Исследование физико-механических свойств бересты
Статья посвящена исследованию физико-механических свойств бересты, уникального природного материала, характеризующегося возобновляемостью и экологической чистотой.
В ходе исследования была проведена серия экспериментов, направленных на определение важнейших показателей бересты, включая плотность, гибкость, пластичность, а также показатели прочности при воздействии растягивающих и сжимающих нагрузок. Полученные результаты позволили установить закономерности поведения материала в условиях различных типов нагрузки, выделить сильные стороны бересты и обозначить возможные ограничения ее эксплуатации.
Исследование демонстрирует высокую потенциальную ценность бересты как конструкционного и декоративного материала, открывающего новые перспективы для развития традиционных ремесел и инновационных технологий переработки древесины. Выводы, сделанные в работе, способствуют расширению области применения бересты и созданию новых продуктов, соответствующих современным требованиям рынка и экологии.
Береста — это природное сырье, обладающее уникальными свойствами. Несмотря на большое количество проведенных исследований, многие характеристики бересты остаются недостаточно изученными, что ограничивает возможности ее широкого промышленного применения.
Интерес к изучению бересты обусловлен рядом факторов. Во-первых, этот материал легко доступен и быстро восполняется естественным путем, что делает его экологически чистым и экономически выгодным ресурсом. Во-вторых, уникальные физико-механические свойства бересты позволяют рассматривать ее как перспективный материал для изготовления различных изделий бытового назначения, упаковки, строительных конструкций и декоративных элементов.
Таким образом, целью настоящей работы стало исследование основных физико-механических характеристик бересты, позволяющих определить потенциал ее практического применения.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
- Определение плотности, гибкости и пластичности бересты,
- Испытания образцов бересты на растяжение и сжатие для оценки прочностных характеристик.
Объект исследования: береста берёзы повислой (Betula pendula).
Предмет исследования: физико-механические свойства бересты.
Методы исследования:
- теоретический (работа с литературой);
- эмпирический (наблюдение, сравнение свойств натуральных и синтетических пленок, анализ полученных сведений);
- практический (опыты, эксперименты).
Практическая значимость: результаты исследования могут использоваться народными мастерами, столярами, всеми, кто использует бересту в изготовлении различных предметов.
Берёза (лат. Bétula) – род листопадных деревьев и кустарников семейства Берёзовые (Betulaceae). Берёза широко распространена в Северном полушарии; на территории России принадлежит к числу наиболее распространённых древесных пород. Общее число видов - около ста. Своеобразный белый цвет коры березы связан с наличием в ее клетках особого белого порошкообразного вещества - бетулина, высыпающегося из клеток при отшелушивании коры. Стройное белоствольное светлое дерево, пользуется особой любовью в России. С давних лет берёза была образом нашей страны. Древесина березы широко используется в качестве сырья в деревообрабатывающей промышленности.
Содержание березовой коры составляет 10–12,5 % от массы дерева, на долю бересты приходится 16–20 % ее массы.
Береста состоит из множества тонких, полупрозрачных, но прочных и плотных слоев. Слои гладкие, легко разделяются друг от друга, имеют белую, желтоватую, розоватую, коричневатую, зеленоватую окраску.
Макростроение:
Наружный слой (белый) — береста (лубяной слой).
Внутренний слой (жёлтый) — луб (флоэма).
Имеет пластинчатую структуру.
Микростроение:
Бетулин - белое кристаллическое вещество, придающее цвет и водоотталкивающие свойства.
Клетки пробки (суберин) - обеспечивают механическую прочность и упругость.
Целлюлозные волокна - создают каркас.
Поры - отвечают за газо- и влагообмен.
Слои бересты нарастают каждый год. Самые молодые расположены у ствола, старые – снаружи. Внутренний слой снятой бересты при изготовлении изделий считается лицевым. Он имеет приятную, слегка глянцевую поверхность и насыщенный золотисто-желтый цвет.
К физико-механическим свойствам бересты относят:
Прочность – она выдерживает нагрузки и воздействие агрессивных сред, не разрушаясь.
Мягкость и гибкость – способность многократно изгибаться в различных направлениях без разрушения.
Эластичность – способность бересты тянуться под воздействием усилия и возвращаться в первоначальное состояние.
Пластичность – способность принимать определенную форму при воздействии инструмента и сохранять ее впоследствии.
Малый вес, легкость что особенно важно при изготовлении корзин, посуды, предметов рыбацкой снасти.
Гидро- и теплоизоляция – способность сопротивляться проникновению жидкости, а также изолировать прилегающую среду от воздействия тепла. Эти свойства бересты обусловили изготовление из нее туесов, обладающих свойствами термоса, подставок под горячие предметы, использование ее при строительстве в качестве гидроизолятора.
Гигроскопичность – способность впитывать и удерживать влагу. Это свойство является значимым при изготовлении хлебниц, подставок.
Для исследования образцы были обработаны в кипящей воде при температуре 100°C в течение 5 минут. Данная процедура привела к значительной деформации — береста свернулась в плотный комок.
Для придания образцам первоначальной плоской формы после кипячения использовалось расправление с помощью утюга и последующее выравнивание под весом (прессование)[5].
Для изучения влияния применения дополнительных упрочняющих элементов на жесткость бересты, все образцы были обработаны различными средствами:
Образец 1 – без обработки;
Образец 2 - обработан сливочным маслом[2];
Образец 3 – обработан растительным маслом;
Образец 4 – обработано в ухе Чурапчинского карася[5].
В результате проведенных опытно-экспериментальных исследований, выявлено, что плотность бересты варьируется в зависимости от способа обработки, что свидетельствует о возможности направленного изменения её физических характеристик.
Доказано, что береста обладает достаточной прочностью при растяжении (в пределах 12–16 МПа), что позволяет рассматривать её как надёжный конструкционный материал в ряде прикладных задач, продемонстрировала высокую устойчивость к изгибающим нагрузкам, сохраняя целостность и форму.
Подтверждено, что применение различных способов обработки позволяет целенаправленно регулировать свойства материала в зависимости от требуемых условий эксплуатации.
Установлено, что береста обладает выраженными теплоизоляционными свойствами, что позволяет эффективно сохранять температуру содержимого и делает её перспективным материалом для использования в условиях, требующих термостабильности.
- Лягушина В., Лопатин А., Софронова Е.
- Советы мастерам-умельцам. Якутск, ЦК и И Министерства культуры Республики Саха (Якутия), 1993.
- Аммосова E. E.Ремесла предков вчера и сегодня. Якутск: Кн. изд-во,1989-48 C.
- Христофорова, Антонина Степановна. Туос тойуга/ Антонина Христофорова. -
- Оконешникова, Александра Фоминична. Ус саха утаин уйэтита / А.Ф.Оконешникова ; [киирии тылы суруйда В.Д. Пинигина ;уруһуйдары онордо И.Е.Оконешников] ; Арктика культуратыгар айар сатабылы уонна сананы киллэрии Агентствота, Дьокуускай, 2008. - 40 с
- Неустроев Б.Ф. Изделия из бересты. - Якутск: Нац. кн.изд-во "Бичик". 1996.-"
- Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве ГОСТ 6611.2-73 (ИСО 2062-72, ИСО 6939-88)
- Методы определения предела прочности и модуля упругости при статическом изгибе – ГОСТ 9625 —2013
