رطوبت و دوایر سالیانه چوب و تغییر شکل چوب

در این پست رطوبت در چوب و همچنین دوایر سالیانه آن و تغییر اندازه چوب در اثر تغییر رطوب را بررسی میکنیم.خواهیم دید که بدنه درخت از چه بخش هایی تشکیل می شوند.سلول های هر بخش چه ویژگی دارند و آب که بخش اصلی بدن هر موجود زنده ای است در درختان چطور در گردش است.تمامی این موارد پیش نیاز این هستند تا بفهمیم چرا چوب دچار تاب برداشتن می شود و اندازه آن تغییر میکند. مطالب پیش رو کامل ترین مقاله به فارسی پیرامون موضوع مذکور هستند و تمامی بخش های آن بر اساس منابع علمی گردآوری شدند.

بخش های تنه درخت

پوست اطراف درخت و بخش زیرین آن ، که لایه ای نازک برای چسباندن پوست به بدنه اصلی درخت است،معمولا در الوار های بریده شده و حذف می شوند.ما سه بخش اصلی در الوار ها داریم. چوب بیرون یا چوب زنده یا چوب حاوی شیره که در انگلیسی به آن sapwood می گویند. سپس در بخش داخلی تر چوب مرده یا چوب درون که به آن heartwood می گویند. و در نهایت در هسته بخش کوچکی به نام مغز که بافتی اسفنجی دارد که در انگلیسی به آن pith می گویند. تفاوت اصلی این بخش ها در سلول های موجود در این بخش ها می باشد که باعث خواص متفاوتی در چوب می شوند.

مغز یا pith : بخش مرکزی ساقه درخت که معمولا قطر آن نیم سانت است و رنگی کاملا متفاوت دارد.بافت آن نرم و اسفنجی است که معمولا در پرسه برش زیر اره قرار میگیرد تا حذف شود . اما در خیلی از الوار ها این بخش کماکان وجود دارد و حذف نمی شود.این بافت به شدت مستعد ترک برداشتن است و همچنین در پرداخت چوب نیز مشکل ساز می شود. به چند حلقه سالیانه اطراف آن نیز چوب نوجوان گفته می شود. که بافتی نرم تر از چوب های سال های بعد دارد،حدودا ده تا 15 درصد ضعیف تر است. همچنین احتمالا به وجود آمدن حلقه های سالیانه پیچیده در هم و بافت فشرده در آن بیشتر است.این ناحیه می تواند شامل 20 سال اولیه درخت شود. الوار های موجود در بازار معمولا حاصل جنگل داری مصنوعی هستن که سن برداشت درخت های آن برای نرم چوبان سوزنی برگ نهایتا به 30 سال می رسد. این بدین معناست که تقریبا اکثر بخش چوب های موجود از بخش نوجوان درخت هستند.در نتیجه نمی توان انتظار سختی زیاد مانند چوب درختان قدیمی از آنها داشت.

چوب درون : این بخش که به اشتباه دربازار ایران مغز چوب نامیده می شود. قسمت درونی تر درخت است که می تواند در برخی از گونه ها تقریبا 90% بدنه اصلی باشد و یا در مواردی نهایتا نصف آن.در نتیجه خواندن 90 درصد بخشی از چیزی به عنوان مغز آن نا صحیح است. این بخش حاوی آب بسیار کمی است و سلول های آن تقریبا فعال نیستند.در نتیجه بافت سفت تری دارد و برای مصارف تجاری مناسب است.

چوب بیرون یا sapwood : این قسمت از ساقه درخت دارای رنگی روشن تر و بافت نرم تری است.سلول آن های فعال و در حالت تقسیم هستند.شیره درخت در این بخش در جریان است و رشد تیز در این بخش اتفاق می افتد.این بخش درخت حاوی آب فراوان است و همچنین میل بیشتری به تبادل رطوبت دارد که در نتیجه برای مصارف نجاری مناسب نیست.

دوایر سالیانه چیستند و چگونه در کیفیت چوب تاثیر گذارند

دوایر سالیانه همان سلول های چوب هستند که در هر سال تشکیل می شوند. بخش روشن آن مربوط به رشدی است که در بهار یا فصل پر آب اتفاق می افتد که چوب نرم تری است و خطوط تیره مربوط به فصل تابستان است که قسمت سخت تر چوب است.مجموع یک بخش تیره و روشن نماینگر یک سال از عمر درخت خواهد بود.فصل پاییز و زمستان نیز فصل خزان هستند که درخت فعالیتی ندارد. برای درختان همیشه سبز ماننده سوزنی برگ ها نیز این حلقه ها همین فصل ها را نشان می دهند چرا که در فصل زمستان رشدی ندارند. دوایر سالیانه علاوه بر سن درخت شرایط رشد درخت را نیز نشان می دهند، این شرایط تاثیر مستقیم در کیفیت چوب آن ها دارد.در شرایط رشد مناسب، دوایر سالیانه به طور تقریبا گرد و اندازه های معقول هستند.همانطور که گفته شد خطوط دوایر سالیانه همان سلول های چوب هستند.سلول ها کوچکترین بخش سازنده چوب هستند در نتیجه چیدمان آنها مهم می باشد. سلول ها حاوی رطوبت هستند که تبادل رطوبت باعث ایجاد تنش در چوب می شود. چنانچه این تنش از حالت دایره وار خارج شود باعث تغییر شکل الوار چوب می شود. این موضوع در ادامه در بخش رطوبت به صورت کامل توضیح داده شد. همچنین همانطور که گفته شد سلول های فصل بهار باعث نرمی بیشتر چوب می شوند و بیشتر بودن آنها باعث کاهش مقاومت چوب می شود.درنتیجه رشد آهسته درخت باعث وجود حلقه های تابستانه بیشتر می شود که باعث استحکام چوب می شوند.در عکس زیر می بینید که یک الوار کاج بریده شده در سال 1918 که طور طبیعی رشد کرد تا چه حد با داشتن حله های تابستانه مستحکم تر از الوار بریده شده در سال 2018 می باشد که به طور مصنوعی با سرعت بیشتری رشد کرد.

مقایسه الوار بریده شده در سال 1918 و الوار سال های اخیر

در ادامه ویدئویی را مشاهده می کنید که شرایط رشد درخت را بر اساس دوایر سالیانه آن گزارش می کند.

رطوبت و تاثیر آن در شکل چوب

رطوبت حاصل وجود آب در سلول های چوب می باشد.از این رو ما دو نوع آب در سلول های چوب داریم. آب آزادی که در کانال آبوند ها جاری است و به اجزا درخت می رسد و آبی که در بدنه سلول محصور شده. در چوب بیرون یا sapwood آب آزاد وجود دارد و در چوب درون تنها رطوبت گیر افتاده در سلول ها را داریم. برای فهمیدن این موضوع به تصویر زیر دقت کنید.

رطوب آزاد و اشباع یا محصور

درفرآیند خشک شدن ابتدا آب های آزاد به سرعت بخار می شوند اما رطوبت محصور آهسته تر تبادل شده و خارج می شود. زمانی که هم آب محصور و هم آب آزاد در سلول موجود باشند رطوبت در بالای سطح اشباع قرار دارد. زمانی که تنها بدنه سلول پر از آب باشد رطوبت در سطح اشباع قرار دارد( به طور میانگین رطوبت 25 تا 30 درصد) و زمانی که سلول در حال از دست دادن آب محصور باشد به زیر نقطه اشباع می رسد. اینجا جایی است که تاب برداشتن چوب اتفاق می افتد. وجود آب در بافت سلول باعث ورم کردن آن و بزرگتر شدن آن می شود. برای همین در نتیجه خشک شدن چوب کاهش سایز آن مشاهده می شود. اما چنانچه سلول هایی کمتر رطوبت از دست بدهند ، سلول های متورم به سلول های کوچک تر فشار وارد می کنند و باعث یک تنش در داخل چوب می شوند. این فشار باعث تغییر شکل چوب می شود که به اصطلاح به آن تاب برداشتن چوب می گوشند. تغییر اندازه چوب در جهات مختلف الوار اتفاق می افتد. در جهت طول که به دلیل نامحسوس بودن در نظر گرفته نمی شود. در جهت شعاع ساقه که به آن شعاعی می گویند. در جهت اطراف حلقه که به آن مماسی گفته می شود.کاهش اندازه مماسی  بیشتر از کاهش اندازه شعاعی است. همین تفاوت در روند خشک شدن باعث  تاب برداشتن یا ترک در چوب می شود.

کاهش اندازه شعاعی و مماسی

در نمودار زیر درصد تغییر اندازه چوب بر اساس رطوبت آن بررسی می شود.

میزان تغییر اندازه چوب در جهت های مختلف در روند خشک شدن

نقطه تعادلی رطوبت EMC

نقطعه تعادل رطوبت جایی است که چوب دیگر به تبادل رطوبت با محیط نمی پردازد. این نقطعه تعادلی به میزان رطوبت محیط و دمای آن بستگی دارد. برای مثال زمانی که چوب رطوبت بیشتری از محیط داشته باشد و از طرفی دمای هوا زیاد باشد چوب میل به از دست دادن رطوبت پیدا می کند. با توجه به اینکه هر گونه تغییر رطوبت زیر نقطه اشباع  می تواند باعث تغییر شکل چوب شود ، تبادل رطوبت می تواند دردسر ساز شود. در واقع با وضعیت جوی در فصول مختلف باید انتظار تغییر شکل چوب خود را داشته باشید. اما در صورت جا به جایی چوب در محیط های جعرافیایی مختلف این اثر می تواند ناگهانی باشد. در نمودار زیر میتوانید درصد رطوبت تعادلی منطقه خود را با توجه به میزان دما و رطوبت به دست آورید.

نمودار تغییر رطوبت چوب برای رسیدن به نقطعه تعادل

برای مثال در درمای 30 درجه ( خط آبی رنگ) و رطوبت محیطی 60 درصد میزان رطوبت تعادلی چیزی نزدیک به 12 درصد خواهد بود.( مانند منطقه شمال ایران در تابستان). اما این نقطه برای شهری مثل تهران در تابستان تقریبا کمتر از 5 درصد خواهد بود.

انواع برش و تاب برداشتن چوب

تاب برداشتن چوب میتواند به شکل های گوناگونی بروز کند که دلیل اصلی همه آن ها نابرابری رطوبت در بخش های مختلف چوب می باشد. این نابرابری می تواند بخاطر چینش دوایر سالیانه ، وجود بخش های مختلف تنه درخت ( چوب نوجوانی؛ sapwood و چوب درون ) و یا وجود بافت فشرده باشد. در تصویر زیر تغییر اندازه الوار را بر اساس زاویه دوایر سالیانه از بخش های گوناگون تنه درخت را می بینید.

تغییر اندازه الوار چوبی بر اساس زاویه دوایر سالیانه

همانطور که می بینید زاویه دوایر سالیانه موجود در الوار بسیار تعیین کننده هستند، چرا که تغییر اندازه در راستای حلقه ها ( مماسی) و در راستای شعاع متفاوت است. چنانچه زاویه دوایرسالیانه در محدوده خاصی باشند احتمال تاب برداشتن الوار کمتر می شود.مانند برش وسط در سمت چپ تصویر بالا . بر همین اساس انواع برش تنه درخت ابداع شده که  احتمال تاب برداشتن یا تغییر شکل در آینده را کمتر کند.اما هر چه سعی در یک سان سازی زاویه دوایر سالیانه در الوار داشته باشیم به معنای افزایش هدر رفت چوب و هزینه خواهد بود. در ادامه چند نوع برش تنه درخت را مشاهده میکنید.

برش ساده : در این برش تنه درخت به صورت کاملا ساده و بدون چرخاندن تنه برش می خورد.زوایه دوایر سالیانه با سطح الوار کمتر از 45 درجه خواهد بود.این برش مماس بر دوایر سالیانه انجام می شود.

برش کوراتر یا ربعی : ابتدا تنه به چهار قسمت تقسیم می شود سپس برش هایی تا از سطح ساقه تا مرکز آن انجام می شود. در این برش تقریبا حلقه های سالیانه با زاویه ای بیشتر از 45 درجه و اکثرا 90 درجه از سطح در الوار باقی می مانند.

برش ریفت rift : در این برش همانند برش ربعی برش ها از سطح تا مرکز هستند اما برش ها با زاویه 30تا 60 درجه انجام می شوند(بهینه ترین حالت 45 درجه). که باعث به وجود آمدن هدر رفت زیاد چوب می شود.این نوع برش پایدارترین الوار را تولید میکند.

در تصاویر بالا بخش سیاه بخش هدر رفت چوب می باشد. همچنین وقت بیشتری از نیروکار برای انجام برش های پیچیده تر صرف می شود ، این دو عامل باعث گرانتر شدن برش های ریفت و کوارتر می باشد.
در ایران خصوصا بازار چوب سوزنی برگ ها ( گونه های ساسنا و یولکا روسی) تمامی برش ها برش های ساده هستند.اما در برش ساده  هم الواری هایی با زاویه های ریفت و ربعی می تواند به دست بیاید.برای مثال برش در مرکز یک برش کوارتر خواهد بود و برشی کمی پایین تر از آن می تواند زاویه ای نزدیک به برش ریفت داشته باشد. برای فهمیدن بهتر این موضوع به تصویر زیر دقت کنید.

سطح چوب و برش های مختلف

سطح الوار بنا بر نوع برش ظاهر متفاوتی خواهد داشت. با توجه به اینکه این اشکال توسط دوایر سالاینه نقش می بندند ، زاویه برش نقش نهایی کار را تعیین میکند. در برش ساده آنجایی که برش دقیقا مماس بر سطح حلقه های سالیانه می شود. ظاهری مانند شعله های آتش که در غرب به نقش کلیسا ای معروف است پیدا می کند.این نقش زیبا تر و پر طرفدار است ، اما همانطور که می دانیم تغییر شکل الوار برش مماسی خیلی محتمل تر است.

انواع تاب برداشتن

تاب برداشتن چوب می تواند حالات مختلفی بنا بر دلایل مختلف داشته باشد.

حالات مختلف تاب برداشتن چوب

کمانی شدن : این نوع تاب برداشتن در طول الوار بوده و بخاطر یک سان نبودن سطح بالا و پایین چوب می باشد.

کج شدن: این نوع تاب برداشتن در طول الوار بوده و بخاطر یکسان نبودن رطوب در دو طرف ( ضلع بغل) می باشد.

پیچیدن : این نوع تاب برداشتن نیز در طول بوده و بخاطر عدم یکسان بودن رطوبت در گوشه ها بر اثر برش مماسی می باشد. در این حالت چوب دوایر سالیانه نا مرتبی دارد که منجر به پیچش آن می شود.در واقع این تاب برداشتن را می توان ترکیب حالت فنجانی و کمانی در نظر گرفت.

فنجانی : این نوع تاب برداشتن در عرض الوار بوده و بخاطر یک سان نبودن رطوبت در اثر برشی مماسی می باشد.

برای جلوگیری از تاب برداشتن روند خشک کردن کنترل شده استانداردی مورد نیاز است که نه خیلی آهسته و نه خیلی سریع است. همچنین ضخامت الوار نیز تعیین کننده است.

ما در اینجا سعی کردیم تمامی موارد موثر در تغییر اندازه و شکل چوب را بررسی کنیم. همچنین به رفتار چوب نسبت به رطوبت بپردازیم تا شما بتوانید هم در روند خشک کردن چوب ، هم در برش و هم در نگهداری و یا خرید الوار آن ها را به کار ببندید.تمامی مطالب بالا از منابع علمی گردآوری شدند و توسط کارشناسان ما در عمل نیز بررسی شدند.چنانچه شما هم نقطه نظری دارید خوشحال می شویم تا آن را برای ما و دیگران بنویسید.

منابع :

Juvenile wood’s effect on wood properties.

Wood Warping And How To Prevent It

The Shrinking and Swelling of Wood and Its Effect on Furniture By Carl A. Eckelman