Δασική Τεχνολογία Ξύλου

Transcript

1 ΤΕΙ ΛΑΡΙΣΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΡΔΙΤΣΑΣ ΤΜΗΜΑ ΔΑΣΟΠΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΟΧΡΗΣΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΞΥΛΟΥ Στέργιος Αδαμόπουλος, Επίκουρος Καθηγητής Δασική Τεχνολογία Ξύλου (Εργαστηριακές Ασκήσεις) ΚΑΡΔΙΤΣΑ 2008

2 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ Α : ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΞΥΛΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΙΑΚΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ...23 ΜΕΡΟΣ Β : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΞΥΛΟΥ ΠΡΙΣΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΟ ΠΡΙΣΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΠΡΙΣΤΗΣ ΞΥΛΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΞΗΡΑΝΣΗ ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΣ ΞΥΛΟΥ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΞΥΛΟΥ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΞΥΛΟΦΥΛΛΩΝ ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΝΤΙΚΟΛΛΗΤΩΝ ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ ΙΝΟΠΛΑΚΩΝ...51

3 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 3 ΜΕΡΟΣ Α ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΞΥΛΟΥ

4 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 4 1. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ Πυκνότητα είναι το μέτρο της μάζας που περιέχεται σε ορισμένο όγκο ξύλου. Για τον προσδιορισμό της πυκνότητας αρκεί να υπολογίσουμε τα μεγέθη μάζα και όγκο σε συγκεκριμένες υγρομετρικές καταστάσεις: o σε απόλυτα ξηρή κατάσταση o σε χλωρή κατάσταση o σε οποιαδήποτε υγρασία (α) προσδιορισμός της ξηρής πυκνότητας Η ξηρή πυκνότητα αναφέρεται σε μάζα και όγκο σε απόλυτα ξηρή κατάσταση και υπολογίζεται από τον τύπο: Mo ro = Vo (g/cm 3 ), όπου Mo: ξηρή μάζα (g) και Vo: ξηρός όγκος (cm 3 ) Για τον υπολογισμό του απόλυτα ξηρού βάρους ενός οποιουδήποτε δείγματος ξύλου ακολουθείται η εξής διαδικασία: o το δείγμα ξύλου τοποθετείται σε πυριατήριο (κλίβανο) σε θερμοκρασία 103±2 o C ώσπου να χάσει όλη του την υγρασία και να αποκτήσει σταθερό βάρος (Εικόνα 1) o κατόπιν τοποθετείται στον ξηραντήρα, δηλαδή σε κλειστό γυάλινο δοχείο με CaCl 2 ή P 2 O 5 ή Silica gel, ώστε να κρυώσει χωρίς να ανακτήσει ποσοστά υγρασία (Εικόνα 1) o Ζυγίζεται σε ηλεκτρικό ζυγό ακριβείας με ακρίβεια 0,001 g για μικρά δείγματα Εικόνα 1. Πυριατήριο (αριστερά) και ξηραντήρας (δεξιά) Για τον προσδιορισμό του απόλυτα ξηρού όγκου επιλέγεται η μέθοδος της εμβάπτισης του δείγματος σε νερό σύμφωνα με την αρχή του Αρχιμήδη: όταν ένα σώμα εμβαπτίζεται εντελώς σε νερό, η άνωση είναι ίση με το βάρος του εκτοπιζόμενου νερού. Περιλαμβάνονται τα εξής στάδια (Εικόνα 2): o τοποθέτηση δοχείου με νερό σε ζυγό o ισορροπία ζυγού και καταγραφή ένδειξης o θέρμανση παραφίνης με τη βοήθεια θερμαντικής εστίας

5 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 5 o λήψη του δείγματος από το πυριατήριο και εμβάπτισή του στη θερμή παραφίνη, ώστε να αποφεύγεται είσοδος νερού στο ξύλο o εμβάπτιση δείγματος στο δοχείο με το νερό με τη βοήθεια ακίδας και μέριμνα ώστε το δείγμα να μην έρχεται σε επαφή με το τοιχώματα του δοχείου o ισορροπία ζυγού και καταγραφή δεύτερης ένδειξης ζυγού o η διαφορά των ενδείξεων δίνει το βάρος του εκτοπιζόμενου νερού ή κατά αντιστοιχία τον όγκο του (πυκνότητα νερού = 1), συνεπώς και τον όγκο του δείγματος Εικόνα 2. Δεξιά: Ηλεκτρικός ζυγός με δοχείο με νερό και στατώ με ακίδα για συγκράτηση του δείγματος. Αριστερά: παραφίνη πάνω σε θερμαντική εστία (β) προσδιορισμός της βασικής πυκνότητας Η βασική πυκνότητα αναφέρεται σε μάζα σε απόλυτα ξηρή κατάσταση και όγκο σε χλωρή κατάσταση και υπολογίζεται από τον τύπο: Mo R = Vg (g/cm 3 ), όπου Mo: ξηρή μάζα (g) και Vg: χλωρός όγκος (cm 3 ) Ο υπολογισμός του ξηρού βάρους έχει ήδη αναφερθεί. Για τον υπολογισμό του χλωρού όγκου εφαρμόζεται επίσης η μέθοδος της εμβάπτισης του δείγματος σε νερό σύμφωνα με την αρχή του Αρχιμήδη. Προηγουμένως, το δείγμα ξύλου βράζεται σε νερό προκειμένου να κορεστεί πλήρως με νερό (χλωρή κατάσταση). Για τη μέτρηση χλωρού όγκου δεν χρειάζεται η εμβάπτιση του δείγματος σε παραφίνη. (γ) προσδιορισμός της βασικής πυκνότητας με τη μέθοδο της μέγιστης περιεχόμενης υγρασίας Για τον προσδιορισμό της βασικής πυκνότητας με τη μέθοδο αυτή δεν απαιτείται μέτρηση του όγκου του δείγματος αλλά μόνο το απολύτως ξηρό και το κορεσμένο με νερό βάρος του. Τα στάδια είναι τα εξής: o πλήρης κορεσμός του δείγματος με νερό (βράσιμο του ξύλου σε νερό)

6 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 6 o απομάκρυνση του επιφανειακού νερού με απορροφητικό χαρτί και ζύγιση του δείγματος o ξήρανση του δείγματος σε πυριατήριο ψύξη σε ξηραντήρα - επαναζύγιση Κατόπιν, χρησιμοποιείται ο τύπος: R = Mo Mo + (Mν - Mo) rw (g/cm 3 ) Mo : απόλυτα ξηρό βάρος Mv : κορεσμένο με νερό βάρος του ξύλου = βάρος ξύλου και νερού που συγκρατήθηκε από το ξύλο Mv Mo : βάρος νερού που συγκρατήθηκε από το ξύλο και είναι ίσο με τον όγκο του νερού ή τον όγκο των κενών χώρων του ξύλου Mo : όγκος ξυλώδους ύλης (rw = 1,5) rw Mo + (Mv-Mo) : χλωρός όγκος ξύλου (Vg) rw (δ) προσδιορισμός της φαινομενικής πυκνότητας Η φαινομενική πυκνότητα αναφέρεται σε μάζα και όγκο σε οποιαδήποτε υγρασία x και υπολογίζεται από τον τύπο: Rx = Mx Vx (g/cm 3 ), όπου Mx, Vx: μάζα (g) και όγκος (cm 3 ) σε υγρασία x Συνήθως η μάζα και ο όγκος προσδιορίζονται σε κατάσταση ξηρή στον αέρα (περιεχόμενη υγρασία %) με βάση τις προηγούμενες μεθόδους: o το δείγμα ξύλου ζυγίζεται για προσδιορισμό της μάζας και o εμβαπτίζεται στο νερό με θερμή παραφίνη για προσδιορισμό του όγκου με βάση την αρχή του Αρχιμήδη ε) πρόχειρη εκτίμηση της ξηρής πυκνότητας Πρόχειρη εκτίμηση της πυκνότητας μπορεί να γίνει με τη Μέθοδο Paul, χρησιμοποιώντας την αρχή του Αρχιμήδη. Κατασκευάζεται πρίσμα ξύλου με διαστάσεις 2 x 2 x 20 cm και διαιρείται το μήκος του σε 10 ίσα μέρη. Περιλαμβάνονται τα εξής στάδια (Εικόνα 3):

7 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 7 o το δοκίμιο τοποθετείται σε πυριατήριο στους 103±2 ο C για παραπάνω από 24 ώρες ώστε να χάσει την περιεχόμενη υγρασία του o ζυγίζεται και επανατοποθετείται στο πυριατήριο για περίπου 2 ώρες επιπλέον και ζυγίζεται εκ νέου. Εφόσον η ένδειξη παραμένει σταθερή, η ξήρανση έχει τελειώσει o εμβαπτίζεται το δοκίμιο σε αριθμημένο γυάλινο κύλινδρο γεμάτο με νερό χωρίς πίεση και αφήνεται να ισορροπήσει o αποσύρεται το δοκίμιο από τον κύλινδρο και μετράται το μήκος του δοκιμίου που βρισκόταν κάτω από τη στάθμη του νερού κατά την ισορροπία του o Η πυκνότητα δίνεται κατά από τη σχέση = μήκος ξύλου μέσα στο νερό προς το συνολικό μήκος ξύλου Εικόνα 3. Μέθοδος Paul στ) σχέση πυκνότητας ξύλου και κενών χώρων Η πυκνότητα του ξύλου είναι δείκτης των κενών χώρων. Το ποσοστό των κενών χώρων % του συνολικού όγκου του ξύλου υπολογίζεται ως εξής: ro C = (1 - ) x 100 ή C = ,7 ro rw ro = ξηρή πυκνότητα (g/cm 3 ) rw = πυκνότητα ξυλώδους ύλης (πρακτικά σταθερή και ίση με 1,50 σε απόλυτα ξηρή μάζα και όγκο, για όλα τα είδη ξύλου) Σημείωση: Εκτός από την εμβάπτιση με βάση την αρχή του Αρχιμήδη, υπάρχουν και άλλοι τρόποι προσδιορισμού του όγκου του ξύλου: o για κανονικό γεωμετρικό σχήμα δείγματος ξύλου, ο όγκος υπολογίζεται από τις διαστάσεις (π.χ. για στερεό ορθογώνιο: βάση x ύψος x πλάτος) τις οποίες μετράμε με ηλεκτρονικό μικρόμετρο o με υδραργυρικό ογκόμετρο, το οποίο υπολογίζει τον όγκο του εμβαπτιζόμενου δείγματος ξύλου από τον όγκο του εκτοπιζόμενου υδραργύρου της συσκευής

8 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 8 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 1. Η ξηρή πυκνότητα ενός ξύλου είναι 0,45 g/cm 3. Να υπολογιστεί το ποσοστό των κενών χώρων (% του συνολικού όγκου) 2. Να δοθούν και να επεξηγηθούν οι τύποι υπολογισμού της ξηρής, βασικής και φαινομενικής πυκνότητας 3. Δείγμα ξύλου έχει βάρος 10 g και όγκο 20 cm 3 σε ξηρή κατάσταση. Να προσδιοριστεί η πυκνότητα του. Πως ονομάζεται η πυκνότητα του ξύλου σ αυτές τις υγρομετρικές συνθήκες;

9 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 9 2. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ Υπάρχουν διάφοροι τρόποι μέτρησης της υγρασίας στο ξύλο, ανάλογα με το σκοπό και το διαθέσιμο εξοπλισμό: o o o o o o o o o ξήρανση σε κλίβανο στους 103±2 ο C απόσταξη χρήση ηλεκτρικών υγρομέτρων (αντίστασης και διηλεκτρικά) ακτίνες Χ και γ αξονική τομογραφία υπέρυθρη ακτινοβολία LASER ακτίνες κύματα RADAR ραδιοκύματα και μικροκύματα Συνήθως, στην πράξη ή στο εργαστήριο, χρησιμοποιούμε τις πρώτες μεθόδους οι οποίες και αναλύονται παρακάτω. α) μέθοδος ξήρανσης και ζύγισης Πρόκειται για εργαστηριακή μέθοδο που εφαρμόζεται: o για τη μελέτη της μεταβλητότητας (οριζόντια και κατακόρυφη) της υγρασίας του ξύλου των ζωντανών δέντρων, οπότε λαμβάνονται εγκάρσιοι δίσκοι (πάχους περίπου 2 cm) στο στηθιαίο ύψος ή σε διάφορα ύψη στον κορμό ή τρυπανίδια στο στηθιαίο ύψος. Τα δείγματα κλείνονται αεροστεγώς σε σακούλες και αποθηκεύονται σε καταψύκτη μέχρι τη στιγμή της μέτρησης o για τον προσδιορισμό της υγρασίας πριστής ξυλείας, οπότε λαμβάνονται δείγματα πάχους 1 1,5 cm σε απόσταση > 30 cm από τα άκρα της πριστής o για τον προσδιορισμό της υγρασίας προϊόντων ξύλου (στύλοι, έπιπλα, κορμοτεμάχια, στρωτήρες, κλπ.), οπότε λαμβάνονται τρυπανίδια με ειδικό τρυπάνι Σε όλες τις περιπτώσεις η μέτρηση της υγρασίας γίνεται ως ακολούθως: o ζύγιση των δειγμάτων σε ζυγό ακριβείας 0,01 ή 0,001 g (αρχική μάζα Mx) o ξήρανση των δειγμάτων σε πυριατήριο στους 103±2 o C για 24 ώρες ή μέχρι να σταθεροποιηθεί το βάρος τους o ψύξη των δειγμάτων σε ξηραντήρα o επαναζύγιση των δειγμάτων (τελική ξηρή μάζα Μο) Η υγρασία υπολογίζεται % της ξηρής μάζας του ξύλου από τον τύπο: Υ (%) = Mx - Mo Mo x 100

10 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 10 β) απόσταξη Πρόκειται για εργαστηριακή μέθοδο με την οποία γίνεται ακριβής προσδιορισμός της υγρασίας σε ξύλα που έχουν εμποτιστεί ή περιέχουν πτητικά εκχυλίσματα (έλαια, ρητίνες, κλπ.). Οι παραπάνω ουσίες εξατμίζονται μέσα στο πυριατήριο και κατά συνέπεια η μέθοδος ξήρανσης και ζύγισης δεν δίνει ακριβή αποτελέσματα. Περιλαμβάνονται τα εξής στάδια, ενώ η διάρκεια δεν υπερβαίνει τη μισή ώρα περίπου (Εικόνα 4): o μετατροπή μικρής ποσότητας (20 50 g) ξύλου σε τεμαχίδια τα οποία και ζυγίζονται o τεμαχίδια ξύλου με τουλουόλιο ή ξυλόλη τα οποία δεν αναμειγνύονται με νερό (1) o θερμαντική εστία (2) o με την ανύψωση της θερμοκρασίας, το νερό που βρίσκεται στα τεμαχίδια συγκεντρώνεται σε αέρια μορφή (υδρατμοί) στον ψύκτη και έναρξη της υγροποίησής του με τη βοήθεια ξηραντικού (3) o συλλογή της υγρασίας του ξύλου σε υγρή μορφή σε αριθμημένο ογκομετρικό σωλήνα και συνεπώς μέτρηση της μάζας του μέσω του όγκου (πυκνότητα νερού = 1 g/cm 3 ) o αφαίρεση της μάζας νερού από την αρχή μάζα των τεμαχιδίων για υπολογισμό του ξηρού τους βάρους o χρησιμοποίηση του τύπου της προηγούμενης μεθόδου για τον υπολογισμό της υγρασίας Εικόνα 4. Μέθοδος απόσταξης ( είσοδος έξοδος νερού) γ) ηλεκτρικά υγρόμετρα Στην πράξη, όταν απαιτείται μια εκτίμηση της περιεχόμενης υγρασίας του ξύλου και όχι ακριβής προσδιορισμός, χρησιμοποιούνται τα ηλεκτρικά υγρόμετρα ηλεκτρικής αντίστασης (στη δίοδο συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος). Τα ηλεκτρόδια του οργάνου που έχουν μορφή καρφιών πιέζονται στο 1/4 με 1/5 του βάθους του δείγματος και σε απόσταση από τις παρυφές του όσο και το πάχος του. Αφού διορθωθεί το όργανο ανάλογα με την πυκνότητα του ξύλου και ρυθμιστεί η θερμοκρασία περιβάλλοντος, η περιεχόμενη υγρασία εμφανίζεται στην οθόνη με το πάτημα ενός κουμπιού (Εικόνα 5). Για υγρασία >20 % συνίσταται η ροή του ρεύματος να είναι παράλληλα με τις ίνες.

11 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 11 Πλεονεκτήματα: o γρήγορη εύκολη μέτρηση o μη καταστρεπτική μέτρηση o όργανα φορητά ελαφρά o μικρή δαπάνη μέτρησης Μειονεκτήματα: o μικρή ακρίβεια o όχι αξιόπιστα για ΠΥ >30% & <7% o εξαρτώνται από ατμοσφαιρικές συνθήκες και από το είδος, πυκνότητα, θερμοκρασία ξύλου Εικόνα 5. Μέτρηση της υγρασίας του ξύλου με ηλεκτρικό υγρόμετρο ηλεκτρικής αντίστασης και πλεονεκτήματα μειονεκτήματα της μεθόδου (δ) μέγιστη υγρασία του ξύλου Ο υπολογισμός της μέγιστης υγρασίας του ξύλου μπορεί να γίνει κατά προσέγγιση με βάση την πυκνότητα: Υ max = 100 x ( R 1-0,67) ή Υmax = 100 x ( ro 1-0,67) + 30 Υ max = μέγιστη υγρασία (%) R = βασική πυκνότητα (g/cm 3 ) ro = ξηρή πυκνότητα (g/cm 3 ) ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 1. Η βασική πυκνότητα ενός ξύλου είναι 0,60 g/cm 3 και η ξηρή πυκνότητα ενός άλλου 0,55 g/cm 3. Να υπολογιστεί η μέγιστη υγρασία που μπορεί να συγκρατηθεί από τα δυο ξύλα. 2. Δείγμα ξύλου ζυγίζει 130 g και μετά από ξήρανση σε πυριατήριο 100 g. Ποια είναι η περιεχόμενη υγρασία του; Μπορεί ξυλεία με την παραπάνω περιεχόμενη υγρασία να χρησιμοποιηθεί στην πράξη χωρίς παραπέρα ξήρανση και γιατί; 3. Δίνονται τα ζεύγη θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας του αέρα: Θερμοκρασία, o C Σχετική υγρασία, %

12 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 12 Να υπολογιστεί η ισοδύναμη υγρασία του ξύλου για κάθε ζεύγος τιμών καθώς και οι τιμές ισοδύναμης υγρασίας για την Ελλάδα και το Νομό Καρδίτσας. Χρησιμοποιείστε τις ισόϋγρες καμπύλες του σχήματος:

13 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΙΑΚΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ (α) συνολική ρίκνωση και διόγκωση Ο προσδιορισμός της συνολικής ακτινικής, εφαπτομενικής και αξονικής ρίκνωσης και διόγκωσης γίνεται ως εξής (Σχήμα 1): o από κορμοτεμαχία μήκους περίπου 0,50 m (α) διαμορφώνονται με ταινιοπρίονο πρισματικά δοκίμια 3 x 3 cm (β) τα οποία κλείνονται αμέσως σε πλαστικές σακούλες και μεταφέρονται σε ψυγείο του εργαστηρίου ώστε να παραμένουν χλωρά o προετοιμασία με δισκοπρίονο δείγματων μήκους 3 x 3 x 0,5 cm για τον προσδιορισμό της ακτινικής και εφαπτομενικής ρίκνωσης (γ) και δειγμάτων 1,5 x 1,5 x 10 cm για τον προσδιορισμό της αξονικής ρίκνωσης o μέτρηση με ηλεκτρονικό μικρόμετρο ακριβείας 0,01 mm (Εικόνα 6) των χλωρών διαστάσεων όλων των δειγμάτων, τοποθέτηση των δειγμάτων σε πυριατήριο σε θερμοκρασία 103±2 ο C μέχρι πλήρους απώλειας της υγρασίας τους και μέτρηση των ξηρών τους διαστάσεων β γ δ α Σχήμα 1. Προετοιμασία και ταυτότητα των δειγμάτων ρίκνωσης και διόγκωσης: (α) κορμοτεμάχιο μήκους περίπου 0,50 m (β) πρισματικά δοκίμια 3 x 3 x 50 cm (γ) δείγματα για ακτινική και εφαπτομενική ρίκνωση 3 x 3 x 0,5 cm (δ) δείγματα για αξονική ρίκνωση 1,5 x 1,5 x 10 cm Ο υπολογισμός της συνολικής ρίκνωσης ΣΡ και συνολικής διόγκωσης ΣΔ (ακτινικά εφαπτομενικά αξονικά) γίνεται με βάση τους τύπους: ΣΡ % = χλωρή διάσταση - ξηρή διάσταση χλωρή διάσταση x 100 ΣΔ % = χλωρή διάσταση - ξηρή διάσταση ξηρή διάσταση x 100

14 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 14 Από τους παραπάνω τύπους, προκύπτει ότι μπορούμε να υπολογίσουμε τη ΣΡ από τη ΣΔ και το αντίστροφο: ΣΡ = ΣΔ ΣΔ + 1 και ΣΔ = ΣΡ 1- ΣΡ Εικόνα 6. Ηλεκτρονικό μικρόμετρο ακριβείας 0,01 mm για την μέτρηση των διαστάσεων των δειγμάτων ακτινικά, εφαπτομενικά και αξονικά Σημέιωση: 1. Για τον προσδιορισμό των μεταβολών του όγκου του ξύλου είτε υπολογίζονται ο χλωρός και ξηρός όγκος των δειγμάτων και χρησιμοποιούνται στους παραπάνω τύπους αντί της χλωρής και ξηρής διάστασης είτε προστίθενται η ακτινική, εφαπτομενική και αξονική ρίκνωση και διόγκωση 2. Για να βεβαιωθούμε ότι τα δείγματα ξύλου βρίσκονται σε χλωρή κατάσταση πριν μετρηθούν οι διαστάσεις πρέπει να διατηρούνται μονίμως υγρά (γίνεται περιοδική ύγρανσή τους με νερό και αποθήκευσή τους σε ψυγείο για αποφυγή ανάπτυξης μυκήτων) (β) ρυθμός εφαπτομενικής διόγκωσης Η μέθοδος βασίζεται στην τοποθέτηση δειγμάτων με διαστάσεις 3 x 3 x 0,5 cm σε κατάλληλη συσκευή με μικρόμετρο ακρίβειας 0,01 mm και εμβάπτισή του σε γυάλινο δοχείο με νερό θερμοκρασίας 20 ο C για 6h (Εικόνα 7). Ο ρυθμός εφαπτομενικής διόγκωσης μπορεί να υπολογιστεί από κατάσταση ξηρή στον αέρα ή τελείως ξηρή. Με τη βοήθεια χρονομέτρου ακρίβειας 1/100 min παίρνονται στοιχεία του ρυθμού εφαπτομενικής διόγκωσης ανά τακτά χρονικά διαστήματα (π.χ. 0,5, 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 120, 180, 240, 360 min). Επίσης, προσδιορίζεται ο χρόνος που χρειάζεται κάθε δείγμα να φτάσει στο μισό (1/2) της μέγιστης διόγκωσής του.

15 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 15 Μέγιστη διόγκωση (Α) Διόγκωση (mm) Χρόνος για Α/2 Χρόνος (min) Εικόνα 7. Συσκευή με μικρόμετρο και εμβάπτισή του σε γυάλινο δοχείο με νερό για τον προσδιορισμό του ρυθμού εφαπτομενικής διόγκωσης (αριστερά) και χρόνος που χρειάζεται κάθε δείγμα να φτάσει στο ½ της μέγιστης διόγκωσης Με βάση τα στοιχεία του ρυθμού διόγκωσης υπολογίζεται ο συντελεστής διάχυσης Δ: Δ = 2 π x α x Eα 16 x λ 2 Δ = συντελεστής διάχυσης (cm 2 /min) π = 3,14 α = πάχος δείγματος (cm) λ = χρόνος (min) που απαιτείται για να διογκωθεί το δείγμα κατά Εα εκφραζόμενο ως κλάσμα της συνολικής διόγκωσης (Εα = 1/2) (γ) διαστασιακές μεταβολές για μεταβολές της υγρασίας κάτω του σημείου ινοκόρου Κάτω από το σημείο ινοκόρου, οι σχέσεις της ρίκνωσης και διόγκωσης με την υγρασία θεωρούνται πρακτικά ευθύγραμμες. Πρακτικά, για κάθε μεταβολή υγρασίας αντιστοιχεί μια διαστασιακή μεταβολή και μεταβολή όγκου (Σχήμα 2) Για τη μέγιστη μεταβολή υγρασίας (30 %) ΜΜΥ κάτω του σημείου ινοκόρου έχουμε ΣΡ ή ΣΔ. Για τυχαία μεταβολή υγρασίας ΤΜΥ κάτω του σημείου ινοκόρου θα έχουμε μείωση Ρ ή αύξηση Δ των διαστάσεων ή του όγκου: Ρ = ΣΡ x TMY MMY και Δ = ΣΔ x TMY MMY

16 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 16 χλωρή διάσταση Α χλωρή διάσταση Β Ρ Δ ξηρή διάσταση ΤΜΥ υγρασία, % 30 % ξηρή διάσταση ΤΜΥ υγρασία, % 30 % Σχήμα 2. Ευθύγραμμες σχέσεις μεταξύ ρίκνωσης - υγρασίας (Α) και διόγκωσης - υγρασίας (Β) (γ) συντελεστής ανισοτροπίας Ανισοτροπία του ξύλου είναι η διαφορά μεταξύ της εφαπτονικής και ακτινικής ρίκνωσης ή διόγκωσης και εκφράζεται με τον συντελεστή ανισοτροπίας: Συντελεστής ανισοτροπίας = εφαπτομενική ΣΡ ή ΣΔ ακτινική ΣΡ ή ΣΔ Η σχέση του συντελεστή ανισοτροπίας με την πυκνότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη (Σχήμα 3). Με βάση το Σχήμα 3 τα ελληνικά ξύλα μπορούν να χαρακτηριστούν ως ελαφρά (Ε), μέτρια (Μ) και βαριά (Β). 2,0 1,5 συντελεστής ανισοτροπίας Ε Μ Β 0,5 0,8 πυκνότητα, g/cm 3 Σχήμα 3. Σχέση συντελεστή ανισοτροπίας - πυκνότητας Επίσης, ανάλογα με τη διαστασιακή σταθερότητά τους (άθροισμα της εφαπτομενικής και ακτινικής διαστασιακής μεταβολής) που αντιστοιχεί για μεταβολή σχετικής υγρασίας της ατμόσφαιρας 43-80%, η διάκριση των ξύλων γίνεται ως εξής:

17 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 17 Διαστασιακή σταθερότητα Μεγάλη (<3) Μέτρια (>3 και <4,25) Μικρή (>4,25) ερυθρελάτη, κυπαρίσσι, καστανιά, μουριά, άρκευθος ψηλός (εγκάρδιο), ίταμος ελάτη, μαύρη πεύκη, δασική πεύκη, λευκόδερμη πεύκη, άρκευθος ψηλός (σομφό), φτελιά πεδινή, φράξος όρνος, κελτίς, πλάτανος ανατολικός, σφενδάμι πεδινό, οξιά (ατμισμένη), σημύδα, λεύκη τρέμουσα, καρυδιά, λεπτοκαρυά, δρυς απόδισκη (σομφό) οξιά (μη ατμισμένη), οστριά, δρυς πλατύφυλλη, δρυς απόδισκη (εγκάρδιο), δρυς μακεδονική, αριά, τίλια χνοώδης ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 1. Αν η συνολική ρίκνωση είναι 7% και η συνολική διόγκωση 8%, να βρεθούν η ρίκνωση και διόγκωση για μεταβολή υγρασίας 14%. 2. Ένα δοκίμιο ξύλο με χλωρές διαστάσεις 2,5 x 15 x 100 cm γίνεται μετά από ξήρανση σε πυριατήριο στους 103±2 0 C 2,4 x 14 x 99 cm. Ποια είναι η συνολική ογκομετρική ρίκνωση και διόγκωσή του; 3. Δείγμα ξύλου ρικνώνεται εφαπτομενικά κατά 5% όταν η υγρασία του μειώνεται από το σημείο ινοκόρου στο 14%. Ποια είναι η συνολική του ρίκνωση; Να υπολογιστεί και η συνολική του διόγκωση. Αν η σχέση μεταξύ ξηρής πυκνότητας (Χ) και εφαπτομενικής ρίκνωσης (Υ) είναι Υ = 5,15 + 7,75Χ, τι πυκνότητα έχει το δείγμα του ξύλου; 4. Δείγμα ξύλου έχει ξηρό βάρος 14 g και ξηρό όγκο 20 cm 3. Η ογκομετρική ρίκνωση του δείγματος είναι 3% για μεταβολή υγρασίας 7%. Να προσδιοριστεί η βασική πυκνότητα του ξύλου. 5. Τετράγωνο δείγμα ξύλου με καθαρά ακτινικές και εφαπτομενικές επιφάνειες έχει πλευρά 20 mm σε χλωρή κατάσταση. Μετά από ξήρανση η εφαπτομενική του διάσταση γίνεται 17,5 mm και η ακτινική του 18,7 mm. Να υπολογιστεί ο συντελεστής ανισοτροπίας και βάση της τιμής του να σχολιάσετε αν πρόκειται για ελαφρό, μέτριο ή βαρύ ξύλο. 6. Ξυλεία οξιάς διαμορφώνεται σε πριστά διαστάσεων ξηρών στον αέρα (περιεχόμενη υγρασία 12%) 50 mm x 50 mm (ακτινικά x εφαπτομενικά). Σε τι διαστάσεις πρέπει να κόβεται η χλωρή ξυλεία οξυάς ώστε να πετυχαίνεται η παραπάνω διατομή σε κατάσταση ξηρή στον αέρα; Δίνεται ότι η συνολική ακτινική ρίκνωση της οξιάς είναι 5% και η συνολική εφαπτομενική ρίκνωση 10%.

18 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ Οι κυριότερες χημικές ιδιότητες του ξύλου που προσδιορίζονται αφορούν: o τα εκχυλίσματα o τα ανόργανα συστατικά (τέφρα) o την οξύτητα (ph) o τη ρυθμιστική ικανότητα o την α-κυτταρίνη, ολοκυτταρίνη και λιγνίνη Για τον προσδιορισμό των παραπάνω ιδιοτήτων, αντιπροσωπευτικό δείγμα ξύλου από το υλικό που πρόκειται να ελεγχθεί μετατρέπεται με κοπίδι σε μικρότερα δείγματα μεγέθους σπιρτόξυλου και κατόπιν σε ξυλόσκονη με τη βοήθεια μύλου τύπου Wiley και κόσκινο Νο 40 με διάμετρο οπών 0,425 mm (Εικόνα 8). (α) εκχυλίσματα Εικόνα 8. Εργαστηριακός μύλος τύπου Wiley και ξυλόσκονη Ο ποσοτικός προσδιορισμός των εκχυλισμάτων διαλυτών σε διάφορους διαλύτες, όπως: o ζεστό νερό (100 ο C) o κρύο νερό o μίγμα αλκοόλης τολουόλιου (αναλογία 1:2 κατ όγκο) o διχλωρομεθάνιο o σε 1% διάλυμα NaOH o συνολικά εκχυλίσματα (διαδοχικά σε μίγμα αλκοόλης τολουόλιου 1:2, αλκοόλη 95%, ζεστό νερό) γίνεται με βάση τις αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM. Σε γενικές γραμμές γίνεται εκχύλιση 2 g ξηρής στον αέρα ξυλόσκονης με ορισμένη ποσότητα του αντίστοιχου διαλύτη σε συσκευή εκχύλισης Soxhlet (Εικόνα 9). Βέβαια η μεθοδολογία διαφέρει για κάθε μια από τις παραπάνω διαλυτότητες του ξύλου. Τα εκχυλίσματα προσδιορίζονται % της απόλυτα ξηρής μάζας της ξυλόσκονης ως εξής (μέσος όρος τουλάχιστον δύο προσδιορισμών):

19 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 19 E = W1 - W W 1 2 x 100 W 1 : ξηρό βάρος ξυλόσκονης πριν την εκχύλιση (g) W 2 : ξηρό βάρος ξυλόσκονης μετά την εκχύλιση (g) έξοδος νερού είσοδος νερού ψύκτης εκχυλιστής τύπου Soxhlet ηθμός όπου τοποθετείται η ξυλόσκονη σφαιρική φιάλη όπου τοποθετείται ο διαλύτης συστοιχία θερμαντικών φωλιών (β) ανόργανα συστατικά (τέφρα) Εικόνα 9. Συσκευή εκχύλισης Soxhlet Ο ποσοτικός προσδιορισμός των ανόργανων συστατικών γίνεται με βάση τις αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM: o περίπου 2 g ξηρής στον αέρα ξυλόσκονης τοποθετείται (σε κάψες από πορσελάνη χωρητικότητας περίπου 30 ml) μέσα σε κλίβανο αποτέφρωσης στους ο C μέχρι πλήρους σταθεροποίησης του βάρους της (Εικόνα 10) o η διαφορά των δύο ζυγίσεων πριν και μετά την αποτέφρωση δίνει την ποσότητα των ανόργανων συστατικών (τέφρα) που εκφράζεται % του απόλυτα ξηρού βάρους της ξυλόσκονης: Τέφρα % = W1 x 100 W 2

20 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 20 W 1 : βάρος τέφρας (g) W 2 : ξηρό βάρος ξυλόσκονης (g) Εικόνα 10. Κλίβανος αποτέφρωσης και κάψες πορσελάνης Ο ποιοτικός προσδιορισμός των ανόργανων συστατικών γίνεται μετά από διάλυση όλης της ποσότητας της τέφρας με επίδραση 5 ml διαλύματος HCl σε νερό (αναλογία 1:1) και αραίωση με αποσταγμένο νερό σε τελικό όγκο 50 ml. Τα ανόργανα στοιχεία (Κ, Να, P, Mg, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb, κλπ.) προσδιορίζονται με διάφορες μεθόδους, όπως φλογοφωτομετρικά, χρωματομετρικά και με ατομική απορρόφηση. Η περιεκτικότητα του ξύλου (mg/g) σε καθένα από τα στοιχεία υπολογίζεται με βάση το απόλυτο ξηρό βάρος του ξύλου πριν από την αποτέφρωση. (γ) οξύτητα (ph) και ρυθμιστική ικανότητα Για τον προσδιορισμό της οξύτητας (ph): o γίνεται ανάμιξη ξηρής στον αέρα ξυλόσκονης και αποσταγμένου νερού σε αναλογία 1:20 κατά βάρος (1 g ξυλόσκονη:20 ml νερό) o το μίγμα ξυλόσκονης-νερού ανακατεύεται και διατηρείται σε θερμοκρασία δωματίου για 48 h με σκοπό την αποκατάσταση ισορροπίας o οι μετρήσεις του ph γίνονται με τη βοήθεια ηλεκτρονικού ψηφιακού πεχάμετρου ακρίβειας 0,01 και μετά την πάροδο 2 min περίπου από την εμβύθιση των ηλεκτροδίων στο διάλυμα (χρόνος ικανός για την σταθεροποίηση των ενδείξεων του οργάνου) Η ρυθμιστική ικανότητα (buffering capacity) προσδιορίζεται με προσθήκη 0,05N NaOH ή 0,05Ν H 2 SO 4 με τη βοήθεια προχοΐδας στα παραπάνω διαλύματα όγκου 20 ml και για μεταβολή του ph από 3 ως 10. Οι διαδοχικές μετρήσεις του ph γίνονται 3 min περίπου (χρόνος ικανός για την ανάμιξη του διαλύματος και την σταθεροποίηση των ενδείξεων του οργάνου) μετά την προσθήκη της βάσεως ή του οξέος (Εικόνα 11).

21 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 21 Εικόνα 11. Πεχάμετρο και προχοΐδα για προσθήκη 0,05N NaOH ή 0,05Ν H2SO4 Η ρυθμιστική ικανότητα (ισοδύναμο σε οξύ) για μεταβολή από το αρχικό ph σε ph 10, προσδιορίζεται από τη σχέση ml NaOH x 0,05N NaOH προς την ποσότητα των ml του εκχυλίσματος (20 ml). Η ρυθμιστική ικανότητα (ισοδύναμο σε άλκαλι) για μεταβολή από το αρχικό ph σε ph = 3, προσδιορίζεται από την σχέση ml H 2 SO 4 x 0,05N H 2 SO 4 προς την ποσότητα των ml του εκχυλίσματος (20 ml). Η πορεία μεταβολής του ph μπορεί να αποδοθεί και με γράφημα (Σχήμα 4). 10 A 8 ph 6 4 Heartwood εγκάρδιο Sapwood σομφό N H 2 SO 4 (ml) 0.05Ν NaOH (ml) Σχήμα 4. Μεταβολή της οξύτητας μετά από προσθήκη 0,05 Ν ΝaOH ή 0,05 Ν H 2 SO 4 στο εγκάρδιο και σομφό ακακίας

22 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 22 (δ) ολοκυτταρίνη, α-κυτταρίνη, λιγνίνη Ο ποσοτικός προσδιορισμός της ολοκυτταρίνης, α-κυτταρίνης και λιγνίνης είναι περισσότερο πολύπλοκος και γίνεται επίσης με βάση τις αμερικάνικες προδιαγραφές ASTM. Η ολοκυτταρίνη (κυτταρίνη + ημικυτταρίνες) προσδιορίζεται σε δείγμα 2 g ξυλόσκονης απαλλαγμένης εκχυλισμάτων με τη βοήθεια ειδικής συσκευής, ηθμούς διήθησης και με τα αντιδραστήρια αιθυλική αλκοόλη 95%, διάλυμα αλκοόλης μονοαιθανολαμίνης (97:3 κατ όγκο), αιθυλικού αιθέρα και αέριου χλώριου. Η α-κυτταρίνη απαιτεί 2 g ξηρής στον αέρα ξυλόσκονης απαλλαγμένης εκχυλισμάτων και λιγνίνης με τη βοήθεια ειδικής συσκευής σταθερής θερμοκρασίας, ηθμούς διήθησης και αντιδραστήρια διάλυμα NaOH 17,5%, διάλυμα NaOH 8,3% και διάλυμα οξικού οξέως 10%. Για τον προσδιορισμό της λιγνίνης γίνεται με εκχύλιση ποσότητας 1 g ξηρής στον αέρα ξυλόσκονης διαδοχικά με αλκοόλη 95%, μίγμα αλκοόλης τολουόλιου 1:2 και ζεστό νερό και κατόπιν προσθήκη H 2 SO 4, συμπύκνωση και διήθηση.

23 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ Για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων λαμβάνεται αντιπροσωπευτικός αριθμός δειγμάτων κανονικής δομής και χωρίς σφάλματα (π.χ. από διάφορα δέντρα, μέρη του κορμού). Οι δοκιμές διεξάγονται με βάση διεθνείς προδιαγραφές (π.χ. DIN, ASTM, ISO, BS) σε ειδικές μηχανές αντοχής (Εικόνα 12). Στις μηχανές αυτές, το φορτίο εφαρμόζεται κατάλληλα πάνω στο δείγμα και λαμβάνεται το φορτίο που προκαλεί θραύση στο δείγμα, η συνολική παραμόρφωση καθώς και το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης. Εικόνα 12. Μηχανή αντοχής Τα δείγματα προετοιμάζονται σε πρισματικά σχήματα με ακριβείς εφαπτομενικές και ακτινικές επιφάνειες (αξονική εγκάρσια θλίψη, στατική δυναμική κάμψη, κρούση, σκληρότητα) και σε ειδικά σχήματα (αξονικός εγκάρσιος εφελκυσμός, διάτμηση, σχίση), ανάλογα με τις απαιτήσεις της κάθε προδιαγραφής. Ένας τρόπος διαμόρφωσης δειγμάτων για ορισμένες μηχανικές ιδιότητες φαίνεται στο Σχήμα 5. Στατική κάμψη 2 x 2 x 34 cm Απορριπτέα τμήματα Κρούση 2 x2 x30 cm Αξονική θλίψη 2 x2 x6 cm Σχήμα 5. Παραγωγή δοκιμίων για στατική κάμψη, κρούση και αξονική θλίψη

24 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 24 Για κάθε δείγμα προσδιορίζεται η φαινομενική του πυκνότητα, μετά από ζύγισή του σε ηλεκτρονικό ζυγό ακριβείας (0,01 g) και μέτρηση των διαστάσεών του (ακτινικά, εφαπτομενικά και αξονικά με ηλεκτρονικό μικρόμετρο και κανόνα). Πριν τις δοκιμές τα δείγματα θα πρέπει να κλιματίζονται σε θερμοκρασία 20±1 ο C και σχετική υγρασία 66-65% είτε σε ειδικούς θαλάμους σταθερών κλιματικών συνθηκών είτε σε διαφανή κλειστά δοχεία που περιέχουν κορεσμένο υδατικό διάλυμα άλατος (NaNO 2 ). (α) προσδιορισμός ορισμένων μηχανικών ιδιοτήτων - στατική κάμψη Ο προσδιορισμός της αντοχής σε στατική κάμψη γίνεται με βάση τις προδιαγραφές DIN. Τα δείγματα τοποθετούνται οριζόντια, με απόσταση υποστηριγμάτων 30 cm και το φορτίο ασκείται κατά την εφαπτομενική διεύθυνση, στο μέσο της αξονικής τους διάστασης, μέχρι το σημείο θραύσεως. Η ταχύτητα κίνησης κεφαλής είναι 0,11 mm/sec και η ακτίνα κεφαλής φόρτισης 15 mm. Από το διάγραμμα τάσης - παραμόρφωσης που λαμβάνεται για κάθε δοκίμιο, προσδιορίζεται γραφικά το φορτίο στο όριο ελαστικότητας (ΔF) καθώς και το βέλος κάμψεως (Δf) που αντιστοιχεί στο φορτίο αυτό (Σχήμα 6). Η δοκιμή πρέπει να ολοκληρώνεται εντός 1,5±0,5 min. Τ ά σ η Ν Παραμόρφωση mm Σχήμα 6. Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης στην περιοχή ελαστικής παραμόρφωσης Το μέτρο ελαστικότητας προσδιορίζεται από τον τύπο: Ε Β = 3 F x L 3 4 x b x h x Δf Ε Β : μέτρο ελαστικότητας σε στατική κάμψη (N/mm 2 ) F: φορτίο στο όριο ελαστικότητας (Ν) L: απόσταση υποστηρίξεως (300 mm) Δf: βέλος κάμψεως σε φορτίο F b: πλάτος δοκιμίου (mm) h: ύψος δοκιμίου (mm)

25 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 25 Το μέτρο θραύσεως προσδιορίζεται από τη σχέση: 3 x Fmax x L σ B = 2 2 x b x h σ B : μέτρο θραύσεως (Ν/mm 2 ) F max : μέγιστο φορτίο (Ν) L: απόσταση υποστηρίξεως (280 mm) b: πλάτος δοκιμίου (mm) h: ύψος δοκιμίου (mm) - αξονική θλίψη Η αντοχή των δειγμάτων σε αξονική θλίψη μετράται επίσης σε μηχανή αντοχής, ενώ η ταχύτητα κίνησης της κεφαλής ρυθμίζεται σε 0,01 mm/sec (προδιαγραφές ISO). Τα δείγματα τοποθετούνται κατά την αξονική διεύθυνση, όρθια μεταξύ δυο μεταλλικών πλακών και κατόπιν ασκείται διαδοχικά φορτίο μέχρι το σημείο θραύσεως των ινών, όποτε και λαμβάνεται το μέγιστο φορτίο. Η δοκιμή πρέπει να ολοκληρώνεται εντός 1,5±0,5 min. Η αντοχή σε αξονική θλίψη προσδιορίζεται από τη σχέση: σ D = Fmax b x h σ D : αντοχή σε αξονική θλίψη (Ν/mm 2 ) F max : μέγιστο φορτίο (Ν) b x h: εγκάρσια διατομή δείγματος (mm 2 ) - κρούση Η αντοχή σε κρούση προσδιορίζεται σε μηχανή αντοχής με βάση τις προδιαγραφές DIN. Η άσκηση του φορτίου γίνεται στο μέσο του μήκους του κάθε δείγματος και μετράται το έργο θραύσεως σε Joule. Η αντοχή σε κρούση προσδιορίζεται από τη σχέση: W = 1000 x w b x h W : αντοχή σε κρούση (ΚJ/m 2 ) w: έργο θραύσεως (Joule) b: πλάτος δοκιμίου (mm) h: ύψος δοκιμίου (mm) - αξονικός εφελκυσμός Για τον προσδιορισμό της αντοχής σε εφελκυσμό παράλληλα με τις ίνες τα δείγματα συγκρατούνται στα άκρα τους από τις κεφαλές σύσφιξης της μηχανής αντοχής έτσι

26 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 26 ώστε το μήκος τους να είναι παράλληλο με την κατεύθυνση της εφαρμογής της δύναμης εφελκυσμού. Η δοκιμή πρέπει να ολοκληρώνεται εντός 1,5±0,5 min. Η αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό προσδιορίζεται από τη σχέση: B z = Fmax a x b B z : αντοχή σε θραύση (Ν/mm 2 ) F max : μέγιστο φορτίο (Ν) a x b: ελάχιστη εγκάρσια διατομή δείγματος (mm 2 ) - σκληρότητα (πλευρικά) Ο προσδιορισμός της πλευρικής σκληρότητας (ακτινικά και εφαπτομενικά) γίνεται συνήθως με τη μέθοδο Janka σε μηχανή αντοχής (προδιαγραφές ISO). Η σκληρότητα μετράται με το φορτίο (Ν) που χρειάζεται για την εισαγωγή χαλύβδινης σφαίρας με διάμετρο 1,128 cm στην ακτινική και εφαπτομενική επιφάνεια κάθε δείγματος (εφαπτομενική και ακτινική σκληρότητα, αντίστοιχα) και σε βάθος ίσο με την μισή διάμετρό της. Στη θέση αυτή, η περίμετρος εσοχής που δημιουργείται στο ξύλο καθορίζει επιφάνεια ενός cm 2. (β) προσδιορισμός εργαστηριακών, βασικών και επιτρεπόμενων τάσεων Από το σύνολο των τιμών μιας ιδιότητας υπολογίζεται ο μέσος όρος που λέγεται μέση εργαστηριακή τιμή ΜΕΤ. Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί αυτή η τιμή στην πράξη θα πρέπει να γίνει μια μείωσή της: o με τον παράγοντα ΜΕΤ 2,33 x τυπική απόκλιση, λόγω μεταβλητότητας ώστε να περιλαμβάνεται το 99% των τιμών (Σχήμα 3) o με τον συντελεστή ασφαλείας 2,5 (1,4 μόνο για εγκάρσια θλίψη), λόγω επίδρασης της διάρκειας φόρτισης, την πιθανότητα τυχαία υπερφόρτισης και την εμπειρία συμπεριφοράς του είδους ξύλου από την πράξη Οπότε, υπολογίζεται η βασική τάση ΒΤ ως εξής: ΒΤ = MET - 2,33 x τυπική απόκλιση 2,5 Από τις βασικές τάσεις προκύπτουν οι επιτρεπόμενες τάσεις ΕΤ: o με μείωση κατά 1/3 περίπου, λόγω ποιότητας ξύλου όπως παρουσία ελαττωμάτων, ρόζων, κλπ. (ΕΤ = 1/3 ΒΤ) o με μείωση κατά 2/3 περίπου, λόγω δύσκολων συνθηκών χρησιμοποίησης όπως για παράδειγμα για ξύλο μόνιμα τοποθετημένο μέσα σε νερό (ΕΤ = 2/3 ΒΤ) o χωρίς καμιά μείωση, όταν πρόκειται για ξύλο χωρίς ελαττώματα και οι συνθήκες χρησιμοποίησής του δεν ευνοούν τη φθορά του

27 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 27 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 1. Κατά τη δοκιμή σε στατική κάμψη (κεντρική φόρτιση) δοκιμίου 2 x 2 cm, απόσταση υποστηρίξεως 30 cm, το διάγραμμα τάσεως παραμορφώσεως προσδιορίστηκε ως εξής: Τάση (Kp) Παραμόρφωση (mm) ,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Να παρασταθεί το διάγραμμα τάσεως παραμορφώσεως. Να προσδιοριστούν το όριο ελαστικότητας και το όριο θραύσεως, καθώς και τα αντίστοιχα φορτία. Να υπολογιστούν τα μέτρα θραύσεως και ελαστικότητας. 2. Η αντοχή της ελάτης και της καρυδιάς σε στατική κάμψη και η διακύμανση της (τυπική απόκλιση) προσδιορίστηκαν στο εργαστήριο ως εξής: Ελάτη: 900 (150) Kp/cm 2, Καρυδιά : 1450 (250) Kp/cm 2. Να υπολογιστούν η βασική και η επιτρεπόμενη τάση για κάθε είδος, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι βασικές τάσεις μειώνονται κατά 1/5 λόγω ποιότητας και στη συνέχεια, κατά 1/4 λόγω συνθηκών χρησιμοποιήσεως. 3. Αν το μέτρο θραύσεως σε στατική κάμψη είναι ΜΕΤ: 100 Ν/mm 2, η τυπική απόκλιση 10 Ν/mm 2, η ποιότητα δοκού στην πράξη ΙΙΙ (μείωση στο 1/3) και οι συνθήκες χρησιμοποιήσεως μέσα στο νερό (μείωση στα 3/4), πόσο είναι η βασική και η επιτρεπόμενη τάση;

28 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 28 ΜΕΡΟΣ Β ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΞΥΛΟΥ

29 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΡΙΣΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΟ ΠΡΙΣΗΣ (α) μέθοδοι πρίσης Ολική (ή τμηματική πρίση) 2. Πρίση μετά από πρόπλαση 3. Τμηματική πρίση με στρέψη 4, 5. Τμηματική πρίση για ακτινική σχεδίαση (β) ροή παραγωγής σε πριστήριο (κορμοτεμάχια μεγάλου μήκους) 1. Δεξαμενή απόθήκευσης 2. Εγκάρσια τομή κορμοτεμαχίων 3. Προσωρινή αποθήκευση 4. Στρέψη διευθέτηση κορμοτεμαχίων 5. Φορείο 6. Πρίση (ταινιοπρίονο) 7. Παρύφωση 8. Εγκάρσια τομή πριστών 9. Έξοδος πριστών 10. Υπόλειμμα παρυφώσεως 11. Εξακρίδια (γ) ροή παραγωγής σε πριστήριο με πολυπρίονα 1. Κορμοπλατεία 2. Πολυπρίονο (πρόπλαση) 3. Πολυπρίονο (κύρια πρίση) 4. Δισκοπρίονο εγκάρσιας τομής 5. Παρυφωτής (2 δισκοπρίονα) 6. Πρισματοπλατεία (δ) ροή παραγωγής σε πριστήριο με ταινιοπρίονα 1. Κορμοπλατεία 2. Ταινιοπρίονο 3. Ταινιοπρίονο παρυφώσεως 4. Δισκοπρίονο εγκάρσιας τομής 5. Πρισματοπλατεία (ε) ποσοτική απόδοση Η απόδοση σε πριστή ξυλεία υπολογίζεται από τη σχέση: Α % = V V πρ κορ x100

30 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 30 V πρ = όγκος πριστής ξυλείας V κορ = όγκος κορμοτεμαχίου (V = π x R 2 x υ, όπου R = μέση ακτίνα κορμοτεμαχίου, υ = μήκος κορμοτεμαχίου) (στ) υπολογισμός της ποσοτικής απόδοσης στις βιομηχανίες Μια μέθοδος που χρησιμοποιείται από τις βιομηχανίες για τον υπολογισμό της απόδοσης είναι να κάνουν κατά περιόδους απόγραφές των κορμών και της πριστής ξυλείας: Απογραφή κορμών στην αρχή της περιόδου = Χ m 3 Παράδοση (αφίξεις) κορμών στη διάρκεια της περιόδου = Υ m 3 Απογραφή κορμών στο τέλος της περιόδου = Ζ m 3 Κορμοί που κατεργάστηκαν = Χ + Υ Ζ m 3 Απογραφή ξυλείας στην αρχή της περιόδου = Α m 3 Αποστολές (πωλήσεις) ξυλείας στη διάρκεια της περιόδου = Β m 3 Ξυλεία στο τέλος της περιόδου = C m 3 Ξυλεία που παράχθηκε στη διάρκεια της περιόδου = Β + C A m 3 Απόδοση % στην περίοδο = (ζ) διαστασιολόγιο πρίσης B + C - A X + Y - Z x 100 Είναι ένα σχέδιο πρίσης με πολυπρίονο που καθορίζει τον αριθμό και τις διαστάσεις των πριστών που μπορούν να παραχθούν με την ελάχιστη δυνατή σπατάλη ξύλου. (η) παραγωγή πριστών με διαστάσεις προκαθορισμένες Η εξασφάλιση της μέγιστης δυνατής απόδοσης είναι δυνατή με την εγγραφή του μεγίστου τετραγώνου ή ορθογωνίου παραλληλόγραμμου ορισμένου ύψους πάνω στη μικρότερη εγκάρσια επιφάνεια του κορμοτεμαχίου. β = πλάτος των πριστών Δ= διάμετρος μικρού άκρου κορμοτεμαχίου π = πάχος πριστών σε ονομαστικές διαστάσεις ν = αριθμός πριστών κ = υπερδιάσταση πάχους ε = πλάτος εγκοπής ( = πάχος ελάσματος + 2 x έκκαμψη) α = 2 2 Δ β και α = ν (π + κ) + ε (ν-1) οπότε ν = α + ε π + κ + ε

31 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 31 (θ) υπολογισμός της απώλειας ξύλου σε πριονίδι Ο υπολογισμός του όγκου του ξύλου που μετατρέπεται σε πριονίδι κατά την πρίση ενός κορμοτεμαχίου μπορεί να γίνει πριν την πρίση με τη μέτρηση του πλάτους εγκοπής και τον υπολογισμό των επιφανειών που θα παραχθούν με βάση το σχέδιο πρίσεως. ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 1. Η πρίση κυλινδρικού κορμοτεμαχίου διαμέτρου 40 cm και μήκους 2,5 m έδωσε τα εξής πριστά: 2 πριστά πάχους 46 mm και πλάτους 32 cm 2 πριστά πάχους 46 mm και πλάτους 26 cm 2 πριστά πάχους 24 mm και πλάτους 22 cm 2 πριστά πάχους 24 mm και πλάτους 16 cm Όλα τα πριστά είχαν το μήκος του κορμοτεμαχίου. Να υπολογιστεί η απόδοση του κορμοτεμαχίου σε πριστή ξυλεία. 2. Πόσα πριστά πλάτους 28 cm και πάχους 48 mm μπορούν να παραχθούν από κορμοτεμάχιο μήκους 2,5 m με βαθμό κωνικομορφίας 2 cm/m και με διάμετρο μικρού άκρου 40 cm. Ποια θα είναι η ποσοτική απόδοση του κορμοτεμαχίου αυτού με την παραγωγή των παραπάνω πριστών; Δίνεται εγκοπή = 4 mm και υπερδιάσταση πάχους = 2 mm. 3. Σε ένα πριστήριο υπάρχουν τα εξής μηχανήματα πρίσεως: Καταράκτης με 5 πριόνια που το καθένα έχει πάχος ελάσματος 2,2 mm και έκκαμψη 0,9 mm Παρυφωτής με 2 δισκοπρίονες που ο καθένας έχει πάχος ελάσματος 4,6 mm και έκκαμψη 2,2 mm Δισκοπρίονας για εγκάρσια κοπή με χαρακτηριστικά όμοια με τους δισκοπρίονες του παρυφωτή Ετοιμάζεται το σχέδιο πρίσεως για κυλινδρικό κορμό διαμέτρου 30 cm και μήκους 3 m που καθορίζει ότι θα παραχθούν 4 πριστά πάχους 50 mm και πλάτους ανά δυο 22 και 28 cm με: α) πέντε τομές κατά μήκος του κορμού που η μια διέρχεται από το κέντρο του κορμού και οι άλλες είναι συμμετρικές ως προς αυτήν και έχουν ύψος όσο και το πλάτος των πριστών β) παρύφωση και των δυο πλευρών των πριστών και γ) μια εγκάρσια τομή σε κάθε πριστό στο μήκος των 3 m με την οποία απομακρύνονται ατέλειες διαστάσεων. Να βρεθεί το σύνολο του πριονιδιού που θα παραχθεί από την πρίση του κορμοτεμαχίου αυτού και το ποσοστό του επί του συνολικού όγκου του κορμοτεμαχίου. Είναι: όγκος πριονιδιού = εγκοπή x επιφάνεια και εγκοπή = 2 x έκκαμψη + πλάτος ελάσματος.

32 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΠΡΙΣΤΗΣ ΞΥΛΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΞΗΡΑΝΣΗ (α) πορεία ξήρανσης πριστής ξυλείας Για την παρακολούθηση της υγρασίας της πριστής ξυλείας κατά την φυσική ή τεχνητή ξήρανση, τοποθετούνται σε διάφορες θέσεις βραδείας και ταχείας ξήρανσης της στοιβάδας αντιπροσωπευτικά δείγματα ξήρανσης. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι η εξής (Σχήμα 1): o τα δείγματα ξήρανσης (Α) διαμορφώνονται με μήκος 1 m και πάχος ίσο με το πάχος των πριστών και γίνεται επάλειψη των εγκάρσιων τομών τους με ειδικές προστατευτικές ουσίες (π.χ. λιωμένη παραφίνη για φυσική ξήρανση και διάφορες βαφές ανθεκτικές σε μεγάλες θερμοκρασίες για τεχνητή ξήρανση) o από τα δυο άκρα τους παίρνονται μικρότερα δείγματα πάχους 2 cm (Α1, Α2) και όλα τα δείγματα (Α, Α1, Α2) ζυγίζονται αμέσως με ζυγό ακριβείας (0,1 g) A 2 cm 2 cm 50 cm 1 m A A 1 A 2 Σχήμα 1. Διαμόρφωση δείγματος ξήρανσης και τοποθέτησής του στο κέντρο της στοιβάδας. Σε κάθε στοιβάδα μπορεί να τοποθετούνται περισσότερα δείγματα ξήρανσης, συνήθως μέχρι 6, σε διάφορες θέσεις o τα μικρά δείγματα (Α 1, Α 2 ) τοποθετούνται σε πυριατήριο (κλίβανο) σε θερμοκρασία 103±2 ο C) με σκοπό να προσδιοριστεί η αρχική υγρασία τους Υ Α1 και Υ Α2 (%) και κατά συνέπεια η αρχική υγρασία Υ Α των δειγμάτων ξήρανσης (από τον μέσο όρο): Υ Α1,2 (%) = αρχικό βάρος - ξηρό βάρος ξηρό βάρος x 100 ΥΑ1 + ΥΑ 2 Υ Α (%) = 2

33 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 33 o με βάση την αρχική υγρασία και τα αρχικά βάρη των δειγμάτων ξήρανσης, υπολογίζεται το ξηρό τους βάρος: Μo = 100 x αρχικό βάρος αρχική υγρασία o η πορεία ξήρανσης των δειγμάτων ξήρανσης παρακολουθείται με περιοδική ζύγιση τους (π.χ. για φυσική ξήρανση κάθε εβδομάδα και, κατά κανόνα, την ίδια ώρα): Υ ΑX = Mx - Mo Mo x 100 o λίγο πριν το τέλος της ξήρανσης παίρνονται μικρότερα δείγματα από κάθε δείγμα ξήρανσης για τον προσδιορισμό της μέσης υγρασίας, της κατανομής υγρασίας και για τον έλεγχο της ύπαρξης τάσεων κελύφωσης (Σχήμα 2) κέλυφος α β γ πυρήνας κέλυφος 4 Σχήμα 2. Προετοιμασία δειγμάτων για τον έλεγχο της υγρασίας (1), κατανομής της υγρασίας σε εξωτερικά και εσωτερικά στρώματα μέσα στη μάζα του πριστού (2) και για εμφάνιση (α, β) ή μη (γ) κελύφωσης (3, 4) o η υγρασία των δειγμάτων ξήρανσης θεωρείται και η υγρασία της πριστής ξυλείας της στοιβάδας. Η τελική υγρασία εξαρτάται από το σκοπό της ξήρανσης ή την τελική χρήση του ξύλου (Σχήμα 3)

34 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου % εσωτερικοί χώροι Σχήμα 3. Τελικά επίπεδα υγρασίας 12-15% οικοδομικές κατασκεύες στο ύπαιθρο 20% προστασία από μύκητες για αποθήκευση μεταφορά (β) προγράμματα ξήρανσης Η τεχνητή ξήρανση πραγματοποιείται με την εφαρμογή προγραμμάτων ξήρανσης, όπου ανάλογα με το είδος του ξύλου και την αρχική υγρασία του ξύλου ρυθμίζονται η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία του θαλάμου ξήρανσης. Τα προγράμματα βασίζονται σε έρευνες ειδικών εργαστηρίων (π.χ. Αγγλίας, Γαλλίας, Η.Π.Α.). Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται μερικά προγράμματα ξήρανσης. Πίνακας 1. Προγράμματα τεχνητής ξήρανσης για πριστή ξυλεία με τυχαίο πλάτος, πάχος mm και ταχύτητα κυκλοφορίας αέρα 1-1,5 m/sec περίπου Είδος ξύλου Ακακία, σφενδάμι, φτελιά Δρυς, ευκάλυπτος Καστανιά, οξυά, φράξος Γαύρος, καρυδιά, λεύκη, πλατάνι Υγρασία Θερμοκρασία, o C Σχετική ξυλου, % Ξηρό θερμόμετρο Υγρό θερμόμετρο υγρασία, % Χλωρό 35 30, , , ,5 30 Χλωρό 40 37, , , , , , ,5 40 Χλωρό 40 37, , , , , Χλωρό

35 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου , , ,5 40 Χλωρό ,5 50 Σημύδα , , , ,5 40 Ελάτη, ερυθρελάτη Χλωρό , Δασική και μαύρη Χλωρό πεύκη (γ) χρόνος ξήρανσης Κατά την τεχνητή ξήρανση, ο χρόνος ξήρανσης εξαρτάται από: o το είδος του ξύλου o την αρχική και τελική υγρασία o το πάχος και τη μορφή των πριστών o τη θερμοκρασία o τη σχετική υγρασία και κυκλοφορία του αέρα o την κατασκευή του θαλάμου ξήρανσης o τις απαιτήσεις για την ποιότητα της ξυλείας Μια γενική τιμή του χρόνου ξήρανσης T σε ώρες δίνεται από τη σχέση: 1 Υ Τ = x Ln α Υ αρχ τελ x D 25 1,25 65 ( ) x Θ όπου: α = συντελεστής ξήρανσης της ξυλείας που επηρεάζεται από τους παράγοντες που επηρεάζουν τον χρόνο ξήρανσης και που αναφέρθηκαν παραπάνω. Χρησιμοποιείται μια μέση τιμή α = 0,0477 για τα κωνοφόρα και α = 0,0265 για τα πλατύφυλλα Υ αρχ = αρχική υγρασία του ξύλου, % Υ τελ = τελική υγρασία, % D = πάχος ξυλείας, mm Θ = θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου, ο C Στην περίπτωση που είναι γνωστός ο χρόνος Τ 1 για την ξήρανση ξυλείας ορισμένου πάχους D 1, τότε μπορεί να υπολογιστεί περίπου ο χρόνος ξήρανσης Τ 2 για οποιοδήποτε πάχος D 2 της ξυλείας αυτής:

36 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 36 T 2 = T 1 x 4 D ( D 2 5 ) 1 (δ) μέγεθος θαλάμου τεχνητής ξήρανσης Το μέγεθος του θαλάμου ξήρανσης V (m 3 ) που απαιτείται για τις ανάγκες ενός πριστηρίου μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: V = Vt x T Tm όπου: Vt = απαιτούμενη ποσότητα ξυλείας, m 3 /μήνα Τ = μέσος χρόνος ξήρανσης, ώρες/φορτίο Τm = συνολικός χρόνος λειτουργίας, ώρες/μήνα

37 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΟΣ ΕΜΠΟΤΙΣΜΟΣ ΞΥΛΟΥ (α) φυσική αντοχή του εγκάρδιου ξύλου σε προσβολές μυκήτων Η φυσική ανθεκτικότητα του ξύλου στις προσβολές από μύκητες καθορίζει τη μορφή χρήσης του ξύλου. Στον Πίνακα 2 παρουσιάζονται τα κυριότερα ελληνικά και τροπικά είδη ως προς την φυσική ανθεκτικότητά τους σε μύκητες. Πίνακας 2. Ανθεκτικότητα διαφόρων ειδών σε προσβολές μυκήτων Ανθεκτικότητα Είδος Διάρκεια Ξύλα όχι ανθεκτικά Ξύλα λίγο ανθεκτικά Ξύλα μέτρια ανθεκτικά Ξύλα ανθεκτικά Ξύλα πολύ ανθεκτικά Οξιά, λεύκη, σημύδα, σκλήθρο, ιπποκαστανιά, ιτιά, φράξος, φιλύρα, Balsa και το σομφό των περισσοτέρων ειδών Δασική πεύκη, μαύρη πεύκη, ελάτη, ερυθρελάτη, φτελιά, σφενδάμι, πλάτανος, γαύρος, Abura, Obeche Καρυδιά, ψευδοτσούγκα, λάρικα, αφρικανικό μαόνι Δρυς, καστανιά, ακακία, ελιά, Utile, Niangon, αμερικάνικο μαόνι Ίταμος, άρκευθος, Iroko, Teak, Afzelia, Opepe, Padauk λιγότερο από 5 χρόνια 5 10 χρόνια χρόνια χρόνια περισσότερο από 25 χρόνια (β) διαπερατότητα εγκαρδίου ξύλου διαφόρων ειδών σε εμποτιστικές ουσίες Η ευκολία που παρουσιάζει στον εμποτισμό το κάθε είδος ξύλου επηρεάζει τη μέθοδο εμποτισμού, τη διάρκεια εφαρμογής της, το είδος της εμποτιστικής ουσίας και την τελική αξιοποίηση του ξύλου. Ανάλογα με την αντίσταση που προβάλλει το εγκάρδιο στην εισαγωγή της εμποτιστικής ουσίας, τα διάφορα είδη, παρουσιάζουν διαφορετικού βαθμού διαπερατότητα (Πίνακας 3): Πίνακας 3. Διαπερατότητα κωνοφόρων και πλατυφύλλων σε εμποτισμό Διαπερατότητα Πλατύφυλλα Κωνοφόρα Εύκολα στον εμποτισμό Μέτρια ανθεκτικά στον εμποτισμό Ανθεκτικά στον εμποτισμό Εξαιρετικά ανθεκτικά στον εμποτισμό Οξιά, σημύδα, σκλήθρο, γαύρος, σφενδάμι, ιτιά, ιπποκαστανιά, φιλύρα, Ramin, Ceiba Φράξος, λεύκη φτελιά, Abura, African padauk, Opepe, Indian walnut, Hickory Καρυδιά, ιτιά, ευκάλυπτος, Obeche, Balsa, Sapele Καστανιά, δρυς, ακακία, Iroko, Bete Δασική πεύκη, μαύρη πεύκη Ελάτη, ίταμος, ερυθρελάτη, ψευδοτσούγκα Άρκευθος

38 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 38 (γ) συντήρηση στύλων Η χρήση των στύλων για την υποστήριξη των δικτύων ΔΕΗ και ΟΤΕ απαιτεί την προστασία του ξύλου, διότι πρόκειται για κατασκευές που βρίσκονται σε επαφή με το έδαφος, μερικά ή ολικά, και σε υγρές συνθήκες. Σκοπός της προστασίας των στύλων με εμποτισμό είναι η επιμήκυνση της διάρκειας υπηρεσίας τους. - προετοιμασία στύλων πριν τον εμποτισμό Εκτός από την αποφλοίωση των στύλων, για την καλύτερη διαπερατότητα του εμποτιστικού υλικού αξονικά, γίνεται δημιουργία εντομών στη βάση τους (ως 0,9 m περίπου) παράλληλα με τι ίνες του ξύλου και σε διάφορα βάθη (Σχήμα 4) Σχήμα 4. Διάφοροι τρόποι προετοιμασίας στύλων για εμποτισμό - συντήρηση στύλων σε χρήση Στον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται κατά τον έλεγχο των στύλων για σήψη σε υπηρεσία περιλαμβάνεται ένας μεγάλος αριθμός από συσκευές και εργαλεία, όπως υγρόμετρα, προσαυξητικές τρυπάνες, μηχανικά τρυπάνια, ανιχνευτές σήψης, κλπ. Σε ιστάμενους στύλους που παρουσιάζουν σημάδια σήψεως, γίνεται: o εμποτισμός με εμβολή παχύρρευστου συντηρητικού κατά θέσεις με τη βοήθεια ειδικού εργαλείου (μέθοδος Cobra) o επιφανειακή απανθράκωση του ξύλου o απολύμανση του εδάφους γύρω από τη βάση του στύλου Στην Εικόνα 1 παρουσιάζονται διάφορα παραδείγματα ελέγχου και αντιμετώπισης προσβολών στύλων σε χρήση. (δ) μονάδα εμποτισμού Σε ένα εμποτιστήριο διακρίνονται τα εξής βασικά μέρη: o θάλαμος εμποτισμού o δεξαμενές εμποτιστικών ουσιών o όργανα ελέγχου

39 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 39 o αντλίες o σωληνώσεις o βαλβίδες ασφαλείας Στο Σχήμα 5 δίνεται η σχηματική παράσταση ενός εμποτιστηρίου. Εικόνα 3. Ανίχνευση σήψης σε ιστάμενους στύλους (αριστερά) και τρόποι καταπολέμησης (δεξιά)

40 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 40 Σχήμα 5. Αυτόματο εμποτιστήριο σε κάτοψη. Αντλία κενού (1), κύλινδρος (2), πίνακας ελέγχου (3), αεροσυμπιεστής (4), δεξαμενή ανάμιξης (5), αντλία μεταβίβασης εμποτιστικής ουσίας (6), δεξαμενή αποθήκευσης εμποτιστικής ουσίας (7), χειροκίνητη βαλβίδα (8), αυτόματη βαλβίδα (9)

41 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 41 (α) προϊόντα ξύλου 4. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΞΥΛΟΥ Προϊόντα πρωτογενούς βιομηχανικής κατεργασίας Στύλοι και Πάσσαλοι Πριστή ξυλεία Ξυλόφυλλα Αντικολλητά Επικολλητή ξυλεία Μοριοπλάκες Ινοπλάκες Χαρτί Προϊόντα δευτερογενούς βιομηχανικής κατεργασίας Έπιπλα Ξυλουργικές κατασκευές Ξύλινα δάπεδα Κιβώτια και βαρέλια Στρωτήρες σιδηροδρόμων Σπίρτα Μουσικά όργανα κλπ Προϊόντα χημικής αξιοποίησης (τεχνητές ίνες, φωτογραφικά φιλμ, βερνίκια, πλαστικά, εκρηκτικές ύλες, κλπ.) Άλλα δασικά προϊόντα (β) αναγνώριση των κυριότερων προϊόντων ξύλου - στύλοι και πάσσαλοι Προϊόντα στα οποία διατηρείται η κυλινδρική μορφή του κορμού - πριστή ξυλεία Ξυλεία που παράγεται με τεμαχισμό κορμοτεμαχίων με μηχανική κατεργασία (πρίση) σε διάφορα μεγέθη και πάχους > 5 mm

42 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 42 - ξυλεία επένδυσης, κορνίζες, παρκέτα, δακτυλοειδής σύνδεση α β γ δ Ξυλεία επένδυσης (α), κορνίζα (β), δακτυλοειδής σύνδεση (γ), παρκέτο (δ) - ξυλόφυλλα Είναι λεπτά φύλλα ξύλου που παράγονται με εκτύλιξη κορμοτεμαχίων ή με τομή με μαχαίρι σε πάχη 0,5-1,0 mm (ως 8-10 mm). Ακόμα, παράγονται τεχνητά ξυλόφυλλα με ποικιλία σχεδίων και χρωμάτων με περιστροφική τομή, βαφή, συγκόλληση και παλινδρομική τομή Ξυλόφυλλο περιστροφικής τομής (αριστερά) και τεχνητά ξυλόφυλλα (δεξιά)

43 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 43 - αντικολλητά Κατασκευάζονται με συγκόλληση ενός ή περισσότερων ξυλοφύλλων στις 2 επιφάνειες άλλου ξυλοφύλλου ή μεσαίας στρώσης από λωρίδες πριστής ξυλείας (πηχοσανίδες). Οι διευθύνσεις των ινών ξύλου των διαδοχικών στρώσεων σχηματίζουν ορθή γωνία και ο αριθμός στρώσεων είναι πάντα περιττός. Η μεσαία στρώση μπορεί ακόμα να είναι από μοριοσανίδα ή MDF. Εξωτερικά, τα αντικολλητά μπορεί να επενδύονται με διακοσμητικά ξυλόφυλλα ή συνθετικά φύλλα Αντικολλητό επτάστρωμο (αριστερά), πηχοσανίδα τρίστρωμη (δεξιά) - επικολλητό (σύνθετο) ξύλο Παράγεται με συγκόλληση 2 ή περισσότερων στρώσεων ξύλου με τις ίνες πρακτικά παράλληλες Επικολλητό ξύλο σε δομικές κατασκευές (αριστερά) και συνδυασμός διαφόρων προϊόντων ξύλου, όπως ινοπλάκα MDF (A), μοριοπλάκα (Β) και αντικολλητού (C) και επικολλητού ξύλου σε δοκούς LVL (δεξιά) - μοριοπλάκες Κατασκευάζονται με συγκόλληση τεμαχιδίων ξύλου. Μπορεί να επενδύονται με ξυλόφυλλα διακοσμητικά ή με μελαμίνη.

44 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 44 Μοριοπλάκες (πάνω), ξυλοπλάκα με μεγάλα προσανατολισμένα ξυλοτεμαχίδια OSB (κάτω αριστερά), ξυλοπλάκα με ξυλοτεμαχίδια μεγάλου μήκους WAFERBOARD (κάτω δεξιά) Τύποι τεμαχιδίων για παραγωγή συγκολλημένων πλακών: Α. δέσμες ινών Β. ξυλέριο C. ξυλόσκονη D. πλανίδια Ε. θρύμματα F. μεγάλα πλανίδια

45 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 45 - Δομικές πλάκες Αριστερά πάνω: τσιμεντοσανίδα (δομική πλάκα που κατασκευάζεται με συγκόλληση ξυλοτεμαχιδίων με τσιμέντο). Δεξιά πάνω: Ελαφριά δομική πλάκα (πλάκα που κατασκευάζεται από ξυλόμαλλο και οξείδιο του μαγνησίου, γύψο ή τσιμέντο). Αριστερά κάτω: δομική πλάκα από ινοσανίδα και χαρτοκυψέλη. Δεξιά κάτω: ελαφριά δομική πλάκα από μοριοκλάκα και χαρτοκυψέλη επενδεδυμένη με ξυλόφυλλο - ινοπλάκες Παράγονται μετά από πολτοποίηση της πρώτης ύλης (ξύλο άλλες λιγνοκυτταρινικές ύλες) χωρίς απαραίτητα τη χρησιμοποίηση κόλλας και με ξηρή πίεση (μέσης πυκνότητας MDF), με πίεση σε θερμές πρέσες (σκληρές HARDBOARD και μεγάλης πυκνότητας HDF) και χωρίς πίεση (μονωτικές) Μονωτική ινοπλάκα (αριστερά), MDF (δεξιά)

46 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 46 HARDBOARD (αριστερά), HDF (δεξιά)

47 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΞΥΛΟΦΥΛΛΩΝ (α) είδη ξύλου που χρησιμοποιούνται για παραγωγή ξυλοφύλλων στην Ελλάδα Διακοσμητικά είδη Δρυς, καρυδιά, φράξος, οξυά, σφενδάμι, ψευδοτσούγκα, Teak, Sapele, Sipo, Tiama, Afromosia, Mahogany, Mansonia, Iroko, Maroke, Abura Λοιπά είδη Πεύκη, ελάτη, ερυθρελάτη, λεύκη, σημύδα, Okume, Afara, Meranti, Ako, Saba, Wawa, Niangon, Opepe, Aiele, κλπ. (β) ιδιότητες ξυλοφύλλων που μπορούν να επηρεαστούν από την τεχνική παραγωγής o ομοιομορφία πάχους o λεία επιφάνεια o επιπεδότητα ξυλοφύλλου o βάθος ραγάδων o χρώμα o σχεδίαση (γ) μέθοδοι παραγωγής ξυλοφύλλων o 1- εκτύλιξη (συνεχής τομή) o 2- παλινδρομική τομή (κατακόρυφη ή οριζόντια) o 3- έκκεντρη τομή (ημικυκλική) (δ) ποιότητα παραγωγής Είναι η αξιολόγηση της επίδρασης της μεθόδου παραγωγής στις φυσικές ιδιότητες των ξυλοφύλλων που παράγονται: o πάχος: ποικίλλει κατά πλάτος ή κατά μήκος λόγω τυχέων μεταβολών στις παραμέτρους κορμού ή μηχανής. Οι μετρήσεις γίνονται τυχαία σε χλωρή κατάσταση αποφεύγοντας τους ρόζους o τραχύτητα: είναι το βάθος που απομακρύνεται το ξύλο κάτω από τη θεωρητικά επίπεδη επιφάνεια του ξυλοφύλλου. Ο υπολογισμός της τραχύτητας γίνεται στο τραχύτερο τμήμα της σφιχτής όψης χλωρών ξυλοφύλλων. Οι ρόζοι αποφεύγονται εκτός αν καταλαμβάνουν πάνω από το 20% της συνολικής επιφάνειας

48 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 48 o βάθος ραγάδων: είναι το μέσο βάθος διείσδυσης των θραύσεων στη χαλαρή πλευρά του ξυλοφύλλο που δημιουργούνται από την κάμψη του. Μετράται το βάθος των ραγάδων ως ποσοστό του πάχους του ξυλοφύλλου καθώς και η συχνότητα των ραγάδων ανά cm. Οι μετρήσεις γίνονται στο άκρο του ξυλοφύλλου (// στη γραμμά παραγωγής) και σε περιεχόμενη υγρασία < 8% (ε) όγκος κορμοτεμαχίου που μετατρέπεται σε ξυλόφυλλα V ξ = L x π 4 x (D 1 2 d) όπου, L = μήκος του κορμοτεμαχίου D 1 = διάμετρος του μικρού άκρου του κορμοτεμαχίου d = διάμετρος του υπολλείματος (πυρήνας) (στ) μήκος του ξυλοφύλου που θα παραχθεί Μ = π 4t x (D 2 d) όπου, t: πάχος του ξυλοφύλλου (ζ) απόδοση κορμοτεμαχίου σε ξυλόφυλλα Α % =100 x V V ξ κ όπου, V κ = όγκος κορμοτεμαχίου = L x π 12 x (D D 1 x D 2 + D 2 2 ) D 2 = διάμετρος του μεγάλου του κορμοτεμαχίου ΑΣΚΗΣΗ ΓΙΑ ΛΥΣΗ Από κορμοτεμάχιο με μήκος L = 2 m, διάμετρο βάσεως D 2 = 45 cm και διάμετρο κορυφής D 1 = 42cm, παράγεται ξυλόφυλλο πάχους t = 2 mm με τη μέθοδο της εκτύλιξης. Η διάμετρος του πυρήνα που απομένει είναι d = 12 cm. Να υπολογιστούν: α) το μήκος των ξυλοφύλλων που προκύπτουν και β) η απόδοση του κορμοτεμαχίου σε ξυλόφυλλα.

49 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 49 (α) ελλατώμματα αντικολλητών 6. ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΝΤΙΚΟΛΛΗΤΩΝ Κατά την παραγωγή των αντικολλητών μπορεί να δημιουργηθούν διάφορα ελαττώματα τα οποία λαμβάνονται υπόψη στην ποιοτική τους ταξινόμηση: o διάκενα και υπερκαλύψεις στα εσωτερικά φύλλα o αναδιπλώσεις λεπτών ξυλοφύλλων o φυσαλίδες αέρα σε θέσεις με υψηλή περιεχόμενη υγρασία o κοιλότητες από αποπίπτοντες ρόζους ή μεγάλα διάκενα o σημάδια κατά την εφαρμογή πρέσσας, λόγω υπολειμμάτων κόλλας ή άλλων υλικών o διαποτισμός της κόλλας και λέκιασμα o σχισίματα και ραγαδώσεις o ανοιχτές ενώσεις στα επιφανειακά ξυλόφυλλα o τραχειά ή ανομοιογενή ξυλόφυλλα o κύρτωση λόγω ασυμμετρίας o ελαττώματα που προκύπτουν κατά την παρύφωση και λείανση o οπές από έντομα (β) ποιοτικός έλεγχος Ο ποιοτικός έλεγχος των αντικολλητών περιλαμβάνει μετρήσεις: o ανθεκτικότητας συγκολλήσεως σε κανονικά ή δυσμενή περιβάλλοντα o μηχανικών ιδιοτήτων o φυσικών ιδιοτήτων Οι μετρήσεις ποιοτικού ελέγχου γίνεται βάσει καθιερωμένων προδιαγραφών που περιλαμβάνουν: o δειγματοληψία: η μέθοδος δειγματοληψίας (αριθμός και τρόπος λήψης δοκιμίων) εξαρτάται από το σκοπό της κάθε δοκιμής, την ποιότητα του υλικού που εξετάζεται, την ακρίβεια των αποτελεσμάτων, κλπ. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να επιδιώκεται η κατά το δυνατόν καλύτερη αντιπροσώπευση του υλικού που ελέγχεται (π.χ. λήψη δοκιμίων από από διάφορες πλάκες και από διαφορετικές θέσεις σε μια πλάκα) και τα αποτελέσματα αξιολογούνται στατιστικά o κλιματισμός των δοκιμίων: πριν από κάθε δοκιμή τα δοκίμια κλιματίζονται κατάλληλα σε σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας (20±3 ο C και 65±2% σχετική υγρασία ή 23±2 ο C και 50±3 % σχετική υγρασία) o διαστάσεις δοκιμίων: μέτρηση των διαστάσεων συνήθως γίνεται σε πλάκες περιεχόμενης υγρασίας 6 12% o αποτελέμστα: περιλαμβάνουν τις μέσες εργαστηριακές τιμές των ιδιοτήτων που προσδιορίζονται καθώς και άλλες στατιστικές παραμέτρους, τις συνθήκες διεξαγωγής των τιμών, την περιγραφή του υλικού μεθόδου δειγματοληψίας, τον χειρισμό των δοκιμίων, κλπ.

50 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 50 Τρόπος λήψης δοκιμίων για ποιοτικό έλεγχο από πλάκα αντικολλητού σύμφωνα με τις προδιαγραφές DIN Οι κυριότερες εργαστηριακές δοκιμές και οι αντίστοιχες προδιαγραφές είναι: o περιεχόμενη υγρασία (ISO 3806) o πυκνότητα (ISO 3805) o στατική κάμψη (ASTM D3043) o εφελκυσμός (DIN 52377, ASTM D3500) o θλίψη (DIN 52376, ASTM D3501) o κρούση (ASTM D3499) o διάτμηση (ASTM D3044) o κυλιόμενη διάτμηση (ASTM D2718) o αντοχή δεσμού μεταξύ συγκολλητικής ουσίας και ξυλοφύλλων του αντικολλητού (EN 314 1/2) o διόγκωση κατά πάχος και μόνιμη διόγκωση (DIN 52364)

51 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ ΙΝΟΠΛΑΚΩΝ (α) μεταβλητές που επηρεάζουν τις ιδιότητες των μοριοπλακών Σε μια γραμμή παραγωγής απαιτούνται περιοδικές δειγματοληψίες για ποιοτικό έλεγχο των μοριοπλακών προκειμένου να παρακαλουθούνται συνεχώς οι μεταβλητές που επηρεάζουν της ιδιότητες του προϊόντος. Οι μεταβλητές αυτές είναι: o το μέγεθος ξυλοτεμαχιδίου o περιεχόμενη υγρασία χλωρού υλικού o περιεχόμενη υγρασία ξηρού υλικού o προσθήκη ρητίνης o προσθήκη πρόσθετων ουσιών o βάρος υλικού πριν τη μείξη o υγρασία στρωματωμένου υλικού o πυκνότητα στρωματωμένου υλικού o πάχος στρωματωμένου υλικού o πυκνότητα μοριοπλάκας o πάχος μοριοπλάκας (β) συχνότητα δειγματοληψίας που πρέπει να εφαρμόζεται σε μια βιομηχανία παραγωγής μοριοπλακών o έλεγχος πάχους και γεωμετρίας του ξυλοτεμαχιδίου ανά δίωρο o ανάλυση κοσκινισμένου υλικού δυο φορές σε κάθε βάρδια o έλεγχος της υγρασίας του χλωρού υλικού δυο φορές σε κάθε βάρδια o έλεγχος της υγρασίας του ξηρού υλικού ανά μια ώρα o έλεγχος ρητίνης και πρόσθετων ανά δίωρο o έλεγχος υγρασίας στρωματωμένου υλικού ανά μισή ώρα o συνεχής αυτόματος έλεγχος της πυκνότητας του στρωματωμένου υλικού o έλεγχος του πάχους των μοριοπλακών στο 20% περίπου της παραγωγής o προσδιορισμός μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων των μοριοπλακών με δείγματα από μια πλάκα από κάθε παρτίδα παραγωγής (γ) ποιοτικός έλεγχος μοριοπλακών ινοπλακών Οι μετρήσεις ποιοτικού ελέγχου μοριοπλακών ινοπλακών γίνεται βάσει καθιερωμένων προδριαγραφών που περιλαμβάνουν: o πυκνότητα o περιεχόμενη υγρασία o στατική κάμψη o εφελκυσμός παράλληλα στις επιφάνειες o εφελκυσμός κάθετα στις επιφάνειες (εσωτερική αντοχή) o εγκάρσιος εφελκυσμός επιφανειακού στρώματος μοριοπλάκας o αντοχή σε διάτμηση παράλληλα στις επιφάνειες o αντοχή σε διάτμηση στην επιφάνεια συγκόλλησης o θλίψη κάθετα στις επιφάνειες o σκληρότητα o αντίσταση σε πρόσκρουση σφαιρικού σώματος

52 Σημειώσεις Εργαστηρίου Δασικής Τεχνολογίας Ξύλου 52 o εξαγωγή καρφιού o εξαγωγή ξυλόβιδας o προσρόφηση νερού o διόγκωση σε νερό o μεταβολή των διαστάσεων και του βάρους με τις συνθήκες του περιβάλλοντος o κύρτωση και στρέβλωση o προσδιορισμός επιφανειακής υφής μοριοπλάκας Σχετικά με δειγματοληψία, κλιματισμό και διαστάσεις δοκιμίων και αποτελέσματα ισχύουν τα ίδια με αυτά που αναφέρθηκαν για τον ποιοτικό έλεγχο αντικολλητών. Δοκιμές αντοχής σε στατική κάμψη (πάνω) και εσωτερικής αντοχής (κάτω) μοριοπλάκας