Отклонение волокон от продольной оси сортимента называется наклоном волокон. Этот порок, который раньше носил название косослой, встречается у всех пород. Различают тангенциальный и радиальный наклон волокон. Тангенциальный наклон волокон обнаруживается на боковой поверхности круглых сортиментов и на тангенциальных пластях пиломатериалов; он связан с природным винтообразным расположением волокон в стволе. На стволах растущих деревьев и на неокоренных лесоматериалах тангенциальный наклон заметен по спирально расположенным трещинам коры, на окоренных круглых сортиментах — по винтообразным трещинам, на тангенциальной поверхности пиломатериалов — по отклонению направления смоляных ходов, сердцевинных лучей, трещин и полосок грибных поражений от продольной оси сортимента (рис. 85, а).
Если нет достаточно четких признаков, наклон волокон в пиломатериалах может быть обнаружен по рискам от легкого прочерчивания тонким, но не острым инструментом вдоль волокон. Он может быть также обнаружен путем пробного продольного раскола сортимента. Радиальный наклон волокон наблюдается при перерезании годичных слоев на радиальной или близкой к ней поверхности пиломатериала. Эта разновидность наклона волокон (по старой терминологии — искусственный косослой) получается при распиловке сильно сбежистых, закомелистых и кривых бревен. Если резы пилы проходят параллельно сердцевине, годичные слои и, следовательно, волокна на радиальной поверхности пиломатериала расположены под углом к ребру сортимента (рис. 85, б). В этом случае на тангенциальной поверхности пиломатериалов, а также при лущении на шпоне видны близко расположенные границы годичных слоев.
Радиальный наклон волокон получается также при раскрое на более мелкие заготовки (бруски, рейки) сердцовых (радиальных) досок под углом к их оси. Тангенциальный наклон волокон представляет собой очень распространенное природное явление; наиболее часто встречается он в стволах сосны, ели, лиственницы, граба и др. Широко распространен он в ленточных борах Западной Сибири и на Урале, где число стволов сосны с наклоном волокон достигает 78—88%. В наибольшем количестве этот порок встречается в древесине перестойных деревьев.
Рис. 85. Наклон волокон и способ его измерения: а — тангенциальный наклон; б — радиальный наклон.
В пределах одного древостоя он чаще наблюдается в более толстых стволах; это объясняется тем, что тангенциальный наклон волокон увеличивается с возрастом, достигая максимума в периферических слоях древесины. Изменение величин наклона волокон по радиусу ствола приводит к тому, что угол наклона волокон на противоположных (тангенциальных) сторонах пиломатериалов различен. Наклон волокон часто увеличивается по высоте ствола и в удаленных от комля отрезах ствола он возрастает. Спиральное направление волокон объясняется формой клеток камбия: благодаря наклону поперечных стенок вновь образованные клетки древесины при росте в длину отклоняются от вертикального направления и растут косо.
Однако причина того, что наклон поперечных стенок клеток камбия направлен в определенных случаях в одну сторону, остается невыясненной. Полагают, что существенное влияние при этом оказывает ветер, а возможно, и другие факторы — индивидуальные особенности, наследственность. Толщина тангенциальных стенок ранних и поздних трахеид древесины сосны с наклоном волокон, по проведенным исследованиям, оказалась в среднем на 18% больше, чем у прямоволокнистой древесины; число окаймленных пор на трахеидах также значительно больше, чем у прямослойной древесины (при угле наклона волокон 15° это увеличение составило 50%), причем поры сосредоточены в средней части трахеид.
Наклон волокон на тангенциальной поверхности пиломатериалов может быть не связан со спиральным расположением волокон в стволе дерева. Эта разновидность тангенциального наклона волокон получается в результате распиловки прямоволокнистои доски (бруса) на мелкие детали при направлении резов под углом к продольной осп исходного сортимента. Отличить этот вид порока от природного тангенциального наклона волокон можно по одинаковой величине угла наклона волокон на противоположных сторонах сортимента. Величина наклона определяется по отклонению волокон от продольной оси или кромки сортимента на участке длиной 1 м. В круглых сортиментах это отклонение может измеряться в долях диаметра верхнего торца или в сантиметрах, а в пиломатериалах — только в сантиметрах. Обычно величина наклона волокон выражается в процентах. Для этого используют формулу:
где К — величина наклона волокон, %; l — длина измеряемого участка сортимента, см (мм); h — величина отклонения волокон от продольной оси сортимента на данном участке l, см (мм).
Тангенциальный и радиальный наклоны волокон измеряют соответственно на тангенциальной или радиальной поверхности сортимента (см. рис. 85). В шпоне при перерезании годичных слоев определяется среднее расстояние между их границами, измеренное на участке длиной 100 мм в зоне наиболее тесного расположения годичных слоев. В зависимости от величины наклона волокон и вида действующих усилий прочность древесины существенно уменьшается. Наибольшее снижение прочности наблюдается при растяжении вдоль волокон, заметно снижение Прочности при статическом изгибе и наименьшее влияние оказывает этот порок на прочность при сжатии вдоль волокон. Чем больше величина наклона волокон, тем сильнее снижается прочность древесины.
Таблица 63. Механические свойства древесины при различном наклоне волокон.
Наименование показателей | Показатели (% от показателей прямоволокнистой древесины) при наклоне волокон, % | |||
0—3 | 6 | 9 | 12 | |
Предел прочности при сжатии | 100 | 99,0 | 96,4 | 97,3 |
Предел прочности при растяжении вдоль волокон | 100 | 100 | 80,4 | 76,1 |
Предел прочности при статическом изгибе | 100 | 98,5 | 95,5 | 89,4 |
Удельная работа при ударном изгибе | 100 | 100 | — | 95,5 |
Из таблицы видно, что при наклоне волокон до 6% прочность практически не уменьшается. Значительное снижение прочности наблюдается при наклоне 9% и более. Модуль упругости существенно снижается при увеличении наклона волокон, особенно при сжатии вдоль волокон. При наклоне волокон, равном примерно 9%, модуль упругости при сжатии вдоль волокон оказался меньше на 20%, при растяжении вдоль волокон — на 13%, а при статическом изгибе — на 4%. Влияние искусственного тангенциального наклона волокон на прочность древесины сосны характеризуется данными, приведенными в табл. 64.
Таблица 64. Влияние искусственного тангенциального наклона волокон на прочность древесины сосны.
Наименование показателя | Показатели (% от показателя прямоволокнистой древесины) при искусственном наклоне волокон, % | |||
5 | 9 | 17,5 | 27 | |
Предел прочности при сжатии | 99,5 | 96,5 | 90,5 | 80,0 |
Предел прочности при статическом изгибе | 94,0 | 90,5 | 66,0 | 51,5 |
Сравнение этих данных с данными табл. 63 показывает, что искусственный тангенциальный наклон волокон, полученный при распиловке прямоволокнистых пиломатериалов, оказывает более сильное влияние на прочность древесины, чем природный тангенциальный наклон волокон. Вполне вероятно, что влияние тангенциального наклона на прочность таких сортиментов будет иным, чем на прочность пиломатериалов небольшого сечения. Не исключена возможность, что в некоторых случаях тангенциальный наклон волокон будет оказывать положительное влияние на механические свойства круглых сортиментов. Наклон волокон увеличивает усушку сортиментов в продольном направлении и служит причиной образования винтовой покоробленности. Кроме того, наклон волокон затрудняет механическую обработку древесины и ухудшает ее способность к загибу.