Технологические особенности древесины
Древесину как достаточно твердую и прочную основу, покрытую грунтом, начали использовать в живописи с древнейших времен и широко пользуются ею поныне.
Древесина — сложная ткань древесных и травянистых растений. Она составляет основную массу ствола, корней и ветвей древесных растений. Основу ее структуры составляют волокна (точнее, их стенки). Волокна состоят главным образом из целлюлозы — вещества, нерастворимого в воде, стойкого к воздействию спиртов, эфиров и нейтральных органических растворителей. Деревья различных видов имеют разную структуру клеток, строение которых распознают с помощью микроскопа, когда необходимо определить вид волокна или породу древесины.
Волокна древесины гигроскопичны. Повышение содержания влаги вызывает набухание, а понижение — усушку.
Физико-механические свойства заготовок из древесины зависят от того, как сделан разрез (распил). Различают три вида разреза древесины: радиальный, тангенциальный и поперечный.
Радиальный разрез — это продольный разрез, при котором плоскость сечения проходит через центр ствола, вдоль волокон древесины.
Тангенциальный разрез — это разрез, плоскость сечения которого проходит на некотором расстоянии от центра ствола вдоль волокон древесины.
Поперечный, или торцевой, разрез имеет плоскость сечения, перпендикулярную продольной оси ствола и идущую поперек волокон древесины.
В торцевом срезе древесины заметно, что ствол дерева состоит из концентрических слоев, окружающих сердцевину. Эти слои называются годичными кольцами. Каждое новое годичное кольцо наращивается по наружной окружности древесины за счет формирования нового ее слоя под корой. У многих пород, особенно у хвойных, годичные слои легко различимы в поперечных и продольных сечениях. В зависимости от породы дерева, его возраста, условий произрастания (в лесу или на опушке, в сухом или сыром месте, в дождливый или засушливый год) ширина годичных колец различна. Каждое кольцо (а следовательно, весь ствол древесины) состоит из вертикально расположенных трубочек, из которых формируется древесина, по которым проходят вода и питательные вещества. Когда же дерево срезано, через срезанные клетки и трубочки волокон (торцевые их сечения) впитывается и испаряется влага.
Доску под произведение живописи изготовляли обычно посредством вытесывания из бревна. При этом чаще всего она получала тангенциальное сечение (радиальное — крайне редко). В доску, таким образом, входит средняя часть ствола, которую образует так называемая спелая древесина, а также самые молодые (близкие к поверхности ствола), еще рыхлые части периферической древесины. Они представляют собой неспелые волокна, поскольку формирование ствола древесины происходит с внешней части, под корой.
Процесс формирования средней части ствола заключается в отмирании живых элементов древесины, закупорки водопроводящих путей, отложении смол и углекислого кальция, пропитке дубильными и красящими веществами. Поэтому механические свойства внутренней части древесного ствола выше, а влагопоглощение, влагоотдача и способность к загниванию — ниже, чем у наружной. Центральная же часть ствола — сердцевинная трубка — состоит из рыхлой, мягкой древесины, ее диаметр 2–5 мм, она способствует растрескиванию доски в большей степени, чем окружающая ее спелая древесина. У ядровых пород средняя часть ствола, окружающая сердцевинную трубку, называется ядром, за ней следует периферическая зона, называемая заболонью. Обычно это и есть основная масса доски произведения. Из хвойных пород ядровыми являются сосна, лиственница и сибирский кедр, из лиственных — дуб, ива и другие. Те породы деревьев, у которых нет существенной разницы между центральной и периферической частями ствола ни по химическому составу (смола, дубильные вещества), ни по содержанию воды, называются заболонными породами. Из таких пород в иконописи использовали березу. Липа и ель относятся к спелодревесным породам, у которых периферическая часть отличается от центральной меньшей влажностью (такая древесина называется спелой).
Большое влияние на свойства древесины, особенно хвойных пород, оказывают смолы. Они сосредоточиваются в особых клетках и участках древесины, пропитывают оболочки клеток и кору.
По своему химическому составу они подразделяются на три группы: бальзамы, или жидкие смолы, содержащие большое количество эфирных масел, собственно смолы — твердые вещества, а также гуммисмолы и камедесмолы, состоящие в основном из веществ, растворимых в воде.
Из всех физических свойств древесины для сохранения живописи решающее значение имеет отношение древесины к влаге. От влажности, водопоглощения, водопроницаемости, разбухания, усушки доски зависят деформации (коробления и растрескивания).
Содержание влаги в древесине выражается в процентах, показывающих отношение веса влажной древесины к весу абсолютно сухой древесины. Полученное цифровое выражение называется абсолютной влажностью.
По степени содержания влаги в древесине различают следующие четыре состояния:
комнатно-сухая древесина (8–12% влажности),
воздушно-сухая древесина (12–18% влажности),
полусухая древесина (18–23% влажности),
сырая древесина (свыше 23% влажности).
Влага или вода в древесине находится в трех состояниях: влага капилярная, или свободная, заполняющая в древесине внутренние пустоты — каналы сосудов, полости клеток, межклеточные пространства; влага гигроскопическая, или связанная, пропитывающая оболочки клеток и заполняющая межмицеллярные пространства, и влага химически связанная, входящая в химический состав веществ, образующих древесину. Влажность древесины зависит только от содержания свободной и гигроскопической воды.
Повышенная влажность древесины (25–60%) при плюсовой температуре (10–30°) создает благоприятные условия для развития биологических разрушителей — гнилостных бактерий, микро- (плесневых) и макрогрибов, насекомых-точильщиков.
018-1 Анизотропия — неодинаковость физических свойств тел по разным направлениям внутри этих тел.
Древесина является анизотропным материалом018-1. Анизотропное строение древесины обусловливает различие ее свойств вдоль и поперек волокон, что особенно заметно при влагообмене. Например, через торцевой срез доски влага вбирается и испаряется в 20–30 раз интенсивнее, чем через боковые ее стороны. Неравномерное набухание и усушка вызывают коробление, растрескивание доски, что нарушает сохранность живописи.
Рис. 19
Вследствие анизотропности древесины при изменении содержания в ней влаги увеличение объема (при набухании) или его сокращение (при высыхании) в различных направлениях происходит различно: меньше — по продольной оси (в направлении волокон), больше — в поперечном направлении. Последнее определяет деформации, особенно в тангенциальном разрезе.
Потеря влаги ведет за собой усушку древесины (сокращение объема), что часто приводит к короблению доски и к ее продольному растрескиванию. Это явление усиливается тем, что одна сторона иконы защищена слоями паволоки, левкаса, красок и защитных пленок, а другая — открыта.
Движение влаги вдоль древесных волокон идет с различной скоростью, поэтому ее распределение в процессе высыхания или увлажнения доски всегда неравномерно. Удаление влаги, то есть высыхание доски, прекращается только тогда, когда влажность древесины будет соответствовать температуре и влажности окружающего воздуха и когда влага внутри древесины распределится равномерно. Такое состояние называется равновесной, или устойчивой, влажностью. Чтобы обеспечить стабильное хранение произведений живописи, выполненных на досках, необходимо поддерживать в помещениях музеев и памятников архитектуры постоянную температуру и влажность.
При высыхании древесины происходит усушка доски — уменьшение линейных размеров, которое вдоль волокон составляет 0,1–0,3%, а поперек волокон, в радиальном направлении 3–5%, в тангенциальном 6–10%. Средняя величина усушки поперек волокон у хвойных пород меньше, чем у лиственных, однако у лиственных она распределяется более равномерно, поскольку у хвойных пород засмоленность внутренних и периферийных участков различна. Неравномерная усушка из-за медленного продвижения влаги между волокнами и клетками древесины вызывает появление внутренних напряжений. Так, при высыхании наружные слои оказываются под действием растягивающих напряжений, а внутренние — сжимающих. Если величина этих напряжений превысит предел прочности древесины в поверхностных слоях, произойдет разрыв между волокнами древесины (то есть возникнут продольные трещины) или произойдет коробление (плоская доска произведения приобретет тогда желобчатую форму).
Для изготовления досок основы предпочитали мелкослойную древесину — липу, южный тополь, иву. Использовали также дуб, бук, кипарис, орех, иногда березу. Применение различной древесины для изготовления досок связано как с произрастанием тех или иных пород в различных климатических зонах, так и с местными традициями. Наиболее употребляемой породой при изготовлении досок в русской иконописи была липа, а в северных районах России довольно часто хвойные породы — сосна, ель, лиственница, к
