Размерная усадка
Размерная усадкаДревесина не только гигроскопична, то есть набирает или теряет влагу из окружающего воздуха, но и анизотропна. Это означает, что древесина имеет различные свойства в зависимости от направления или ориентации волокон – разные свойства в различных направлениях, и одна из областей, где это свойство наиболее ясно видно – размерная усадка.
В отличие от простой губки или другого изотропного материала, древесина анизотропная – она не усыхает равномерно, и понимание этого поможет избежать некоторых ошибок и предотвращении многих дефектов, связанных с усадкой, которые могут возникнуть только через месяцы, или даже годы, после того, как изделие из древесины будет сделано.
Основная оценка усадки – выраженное в процентах количество, на которое древесина уменьшается при переходе её от сырого (зелёного) состояния к состоянию абсолютно сухого. Другими словами, поскольку древесина в свежеспиленном состоянии имеет наибольший размер, а абсолютно сухая древесина представляет собой самый сухой и поэтому самый маленький объём, то измерение максимально возможного процента усадки – это и называется объёмной усадкой древесины.
Объёмная усадка указывает на то, насколько сильно будет сжиматься древесная порода, но она не указывает направление усадки. Две основные плоскости или поверхности древесины, на которых происходит усадка, расположены поперёк радиальной плоскости и поперёк тангенциальной плоскости, что соответствует радиальной усадке и тангенциальной усадке. Эти два значения, при суммировании, должны примерно складываться в объёмную усадку.
Величина, на которую заготовка дерева будет сжиматься в длину, называется продольной усадкой, и она настолько мала, обычно от 0,1% до 0,2%, что это несущественно для объёмной усадки. Это обстоятельство используется при производстве фанеры – у неё слои древесного шпона склеиваются перпендикулярно соседнему слою, что имеет эффект ограничения большей радиальной или тангенциальной усадки внутри слоев шпона. В результате усадка для ширины и длины фанерной плиты обычно составляет менее 1%, хотя изменения толщины все еще остаются примерно такими же, как и для твёрдой древесины.
Радиальная усадка твёрдой древесины может варьироваться от 2% (для некоторых наиболее стабильных пород древесины) до примерно 8% (для наименее стабильных пород). Большинство пород древесины попадают в диапазон от 3% до 5% радиальной усадки. Тангенциальная усадка может варьироваться от 3% до 12%. Большинство древесных пород попадают в диапазон 6%–10% тангенциальной усадки. Соответственно, объёмная усадка обычно находится в диапазоне 9%–15% для большинства пород древесины.
Отношение между этими двумя значениями усадки выражается как отношение тангенциальной к радиальной усадке или просто отношение Т/Р. В дополнение к объёмной усадке, которая измеряет величину усадки, отношение Т/Р служит для измерения равномерности усадки и является ещё одним хорошим показателем стабильности древесины. В идеале древесная порода с хорошей стабильностью должна иметь низкую объёмную усадку, так и низкое соотношение Т/Р.
Гипотетическая кривая усадки, хотя скорости усадки могут значительно варьироваться между видами, и даже внутри одного и того же вида – этот график помогает проиллюстрировать скорости усадки и их средние пропорции друг к другу. Данные были построены на основе значений для Клёна сахарного (Acer saccharum), который имеет отношение Т/Р = 2,1. Объёмная усадка, не изображенная на рисунке, обычно близка к сумме трёх значений усадки, представленных выше. Тангенциальная усадка составляет львиную долю общей усадки – около 2/3, причём радиальная усадка составляет большую часть оставшейся трети, а продольная усадка практически равна нулю.
Следует отметить, что только потому, что конкретный вид древесины испытывает высокую начальную усадку во время сушки, не всегда коррелирует с равным набуханием после того, как он был высушен. Например, Липа имеет довольно высокие начальные проценты усадки: 6,6% радиальной, 9,3% тангенциальной и 15,8% объёмной, но её изменение в процессе эксплуатации относительно невелико. Использование данных об усадке и соотношении Т/Р просто предлагает столярам лучший способ сделать обоснованное предположение.
В различных породах древесины соотношение Т/Р может варьироваться от чуть более 1 до почти 3. При соотношении Т/Р равном 1, усадка будет происходить совершенно равномерно по всей ширине и толщине доски. При соотношении Т/Р равном 3, флатсаун будет сжиматься или набухать втрое быстрее квартерсаун.
Как общее эмпирическое правило для большинства видов, тангенциальная усадка примерно вдвое превышает радиальную усадку, что приводит к среднему соотношению T/R около 2. Это помогает объяснить, почему доски quartersawn считаются более устойчивыми, чем доски flatsawn. С пиломатериалами quartersawn толщина доски делает большую часть усадки или набухания, при этом поверхность доски демонстрирует минимальное изменение ширины – полезная характеристика для такого использования, как доски напольного покрытия или столешницы.