Proprietatile fizice ale lemnului

Proprietatile fizice ale lemnului

Lemnul fiind un material anizotrop si un produs al vietii vegetale, proprietatile sale fizico-mecanice depind de: structura sa fibroasa si orientata, continutul de apa, defectele sale. De aceea, proprietatile sale se refera la materialul sanatos, fara defecte, cu un continut de apa de 15 % si la sectiunea avuta in vedere (transversala, radiala sau longitudinala).

Culoarea lemnului variaza de la o specie la alta, de la alb la negru. Totodata, ea poate varia chiar la aceeasi specie, in jurul unei culori caracteristice de baza. La operatiile de identificare a speciei se ia in considerare culoarea lemnului netratat, deoarece culoarea se modifica in urma tratamentelor termice sau chimice.

Culoarea lemnului se schimba sub actiunea razelor solare, devenind in general cenusie sau negricioasa si, totodata, ca urmare a oxidarii.

La speciile cu alburn si duramen, culorile celor doua zone sunt diferite, avand fie nuante ale aceleiasi culori de baza, fie culori de baza complet diferite. Lemnele fara diferenta de culoare intre alburn si lemnul matur sunt denumite si unicolore, iar cele cu alburn si duramen distinct, lemne bicolore, tinandu-se seama doar de diferenta de culoare dintre cele doua zone, nu si de variatia de culoare a acestora.

Culoarea lemnului poate fi uniforma sau variata, in zone sau benzi de diferite nuante sau chiar culori de baza deosebite.

In general, lemnele se pot grupa dupa urmatoarele culori de baza: alb, galben, brun, rosu, cenusiu, verde, violet si negru.

In tabelul 1 sunt prezentate culorile specifice ale lemnului unor specii autohtone sau exotice.

Tabelul 1. Culorile lemnului unor specii autohtone si exotice

Luciul lemnului este determinat de proprietatea sa de a reflecta lumina. Luciul depinde de structura lemnului, pozitia sectiunii prin lemn (respectiv fata de elementele anatomice), calitatea netezirii suprafetei si unghiul sub care cade lumina pe ea. Razele medulare sunt elementele anatomice care contribuie cel mai mult la formarea luciului lemnului, deoarece sectiunea radiala reflecta foarte bine lumina (cu exceptia aninului, carpenului si plopului tremurator). In al doilea rand, fibrele lemnului, prin asezarea lor compacta in zone, in anumite pozitii de sectionare dau un luciu caracteristic.

Lemnul este foarte putin lucios pe sectiunea transversala, este uneori lucios pe sectiunea tangentiala si prezinta luciul caracteristic pe sectiunea radiala. Spre a sugera caracterul luciului, acesta este indicat prin comparatie cu alte materiale. De exemplu, paltinul, platanul si bradul prezinta un luciu matasos, mesteacanul un luciu argintiu, salcamul un luciu auriu etc.

Speciile de lemn care prezinta luciu sunt utilizate la fabricarea furnirelor estetice radiale.

Desenul lemnului rezulta din combinarea elementelor structurale vizibile precum: inelele de crestere anuala, razele medulare, fibrele, nodurile, culoarea si sunt puse in evidenta prin modul de debitare. In timp ce desenul lemnului debitat in sectiune transversala nu prezinta interes din punct de vedere estetic, sectiunile radiale, tangentiale si cele derivate (oblice, semiradiale, semitangentiale) conduc la obtinerea unor desene cu un aspect deosebit.

In general, speciile de rasinoase, datorita constitutiei mai regulate si mai omogene, au desenul simplu, iar cele de foioase, mult mai variat, datorita structurii neomogene. Un desen frumos se obtine prin taierea in plan tangential in special a speciilor: nuc, frasin, ulm, artar, paltin, mesteacan.

O serie de defecte de structura ale lemnului conduc la aparitia unor desene foarte valoroase din punct de vedere estetic. Astfel, nodurile mici, provenind din muguri dorminzi, conduc la aparitia desenului „ochi de pasare” la paltin, mesteacan, arin, iar existenta fibrelor crete conduce la aparitia unui desen ondulat (la paltin si frasin), inflorat (la mahon), penat sau „coada de paun” (paltin). Desenul lemnului prezinta importanta indeosebi la alegerea furnirelor utilizate la acoperirea pieselor de mobilier.

Textura este o caracteristica a suprafetei lemnului determinata de forma, dimensiunile si gruparea elementelor anatomice. Textura este specifica fiecarei specii de lemn si poate fi: foarte fina (tisa, mahon), fina (nuc, paltin), semifina (mesteacan, anin) sau aspra (stejar, ulm, frasin).

Densitatea lemnului, definita ca raport intre masa si volumul acestuia, determinate la aceeasi valoare a umiditatii, difera de la o specie la alta. Ea este influentata de conditiile de vegetatie din timpul dezvoltarii arborilor, variind chiar in cuprinsul aceluiasi arbore si este foarte mult dependenta de umiditatea lemnului. De aceea, in practica se determina mai ales densitatea aparenta corespunzatoare unei umiditati de 15 %. Din acest punct de vedere, speciile de lemn se impart in sase clase:

lemn foarte greu, cu densitatea aparenta mai mare de 0,8 g/cm³ (stejar brumariu, ulm, corn, jugastru de Banat, abanos, guaiac, lemnul de lamai, macore, lemn de maslin etc.)

lemn greu, cu densitatea aparenta cuprinsa intre 0,71-0,8 g/cm³ (stejar, carpen, salcam, amarant, palisandru, santal etc.)

lemn semigreu, cu densitatea aparenta cuprinsa intre 0,61-0,70 g/cm³ (mesteacan, nuc, fag, frasin, tisa, mahon american, tec etc.)

lemn semiusor, cu densitatea aparenta cuprinsa intre 0,51-0,60 g/cm³ (tei, castan, arin, nuc american, cedru de Liban etc.)

lemn usor, cu densitatea aparenta cuprinsa intre 0,41-0,50 g/cm³ (brad, molid, plop, salcie etc.)

lemn foarte usor, cu densitatea aparenta sub 0,40 g/cm³ (plopul negru, balsa etc.).

Umiditatea lemnului dupa taiere, in functie de specie, este de 60-100 % (raportata la masa lemnului uscat). Este neuniform repartizata in masa lemnului, fiind mai ridicata in tesuturile tinere si in partea superioara a trunchiului.

In lemn, apa se gaseste sub urmatoarele forme:

apa libera sau de imbibatie, prezenta in cavitatea celulelor lemnoase, vase, traheide si spatii intercelulare.

apa de higroscopicitate sau de saturatie, fixata prin adsorbtie si condensare capilara pe fibrele de celuloza din peretii celulelor.

apa legata chimic in substantele ce intra in compozitia chimica a lemnului si care poate fi eliminata numai prin arderea sa.

Un lemn cu peste 30 % apa este un lemn verde si, lasat in aer, pierde treptat toata apa libera. In acel moment, el contine numai apa de higroscopicitate si apa legata chimic, ajungand la punctul de saturatie al fibrelor lemnoase. Acesta corespunde unei umiditati relative in lemn de25-40 %, in functie de specie. Pana in acest punct proprietatile fizico-mecanice ale lemnului nu variaza semnificativ. Daca lemnul este lasat timp indelungat in aer cu umiditatea relativa si temperatura constante, evaporarea continua, lemnul pierde in continuare si o parte din apa de higroscopicitate, pana cand se stabileste un echilibru de umiditate a lemnului, cu umiditatea din atmosfera. Aceasta umiditate de echilibru, numita si umiditate normala, este practic egala pentru toate speciile de lemn, fiind de 15 % pentru conditiile climatice din tara noastra.

Variatia continutului in apa de higroscopicitate a lemnului antreneaza o variatie a proprietatilor fizico-mecanice ale lemnului. Astfel, daca umiditatea lemnului se reduce sub punctul de saturatie, rezistentele mecanice cresc, atingand valori maxime cand apa de higroscopicitate dispare complet.

Contragerea si umflarea. Variatia continutului in apa de higroscopicitate provoaca si variatia de volum a lemnului (lemnul „lucreaza”). Prin micsorarea continutului in apa de higroscopicitate sub punctul de saturatie, lemnul sufera un fenomen de contragere, datorita adsorbtiei apei de pe suprafetele pachetelor celulozice, ele apropiindu-se unele de altele. Prin cresterea continutului in apa de higroscopicitate peste punctul de saturatie, lemnul sufera un fenomen de umflare datorita adsorbtiei apei pe suprafetele pachetelor celulozice hidrofile, apa avand in acest caz rolul unei pene care desface si indeparteaza pachetele unele de altele.

Umflarea si contragerea nu se manifesta uniform datorita elementelor anatomice care au o comportare diferita la variatia umiditatii. Astfel, contragerea pe directia tangentiala este de 4-14 %, pe directia radiala de 2-8,5 % si pe directia longitudinala de 0,1-0,35 %, iar umflarea pe directia tangentiala este de 6-13 %, pe directia radiala 3-5 % si pe directia longitudinala de 0,1-0,8 %.

De asemenea umflarea si contragerea lemnului difera in functie de specie. Din acest punct de vedere distingem specii cu:

contragere mica (nucul, plopul)

contragere medie (rasinoasele)

contragere mare (stejarul, fagul, frasinul)

Contragerea si umflarea sunt fenomene nedorite, deoarece provoaca deformarea si craparea lemnului, iar umiditatea ridicata ii micsoreaza rezistenta mecanica favorizand, totodata, putrezirea sa.

Dilatarea termica a lemnului este redusa. Coeficientul de dilatare termica a lemnului este de 3-8 10^-6 1/ C in sensul fibrelor si de 10-20 de ori mai mare in sens perpendicular. Coeficientul de dilatare termica la lemn este de 2-4 ori mai mic decat la otel.

Conductibilitatea termica este in general mica, coeficientul de conductibilitate termica fiind in medie de 0,09-0,30 kcal/m h grd, ceea ce face ca lemnul sa fie considerat un material termoizolant. Coeficientul de conductibilitate termica este de doua ori mai mare in directia paralela cu fibrele decat perpendicular pe fibre; in directia radiala este putin mai mare decat in directia tangentiala. Coeficientul de conductibilitate termica creste cu densitatea aparenta, cu umiditatea si temperatura lemnului.

Conductibilitatea electrica a lemnului depinde in mod determinant de umiditatea sa. Astfel, lemnul verde sau umed este un bun conducator de electricitate, in timp ce lemnul uscat, vopsit, lacuit sau impregnat cu rasini, electroizolant este un bun izolator. Rezistivitatea de volum a lemnului cu umiditatea de 15 % variaza in functie de specie intre 1,5 10¹⁰-3,6 10¹⁶ W cm, iar rigiditatea dielectrica este in jur de 27-28 kV/mm.

Conductibilitatea acustica a lemnului depinde de specie, de umiditate, de directia de propagare a undelor acustice si de grosimea obiectelor din lemn. O conductibilitate acustica buna prezinta molidul, bradul, paltinul si carpenul. De asemenea, conductibilitatea acustica este mai buna in lungul fibrelor si mai slaba in sens perpendicular.

Datorita si altor fenomene care au loc la transmiterea undelor sonore prin masa lemnului, precum: reflexia, absorbtia si rezonanta, lemnul este un material valoros nu numai ca fonoizolant, ci si pentru confectionarea instrumentelor muzicale.

1.4  Proprietati mecanice

Duritatea este definita ca rezistenta pe care o opune lemnul la patrunderea in suprafata sa a unui corp apasat cu o anumita forta. Lemnul fiind un material anizotrop, duritatea sa variaza in functie de directia de aplicare a fortei fata de fibrele lemnoase. Astfel duritatea obtinuta prin aplicarea fortei paralel cu fibrele este mai ridicata decat cea rezultata in urma aplicarii fortei perpendicular pe fibre.

Un procedeu uzual de determinare a duritatii lemnului este procedeul Janka, care consta in masurarea fortei ce trebuie aplicata asupra unei bile de otel cu diametrul de 11,284 mm spre a patrunde jumatate in lemn. Luand in considerare duritatea Janka determinata in directia paralela cu fibrele, speciile de lemn pot fi grupate in urmatoarele clase:

foarte moi, cu duritatea mai mica de 250 daN/cm² (pinul strob, balsa)

moi, cu duritatea cuprinsa intre 251-500 daN/cm² (brad, molid, tei alb, salcie, plop tremurator, pin, cedru de Liban etc.)

semidure, cu duritatea cuprinsa intre 501-650 daN/cm² (platan, ulm, castan, stejar rosu american, artar american, tec, santal)

dure, cu duritatea cuprinsa intre 651-1000 daN/cm² (fag, frasin, cer, jugastru, nuc, stejar, tisa, salcam, pernambuc, mahon african, macore, palisandru)

foarte dure, cu duritatea mai mare de 1000 daN/cm² (stejar pufos, corn, soc, frasin american, maslin, guaiac, abanos etc.).

Rezistentele mecanice ale lemnului depind in mare masura de specia arborelui precum si de directia de executare a efortului fata de directia fibrelor. Astfel, rezistentele mecanice ale lemnului de stejar, fag, frasin, salcam sau nuc, care se numesc esente tari, sunt sensibil mai mari decat ale lemnului de brad, molid, tei, plop sau salcie, care se numesc esente moi.

Rezistenta la compresiune perpendicular pe fibre este de 1/5-1/10 din rezistenta paralel cu fibrele. In tabelul 2 sunt prezentate cateva valori ale rezistentei la compresiune pentru speciile lemnoase uzuale.

Tabelul 2. Rezistenta la compresiune a lemnului

Rezistenta la intindere (tractiune), paralel cu fibrele, este de doua ori mai mare decat rezistenta la compresiune paralel cu fibrele, iar perpendicular pe fibre este de 1/20-1/40 din rezistenta la intindere paralel cu fibrele.

In tabelul 3 sunt prezentate valorile rezistentei la tractiune pentru principalele esente lemnoase.

Tabelul 3. Rezistenta la tractiune a lemnului

Rezistenta la incovoiere a lemnului este buna, intrucat la incovoiere distrugerea incepe la partea inferioara (in zona intinsa), astfel ca lemnul este solicitat in sensul in care prezinta cea mai mare rezistenta. In tabelul 4 sunt prezentate valorile rezistentei la incovoiere statica pentru principalele esente lemnoase.

Tabelul 4. Rezistenta la incovoiere statica

Rezistenta la uzura a lemnului exprima capacitatea acestuia de a se opune unor forte mecanice de frecare. Rezistenta la uzura depinde de specie, fiind mai mare la speciile cu densitate aparenta mai mare si umiditate mai mica. Din acest punct de vedere, speciile din tara noastra se clasifica in:

foarte rezistente: salcamul

rezistente: nucul, fagul, carpenul, frasinul, stejarul, gorunul

putin rezistente: pinul silvestru, salcia alba, ulmul, bradul.

Rezistenta la uzura depinde si de directia fortelor de frecare fata de orientarea fibrelor. Uzura cea mai redusa se obtine pe sectiunea radiala, iar cea mai ridicata pe sectiunea transversala.

Rezistenta la uzura este o caracteristica importanta mai ales pentru parchet si pardoseli.

Alte proprietati ale lemnului

Comportarea la incalzire progresiva. Lemnul este instabil la temperaturi sub 110 C, combustibil la 200 C si inflamabil la 300 C, aprinzandu-se si in absenta flacarii, datorita substantelor gazoase distilate.

Rezistenta la coroziune in apa curata este buna. In apa cu activitate biologica intensa rezistenta lui este slaba, iar in apa de mare lemnul se comporta rau. In solutii alcaline slabe este aproape rezistent, iar in solutii acide incepe sa se distruga abia de la pH 2 , rasinoasele fiind mai stabile la actiunea acizilor decat foioasele.

Durabilitatea reprezinta rezistenta lemnului la actiunea distructiva complexa a mediului inconjurator si depinde de specia lemnului, de zona atacata, de umiditate, de temperatura. In aer, unele specii de lemn dureaza mult (stejarul, ulmul, salcamul, nucul), dureaza mijlociu (molidul, bradul, frasinul) sau dureaza putin (fagul, teiul, mesteacanul). In apa, stejarul, pinul, ulmul dureaza mult iar plopul, mesteacanul si alte specii moi dureaza putin.

Durabilitatea lemnului poate fi marita prin impregnarea sa cu diverse substante chimice (rasini sintetice sau substante antiseptice).