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

АРТИКУЛ

Плътността, якостта на компресия и твърдостта на повърхността на топлинно обработения граб (Carpinus betulus L.)

Gokhan Gunduz 1 Suleyman Korkut 2, Deniz Aydemir 1, Ilter Bekar 2
1 Катедра по горско индустриално инженерство, Горски факултет, Университет Бартин, Бартин, Турция.
2 Катедра по горско индустриално инженерство, Лесотехнически факултет, Университет Duzce, Düzce, Турция.

Получава: 25.09.2008. Приет: 13.01. 2009 г.

РЕЗЮМЕ

Ключови думи: Термична обработка, плътност, якост на натиск, твърдост, дърво от габър, Carpinus betulus L

ВЪВЕДЕНИЕ

През последните години производството на термично обработена дървесина нараства бързо (Ewert и Scheiding 2005). Съобщава се, че топлинната обработка е ефективен метод за подобряване на стабилността на размерите и издръжливостта на дървото (Bourgois et al. 1998; Tjeerdsma et al. 1998). Няколко изследователски групи са разработили методи за топлинна обработка, които са подходящи за промишлени приложения (Boonstra et al. 1998; Viitaniemi et al. 1996; Weiland et al. 2003).

По време на високотемпературната обработка дървесните видове се нагряват бавно до 200 ? 230 o C във влажен инертен газ. Тази обработка намалява хидрофилното поведение на дървесината чрез модифициране на химическата структура на някои от нейните компоненти (Raimo et al. 1996; Gailliot 1998). Тази модификация предотвратява повторното поглъщане на вода, което насърчава гниенето на дървесината. Когато дървесината абсорбира влагата от заобикалящата я среда, молекулите на водата се вкарват между и вътре в дървесните полимери (хемицелулози и аморфна целулоза) и се образуват водородни връзки. Това явление кара дървото да набъбне (Hinterstoisser et al. 2003).

След термична обработка дървото става по-твърдо и крехко, а механичното съпротивление намалява (Poncsak et al. 2006; Sevim Korkut et al. 2008; Korkut and Bektas 2008; Korkut et al. 2008). В зависимост от параметрите на обработка, като максималната температура на обработка, скоростта на нагряване, времето на задържане при максимална температура или влажността на азотния газ, могат да се появят пукнатини и клетъчната структура също може да бъде частично влошена (Poncsak et al. 2006; Kocaefe и др. 2007). Температурата има по-голям ефект върху много свойства на дървесината, отколкото времето за обработка (Kartal et al. 2007). Температурите над 150 o C трайно променят физико-механичните свойства на дървесината (Mitchell 1998).

Някои методи на лечение водят до силно намаляване на якостта на удар и якостта на огъване, докато други не или в по-малка степен. Освен това, скорошно проучване на Boonstra et al. (2007) показа силно намаляване на якостта на опън, много по-висока от якостта на огъване. Unsal и Ayrilmis (2005) също установяват, че максималното намаляване на силата на компресия, успоредно на зърното в червената гума на турската река (E. camaldulensis Dehn.), Е 19%, обработено при 180 o C в продължение на 10 часа. Топлинно обработеното дърво може да се използва за няколко цели, например за градински, кухненски и сауна мебели; за подове и тавани; за подмяна на тухли от външната и вътрешната страна на конструкциите; и за врати и прозорци (Korkut 2007; Korkut et al. 2007).

Целта на това проучване е да се изследва връзката между плътността и якостта на натиск и твърдостта на дървото от габър. Тъй като дървото, използвано в това изследване, вече е било термично обработено, това проучване не е оценило ефекта от температурата и продължителността на топлинната обработка върху загубите на плътност в дървесината.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Използваните в това проучване проби от дърво от габър (Carpinus betulus L.) са получени в Бартин, Турция. Две дървета с диаметър с диаметър на височината на гърдите (DBH 1,3 m над земята) от 35 ? 40 cm са получени от Bartin Forest Enterprises. Габърът, притежаващ превъзходни технологични свойства и притежаващ голям потенциал за използване, е важен вид в дърводобивната промишленост. Размерите на пробите, използвани за проучвания за плътност, якост на компресия и твърдост, са съответно 20 х 20 х 30 мм, 20 х 20 х 30 мм и 50 х 50 х 50 мм (TS 2470). Броят на екземплярите, взети от всеки труп, е равен. Приложенията за топлинна обработка бяха приложени при три температури (170, 190 и 210 o C) и три продължителности (4, 8 и 12 h) в малък нагревателен блок, контролиран при чувствителност ± 1 o C под атмосферно налягане.

Тестовете за плътност (суха на въздух), якост на компресия и твърдост по Бринел бяха проведени въз основа на TS 2472, TS 2595 и TS 2479, съответно, на 30 повторения, използвани в експеримента. След тестове за якост на натиск и твърдост, съдържанието на влага в пробите беше измерено съгласно TS 2471 и стойностите на якостта бяха коригирани въз основа на 12% ЕМС. В анализа на резултатите в това проучване е приложен анализ на вариацията.

РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ

Всички статистически изчисления се основават на 95% ниво на доверие. Тестовете на ANOVA и Tukey за множество обхвати показват, че всички разлики са значителни (Таблица 1).

Таблица 1 показва влиянието на топлинната обработка при различни температури и продължителност върху якостта на натиск и твърдостта в сравнение с контролните образци. Термичната обработка наистина води до намаляване на плътността. Намаляването на плътността се причинява от: 1. по-ниско съдържание на влага, 2. изпаряване на екстрактивни вещества при топлинна обработка, 3. разграждане на дървесни компоненти, особено хемицелулозите, и изпаряване на продуктите от разграждането. Намаляването на механичните свойства се дължи главно на разграждането на дървесните компоненти (целулоза и особено на хемицелулозите) и това разграждане също е причина за намаляване на плътността (Boonstra et al. 2007)

Степента, до която тези свойства (плътност, якост на натиск и твърдост) са намалени, се определя за всички условия на топлинна обработка.

Таблица 1 показва промените в механичните свойства на термично обработената дървесина при различни температури и продължителност. Данните са статистически оценени от еднопосочен ANOVA, за да се определи влиянието на топлинната обработка върху якостта на компресия и твърдостта.

Разликите между термичната обработка и контролните образци са статистически значими при 5% ниво на доверие. Също така бяха изследвани ефектите от промените в плътността на термично обработената дървесина от габър върху якостта на компресия и твърдостта на дървото. Фигура 1 показва загубата на якост на компресия (CS) на термично обработена дървесина от габър (a) е 170 o C, (b) е 190 o C и (c) е 210 o C).

компресия

Фигура 1. Промените в якостта на компресия на термично обработена дървесина от габър ((a) е 170 o C, (b) е 190 o C и (c) е 210 o C)).

Според Фигура 1, след термична обработка при 170 o C в продължение на 4 часа, стойностите на якостта на компресия показват малък спад. Когато времената за обработка бяха увеличени при същата температура, намаляването на якостта на компресия за дървесни проби, изложени за продължителност от 4 и 12 часа, беше по-голямо от намаляването на дървесни проби, изложени за 8 часа. Фигура 2 показва връзката между компресията или твърдостта и плътността след термична обработка.

Според фиг. 2 беше определено, че промените в плътността имат по-голям ефект върху твърдостта в различните секции, отколкото якостта на компресия. Този ефект се увеличава с увеличаване на температурата и продължителността на лечението. Установено е, че това е значителна корелация между плътността, якостта на компресия и твърдостта в различни секции.

Фигура 2. Връзка между компресията или твърдостта и плътността след термична обработка.

Когато температурата на обработка е 210 o C, якостта на компресия намалява, както се очаква, за експозиции от 4 и 8 часа. Въпреки това, за експозиция от 12 часа при тази температура, силата на компресия се определя, че е намаляла повече от другите условия на третиране. В резултат на това проучване установихме, че топлинната обработка причинява загуби на маса в дървесината, което има отрицателен ефект върху плътността. По този начин най-голямата загуба на плътност е настъпила при условия на лечение от 200 o C и 12 h. Най-малкото намаление на якостта на компресия е установено при условия на обработка от 170 o C и 4 h, където якостта на компресия е измерена около 68 N/mm 2 .

Най-голямото намаляване на якостта на компресия се наблюдава при условия на обработка от 210 o C и 12 h, където силата на компресия е измерена около 54 N/mm2. Загубите на якост на компресия за 170 o C и 4 h са 7%, докато за 210 o C и 12 h това е 34,7%. Korkut и сътр. (2007) са получили подобни резултати на якост на компресия за дървесина от бял бор (Pinus sylvestris L.) за същото време на обработка и температури. Gunduz et al. (2007) съобщават, че максималните намаления за всички параметри са регистрирани при условия на лечение от 180 o C и 10 h. Получената най-ниска стойност на якост на компресия е 41,432 N/mm2, загуба от 27,2% в сравнение с контролата.

Unsal и Ayrilmis (2005) също установяват, че максималното намаляване на якостта на компресия, успоредно на зърното в пробите от червена гума в турската река (E. camaldulensis Dehn.), Е 19,0% при условия на обработка от 180 ° C и 10 часа. Няколко проучвания показват различни ефекти върху твърдостта на дървесината, забелязва се намаление, но също и увеличаване (в зависимост от дървесните видове и метода на обработка). Също така установихме, че твърдостта намалява в различна степен в термично обработената дървесина от габър, в зависимост от температурата и продължителността на обработката.

маса 1. Промените в механичните свойства на термично обработената дървесина от габър при различни температури и продължителност.