozdíl ztrácí (buk, smrk, jedle)

• Dřeviny s jádrem, vyzrálým dřevem a bělí (jasan, vrba)

Nosné stěny buněk jsou z celulózy – přírodní makromolekulární látka.

Makromolekuly celulózy se seskupují do mikroskopických fibril, které stěnu šroubovitě obtáčejí.

Závity v primární a sekundární stěně jsou opačné – fibrily se ve stěně kříží.

Srov. laminát – vyztužující skleněná vlákna = pevné celulózové fibrily

+vytvrditelná pryskyřice = vysokomolekulární látka lignin (chemický stabilizátor celulózy)

Celulózové mikrofibrily jsou ve stěně vlákna uloženy podél pravidelných šroubovic tak, že se v sousedních vrstvách kříží. Povrchová vrstva ligninu a hemicelulóz pak vlákna dohromady stmeluje a to i mezi sebou navzájem.

Nosná vlákna jsou dutá => dřevo je současně tuhé, pevné a lehké

Např.u bambusu je vysoká tuhost a stabilita i při délce více než 40 m – trubice zpevněné cylindrickými výztuhami (kolínky) + vyztužení tenkými křemennými vlákny

• v běli proudí od kořenů do koruny živiny rozpuštěné ve vodě => obsah vody v běli oproti jádru mnohem větší (běl při sušení více vysychá)

Problém se stálostí rozměrů v důsledku vysychání dřeva

Vlhkost:

Jehličnaté stromy: 52 – 65 %

Listnaté stromy: 38 – 45 %

Vlhkost dřeva

Vlhkost je určující vlastností použitelnosti dřeva !!!

V různých podmínkách se může použít a zabudovat jen dřevo takové vlhkosti, které odpovídá dané vlhkosti – dřevo s rovnovážnou vlhkostí

Min. za 2 roky dojde k vysušení dřeva na pokojovou vlhkost

Z důvodu eliminace popraskání je však nutné dřevo ještě předsušit

Ve dřevě se nachází:

• volná voda ( v dutinách buněk – transport látek)

• vázaná voda (v buněčných stěnách)

• nejprve se začne vypařovat volná voda až do meze nasycení buněčných stěn – proces bez významných změn

• ke změnám dochází až v okamžiku vypařování vázané vody – do tzv.stavu vlhkostní rovnováhy

• určité teplotě a vlhkosti vzduchu odpovídá určitá hodnota vlhkosti dřeva

Vlhkost relativní – podíl vody v procentech z celkové hmotnosti vzorku (max.100%)

Vlhkost absolutní – procentuelní podíl vody z hmotnosti absolutně suchého dřeva (i přes 100%)

• pro technické účely byla stanovena střední hodnota 30%

Mokré dřevo (trvale uloženo ve vodě)

více než 100%

Syrové dřevo čerstvě poraženého stromu

50 – 100%

Dřevo sušené dlouhodobě vzduchem

v obyč.podmínkách

15 – 20%

Dřevo sušené ve vytápěných místnostech

8 – 10%

Absolutně suché dřevo sušené v sušárnách

0%

V praxi se rozlišují stupně vlhkosti dřeva:

Vlhkost technická (výrobní) x vlhkost užitková

• vlhkost dřeva v době výroby výrobku • vlhkost době užívání výrobku

vlhkost technická = vlhkost užitková

(max. o 2% nižší)!!!

Stavební konstrukce 15 – 22%

Truhlářské výrobky (okna, dveře,…)

12 – 15%

Nábytek v mírně vytopené místnosti

10 – 22%

Nábytek v místnosti s ústředním topením

8 – 22%

Dýhy, překližky, laťky,… 5 – 7%

Hudební nástroje 5 – 7%

Rozměrové a tvarové změny dřevaSeschnutí = úbytek vlhkosti vázané ve dřevě

Bobtnání = příjem vlhkosti

Nejmenší sesychání je ve směru vláken (0,3 %), větší v radiálním (5 – 6 %) a největší v tangenciálním směru (10 – 12 %).

Čím je dřevo hustší (málo pórů), tím menší bude míra rozměrových změn při přijímání a ztrátě vlhkosti

Tvar prken z různých částí kmene:

1- po pořezu

2 – po vysoušení

3 - po nabobtnání

Borcení dřeva – dochází ke změnám tvaru dřeva v důsledku vnitřního napětí (rozdíly mezi tangenciálním a radiálním sesycháním; nerovnoměrné sesychání v důsledku pomalého pohybu vody ve dřevě při sušení

Praskání dřeva - je také důsledek vnitřních napětí ve dřevě, způsobených nerovnoměrným vysycháním dřeva. Protože na povrchu dřevo vysychá rychleji a uvnitř pomaleji, vzniká na povrchu dřeva tahové napětí. Vnitřní vrstvy jsou tak vystaveny tlakovému napětí. Pokud tahové napětí překročí mez pevnosti v tahu, dřevo praskne a vzniká povrchová výsušná trhlina směřující od povrchu ke dřeni. V dalším průběhu se děje opačný postup. Vlivem vysychání vnitřní části jsou tlakovému napětí vystaveny povrchové vrstvy, které však již rozměry nemění. Tahové napětí vzniká uvnitř, takže se mohou vytvořit vnitřní výsušné trhliny. V této fázi se povrchové trhliny poněkud uzavírají.

Ustrnutí dřeva - jev, který může nastat při sušení i navlhání dřeva. Jestliže na dřevo působí při sušení nebo vlhnutí síly, které překračují mez pružnosti, nemůže dřevo měnit svůj objem. V tom případě mění svůj objem trvale. Jestliže vznikne při nerovnoměrném vysychání ustrnutí v sušeném řezivu, vzniká napětí, které se vyrovnává trháním a deformací dřeva

Kornatění dřeva - může nastat jako důsledek nestejnoměrného ustrnutí jednotlivých vrstev dřeva. Může nastat při rychlém sušení dřeva o velké počáteční vlhkosti. V důsledku nerovnoměrného sušení a sesychání dřeva na povrchu a uvnitř může dojít k nestejnému ustrnutí povrchových a vnitřních vrstev. Pokud tahová napětí ve dřevě nepřekročí mez pevnosti, dřevo nepraskne ale ustrne. Ve dřevě v tom případě vznikají vnitřní napětí, která jsou v rovnováze. Dřevo se ale navenek může jevit bez deformací jako dobré. Avšak zkornatění se projeví nejvíce při podélném řezání– dřevo pilu svírá, nebo se rozestupuje a vzniklé části jsou prohnuté. Pokud není kornatění intenzivní, nemusí se projevit při řezání dřeva, ale až po několika hodinách

Otázky ke zkoušce1. Složení dřeva.

2. Významné vlastnosti dřeva.

3. Účinky vlhkosti na dřevo.

4. Rozměrové a tvarové změny dřeva.