DIMENZIJSKA STABILNOST LESA

Transkripcija

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 1

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 DIMENZIJSKA STABILNOST LESA Diferencialni nabrek Sprememba dimenzije, če se lesna vlaţnost spremeni za 1% V tangencialni (q T ) smeri v radialni (q R ) smeri T qt l l R qr l1 u l0 l0 u Koeficient nabrekanja Sprememba dimenzije, če se relativna zračna vlaţnost spremeni za 1% h T V tangencialni (q T ) smeri T v radialni (q R ) smeri h R R Sorpcijski kvocient Sprememba lesne vlaţnost, če se relativna zračna vlaţnost spremeni za 1%: u h s q R, T R, T

3 Relativna sprememba mase DIMENZIJSKA STABILNOST LESA Kriteriji za ocenitev dimenzijske stabilnosti Kazalnik Neugodno Normalno Ugodno Zelo ugodno q T [%/%] > 0,4 0,3-0,4 < 0,3 q T - q R [%/%] > 0, 0,1-0, < 0,1 h T [%/%] > 0,065 0,050-0,065 < 0,050 h T - h R [%/%] > 0,035 0,00-0,035 < 0,00 q T /q R >,0 1,6 -,0 < 1,6 s [%/%] > 0,16 0,15-0,16 0,14-0,15 < 0,14 DIMENZIJSKA STABILNOST LESA Brezdimenzijska (relativna) sprememba mase m( t) m E m m z k k E e kt E 1 e kt 1 0,8 0,6 0,4 0, 0 t 1/ t 1/ t 1/ Čas t [s] 3

4 DIMENZIJSKA STABILNOST LESA Določanje kazalnikov dimenzijske stabilnosti P O 5 = 0% NaNO = 65% LiCl = 16% Na Cl = 75% CH 3 COOK = 0% ZnSO 4 6H O = 88% MgCl 6H O = 33% K SO 4 = 94% DIMENZIJSKA STABILNOST LESA x` A` = T A T T x x`1 a ij = cos (x`i, x j ) cos cos( ( )) cos T cos( ) cos sin x x 11 1 x x 1 cos sin sin x cos x sin cos x 11 x11cos x sin x1 x x11cos x sin x x x 1 cos sin sin cos sin cos x 1 x 1 ( x x11)sin cos x1(cos sin ) sin cos x 1 4

5 DIMENZIJSKA STABILNOST LESA x x x 11 1 cos sin sin cos sin cos sin cos sin cos sin cos cos sin x x x x x x 1 cos sin q q q q q T R T R T cos x x x x x x 1 cos sin q q q q q T R T R R cos x11 x x 1 x 1 sin x1 cos qt qr q TR q RT sin POSTOPKI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE 5

6 MOŽNSTI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE Proizvajalec Kupec, uporabnik Izvajalec montaže 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 6

7 LESNA VLAŽNOST Sušenje na prostem Ravnovesne vlaţnosti lesa v različnih okoljih Ustrezni ravnovesni pogoji so pogoj za stabilnost lesa v predelavi in uporabi Območje nasičenja celičnih sten (U TNCS ) 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 Zaradi sorpcijske histereze so nihajoča klimatska nihanja nekoliko manj problematična (Ud Ud 1 ) > (Ua Ud 1 ) Ud Ud 1 Ua Ud 1 7

8 Nihanje relativne zračne vlažnosti 1 = 30 % = 80 % Lesna vrsta Dif. nabrek Tang. = 50 % Rad. Iroko 0,19 0,10 Tikovina 0, 0,1 Smrekovina 0,39 0,19 Borovina 0,36 0,15 Hrastovina 0,36 0,18 Bukovina 0,41 0,0 Sprememba dimenzij: BUKOVINA tang.,05 % rad. 1,00 % TIKOVINA tang. 0,95 % rad. 0,50 % Sprememba dimenzij pri 80 mm širokih elementih BUKOVINA tang. rad. TIKOVINA tang. rad. 1,64 mm 0,80 mm 0,76 mm 0,40 mm Lok je tipična deformacija kompresijskega lesa Vzvalovanost kot posledica večjega vzdolţnega krčenja tenzijskega lesa Sloč (sabljavost) se pojavita pri sproščanju rastnih napetosti Veţenje juvenilnega lesa s spiralni potekom Prepletenost vlaken lahko povzroča veţenja ali pa s progasto strukturo na radialnem preprezu deluje zelo dekorativno 8

9 Vzdolžno krčenje Radialno krčenje Tangencialno krčenje KORITAVOST VZROKI Prečna krčitvena anizotropija (večje krčenje v tangencialni smeri) Vlažnostni gradient (razlika vlaţnosti na zgornji in spodnji strani) SUŠENJE ZGORNJE POVRŠINE Učinek prečne krčitvene anizotropije Previsoka začetna vlažnost lesa Suha klima v prostoru NAVLAŢEVANJE SPODNJE POVRŠINE Prenizka začetna vlažnost lesa Visoka vlažnost talnih površin - podlage 9

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)/(cm /s/pa)*10-14 ] Alkid 6,9 Akril, čisti 4 Akril, pigmentirani 53 Epoksi 7,4 Uretanski 18, Les - vzdolžno Les prečno

11 Relativna sprememba mase (dimenzije) E 1 LES Podaljšanje časa uravnovešanja in zmanjšanje nabrekanja (krčenja) 0 Čas uravnovešanja t Hitrost vzpostavljanja ravnovesne vlaţnosti določajo uravnovesne krivulje - les - vodni X - nitro-komb. * - poliuretan + - kislinski 11

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. POSTOPKI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE Kazalniki stopnje učinkovitosti postopkov protikrčitvena učinkovitost (antishrinking efficiency ASE) zmanjšanje nabrekanja (reduction in swelling - R ) K T ASE( R) K vodoodbojna učinkovitost (moisture excluding efficiency MEE) vodoodbojnost (water repellency WR) mk m MEE m K T navzem ali prirast mase wight percent gain - WPG mt m WPG m K K 100 1

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 13

14 Križno lameliranje in vezan les lepljenci, 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 14

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 Vpliv temperature termične obdelave (10 min.) na izgubo mase, poslabšanje mehanskih lastnosti in dosežen protikrčitveni učinek Temperatura Izguba mase Zruš. trdnost Trdota E- modul Obrab. odpornost ASE [C] [%] [%] [%] [%] [%] [%] 10 0,5,0 5,0 4, ,0 5,0 1,5 0, ,0 17,0 1,0 40,

16 Relativna sprememba mase E Log. časa segrevanja [min] % 5% 40% Temperatura [C] Vpliv temperature in časa segrevanja za doseganje 10, 5 in 40% zmanjšanja nabrekanja Čas uravnovešanja t [dni] 16

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 17

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 18

19 Monomeri in predpolimeri, ki se uporabljajo pri WPC vinil in derivati (metil metakrilat, stiren, dialilftalat, poliester stiren) predpolimeri topni v vodi in alkoholu (fenol-, urea- in melaminformaldehid nizkoviskozne epoksi smole navadno čista snov z dodatkom za prečno vezavo in/ali obarvanje; ne nabreka celične stene, zapolnjuje lumne; stiren se teţko eliminira iz lesnih proizvodov obdelava furnirjev (Compreg in Impreg); fenolne smole imajo svetlo do temno rjavo barvo; melaminske in sečninske smole so svetle in jih je moč obarvati so polarne in nabrekajo celično steno ter les dimenzijsko stabilizirajo Monomeri in predpolimeri, ki se uporabljajo pri WPC polarni monomeri (furfurol) modificirani vinilni monomeri izocianati (poliuretani) nabreka celično steno in v vodi daje visoko kemijsko odpornost in dimenzijsko stabilnost; temno rjave barve modificirani s polarnimi skupinami, ki nabrekajo celično steno, so fungicidni ali ognje-odporni reagirajo z lesom; mogoče jih je modificirati, da vsebujejo zaščitna sredstva 19

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 Les OH + OCH Les O CH O Les + H O 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 % Les OH + OCH Les O CH O Les + H O 0

21 Volumenski skček [%] 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-CH 3, ftaliranje CO-C 6 H 4 -COOH , 0,4 0,6 0,8 1 Relativni parni tlak BREZ BaCl NaCl MnCl MgCl LiCl Volumensko krčenje smrekovine tretirane z različnimi solnimi raztopinami 1

22 Volumenski skrček [%] Volumenski skrček [%] HO BaCl NaCl LiCl KJ KCNS Lesna vlažnost [%] Volumenski skrček smrekovine prepojene z različnimi solnimi raztopinami v odvisnosti od lesne vlažnosti A B C D E F 0 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 Relativni parni tlak Volumenski skrček borovine prepojene z različnim raztopinami v odvisnosti od relativnega parnega tlaka: A voda; B 6,5% saharoza in 6,5% invertni sladkor,c 1,5% saharoza; D 5,0 % in 80 % saharoza; E 1,5% invertni sladkor in F 5,0 in 50,0% invertni sladkor