dimenzijska stabilnost lesa -...

1

DIMENZIJSKA

NESTABILNOST

LESA

Opozorilo:

Kljub pazljivemu in pravilnemu sušenju ne moremo

zagotoviti popolnoma stabilne vlažnosti lesa.

S spremembo vlažnosti se pojavljajo tudi

dimenzijske spremembe

navlaževanje → nabrekanje

sušenje → krčenje

Zaradi nihajoče klime v uporabi ne moremo

preprečiti delovanja lesa

Oddelek za lesarstvoBiotehniška fakulteta

Univerza v Ljubljani



2

DIMENZIJSKA STABILNOST LESA

Dejavniki Sorpcija Dimenzije in oblika

Specifični Ravnovesna vlažnost Nabrekanje (krčenje)

Uravnovesna hitrost Nabrekovalna anizotropija

Nespecifični Dimenzije Orientiranost

Dodatne obdelave Način razžagovanja

Klima okolja Konstrukcija


uq T

T

uq R

R

TR

TR

q

hus

,

,

T

Th

R

Rh

Koeficient nabrekanja Sprememba dimenzije, če se relativna zračna vlaţnost spremeni za 1%

Sorpcijski kvocientSprememba lesne vlaţnost, če se relativna zračna vlaţnost spremeni za 1%:

Diferencialni nabrekSprememba dimenzije, če se lesna vlaţnost spremeni za 1%

v radialni (qR) smeri V tangencialni (qT) smeri

V tangencialni (qT) smeri v radialni (qR) smeri

0

12

0 l

ll

l

l

3

Kazalnik Neugodno Normalno Ugodno Zelo

ugodno

qT [%/%] > 0,4 0,3 - 0,4 < 0,3

qT - qR [%/%] > 0,2 0,12 - 0,2 < 0,12

hT [%/%] > 0,065 0,050 - 0,065 < 0,050

hT - hR [%/%] > 0,035 0,020 - 0,035 < 0,020

qT/qR > 2,0 1,6 - 2,0 < 1,6

s [%/%] > 0,16 0,15 - 0,16 0,14 - 0,15 < 0,14

Kriteriji za ocenitev dimenzijske stabilnosti



kteE

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Čas t [s]

Rela

tivna s

pre

mem

ba m

ase

kz

k

mm

mtmE

)(

Brezdimenzijska (relativna) sprememba mase

t1/2 t1/2 t1/2

kteE 1

4


P2O5 = 0% NaNO2 = 65%

LiCl = 16% Na Cl = 75%

CH3COOK = 20% ZnSO4 6H2O = 88%

MgCl2 6H2O = 33% K2SO4 = 94%

Določanje kazalnikov dimenzijske stabilnosti


A` = T A TT

aij = cos (x`i, xj)

cossin

sincos

cos)2

cos(

))2

(cos(cosT

cossin

sincos

cossin

sincos

´´

´

2221

1211

2221

1211

xx

xx

xx

xx

cossin2sincos´ 12

2

22

2

1111 xxxx

cossin2sincos´ 12

2

22

2

1122 xxxx

)sin(coscossin)(´´ 22

1211222112 xxxxx

x1

x2

x`1

x`2

5


22

22

22

12

22

11

sincoscossincossin

cossin2cossin

cossin2sincos

´

´

´

x

x

x

2sin2cos22

´ 1222112211

11 xxxxx

x

2sin2cos22

´ 1222112211

22 xxxxx

x

2cos2sin2

´´ 122211

2112 xxx

xx

2cos22

´ RTRTT

qqqqq

2cos22

´ RTRTR

qqqqq

2sin2

´´ RTRTTR

qqqq

POSTOPKI

DIMENZIJSKE

STABILIZACIJE

6

Proizvajalec

Izvajalec montažeKupec,

uporabnik

MOŽNSTI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE





Postopki in možnosti omejitve delovanja lesa

osušitev na primerno vlažnost in vzdrževanje

konstantnih klimatskih pogojev

uporaba najprimernejše lesne vrste

izbira lesa brez rastnih posebnosti in izbira

orientiranih elementov

uporaba lesnih kompozitov

s pravilnim postopkom vgradnje

z zaščitnimi premaznimi sredstvi, ki delujejo

hidrofobno in upočasnijo hitrost uravnovešanja in

Posebni postopki dimenzijske stabilizacije





7

• Ravnovesne vlaţnosti lesa v različnih okoljih

32

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Območje nasičenja celičnih sten (UTNCS)

Pričetek krčenja

Postopki kemične zaščite

Meja biološke odpornosti

Konstrukcijski les

Vrtno pohištvo

Les za prometna sredstva

Oprema in pohištvo v neogrevanih prostorih

Oprema in pohištvo v individualno ogrevanih prostorih

Oprema in pohištvo v centralno ogrevanih prostorih

Sušilnično (absolutno) suho stanje

Su

šen

je n

a p

roste

m

LE

SN

A

VL

AŽ

NO

ST





Ustrezni ravnovesni pogoji so pogoj za stabilnost lesa v

predelavi in uporabi

Zaradi sorpcijske histereze so nihajoča klimatska

nihanja nekoliko manj problematična

Ud2 – Ud1

Ua2 – Ud1





(Ud2 –Ud1) > (Ua2 –Ud1)

8

Lesna vrsta Dif. nabrek

Tang. Rad.

Iroko 0,19 0,10

Tikovina 0,22 0,12

Smrekovina 0,39 0,19

Borovina 0,36 0,15

Hrastovina 0,36 0,18

Bukovina 0,41 0,20

Nihanje relativne zračne vlažnosti

1 = 30 %

2 = 80 % = 50 %

Sprememba dimenzij:

BUKOVINA

tang. 2,05 %

rad. 1,00 %





Sprememba dimenzij pri 80 mm

širokih elementih

BUKOVINA

tang. 1,64 mm

rad. 0,80 mm

TIKOVINA

tang. 0,95 %

rad. 0,50 %

TIKOVINA

tang. 0,76 mm

rad. 0,40 mm





Veţenje juvenilnega lesa s spiralni potekom

Lok je tipična deformacija kompresijskega lesa

Sloč (sabljavost) se pojavita pri sproščanju

rastnih napetosti

Vzvalovanost kot posledica večjega

vzdolţnega krčenja tenzijskega lesa

Prepletenost vlaken lahko povzroča

veţenja ali pa s progasto strukturo

na radialnem preprezu deluje zelo

dekorativno

9





KORITAVOST

Vzdolžno krčenje

Radialno krčenje

Tangencialno krčenje

VZROKIPrečna krčitvena anizotropija

(večje krčenje v tangencialni smeri)

Vlažnostni gradient(razlika vlaţnosti na zgornji in

spodnji strani)

Prenizka začetna vlažnost

lesa

Visoka vlažnost talnih

površin - podlage





Učinek prečne krčitvene

anizotropije

Previsoka začetna vlažnost

lesa

Suha klima v prostoru

SUŠENJE

ZGORNJE

POVRŠINE

NAVLAŢEVANJE

SPODNJE

POVRŠINE

10

Preprečevanje dodatnega navlaževanja od sovgrajenih

materialov,

Primerna hidro izolacija,

Uporaba pomožnih materialov – npr. lepila, ki ne

vsebujejo vode,

Primerna konstrukcija





Vrsta premaznega sredstva vpliva na hitrost

navlaţevanja lesa

Premaz Permeabilnost

[(g.cm)/(cm2/s/Pa)*10-14]

Alkid 6,9

Akril, čisti 24

Akril, pigmentirani 53

Epoksi 7,4

Uretanski 18,2

Les - vzdolžno 118000

Les – prečno 14000





11

Čas uravnovešanja t

Rela

tivna s

pre

mem

ba m

ase (

dim

enzije) E

0

1

LES

Podaljšanje časa uravnovešanja

in zmanjšanje nabrekanja (krčenja)





Hitrost vzpostavljanja ravnovesne

vlaţnosti določajo uravnovesne krivulje

POSTOPKI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE LESA

■ - les

□ - vodni

X - nitro-komb.

* - poliuretan

+ - “kislinski”

12

Toplotna obdelava lesa

Postopki lameliranja

Vodoodbojni premazi

Lesno-polimerni kompoziti

– snovi, ki se ne vežejo v celično steno in jih voda

lahko izpere

– snovi, ki se ne vežejo v celično steno, vendar v

vodi niso topne in

– snovi, ki se v celično steno vežejo in jih voda ne

izpira.






K

TKRASE

)(

K

TK

m

mmMEE

Kazalniki stopnje učinkovitosti postopkov

•protikrčitvena učinkovitost

(antishrinking efficiency – ASE)

•zmanjšanje nabrekanja

(reduction in swelling - R )

•vodoodbojna učinkovitost

(moisture excluding efficiency – MEE)

•vodoodbojnost

(water repellency – WR)

•navzem ali prirast mase

wight percent gain - WPG100

K

KT

m

mmWPG

POSTOPKI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE

13

Poleg dimenzijske stabilizacije lesa z mnogimi

postopki dosežemo vzporedno še naslednje

učinke:

vodo-odbojnost

odpornost proti kislinam ali bazam,

UV odpornost

biološka odpornost ali

termična odpornost;

pogosto se poveča tudi trdota.


Najstarejšimi postopki

prepajanje lesa z naravnimi smolami, voski in olji

raztopljenimi v topilih - topila izhlapijo trdne snovi

tvorijo notranje in/ali zunanje »prevleke«

Premazni sistemi


14

Križno lameliranje in vezan leslepljenci,

lesni komoziti in

elementi iz dezintegriranega lesa


Križno lameliranje (vezan les)

Zaviralni učinek vzdolžno orientiranega lesa proti prečnemu delovanju

Po debelini ni direktnega zaviralnega učinka

Učinkovitost je odvisna od vrste uporabljenega lepila

Visoke temperature pri stiskanju zmanjšajo higroskopnost

Tlačne napetosti pri stiskanju znižujejo ravnovesne vlažnosti


15

Toplotna obdelava

v inertni atmosferi – brez prisotnosti kisika

Termična razgradnja hemiceluloz v furfurol,

sladkorje, ki se izpirajo ali reagirajo v netopne

polimere – učinkovitost odvisna od temperature,

tlaka, čas, tlaka, vlažnosti lesa.

Močna razgradnja srednjega sloja vpliva na

zmanjšanje trdnostnih lastnosti – obrabna

odpornost


Temperatura Izguba

mase

Zruš.

trdnost

Trdota E-

modul

Obrab.

odpornost

ASE

[C] [%] [%] [%] [%] [%] [%]

210 0,5 2,0 5,0 4,0 40 10

245 3,0 5,0 12,5 20,0 80 25

280 8,0 17,0 21,0 40,0 92 40

Vpliv temperature termične obdelave (10 min.) na izgubo

mase, poslabšanje mehanskih lastnosti in dosežen

protikrčitveni učinek


16

0

1

2

3

4

5

6

120 170 220 270 320

Temperatura [C]

Lo

g. ča

sa

se

gre

va

nja

[min

]


Vpliv temperature in časa segrevanja za doseganje

10, 25 in 40% zmanjšanja nabrekanja

10% 25% 40%

Čas uravnovešanja t [dni]

Rela

tivna s

pre

mem

ba m

ase E


17

Polimerni les – WPC

Vnos sredstev poteka po kapilarni strukturi

Hitrost prodiranja Prevodnost tkiva

Viskoznost sredstva

Drastičnost postopka

Poraba sredstva Poroznost lesa

Želen učinek


Vnos sredstev

vakuumiranje

povišan tlak

Utrevanje in stabilizacija

povišana temperatura

uporaba katalizatorjev

sevanje (elektroni, in X – žarki)

segrevanje v dielektrične polju


18

Polimerni les – WPC

Polimerizacija

Snov se skrči – možnost delovanja

Polimerizacija ni popolna monomere ostnejo in se izločijo

Stranski produkti – voda, ogljikov dioksid, formaldehid

Adicija

Reakcija ni popolna

Monomere ohranijo les bolj plastičen



“Normalno”

nabrekanje

celične stene

Zapolnjevanje

celičnih lumnov

Zapolnjevanje

odprtin v celični

steni

Kemično

modificirana

celična stena

Prečne vezave Zamenjava OH s

hidrofobnimi

Odstranjevanje

OH skupin

19

Monomeri in predpolimeri, ki se uporabljajo pri WPC

vinil in derivati

(metil metakrilat, stiren, dialilftalat,

poliester stiren)

navadno čista snov z dodatkom

za prečno vezavo in/ali obarvanje;

ne nabreka celične stene,

zapolnjuje lumne;

stiren se teţko eliminira iz lesnih

proizvodov

predpolimeri topni v vodi in

alkoholu

(fenol-, urea- in melamin-

formaldehid

obdelava furnirjev (Compreg in

Impreg);

fenolne smole imajo svetlo do

temno rjavo barvo;

melaminske in sečninske smole

so svetle in jih je moč obarvati

nizkoviskozne epoksi smole so polarne in nabrekajo celično

steno ter les dimenzijsko

stabilizirajo


Monomeri in predpolimeri, ki se uporabljajo pri WPC

polarni monomeri

(furfurol)

nabreka celično steno in v vodi

daje visoko kemijsko odpornost in

dimenzijsko stabilnost;

temno rjave barve

modificirani vinilni monomeri modificirani s polarnimi skupinami,

ki nabrekajo celično steno,

so fungicidni ali ognje-odporni

izocianati

(poliuretani)

reagirajo z lesom;

mogoče jih je modificirati, da

vsebujejo zaščitna sredstva


20

Zamreženje - crosslinking

Higroskopne skupine (- OH) se v osušenem stanju

medsebojno povežejo z močnejšimi (kovalentnimi)

vezmi.

Vodne molekule nimajo dovolj energije za vdor v

celično steno


2 Les – OH + OCH2 Les – O – CH2 – O – Les + H2O

Zamreženje s formaldehidom

Segrevanja nad parami formaldehida pri temperaturi 50

do 60 C – kondenzacija v lesu

Kot katalizator se uporabljajo kisline

mravljična ali ocetna kislina

(WPG = 5 % ASE < 10 %)

močne mineralne kisline

(do pH 0 1) ASE 70 %


2 Les – OH + OCH2 Les – O – CH2 – O – Les + H2O

21

Zapolnjevanje (Bulking)

NBL – se ne veţejo in jih voda izpira (soli, sladkorji, PGE)

– zmanjšanje relativnega parnega tlaka

– zapolnitev celičnih sten

– les je pogosto vlaţen

NBNL – fenol-formaldehidne smole (impreg, compreg,), vosek

+ etilen glikol mono etil eter

BNL – acetilacija – zamenjava hidroksilnih skupin z acetilno

skupino –CO-CH3, ftaliranje –CO-C6H4-COOH


0

2

4

6

8

10

12

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Relativni parni tlak

Volu

menski skček [

%]

BREZ

BaCl2

NaCl

MnCl2

MgCl2

LiCl


Volumensko krčenje smrekovine tretirane z

različnimi solnimi raztopinami

22

0

2

4

6

8

10

12

0 8 16 24 32

Lesna vlažnost [%]

Volu

menski skrč

ek [

%]

H2O

BaCl2

NaCl

LiCl

KJ

KCNS

Volumenski skrček smrekovine prepojene z

različnimi solnimi raztopinami v odvisnosti od

lesne vlažnosti


0

2

4

6

8

10

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Relativni parni tlak

Volu

menski skrč

ek [

%]

A

B

C

D

E

F


Volumenski skrček borovine prepojene z različnim raztopinami v odvisnosti od

relativnega parnega tlaka:

A – voda; B – 6,25% saharoza in 6,25% invertni sladkor,C – 12,5% saharoza;

D – 25,0 % in 80 % saharoza; E – 12,5% invertni sladkor in F – 25,0 in 50,0%

invertni sladkor

dimenzijska stabilnost lesa -...

Documents