Общие сведения о плотности

Плотность является важнейшей качественной характеристикой древесного сырья, которую необходимо учитывать как в процессе использования древесины, так и при лесовыращивании.

Плотность древесины как показатель качества древесины имеет преимущества перед всеми другими показателями.

На основе плотности можно рассчитать содержание сухого вещества в древесине и определить весовую продуктивность древостоев; оценить эффективность лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение производительности насаждений.

Плотность древесины влияет на многие физические свойства, а также дает представление о механических свойствах древесины. Показатель плотности можно использовать при отборе высокосортных свай, столбов линий электропередач и других изделий, где основным фактором является высокая прочность.

Главным образом от плотности древесины зависит качество сырья, используемого в производстве древесностружечных плит.

Плотность определяет топливные свойства древесного сырья(объемную теплотворную способность древесины).

Плотность характеризуется отношением массы вещества к его объему и имеет размерность кг/м³ . Принято различать следующие виды плотности применительно к древесине.

Плотность древесинного вещества ρд.в., кг/м³, в абсолютно сухом состоянии можно вычислить по формуле

Массу древесинного вещества с достаточной точностью можно определить, взвешивая образец древесины на аналитических весах, пренебрегая при этом массой воздуха, содержащегося в пустотах древесины.

Объем древесинного вещества в образце определяют, применяя способы, основанные на измерении объема вытесненной образцом жидкости (вода, бензин, толуол).

Плотность древесинного вещества, определенная по объему, измеренному в толуоле составляет 1440 – 1460 кг/м³, в воде – 1530 кг/м³ для всех древесных пород.

Плотность абсолютно сухой древесины ρо, кг/м³, характеризует отношение массы древесины при отсутствии в ней воды (W=0%)

где mо – масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг;

Vо – объем образца древесины в том же состоянии, м³.

Плотность абсолютно сухой древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она в себя пустоты, заполненные воздухом (полости клеток и межклеточные пространства).

Плотность абсолютно сухой древесины можно определить в зависимости от плотности древесинного вещества по формуле

где П – пористость древесины, %.

Базисная плотность ρб, кг/м³, показывает отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок

где mо – масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг;

Vмах – объем образца древесины при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок, м³.

Ранее данную плотность называли условной, так как в реальности такая характеристика искусственна. Однако базисная плотность имеет вполне определенный базовый физический смысл и широко используется для расчетов процессов нагревания, сушки и пропитки древесины. Плотность древесины существенно зависит от ее влажности.

Плотность древесины при данной влажности ρw, кг/м³, определяется отношением массы образца при любой влажности к его объему при той же влажности

где mw – масса образца древесины при влажности W, кг;

Vw – объем образца древесины при влажности W, м³.

Возрастание плотности в этом случае зависит от объема пустот, которые могут быть заполнены водой. Поэтому максимальная плотность древесины в большей степени отличается от базисной у менее плотных пород.

Зная влажность древесины, можно определить ее плотность при данной влажности, а также максимально возможную влажность по диаграмме плотности (рисунок 3.1).

Парциальная плотность древесины ρ׳w, кг/м³, определяется отношением массы образца в абсолютно сухом состоянии к его объему при любой данной влажности

где mо – масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг;

Vw – объем образца древесины при влажности W, м³.

Зная плотность древесины ρw при данной влажности W, можно определить парциальную плотность древесины по формуле

Парциальная плотность древесины зависит от влажности,  влияющей на объем древесины. Минимальное значение парциальной плотности древесины наблюдается при влажности равной или выше предела насыщения клеточных стенок, когда древесина имеет наибольший объем.

Максимальное значение парциальная плотность имеет при W = 0, когда она равна плотности абсолютно сухой древесины.

Плотность древесины при нормализованной влажности ρ12 определяется отношением массы образца при влажности 12% к его объему при той же влажности.

К древесным породам с малой плотностью относятся сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, осина. К древесным породам со средней плотностью относятся лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ясень, клен. К древесным породам с высокой плотностью относятся граб, самшит, акация и др.