Эти диаграммы показывают, что влияние повышенной температуры менее всего сказывается на прочности при растяжении вдоль волокон: при повышении температуры с 10 до 100° С прочность при растяжении снижается примерно на 16%, а при сжатии вдоль волокон — более чем вдвое. Прочность при статическом изгибе также сильно снижается при высокой температуре.
Рис. 69. Влияние повышенной температуры на прочность древесины сосны при влажности 12%: 1прочность при растяжении вдоль волокон, 2 — то же при статическом изгибе, 3 — то же при сжатии вдоль волокон.
Механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности воздействия и влажности древесины. Удельная работа при ударном изгибе для древесины с низкой влажностью уменьшается с повышением температуры, а при высокой влажности, наоборот, увеличивается (испытывалась древесина в нагретом состоянии). При помощи нагревания древесины можно достичь снижения разбухания и усушки. Однако такая обработка неизбежно связана со снижением прочности, в особенности удельной работы при ударном изгибе. Повышение стабильности и снижение прочности тем больше, чем выше температура и продолжительность нагрева. По имеющимся данным, нагревом древесины в расплавленном металле (сплав из 50% олова, 30% свинца и 20% кадмия, плавящийся при температуре около 150°) можно вдвое повысить стабильность, но удельная работа при ударном изгибе при этом снизится на 50%. Нагрев в металле вызывает меньшее снижение механических свойств, чем нагрев на воздухе. Таким образом, действие на древесину высоких температур в первую очередь и в большей мере отражается на удельной работе при ударном изгибе: древесина становится хрупкой. Степень влияния зависит от величины температуры и продолжительности ее воздействия.
Отмеченное выше более сильное снижение ударной вязкости при нагреве древесины лиственных пород объясняется изменением химического состава древесины, происходящим в результате распада пентозанов и уменьшения их количества. Так как пентозаны в составе клеточной оболочки играют механическую роль, а лиственные породы содержат их в 2—3 раза больше, чем хвойные, снижение удельной работы при ударном изгибе для древесины лиственных пород выражено в большей мере. При нагревании древесины происходит в первую очередь гидролиз гемицеллюлоз: содержание пентозанов в древесине бука уменьшается с 23,8% при нагревании в течение 3 ч при температуре 150, 200 и 250° соответственно до 23,5, 11,6 и 0,9%, а в древесине ели — с 12,3 до 11,3%; с 7,1 до 0,9%.
Таблица 56. Пределы прочности древесины дуба при сжатии вдоль волокон.
Температура, °С | Пределы прочности, кГ/см2, при влажности, % | |||||
0 | 9 | 15 | 30 | 45 | 60 | |
25 | 91,5 | 59,5 | 47,1 | 30,5 | 31,7 | 30,8 |
45 | 84,5 | 50,0 | 38,7 | 24,0 | 25,1 | 24,0 |
60 | 79,3 | 42,8 | 32,2 | 18,3 | 20,0 | 18,9 |
80 | 72,6 | 33,0 | 23,8 | 12,8 | 13,4 | 11,4 |
100 | 65,9 | 23,5 | 15,1 | 6,3 | 7,1 | 5,6 |
Данные табл. 56 и 57 показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины, при этом одновременное действие обоих факторов вызывает большое снижение прочности по сравнению с действием одного из них. Влияние влажности наблюдается до предела гигроскопичности; дальнейшее увеличение влажности практически не отражается на прочности. Влияние же температуры непрерывно на диапазоне ее изменения. Совместное влияние температуры и влажности существенно отражается на реологических показателях, исследованных при растяжении и сжатии в тангенциальном направлении поперек волокон древесины основных пород.
Таблица 57. Влияние температуры на прочность при сжатии древесины вдоль и поперек волокон.
Свойства | Температура, Со | Прочность при сжатии древесины, кг/см2, при влажности древесины, % | ||||
0 | 15 | 30 | 50 | 100 | ||
Предел прочности при сжатии вдоль волокон | 20 | 740 | 354 | 201 | 200 | 200 |
50 | 732 | 239 | 125 | 127 | 120 | |
100 | 644 | 114 | 63 | 60 | 73 | |
20 | 37 | 23 | 15 | 13 | 12 | |
77 | 41 | 22 | 21 | 20 | ||
Условный предел прочности при сжатии поперек волокон | 50 | 25 | 17 | 12 | 13 | 11 |
54 | 28 | 13 | 14 | 14 | ||
100 | 23 | 15 | 8 | 6 | 6 | |
50 | 17 | 8 | 7 | 7 |
Примечание: В числителе приведены данные при радиальном сжатии, в знаменателе — при тангенциальном.
Таблица 58. Влияние повышенной температуры при разной влажности на прочность древесины при растяжении поперек волокон.
Порода | Температура, °С | Предел прочности, кг/см2, при растяжении | |||||
радиальном и влажности древесины, % | тангенциальном и влажности древесины, % | ||||||
15 | 25 | 50 | 15 | 25 | 50 | ||
Сосна | 20 | 50 | 40 | 32 | 32 | 25 | 24 |
40 | 45 | 28 | 27 | 27 | 21 | 19 | |
80 | 35 | 24 | 23 | 23 | 14 | 12 | |
Дуб | 20 | 79 | 76 | 68 | 75 | 59 | 56 |
40 | 73 | 66 | 59 | 66 | 50 | 43 | |
80 | 54 | 43 | 40 | 41 | 29 | 28 |
Так, для березы при увеличении влажности от 10% до Wu.r. мгновенный модуль упругости снижается в 4 раза, а при температуре 95° — в 8 раз; длительный модуль упругости снижается соответственно в 5 и 7 раз, время релаксации — в 4 раза. С увеличением числа циклов механические свойства древесины понижаются при всех вариантах изменений температуры и при всех градациях влажности. Особенно заметно снижается прочность после первых 40 циклов, затем снижение прочности замедляется. Если при механических испытаниях древесины не проводится кондиционирование состояния среды, то полученные показатели приводятся к стандартной температуре 20° по формуле:
где β — поправочное число на температуру, кг/см2; t — температура древесины в момент испытаний. Значения поправочных чисел β даны в соответствующих ГОСТ.