درباره چوب و خواص آن

چوب یک ماده جامد متخلخل فیبری شکل است که دارای ساختمانی با یاخته های سازمان یافته و در عین حال ناهمگن است. بطور معمول چوب از تنه یک درخت بدست می آید که خود از 2 قسمت تشکیل شده است:

  1. چوب برون یا چوب جوان که معمولا رنگ آن روشن بوده و قسمت فعال تنه درخت را تشکیل می دهد، زیرا انتقال مواد غذایی بین ریشه و برگها را به عهده دارد.
  2. چوب درون یا چوب پیر است که معمولا تیره رنگ تر از چوب جوان است. سلولهای این قسمت غیرفعال بوده ولی با ذخیره مواد استخراجی و حفظ استحکام، زندگی درخت را تداوم می بخشند.

در شکل زیر ساختار تنه یک درخت با نمایش برش های مختلف عرضی، مماسی و شعاعی نشان داده شده است:

تصویر: چوب جوان و چوب پیر

تصویر (1): چوب جوان و چوب پیر در تنه یک درخت

تصویر: ساختار تنه یک درخت با نمایش برش های مختلف از آن

تصویر (2): ساختار تنه یک درخت با نمایش برش های مختلف از آن

علل کاربرد فراوان چوب در زمینه های مختلف را می توان در هر یک از مزایای زیر جستجو کرد:

  • خواص مكانیكی نسبتا خوب مانند نسبت استحکام به وزن مطلوب و ضربه پذیری مناسب (نسبت استحکام به وزن چوب از فولاد بیشتر است)
  • ارزانی، در دسترس بودن و سهولت ساخت (قیمت جهانی الوار به ازای هر کیلو گرم در حدود 50 سنت است)
  • عایق گرمایی و الکتریکی خوب و جاذب صدا
  • قابلیت پرداخت سطحی، رنگ پذیری، كنده كاری و برش
  • تجدید پذیری مجدد درخت و عدم آلودگی محیط زیست

خواص فیزیکی و مکانیکی چوب

همانطور که اشاره شد، چوب ها از نسبت "استحکام به وزن" خوبی برخوردارند. باید توجه کرد که استحكام چوب ها به 2 عامل زیر بستگی دارد:

  1. میزان فشردگی الیاف موجود در ساختمان چوب
  2. ضخامت جداره چوب ها

اگرچه چوبی که مقدار الیاف آن بیشتر باشد سخت تر و مستحکم تر است، اما طبیعتا آن چوب سنگین تر نیز خواهد بود.

سبك ترین چوب در طبیعت، چوبی به نام بالسا (Balsa) است که وزن مخصوص آن 0.14 است و استحکام آن در راستای الیاف چوب 73  MPaاست. سنگین ترین چوب نیز متعلق به چوب درخت استرالیایی وادی (Waddy) است که وزن مخصوص آن 1.4 است و در آب غرق می شود.

     تصویر: ساختار سلولی چوب درخت بالسا، که در زیر میکروسکوپ باعث سبک شدن آن می شودتصویر: درخت بالسا

تصویر: درخت بالسا و ساختار سلولی چوب آن در زیر میکروسکوپ، که باعث سبک شدن آن می شود

بر این اساس می توان درختان را به سه دسته تقسیم كرد:

  1. درختان سبك؛ مانند: صنوبر (Spruce)، نم دار (Tilia)، بید (Willow) و سپیدار (Poplar) که بطور متوسط وزن مخصوص آنها در حدود 0.45 است.
  2. درختان متوسط؛ مانند: راش (Beech)، افرا (Maple)، گردو (Walnut) که بطور متوسط وزن مخصوص آنها در حدود 0.6 است.
  3. درختان سنگین؛ مانند: بلوط (Chestnut)، سرخدار (Taxus baccata) و انجیلی (Parrotia persica) که بطور متوسط وزن مخصوص آنها در حدود 0.7 است.

خاصیت مهم دیگری که از نظر مکانیکی در چوب ها مورد توجه قرار می گیرد "سختی چوب" است. سختی چوب، میزان مقاومت چوب در برابر نفوذ یک جسم است و با واحد نیرو N (نیوتن) سنجیده می شود. بنابراین هرچه میزان سختی چوب بیشتر باشد عمل کنده کاری نیز بر روی آن مشکل تر خواهد بود و بالعکس. همانند استحکام، سختی چوب با وزن مخصوص آن رابطه مستقیم دارد.

در جدول زیر سختی چند نوع چوب مختلف ارائه شده است:

نوع درخت نام گونه  درجۀ سختی N کیفیت سختی
نمدار، توسکا، غان، لرگ، سپیدار، انجیر پهن برگان 1.5 - 3 نرم
بلوط، راش، ون، ملچ، گردو، اقاقیا پهن برگان 3 - 6 نیمه سخت
شمشاد، ممرز، انجیلی، زبان گنجشک پهن برگان 6 - 9 سخت
آزوبه، آبنوس، بلوط سبز، کهور، افرا پهن برگان 9 - 20 خیلی سخت
نراد، آپیسا، کاج امریکائی، سرو پهن برگان 1 - 2 نرم
کاج جنگلی، کاج دریایی، لاریکس پهن برگان 2 - 4 نیمه نرم
سرخدار، ارس، رزبین، کندرسر پهن برگان 4 - 9 سخت

"رنگ چوب" نیز از دیگر خواص مورد توجه در چوب ها است. همانطورکه گفته شد درون چوب از بیرون آن تیره تر است و لایه هایی تشکیل شده در چوب بهاره نیز روشن تر از چوب تابستانه هستند. رنگ چند چوب مهم عبارتند از:

تبریزی (سفید)، صنوبر (کرم)، شمشاد (زرد لیموئی)، اوکالیپتوس (قهوه ای مایل به قرمز)، گردو (خاکستری مایل به قهوه ای تیره)، آبنوس (سیاه)

"دوام چوب" نیز از دیگر مشخصات موثر در هنگام انتخاب آن برای کاربردهای مختلف است. بعنوان یک قاعده کلی هر چقدر رنگ چوب تیره تر باشد دوام آن بیشتر است.

در جدول زیر کیفیت دوام برخی از چوب ها فهرست شده است:

نوع درخت نام گونه  کیفیت دوام
بلوط، شاه بلوط، نارون، اقاقیا پهن برگان با دوام
زبان گنجیشک، غان، افرا، ممرز، توسکا، راش، چنار، بید، صنوبر، نمدار پهن برگان کم دوام
ملز، سرو، ارس، کاج، سرخدار پهن برگان با دوام
آپیسه، آساپن (نراد) پهن برگان کم دوام

تاثیر رطوبت بر خواص چوب

کلیه خواص فیزیکی و مکانیکی چوب نظیر وزن، استحکام، سختی، خاصیت ارتجاعی، کیفیت و دوام بشدت وابسته به درصد رطوبت چوب هستند. رطوبت چوب بصورت درصد مقدار آب موجود در واحد وزن چوب تعریف می شود و به طور معمول نسبت به وزن خشك چوب سنجیده می شود. به طور معمول کلیه خواص چوب در رطوبت 12 درصد بیان می شوند. بدیهی است که با افزایش رطوبت، وزن چوب زیاد شده ولی از سختی آن کاسته می شود. از طرف دیگر رطوبت از عوامل مهم مورد نیاز برای رشد و فعالیت عوامل بیولوژیكی مخرب چوب، همچون حشرات و قارچ ها است. رشد و فعالیت حشرات و قارچ ها باعث كاهش دوام و كیفیت چوب می گردد. همچنین رطوبت در رنگ پذیری، چسب خوری و حتی اره كشی چوب نیز تاثیر می گذارد.

تصویر: چوب ها و تبادل آنها با رطوبت هوا

تصویر: چوب ها و تبادل آنها با رطوبت هوا

چوب ها و تبادل آنها با رطوبت هوا

بطور کلی چوب یک ماده جاذب رطوبت (Hygroscopic) است و به رطوبت در حالت های مایع و بخار كاملاً حساس است، یعنی اگر قطعه چوب خشكی در محیط مرطوب قرار گیرد رطوبت را جذب می كند و برعكس. جذب یا دفع رطوبت باعث تغییر شکل و كج شدن محصولات چوبی می شود. چرا که با جذب یا دفع آب توسط چوب، حجم آن افزایش یا کاهش می یابد. هر یک از این فرآیندها به ترتیب واکشیدگی "جذب رطوبت" و هم کشیدگی "دفع رطوبت" نام دارند.

بطور کلی رطوبت یا همان آب در ساختار چوب به 3 صورت مختلف وجود دارد که عبارتند از:

  1. آب آزاد ، یا آبی كه به صورت مایع در حفره های سلول های چوب وجود دارد و توسط نیروی مویینگی نگهداری می شود. درصد رطوبت با وجود آب آزاد می تواند از 30 تا 200 درصد تغییر کند. یعنی هر چوب كاملا خشك تا 2 برابر وزن خودش می تواند آب جذب كند. لازم بذکر است که این آب در مراحل اولیه خشك كردن چوب از آن خارج می شود.
  2. آب آغشتگی ، این آب در داخل دیواره سلول های چوبی است و به كمك نیروهای جذب سطحی به حالت چسبیده به مولكول های زنجیره سلول قرار دارد. جداسازی این آب از چوب به انرژی بیشتری نسبت به آب آزاد احتیاج دارد. پس چوب ابتدا آب آزاد و بعد آب آغشتگی را از دست می دهد.
  3. آب نهادی ، آبی كه در ساختمان مولكولی غشاء سلولی وجود دارد و جدا كردن آن از چوب مشكل است چرا که باید چوب تجزیه شود. این مقدار آب در اندازه گیری مقدار رطوبت چوب تاثیری ندارد.

با توجه به کلیه موارد فوق لازم است در هنگام کاربرد چوب ها، آنها را خشک کرد. مزایای خشک کردن چوب ها به قرار زیر است:

  • جلوگیری از پیچیدن و یا ترک خوردن چوب
  • مقاومت در برابر باختگی، پوسیده شدن، قارچ زدگی و تغییر رنگ چوب
  • کاهش وزن چوب
  • رنگ پذیری بهتر چوب
  • سهولت کار با چوب نظیر رنده کردن، بریدن و ماشینکاری
  • افزایش استحکام اتصالات چسبی

خشک کردن چوب به 2 طریق طبیعی و صنعتی صورت می گیرد.

در روش طبیعی، چوب در هوای آزاد قرار می گیرد و به مرور زمان رطوبت خود را از دست می دهد. در حالی که در روش صنعتی، با قرار دادن الوارهای چوبی در کوره های خشک کنی آن ها را حرارت داده و رطوبت آنها را به صورت کنترل شده کاهش می دهند.

تصویر: کوره چوب خشک کن

 تصویر: کوره چوب خشک کن