A HŐVEL KEZELT TÖRÖSGUMMÁNY (Carpinus betulus L) sűrűsége, kompressziós ereje és felületi keménysége

Maderas. Ciencia y tecnología, 11 (1): 61-70, 2009.

ARTICULO

A HŐBEN KEZELT TÖRTÉNY (Carpinus betulus L.) FA Sűrűsége, Tömörítési Erője és Felületi Keménysége

Gokhan Gunduz 1 Suleyman Korkut 2, Deniz Aydemir 1, Ilter Bekar 2
1 Erdőmérnöki Tanszék, Erdészeti Kar, Bartin Egyetem, Bartin, Törökország.
2 Erdőgazdálkodási Tanszék, Erdészeti Kar, Duzce Egyetem, Düzce, Törökország.

Beérkezett: 2008.09.25. Elfogadva: 13.01. 2009.

ABSZTRAKT

Kulcsszavak: Hőkezelés, sűrűség, nyomószilárdság, keménység, gyertyánfa, Carpinus betulus L

BEVEZETÉS

Az elmúlt években a hőkezelt fa termelése gyorsan növekedett (Ewert és Scheiding 2005). A hőkezelésről beszámoltak, hogy hatékony módszer a fa méretstabilitásának és tartósságának javítására (Bourgois et al. 1998; Tjeerdsma et al. 1998). Számos kutatócsoport fejlesztett ki hőkezelési módszereket, amelyek alkalmasak ipari alkalmazásokra (Boonstra et al. 1998; Viitaniemi et al. 1996; Weiland et al. 2003).

A magas hőmérsékletű kezelés során a fafajokat nedves inert gázban lassan melegítik 200–230 ° C-ra. Ez a kezelés csökkenti a fa hidrofil viselkedését azáltal, hogy módosítja egyes alkotóelemeinek kémiai szerkezetét (Raimo et al. 1996; Gailliot 1998). Ez a módosítás megakadályozza a víz újrafelnyelődését, ami elősegíti a fa pusztulását. Amikor a fa felszívja a nedvességet a környezetéből, vízmolekulák kerülnek be a fa polimerek közé és azokba (hemicellulózok és amorf cellulóz), és hidrogénkötések jönnek létre. Ez a jelenség megduzzasztja a fát (Hinterstoisser et al. 2003).

A hőkezelés után a fa merevebbé és törékenyebbé válik, és csökken a mechanikai ellenállás (Poncsak et al. 2006; Sevim Korkut et al. 2008; Korkut and Bektas 2008; Korkut et al. 2008). A kezelési paraméterektől, például a maximális kezelési hőmérséklettől, a melegítési sebességtől, a maximális hőmérsékleten tartási időtől vagy a nitrogéngáz-páratartalomtól függően repedések jelenhetnek meg, és a sejtek szerkezete is részben lebomlik (Poncsak et al. 2006; Kocaefe et al. 2007). A hőmérséklet sok fa tulajdonságra nagyobb hatással van, mint a kezelési idő (Kartal et al. 2007). A 150 o C feletti hőmérséklet tartósan megváltoztatja a fa fizikai és mechanikai tulajdonságait (Mitchell 1998).

Egyes kezelési módszerek az ütésállóság és a hajlítószilárdság erőteljes csökkenését eredményezték, míg mások nem, vagy kisebb mértékben. Továbbá Boonstra és munkatársai nemrégiben készült tanulmánya. (2007) a szakítószilárdság erőteljes csökkenését mutatta, sokkal nagyobb, mint a hajlítási szilárdság. Unsal és Ayrilmis (2005) azt is megállapította, hogy a török folyami vörösgumi (E. camaldulensis Dehn.) Faanyagokban a szemcsével párhuzamosan a nyomószilárdság maximális csökkenése 19% volt, 180 o C-on 10 órán át kezelték. A hőkezelt fa többféle célra felhasználható, például kerti, konyhai és szaunabútorokhoz; padlókhoz és mennyezetekhez; a téglák cseréje a szerkezetek külső és belső oldalán; valamint nyílászárókhoz (Korkut 2007; Korkut et al. 2007).

Jelen tanulmány célja a gyertyánfa sűrűségének, nyomószilárdságának és keménységének összefüggésének vizsgálata. Mivel az ebben a vizsgálatban használt fát már hőkezelték, ez a tanulmány nem értékelte a hőmérséklet és a hőkezelés időtartamának a fa sűrűségveszteségére gyakorolt hatását.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Az ebben a vizsgálatban használt gyertyános (Carpinus betulus L.) fa mintákat a törökországi Bartinból szerezték be. Két fát, amelynek mellmagasságátmérője (DBH 1,3 m a talaj felett) 35-40 cm, a Bartin Forest Enterprises-től szereztük be. A gyertyán, kiemelkedő technológiai tulajdonságokkal és nagy felhasználási potenciállal, fontos fafaj a faipari iparban. A sűrűség, a nyomószilárdság és a keménység vizsgálatához használt minták méretei 20 x 20 x 30 mm, 20 x 20 x 30 mm, illetve 50 x 50 x 50 mm voltak (TS 2470). Az egyes rönkökből vett példányok száma egyenlő volt. Hőkezelést alkalmaztunk három hőmérsékleten (170, 190 és 210 o C) és három időtartamig (4, 8 és 12 óra) egy kicsi fűtőegységben, amelyet ± 1 ° C érzékenységen szabályoztak légköri nyomáson.

A sűrűség (légszáraz), a nyomószilárdság és a Brinell-keménység vizsgálatát a TS 2472, a TS 2595 és a TS 2479 alapján végeztük a kísérletben használt 30 ismétlésen. A préselési szilárdsági és keménységi tesztek után a minták nedvességtartalmát a TS 2471 szerint mértük, és a szilárdsági értékeket korrigáltuk 12% -os EMC alapján. A tanulmány eredményeinek elemzésénél varianciaanalízist alkalmaztunk.

Eredmények és vita

Valamennyi statisztikai számítás a 95% -os megbízhatósági szintre épült. Az ANOVA és Tukey több tartományú tesztjei azt mutatják, hogy minden különbség szignifikáns volt (1. táblázat).

Az 1. táblázat bemutatja a különböző hőmérsékleteken és időtartamokban végzett hőkezelésnek a nyomószilárdságra és keménységre gyakorolt hatását a kontroll mintákkal összehasonlítva. A hőkezelés valóban a sűrűség csökkenését eredményezi. A sűrűség csökkenését az alábbiak okozzák: 1. alacsonyabb nedvességtartalom, 2. extraktív anyagok párolgása hőkezelés során, 3. faalkatrészek, különösen a hemicellulózok lebomlása és bomlástermékek párolgása. A mechanikai tulajdonságok csökkenését főként a faanyagok (cellulóz és különösen a hemicellulózok) lebomlása okozza, és ez a lebomlás oka annak is, hogy csökken a sűrűség (Boonstra et al. 2007)

E tulajdonságok (sűrűség, nyomószilárdság és keménység) csökkenésének mértékét minden hőkezelési körülménynél meghatároztuk.

Az 1. táblázat a hőkezelt fa mechanikai tulajdonságainak változását mutatja be különböző hőmérsékleteken és időtartamokban. Az adatokat statisztikailag egyirányú ANOVA-val értékeltük, hogy meghatározzuk a hőkezelésnek a nyomószilárdságra és keménységre gyakorolt hatását.

A hőkezelés és a kontrollminták közötti különbségek statisztikailag szignifikánsak voltak az 5% -os megbízhatósági szinten. Vizsgálták a hőkezelt gyertyánfa sűrűségváltozásának a fa nyomószilárdságára és keménységére gyakorolt hatását is. Az 1. ábra a hőkezelt gyertyánfa nyomási szilárdságának (CS) veszteségét mutatja (a) 170 o C, (b) 190 o C és (c) 210 o C).

1.ábra. A hőkezelt gyertyánfa nyomási szilárdságának változásai ((a) 170 o C, (b) 190 o C és (c) 210 o C).

Az 1. ábra szerint 4 órán át 170 ° C-on végzett hőkezelés után a nyomószilárdsági értékek kismértékű csökkenést mutattak. Amikor a kezelési időket ugyanazon a hőmérsékleten növelték, a 4 és 12 órás ideig kitett faanyagok nyomószilárdságának csökkenése nagyobb volt, mint a 8 órán át kitett faanyagok csökkenése. A 2. ábra a nyomás vagy a keménység és a sűrűség viszonyát mutatja a hőkezelés után.

A 2. ábra szerint meghatározták, hogy a sűrűségváltozásoknak több hatása van a keménységre a különböző szakaszokban, mint a nyomószilárdság. Ez a hatás a kezelési hőmérséklet és az időtartam növekedésével nőtt. Megállapították, hogy szignifikáns összefüggés van a sűrűség, a nyomószilárdság és a keménység között a különböző szakaszokban.

2. ábra. A kompresszió vagy a keménység és a sűrűség kapcsolata hőkezelés után.

Amikor a kezelési hőmérséklet 210 o C volt, a nyomási szilárdság a várakozásoknak megfelelően csökkent 4 és 8 órás expozíció esetén. Azonban ezen a hőmérsékleten 12 órás expozíció esetén a nyomásszilárdság jobban csökkent, mint más kezelési körülmények. E vizsgálat eredményeként megállapítottuk, hogy a hőkezelés tömegveszteséget okoz a fában, ami negatív hatással van a sűrűségre. Így a legnagyobb sűrűségveszteség 200 o C-os és 12 órás kezelési körülmények között következett be. A kompressziós szilárdság legkisebb csökkenését 170 o C-os és 4 órás kezelési körülmények között tapasztaltuk, ahol a nyomási szilárdságot 68 N/mm2-nél mértük. .

A kompressziós szilárdság legnagyobb csökkenése 210 o C-os és 12 órás kezelési körülmények között következett be, ahol a kompressziós szilárdságot 54 N/mm2-nél mértük. A nyomási szilárdságveszteség 170 o C-on és 4 órán át 7%, míg 210 o C-on és 12 órán át 34,7% volt. Korkut és mtsai. (2007) hasonló nyomási szilárdsági eredményeket kapott az erdeifenyő (Pinus sylvestris L.) faanyag esetében, ugyanazon kezelési idő és hőmérséklet mellett. Gunduz és mtsai. (2007) szerint az összes paraméter maximális csökkenését 180 o C-os és 10 órás kezelési körülmények között regisztrálták. A kapott legalacsonyabb nyomási szilárdsági érték 41,432 N/mm2 volt, ami 27,2% -os veszteséget jelent a kontrollhoz képest.

Unsal és Ayrilmis (2005) azt is megállapította, hogy a török folyóvörös gumiszerű (E. camaldulensis Dehn.) Faanyagokban a szemcsékkel párhuzamosan összenyomódási szilárdság maximális csökkenése 19,0% volt 180 o C-os és 10 órás kezelési körülmények között. Számos tanulmány különböző hatásokat mutatott a fa keménységére, csökkenést, de növekedést is észleltek (a fafajtól és a kezelési módtól függően). Megállapítottuk azt is, hogy a hőkezelt gyertyános fa keménysége változó mértékben csökkent, a hőmérséklettől és a kezelés időtartamától függően.

Asztal 1. A hőkezelt gyertyános fa mechanikai tulajdonságainak változásai különböző hőmérsékleteken és időtartamokban.