Drewno i inne naturalne materiały kompozytowe

Drewno i inne

naturalne

materiały

kompozytowe

Drewno



Należy do najstarszych materiałów używanych

przez człowieka,



Nadal cieszy się dużym zainteresowaniem

technicznym,



Jest materiałem konstrukcyjnym: wytrzymałym

i lekkim,



Jest stosowane jako materiał wykończeniowy,



Tworzy się z niego wyposażenia wnętrz i artykuły

codziennego użytku,



Wykorzystuje się go również do tworzenia sztuki,



Wytwarzane jest w wyniku ścinania drzew

i kształtowane do wymaganych sortymentów.

Drewno

Sortymenty:

- okrągłe (okorowane) nieobrobione (okrąglaki traczne, budowlane,
kopalniane,
słupy i papierówka),
- okrągłe obrobione (tarcica, parkiety i klepki, podkłady kolejowe),

-opałowe.

Podstawowym półproduktem drzewnym jest tarcica, którą dzieli się na:
- nieobrzynaną (o obrobionych płaszczyznach, ale nieobrobionych
bokach),
- obrzynaną (całkowicie obrobioną),
- ogólnego przeznaczenia,
- określonego przeznaczenia.

Drewno

Cechuje się:

- mała gęstość,
- twardość,

- sprężystość,

-w wielu przypadkach wystarczająca wytrzymałość,

Drewno jest jednak higroskopijne, a zatem cechuje się

skłonnością do pochłaniania
wilgoci i wyparowywania jej po ogrzaniu, co przyczynia się do jego
pękania. Zwiększona wilgotność drewna jest przyczyną butwienia, oraz
obniżenia
wytrzymałości.

W skład drewna wchodzą następujące

pierwiastki chemiczne:



węgiel (ok. 50%),



tlen (ok. 43%),



wodór (6,1%),



azot (0,04÷0,26%),



składniki mineralne (0,3÷1,2%).

Drewno

Mikrostruktura pnia drzewa:

Drewno

Zewnętrzną warstwą jest kora.
Pod korą znajduje się łyko, a zaraz pod nim miazga. Miazga stanowi
tkankę rozmnażającą się przez wytwarzanie łyka w kierunku zewnętrznym
oraz właściwego drewna składającego się z bieli, twardzieli, a niekiedy
tylko bieli, oraz rdzenia w kierunku wewnętrznym.
Biel i twardziel stanowią najbardziej wartościową część pnia, zawierającą
także żywicę, garbniki i olejki eteryczne, wpływające na trwałość drewna.
Przyrost masy drzewnej następuje w cyklach rocznych, przejawiających
się koncentrycznymi okręgami przyrostu, przy czym drewno wczesne
(wiosenne) charakteryzuje się dużymi komórkami wzdłużnymi, natomiast
późne (letnie) ma komórki również wzdłużne lecz mniejsze, co umożliwia
identyfikację pierścieni rocznego przyrostu. Słoje roczne są szczególnie
dobrze widoczne w drewnie iglastym. Ponadto niektóre komórki, noszące
nazwę promieni rdzeniowych,
wzrastają w kierunku promieniowym, umożliwiając przechowywanie i
transport wody oraz soków odżywczych. Najmniej trwałą, a zatem
najmniej wartościową częścią pnia, jest rdzeń o średnicy 1÷5 mm,
usytuowany w osi pnia.

Przekrój pnia drzewa:

Drewno

kora

miaz
ga

łyk
o

biel

rdzeń

twardzi
el

promienie
rdzeniowe

Struktura komórek drewna:

Drewno

Jest złożone z podłużnych komórek stanowiących ok. 95% materiału
stałego drewna.
Ścianki komórek są złożone z warstw zbudowanych z mikrofibryli
(mikrowłókien).
Ścianka pierwotna ułożona na zewnątrz zawiera przypadkowo
zorientowane mikrofibryle. Wewnętrzne ścianki wtórne złożone są z 3
warstw, spośród których wewnętrzna i zewnętrzna zawierają mikrofibryle
zorientowane w dwóch kierunkach nierównoległych do osi komórki.
Środkowa ścianka, która jest najcieńsza, zbudowana jest z mikrofibryli
zorientowanych jednokierunkowo, zwykle nie całkiem równolegle do osi
komórki.

Można wyróżnić gatunki drewna:

Drewno

Miękkie:

• Sosna,

• Świerk,

• Jodła,

• Olcha,

• Lipa,

• Topola.

Twarde:

• Modrzew,

• Dąb,

• Buk,

• Brzoza,

• Klon,

• Grab,

• Jesion,

• Wiąz pospolity,

• Akacja.



Rodzaju drewna,



od jego wilgotności,



gęstości drewna, która wynosi średnio 1,5

g/cm3.

Gęstość pozorna określana jest przy

wilgotności około 15% wagowo i w zależności

od rodzaju drewna wynosi 450-850 kg/m3.

Własności fizyczne
drewna:

Zależą od:



Wilgotność,



Higroskopijność,



Nasiąkliwość,



Barwa,



Połysk,



Zapach,



rysunek drewna,



Ciężar,



Skurcz,



Struktura,



Pęcznienie,



rozszerzalność cieplna,



przewodność cieplna,



przewodność elektryczna,



przewodzenie dźwięku.

Własności fizyczne
drewna:

Własnościami fizycznymi

drewna są:

W pewnym stopniu zależą od ilości zawartej w

nim wody.

Własności mechaniczne
drewna:

• Wytrzymałość na ściskanie,
• Wytrzymałość na zginanie,
• Wytrzymałość na rozciąganie,
• Wytrzymałość na ścinanie,
• Moduł sprężystości,
• Łupliwość,
• Udarność,
• Ścieralność,
• Twardość.

Wytrzymałość na ścinanie:

Własności mechaniczne
drewna:

Wytrzymałość na ścinanie R jest największa, gdy włókna

przecina się w poprzek, mniejsza – gdy ścinanie następuje w kierunku
włókien.
Najmniejsza R – gdy naprężenia tnące działają w płaszczyznach
średnicowych lub równolegle do nich.

Wytrzymałość na ściskanie:

Własności mechaniczne
drewna:

Jedną z najczęściej oznaczanych właściwości

mechanicznych drewna.
Dlatego, że jest dobrym wskaźnikiem jakości i technicznej wartości
drewna oraz ze względu na ścisłą korelację z innymi właściwościami
drewna.

Ściskanie drewna oznacza się wzdłuż włókien lub w poprzek

włókien (w kierunku promieniowym lub stycznym).

Najwyższą wytrzymałość wykazuje drewno w przypadku,

gdy siła działa równolegle do przebiegu włókien (ściskanie
podłużne), dla ściskania w poprzek włókien wytrzymałość drewna
jest znacznie niższa.

Wytrzymałość na ściskanie:

Własności mechaniczne
drewna:

Jest to maksymalna wartość naprężenia ściskającego

występującego w chwili naruszenia jego stanu równowagi
(naprężenia ściskającego):

RCL = Pmax/A [MPa]

gdzie:

Pmax - maksymalna (niszcząca) siła ściskająca próbkę [daN,N]
A - pole przekroju poprzecznego próbki, [cm2,mm2].

Oznaczanie wytrzymałości drewna na ściskanie
wzdłuż włókien (RCL):

Wytrzymałość na ściskanie:

Własności mechaniczne
drewna:

Jest to maksymalna wartość naprężenia ściskającego

występującego w chwili naruszenia jego stanu równowagi
(naprężenia ściskającego):

RCL = Pmax/A [MPa]

gdzie:

Pmax - maksymalna (niszcząca) siła ściskająca próbkę [daN,N]
A - pole przekroju poprzecznego próbki, [cm2,mm2].

Oznaczanie wytrzymałości drewna na ściskanie
wzdłuż włókien (RCL):

Wytrzymałość na ściskanie:

Własności mechaniczne
drewna:

Jest to iloraz siły ściskającej na granicy proporcjonalności

(Ppr) i powierzchni obciążanego przekroju (A).

Tak oznaczaną wytrzymałość nazywa się w drzewnictwie

wytrzymałością umowną drewna na ściskanie poprzeczne (Rc┴).

Rc┴ = Ppr / A [MPa]

Oznaczanie wytrzymałości drewna na ściskanie
poprzek włókien :

Wytrzymałość drewna na

rozciąganie:

Własności mechaniczne
drewna:

Oznacza się w wzdłuż oraz w poprzek włókien:

-w kierunku promieniowym,
w kierunku stycznym.

Wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien

charakteryzuje się najwyższymi wartościami liczbowymi wśród
mechanicznych właściwości drewna, jako następstwo
chemicznej, submikroskopowej i mikroskopowej budowy ścian
komórkowych.

Wytrzymałość zaś na rozciąganie w poprzek włókien

wykazuje najniższe wartości, które stanowią nie więcej niż 1/20
do 1/10 wytrzymałości wzdłuż włókien.

Wytrzymałość drewna na

rozciąganie:

Własności mechaniczne
drewna:

Wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien (rozciąganie

podłużne) Rrl jest naprężeniem równym ilorazowi maksymalnej
siły niszczącej (zrywającej) przy rozciąganiu podłużnym i pola
początkowego przekroju rozciąganej próbki.

Oznaczanie wytrzymałości drewna na rozciąganie wzdłuż

włókien przeprowadza się zbieżnie z wytycznymi
zamieszczonymi
w PN-81/D-04107.

Oznaczanie wytrzymałości drewna na rozciąganie wzdłuż
włókien:

Wytrzymałość drewna na

rozciąganie:

Własności mechaniczne
drewna:

Wytrzymałość na rozciąganie w poprzek włókien (Rr┴)

oznacza się w kierunku promieniowym. (RRr┴) i stycznym
(RTr┴) zbieżnie z wytycznymi zamieszczonymi w PN-81/D-
04108.

Miara wytrzymałości na rozciąganie w poprzek włókien jest

iloraz siły niszczącej (zrywającej) i pola przekroju rozciąganego
próbki.

Oznaczenie wytrzymałości drewna na rozciąganie w poprzek
włókien:

Materiały produkowane z
drewna:

Są to cienkie płyty drewna otrzymywane przez plaskie, mimośrodowe

lub obwodowe skrawanie drewna okrągłego.

Grubość płyt wynosi od 0,4 do 1,0 co 0,1mm, 1,2;1,5;2,0;2,5 i 3mm.

Ten sposób skrawania pozwala uwidocznić rysunek drewna ze

słojami, sękami i promieniami rdzeniowymi.

Dzielą się na: okleiny o obłogi.

Okleiny są wykorzystywane do oklejania innych wyrobów w celu

uszlachetnienia ich powierzchni.

Obłogami nazywa się forniry przeznaczone do oklejania powierzchni

elementów w celu wyrównania i lepszego przygotowania podłoża pod

okleinę, farbę lub inną powłokę. Obłóg jako podkład pod okleinę

stosuje się również w celu oszczędności drewna okleinowego,

wówczas na obłogowany element daje się cieńszą okleinę.

Forniry:

Materiały produkowane z
drewna:

Otrzymywane są przez sklejenie ze sobą nieparzystej liczby

fornirów, w ten sposób, że włókna kolejnych arkuszy przebiegają w

kierunku wzajemnie prostopadłym. Zwiększa to wytrzymałość płyt

na zginanie oraz zmniejsza skłonność do paczenia. Rozróżnia się

sklejki: sucho klejone, które otrzymuje się przez sklejenie uprzednio

wysuszonych arkuszy fornirów, oraz mokre klejone uzyskane przez

sklejenie nie wysuszonych arkuszy fornirów. W budownictwie

stosowane są głównie sklejki sucho klejone ogólnego przeznaczenia.

Sklejki:

Materiały produkowane z
drewna:

Są materiałem drewnopochodnym uformowanym z włókien

lignocelulozowych (rozwłóknionego drewna) z dodatkiem lub bez

środków chemicznych. Wyróżnia się dwie podstawowe odmiany

technologiczne płyt pilśniowych: nieprasowane w gorącej prasie, o

gęstości poniżej 400kg/m3 i prasowane w gorącej prasie, o gęstości

powyżej 400 kg/m3. Pierwszy z nich to tzw. płyty pilśniowe

porowate, drugie to płyty półtwarde, twarde i bardzo twarde.

Płyty
pilśniowe:

Materiały produkowane z
drewna:

Pod pojęciem płyty wiórowej rozumie się suchy, uformowany

materiał płytowy. Składa on się z drobnych cząstek drzewnych,

związanych (sklejonych) lepiszczem syntetycznym lub innym.

Uzyskiwany jest z drewna litego poprzez skrawanie, rozdrobnienie

w młynach młotkowych lub zmielenie w postaci wiórów, drzazg,

skrawków lub płatków, zachowaniem określonej jednolitej ich

wielkości, wysuszonych do określonego stopnia wilgotności,

wzajemnie ze sobą zmieszanych (przy czym następuje dokładne

zmieszanie lepiszcza z drewnem) i sprasowanych przy zastosowaniu

ciśnienia i ciepła. W definicji tej zawarte są podstawowe procesy

technologiczne, zachodzące przy wyrobie płyt wiórowych.

Płyty
wiórowe:

Materiały produkowane z
drewna:

Lignomerem

nazywamy drewno nasycone monomerem

i poddane procesowi polimeryzacji. Dzięki temu zmniejsza się

pęcznienie, kurczenie i nasiąkliwość, zwiększa się natomiast

wytrzymałość statyczna i poprawiają własności technologiczne.

Lignomer jest ponadto bardzo odporny na działanie grzybów.

Lignofol

jest materiałem wielowarstwowym otrzymywanym

przez sklejenie na gorąco klejem wodoodpornym pod ciśnieniem

fornirów o grubości poniżej 1mm.

Lignomer i
Lignofol:

Materiały produkowane z
drewna:

Jest

Jest uzyskiwany z kory dębu korkowego. Korek jest tkanką wtórną okrywającą

pnie, konary, a także starsze łodygi drzew nasiennych, wytwarzaną

przez miazgę korkotwórczą. Składa się z martwych komórek przesyconych

suberyną i stanowi część perydermy.

Suberyna jest mieszaniną wysoko spolimeryzowanych estrów kwasów

tłuszczowych. Odkładana w ścianach komórkowych powoduje ich

korkowacenie.

Peryderma jest wtórną tkanką okrywającą powierzchnię łodyg i korzeni.

Warstwa korka może być bardzo gruba.

Korek użytkowy jest lekki, elastyczny i trwały, nie nasiąkający wodą, ma dobre

własności izolacyjne. Korek użytkowy stanowi bardzo dobrą warstwę izolującą

cieplnie, akustycznie, wygłusza i amortyzuje upadki, ma niedużą gęstość.

Stosowany jest do produkcji pływaków, pasów ratunkowych, uszczelek,

izolacji, zatyczek do butelek, jest bardzo popularnym surowcem do

wytwarzania wykładzin ściennych i podłogowych, a także drobnej galanterii

użytkowej, jak tace, podstawki, koszyczki do szklanek, obcasy sandałów.

Korek użytkowy:

Inne materiały kompozytowe
naturalne:

Rodzaj roślin wieloletnich o drewniejących łodygach

należący do rodziny wiechlinowatych. Rodzaj liczy ok. 120

gatunków. Występuje w klimacie monsunowym, gdzie niekiedy

tworzy lasy do 40 m wysokości, głównie w tropikalnej Azji,

wymaga nasłonecznionych terenów, bogatych w wodę gruntową.

Bambus:

Zastosowan
ie:

-Lekki i wytrzymały materiał budowlany, stolarski,

galanteryjny, tkacki, wykorzystywany do budowy desek do krojenia
żywności oraz na plecionki.

-Wytwarzane są z niego parkiety na podłogi.
-W Polsce są stosowane jako żywopłoty, sprawdzają się jako

ekrany przy ruchliwej drodze skutecznie tłumiąc hałas dochodzący z
ulicy.

Inne materiały kompozytowe
naturalne:

Rodzaj roślin wieloletnich o drewniejących łodygach

należący do rodziny wiechlinowatych. Rodzaj liczy ok. 120

gatunków. Występuje w klimacie monsunowym, gdzie niekiedy

tworzy lasy do 40 m wysokości, głównie w tropikalnej Azji,

wymaga nasłonecznionych terenów, bogatych w wodę gruntową.

Bambus:

Zastosowan
ie:

- Deski do krojenia żywności,
- Tkactwo,
- Parkiety,
- Żywopłoty do tłumienia hałasu od ulicy,

Inne materiały kompozytowe
naturalne:

Bambus:

Zastosowan
ie:

- Do budowy domów,
- Wiszących mostów,
- Tratw,
- Rusztowań,
- Rurociągów,
- Instrumentów muzycznych,
- Naczyń,
- Mebli,
- Broni,
- Podpór,
- Laseks,
- I wiele innych zastosowań, w których należy wykorzystać

materiał mocny ale zarazem lekki.

Inne materiały kompozytowe
naturalne:

Kość zbudowana jest z masywnej istoty zbitej w postaci rury, w której

wnętrzu w jamie szpikowej znajduje się żółty szpik kostny (głównie tkanka

tłuszczowa).

Tkanka kostna odznacza się wytrzymałością na ściskanie i rozciąganie, ma

znaczną twardość.

O twardości tkanki kostnej decyduje zawartość w niej dużej ilości soli

wapnia.

Tkanka kostna:

Inne materiały kompozytowe
naturalne:

Trzy podstawowe grupy skał:

- magmowe,

- osadowe,

- przeobrażane (metamorficzne).

Dalsze podziały wynikają z różnic w składzie chemicznym,

mineralogicznym i strukturze poszczególnych skał. Własności

skał tego samego rodzaju w istotny sposób zależą od

rozmieszczenia i ukształtowania złoża oraz stanu zachowania

skał, w mniejszym stopniu od innych czynników

Skały i minerały:

Prezentacje przygotowali:

Maciej Ciupke,

Witold Gregorowicz,

Leszek Grolik,

Frederyk Holewik.

Document Outline