OBSAH
První díl učebnice seznamuje studenty se zdroji dřeva, jeho stavbou, vlastnostmi, vadami a škůdci. Poslední kapitola je věnována určování druhů dřeva a doplněna barevnou přílohou. Ve druhém dílu budou probrány materiály používané k úpravě dřeva.
Lektorovali: Ing. Bohumil Hurda, CSc. Ing. Josef Suchý
© doc. Ing. František Friess, CSc., Ing. Jan Reisner, Ph.D., Ing. Aleš Zeidler, Ph.D., 2008 ISBN 978-80-7333-070-5
1
ÚVOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.1 1.2
Výrobek a materiál . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Přehled a klasifikace materiálů pro výrobu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 8
2
ZDROJE DŘEVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4
Les jako významný prvek pro život člověka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lesy ve světě a v ČR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Význam a úloha lesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Části a výživa stromu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Růst stromu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozdělení dřevin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hlavní tuzemské jehličnaté dřeviny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hlavní tuzemské listnaté dřeviny tvrdé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hlavní tuzemské listnaté dřeviny měkké . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Některé dovážené (exotické) dřeviny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 14 16 17 17 19 21 25 28 33 35
3
STAVBA DŘEVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.4
Makroskopická stavba dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Letokruhy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jádro a běl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dřeňové paprsky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pryskyřičné kanálky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cévy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ostatní makroskopické znaky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikroskopická stavba dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tvorba dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jehličnaté dřeviny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Listnaté dřeviny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemické složení dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Submikroskopická stavba dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39 40 47 51 54 56 57 61 61 63 65 70 72
5
4
VLASTNOSTI DŘEVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7 4.2
Fyzikální vlastnosti dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hustota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlhkostní vlastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tepelné vlastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrické vlastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Akustické vlastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vztah dřeva k záření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Optické vlastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mechanické vlastnosti dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77 77 78 82 83 83 83 83 84
5
VADY DŘEVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4
88 89 89 91 94
5.3.6
Dělení vad dřeva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Růstové vady . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vady tvaru kmene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Suky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Růstové trhliny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nepravidelnosti struktury a vady způsobené poškozením stromu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Poškození dřevokaznými houbami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Poškození dřevokazným hmyzem a cizopasnými rostlinami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vady vzniklé při skladování, zpracování a při používání výrobků . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Výsušné trhliny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Křivost a deformace tvaru řeziva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mechanické poškození . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nepřirozené zbarvení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Napadení skladovaného a zabudovaného dřeva dřevokaznými houbami a hmyzem . . . . . . . . . Změny barvy a stárnutí povrchu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
URČOVÁNÍ DRUHU DŘEVINY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
112
LITERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122
PŘÍLOHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
123
5.2.5 5.2.6 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5
6
95 98 100 102 102 104 105 106 107 111
1
ÚVOD
1.1
VÝROBEK A MATERIÁL
Každý výrobek vzniká spojením dvou složek, kterými jsou materiál a lidská práce. Spojení těchto dvou složek je umožněno znalostmi člověka, jeho kvalifikací. Lidská práce je prováděna za pomoci vhodných nástrojů a strojů. Využití nástrojů a pracovní postupy jednotlivých výrobců se od sebe mohou lišit. Pro výrobu určitého výrobku může být použit také různý materiál. Vlastnosti použitého materiálu pak rozhodují i o vlastnostech konečného výrobku, např. o jeho hmotnosti, pevnosti, barvě, estetickém působení, trvanlivosti a v neposlední řadě i o jeho ceně. Vlastnosti materiálu ovšem také určují, jaké nástroje a postupy bude třeba ve výrobě použít. Špatně zvolený materiál může mít za následek nejen špatnou funkci výrobku, ale může způsobit chyby v opracování a dokonce i poškodit výrobní zařízení nebo způsobit pracovní úraz. Znalost vlastností materiálu je proto důležitým předpokladem pro stanovení správného pracovního postupu při každé výrobě. Truhlářská výroba používá jako materiál především dřevo. Vedle tohoto materiálu využívá ovšem také materiály jiné, které slouží například k vytváření spojů (lepidla, klihy), k povrchové úpravě (barvy, laky) nebo jako konstrukční součásti výrobků (kování, sklo). Tyto materiály jsou v dnešní době připravovány výrobci již v takové formě, že nemusí být při užití v truhlářské výrobě podstatně upravovány. Přesto je zapotřebí vědět, jak hlavní konstrukční materiál, tj. dřevo, na pomocné materiály reaguje a jak jsou tyto materiály vhodné do prostředí, ve kterém bude výrobek používán. Není například vhodné spojovat dubové řezivo železnými prvky, protože na styku těchto dvou materiálů vznikají černé skvrny. Pokud by místo takového spoje bylo viditelné, prozrazovalo by základní neznalost zpracovatele. Právě tak nelze pro konstrukci výrobku, který bude vystaven vlivu povětrnosti, použít lepidlo, které není vodovzdorné, a výrobek přitom nechránit vhodnou povrchovou úpravou. Materiály užívané v truhlářské výrobě se stále vyvíjejí a zdokonalují. Zejména chemická výroba přináší neustále nové materiály, jejichž užití vylepšuje funkční i estetické vlastnosti truhlářských výrobků. Je však nutné si neustále připomínat, že se jedná téměř vždy o umělé produkty, které mohou mít za určitých podmínek škodlivý vliv nejen na životní prostředí, ale 7
3.3
CHEMICKÉ SLOŽENÍ DŘEVA
Dřevo
Chemické složení suchého dřeva z hlediska zastoupení jednotlivých prvků je prakticky stejné pro všechny dřeviny (tab. 4). Tab. 4. Zastoupení elementárních prvků ve dřevě Chemický prvek
hlavní složky
Značka prvku
Zastoupení (%)
uhlík
C
49,5
kyslík
O
44,2
vodík
H
6,3
dusík
N
0,2
Podstatnou část dřevní hmoty tvoří organické látky. Obsah minerálních látek je zanedbatelný. Zjistíme ho spálením dřeva na popel. Jeho podíl ve dřevě se pohybuje do 1,2 %. Větší podíl minerálních látek než dřevo má kůra a listí. Složky podílející se na chemické stavbě dřeva můžeme rozdělit na složky hlavní, které tvoří 90 – 97 % objemu dřeva a mají charakter polymerů. Patří sem polysacharidy, které tvoří kolem 70 % objemu dřeva a jsou ve dřevě reprezentovány celulózou a hemicelulózami (tab. 5). Zbývajících asi 25 % hmoty dřeva tvoří polyfenolické látky, které ve dřevě představuje především lignin. Přibližně 3 – 10 % dřeva tvoří doprovodné složky, které mohou mít charakter buď organických, nebo anorganických látek (obr. 99). Tab. 5. Zastoupení hlavních složek podle dřevin Hlavní složky
Jehličnany (%)
Listnáče (%)
celulóza
48 – 56
46 – 48
hemicelulózy
23 – 25
26 – 35
lignin
26 – 35
15 – 28
Celulóza je základní stavební složkou buněčné stěny. Má charakter polymeru. Její nerozvětvený řetězec se skládá s velkého počtu jednotek glukózy 70
doprovodné složky
polyfenoly (lignin)
polysacharidy (celulóza, hemicelulózy)
organické
anorganické
Obr. 99. Chemické složky dřeva
glukóza
řetězce glukózy
vlákna celulózy
Obr. 100. Celulóza Základní stavební jednotka glukóza se spojuje do dlouhých řetězců a vytváří vlákna celulózy.
(jednoduchý cukr – monosacharid). Jejich počet se pohybuje řádově v tisících (obr. 100). Je chemicky velmi stabilní, není rozpustná ve vodě ani ve většině běžných polárních a nepolárních rozpouštědlech. Rozkládá se až působením silných kyselin. Využívá se na výrobu buničiny (výroba papíru). Dále se dá využít na výrobu plastů, celofánu, nátěrových hmot a viskózových vláken. Hemicelulózy jsou opět polysacharidy, ale s kratšími řetězci než má celulóza. Na jejich stavbě se podílejí i jiné monosacharidy než jen glukóza. Řetězce hemicelulóz bývají na rozdíl od celulózy často větvené (obr. 101). 71
Obr. 101. Hemicelulóza Řetězce jsou na rozdíl od celulózy rozvětvené.
Podílejí se na stavbě buněčné stěny, v níž vyplňují prostory ve strukturách vytvořených celulózovými vlákny. Jsou chemicky méně stabilní než celulóza. Dají se využít na výrobu kvasnic, krmných směsí, lepidel a plastických hmot. Lignin je látka, která hraje rozhodující roli při dřevnatění buněčných stěn. Jedná se o látku fenolické povahy. Vyplňuje prostory mezi vlákny celulózy a hemicelulóz. Dává dřevu pevnost. Používá se jako palivo, na výrobu krmných směsí, ve farmaceutickém průmyslu a na výrobu lepidel. Doprovodné složky jsou ve dřevě obsaženy v malém množství, jejich podíl nepřesahuje u našich dřevin 10 %. V tropických oblastech bývá často vyšší. K organickým látkám patří polysacharidy – složené cukry (např. škrob), bílkoviny, alkoholy a alkaloidy. Z hlediska praktického využití je důležitá přítomnost terpenů, které se podílejí na tvorbě pryskyřic a jsou využitelné ve farmaceutickém průmyslu. Dále pak přítomnost tříslovin (např. u dubu), které lze využít v kožedělném průmyslu a při tak zvaném pravém moření dřeva (změna barvy dřeva chemickou cestou). Organické látky ze dřeva můžeme získat pomocí různých rozpouštědel. Podíl anorganických látek je ve dřevě malý (jedná se především o vápník). Ze dřeva je získáme spálením.
ze tří vrstev, z nichž střední je nejmohutnější. Mezi dvěma buňkami se ještě nachází vrstva, která je společná pro obě buňky – pojí je dohromady, označovaná jako střední lamela (označuje se SL), (obr. 102). Jednotlivé vrstvy se liší nejenom svou tloušťkou, ale i obsahem hlavních stavebních složek dřeva. Směrem od střední lamely do sekundární buněčné stěny klesá podíl ligninu, naopak se zvyšuje podíl celulózy (obr. 103).
sekundární buněčná stěna
střední lamela
primární buněčná stěna
Obr. 102. Struktura buněčné stěny
celulóza
Kontrolní otázky 1. 2. 3. 4. 5.
Vyjmenujte nejdůležitější chemické prvky, ze kterých se skládá dřevo. Které hlavní chemické složky dřeva znáte? Uveďte několik možností využití celulózy. Vysvětlete význam ligninu pro dřevo. Které doprovodné složky jsou zajímavé z pohledu praktického využití?
3.4
SUBMIKROSKOPICKÁ STAVBA DŘEVA
Submikroskopická stavba dřeva se zabývá popisem stavby buněčné stěny. Buněčná stěna není jednolitá, ale je složena z několika vrstev. Skládá se z primární buněčné stěny (označuje se P), která je poměrně tenká. Dále ze sekundární buněčné stěny (označuje se S), která je mohutná a skládá se 72
hemicelulózy lignin
střední lamela
primární buněčná stěna
sekundární buněčná stěna
Obr. 103. Podíl základních stavebních složek v jednotlivých vrstvách buněčné stěny (upraveno podle Požgaje a kol., 1997)
73
primární buněčná stěna sekundární buněčná stěna
Obr. 104. Odlišné uspořádání celulózových vláken v jednotlivých vrstvách buněčné stěny (Wagenführ, 1989)
Obr. 105. Jednoduchá ztenčenina – průřez a vzhled na stěně buňky
Uspořádání celulózových vláken v jednotlivých vrstvách buněčné stěny je rozdílné. Způsob jejich orientace má rozhodující vliv na mechanické a fyzikální vlastnosti dřeva. Způsobuje také odlišné vlastnosti dřeva v různých směrech (obr. 104). Buněčná stěna není kompaktní. Nacházejí se v ní místa, kde sekundární buněčná stěna chybí a kde mohou mezi buňkami snadno procházet voda a další látky. Tato místa se nazývají ztenčeniny. Podle složitosti stavby rozlišujeme jednoduché ztenčeniny neboli tečky, které mají jednodušší stavbu a které jsou typickou ztenčeninou parenchymatických buněk (obr. 105). Složitější stavbu mají ztenčeniny nazývané dvůrkaté ztenčeniny neboli dvojtečky, které se vyskytují u cév a cévic (obr. 106 a 107). Kontrolní otázky 1. Z jakých vrstev se skládá buněčná stěna? 2. Která část buněčné stěny má největší obsah celulózy? 3. Vysvětlete funkci ztenčenin.
Obr. 106. Dvůrkatá ztenčenina – průřez a vzhled na stěně buňky
primární buněčná stěna sekundární buněčná stěna
Obr. 107. Mikroskopická fotografie radiálního řezu jehličnaté dřeviny Na stěnách cévic jsou vidět dvojtečky.
74
75
