الخواص الفيزيقية للأخشاب

1-1 مقدمة

             هناك علاقة  وثيقة بين تركيب الخشب وخواصه والتى بدورها تنعكس على إستخدامات تلك المادة وتحدد كيفية إستعمالها وتعتبر الخواص الفيزيقية للاخشاب من الأهمية بمكان حيث إنها إنعكاس لعوامل عدة من أهمها تركيب الخشب الكيميائى وتنظيم وبناء الخشب من الناحية التشريحية.

وتعتبر علاقة الخشب بالرطوبة وما يتبعها من تغيرات فى أبعاد الخشب (الإنكماش والإنتفاخ) وكذلك كثافة الخشب أو الثقل النوعى لتلك المادة من أهم الصفات الفيزيقية التى ينبغى ان يلم بها الدارس وفيما يلى شرحاً موجزاً لتلك الصفات.

1-2 علاقة الخشب بالرطوبة

1-2-1 أهمية تقدير المحتوي الرطوبي في الأخشاب:

تؤثر رطوبة الخشب علي الكثير إن لم يكن جميع خواص الأخشاب وترجع أهمية دراسة وتقدير الرطوبة في الأخشاب إلي:

1-    تؤثر الرطوبة في جميع الخواص الفيزيقية والميكانيكية للأخشاب.

2-    تؤثر في عمليات بيع وتجارة الأخشاب ونقلها.

3-    تعتبر العامل المحدد للإصابة الفطرية في الأخشاب.

4-    تؤثر علي عملية تشغيل الأخشاب والدهان والتشطيب والقابلية للتغرية.

5-    تعتبر العامل المحدد الأساسي لحدوث التغيرات البعدية في الأخشاب مثل الإنكماش والإنتفاخ.

6-    تعتبر من العوامل الهامة الأساسية في عملية تجفيف الأخشاب ومعاملات حفظ الأخشاب.

             والماء هو المكون الطبيعى لجميع أجزاء االشجرة الحية وعندما يجف الخشب يفقد جزءاً من رطوبته إلى الجو المحيط به وإذا إستمر التجفيف فترة أطول فإن أبعاد الخشب والخواص الطبيعية له سوف تتغير وتجدر الإشارة الى ان بعض الماء سوف يظل داخل تركيب الجدر الخلوية حتى بعد تصنيع الخشب و تحويله الى خشب منشور أو قشرة أو حبيبات أو ألياف.

ومن الجدير بالذكرهنا أيضا أن الخواص الطبيعية والميكانيكية والمقاومة لهجوم الفطريات والحشرات وثبات أبعاد الخشب تتأثر بكمية الماء الموجود فى الخشب وحيث أن جميع صفات الخشب ومنتجات الأخشاب تتأثر بالماء فإنه من الأهمية بمكان فهم طبيعة الماء فى الخشب.

1-2-2 طرق تقدير المحتوى الرطوبى فى الأخشاب:

          نظراً للأهمية الكبيرة لتأثير الرطوبة علي الأخشاب فإنه لابد من وجود طريقة قياسية لتقديرها بصورة دقيقة وهناك عدة طرق لتقدير المحتوى الرطوبى للأخشاب وهى:

o       الطريقة التقليدية بالفرن.

o       طريقة المعايرة أوطريقة كارل فيشر.

o       طريقة التقطير.

o       الطرق الهيجرومترية.

o       الطرق الكهربية.

1-2-3 مكان وجود الماء فى الخشب:

          يوجد الماء فى الخشب المقطوع حديثاً داخل الجدار الخلوى وفى الفراغات الخلوية وعند تجفيف الخشب خلال الصناعة فإن الماء السائل الموجود فى الفراغ الخلوى يتحرك للخارج متجهاً إلى الاسطح الخارجية لتحدث عملية التبخير ويفقد الخشب رطوبته  كما يحتوى الفراغ الخلوى أيضا على ماء فى صورة بخـــار.

وإذا تم تجفيف الخشب إلى الحد الذى عنده  يتم إزالة جميع الماء من الفراغات الخلوية يبدأ الماء فى ترك الجدار الخلوى والنقطة التى يفقد عندها كل الماء السائل الموجود فى الفراغات  الخلوية في حين أن الجدر الخلوية مشبعه تماماً بالماء يطلق عليها لفظ (نقطة تشبع الالياف) وهى نقطة حرجة حيث انه بإنخفاض الرطوبة تحت هذه النقطة تتأثر خواص الخشب وتتغير أبعاده.

1-2-4 صور المــاء فى الخشب:

          يتواجد الماء فى الخشب في صورتين أساسيتين (شكل رقم 1) هما:

أ- الماء الحـــر:

 ويوجد فى الفراغات الخلوية ويفقد أولاً خلال عمليات تجفيف الخشب 

ب - الماء المرتبط أو الماء الهيجروسكوبى:

ويوجد فى الجدر الخلوية حيث يمسك بشدة بقوى الإدمصاص على أسطح الجدر الخلوية ولقد وجد إنه تحت  نقطة تشبع الألياف يكون الماء مرتبطاً بشدة بالجدر الخلوية حيث ترتبط جزيئات الماء بروابط هيدروجينية مع مجاميع الهيدروكسيل الحرة فى السليولوز والهيميسليولوز واللجنين.

ويحدث إرتباط الماء فى المناطق الأمورفية لسلاسل الميكروفيبرلات لأنه فى المناطق البلورية لا توجد أماكن لحمل الماء ولكن الماء يمكنه بسهولة إختراق  المناطق الأمورفية والتى تكون فيهـــا مجاميع الهيدروكسيل قادرة على الإرتباط مع الماء وعموماً فإن الماء المرتبط يتواجد فى ثلاث صور هى:

1-الماء التكوينى:

وهو الماء المكون للطبيعة التركيبية للخشب متمثلاً فى مجاميع الهيدروكسيل (OH) الحرة فى السليولوز والهيميسليولوز واللجنين ولا يحدث تحطم لمادة الخشب ويفقد صورته الطبيعية ولا يلعب دوراُ هاما فى العلاقة بين الخشب والرطوبة.

2- الماءالمرتبط السطحى:

وهو الماء المرتبط بروابط هيدروجينية مع مجاميع الهيدروكسيل الحرة الموجودة على سلاسل السليولوز وهذا الماء يمكن إزالته بدون إحداث أى تغير فى تركيب الخشب.

3-الماء المتكثف الشعرى:

وهو الماء الموجود فى القنوات الشعرية الدقيقة داخل الجدار الخلوى وخاصة فى المناطق الأمورفية بالسلاسل السليولوزية ويتحرك الماء داخل القنوات بالخاصية الشعرية ويعتمد فى ذلك على قوة الجذب بين الجزيئات وبعضها وبينها وبين جدار الأنابيب الشعرية.

1-2-5 نقطة تشبع الألياف (FSP):

رغم إنها تسمي نقطة تشبع الألياف وتعرف اختصاراً بالـ FSP إلا انها هامة جداً في مجال الأخشاب ولذلك تسمي مفهوم نقطة تشبع الألياف وهي النقطة التي تكون فيها الجدر الخلوية للأخشاب مشبعة تماماً بالماء الهيجروسكوبى (يسمى ايضاً بالماء الغروى) وليس هناك أى ماء حر في الفراغات الخلوية وأحياناً تعرف هذه النقطة أيضاً بأنها نسبة الرطوبة المتوازنة فى الخشب عند 100٪ رطوبة نسبية وبدون وجود أى سائل ملامس للخشب.

وتختلف نقطة تشبع الألياف بين الأنواع الخشبية ويرجع ذلك إلى الإختلاف في التركيب الكيميائى للأخشاب حيث تتراوح بين 22% إلي حوالي 35% (28 ± 5٪) وذلك بمتوسط قدره 30٪ تقريباُ كما يظهر من جدول رقم 1.

جدول 1: نقطة تشبع الألياف لأنواع مختلفة من الأخشاب:

نـــوع الخشــــب	المحتوى الرطوبى عند نقطة تشبع الألياف (%)
خشــــب الصنوبــر الأصفـر الجنوبى	29
خشــــب الأسبــروس	28
خشــــب السيـدر الأحمـر الغربى	18
خشــــب السيكـوايـا	22
خشــــب التيــــك	18
خشــــب الـــورد (خشب السرسوع)	15

     -   وتعتبر هذه النقطة من الأمور الهامة في علوم الأخشاب لحدوث تغير في خواص الأخشاب عند هذه النقطة بمعني إنها نقطة إنقلاب لكثير من خواص الأخشاب حيث تبدأ أسفلها فقط التغيرات البعدية وتصل الخواص الميكانيكية إلي أقل قيمة لها عند تلك النقطة وتثبت و تصل حرارة الإبتلال إلي اقصاها.

1-2-6 المحتوى الرطوبى الأقصى:

     -    المحتوى الرطوبى الأقصى يمكن الوصول إليه عندما تكون كل الفراغات فى الجدر والفراغات الخلوية مملوءة بالماء وتتراوح قيم المحتوى الرطوبى الأقصى للأخشاب بين 60 % للأخشاب الثقيلة إلى 200% للأخشاب الخفيفة والمستوى المنخفض للمحتوى الرطوبى الأقصى يوجد فى الخشب الحديدى والذى ينمو فى نطاق محدد فى ولاية فلوريدا الأمريكية وهذا الخشب هو أثقل الأخشاب حيث يبلغ ثقله النوعى 1.18 تقريباً (مقدراً على أساس الوزن الجاف والحجم المجفف بالفرن للخشب) ويحتوى فقط على 26% رطوبة عند التشبع وعلى النقيض من ذلك وجد أن أخف الأخشاب وهو خشب البلسا والذى له ثقل نوعى قدره  0.20 أو أقل يمكن أن يصل المحتوي الرطوبي الأقصي له إلي أكثر من 400% ومن ذلك نري أن هناك علاقة عكسية بين المحتوى الرطوبى وكثافة الخشب.

1-3 الانكماش والإنتفاخ فى الخشب:

_من المعروف أن الخشب مادة هيجروسكوبية أى مادة محبة للماء نظراً لوجود مجاميع الهيدروكسيل الحرة على سلاسل السليولوز والهيميسليولوزات واللجنين والتى لها القدرة على تكوين روابط هيدروجينية مع الماء وإذا إمتص الخشب الماء أو بخاره من الوسط المحيط به فإنه ينتفخ وإذا فقد الخشب الماء نتيجة عمليات التجفيف فإنه ينكمش ويوضح الشكل رقم 2 التباين فى شكل المقطع الخشبى والذى يرجع اساساً إلى الإختلافات بين الإنكماش القطرى والإنكماش المماسى.

1-3-1 التغيرات الأنيزوتروبية فى أبعاد الخشب:

          تبدأ التغيرات البعدية في الأخشاب (الإنكماش والإنتفاخ) تحت نقطة تشبع الألياف والتغير فى أبعاد الخشب يعبرعنه كنسبة مئوية للبعد الأقصى للخشب وهو الحجم الأخضر في الحالة التى عندها لا يحدث إنخفاض فى البعد والإنكماش يعبر عنه كنسبة مئوية من الحجم أو البعد الأخضر ويمكن حساب نسبة المئوية للإنكماش والإنتفاخ من خلال العلاقات التالية:

النسبة المئوية للإنكماش =	التغير فى الأبعاد من الأبعاد لخضراء	× 100
	البعد الأخضر

النسبة المئوية للإنكماش =	البعد أو الحجم الأخضر ـ البعد أو الحجم الجاف	× 100
	البعد أو الحجم الأخضر

النسبة المئوية للإنتفاخ =	التغير فى الأبعاد من الأبعاد الجافة	× 100
	البعد الجاف

النسبة المئوية للإنتفاخ =	البعد أو الحجم الأخضر ـ البعد أو الحجم الجاف بالفرن	× 100
	البعد أو الحجم الجاف بالفرن