Temat: Materiały celulozowe - skład chemiczny, właściwości, przeznaczenie.
Drewno. Włókna naturalne i syntetyczne.
Drewno jest to surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew. Przy prawidłowej gospodarce leśnej drewno jest surowcem odnawialnym.4 Jest formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty*. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem a warstwą łyka i kory.
Drewno jest materiałem niejednorodnym pod względem budowy. Posiada liczne wady, anomalie, uszkodzenia lub inne wrodzone i nabyte cechy, które obniżają jego wartość techniczną i ograniczają zakres użyteczności. Z punktu widzenia przerobu surowca drzewnego, drewno powinno mieć kształt walca, równomierną słoistość, przebieg włókien równoległy do podłużnej osi, oraz nie powinno mieć sęków (gałęzi).
Wyróżnia się następujące grupy wad:
- sęki
- pęknięcia
- wady kształtu
- wady budowy
- zabarwienia
- zgnilizny
- uszkodzenia mechaniczne
- związane z jego biologicznym pochodzeniem
Wady drewna zawsze powodują obniżenie jego wartości i mogą spowodować jego dyskwalifikację jako materiału. Zależą od różnych czynników:
- związane ze wzrostem drzewa - sęki, rdzenie położone mimośrodowo, rdzenie podwójne, zawoje, skręt włókien, pęknięcia (np. mrozowe), itp.
- związane z żerowaniem owadów na drzewie lub drewnie
- związane z procesami gnilnymi, zagrzybieniem podczas wzrostu drzewa albo po jego ścięciu, powodują zmianę zabarwienia, siniznę, zgniliznę, czyli mursz
Zalety drewna to:
- jest łatwe w obróbce (zwłaszcza gatunki miękkie)
- izoluje termicznie i elektrycznie
- jest materiałem ekologicznym
- jest odporne na działanie wielu czynników chemicznych1
Drewno nasycone wodą łatwo oddaje ją powietrzu, a przesuszone pochłania wilgoć z powietrza. Wysychanie i nawilgacanie szczególnie intensywnie odbywa się w czołowych przekrojach drewna. Rosnące drzewo zawiera bardzo dużo wody (przy czym jego ilość zależy od gatunku drzewa i od pory roku). Przy spławie wodą wilgotność drewna podnosi się jeszcze bardziej - takie drewno nazywa się mokrym. Podczas dłuższego przechowywanie na składzie drewna wilgotność ustala się i osiąga wartość odpowiednią do warunków otaczającego powietrza. Zależnie od klimatu i pory roku wilgotność drewna umieszczonego na wolnym powietrzu wynosi 15-20% - takie drewno nosi nazwę powietrzno - suchego.3
Włókna dzieli się na naturalne i syntetyczne. Włókna naturalne:
roślinne (podstawowym składnikiem jest celuloza)
- bawełna - roślina uprawna, występująca w gorącym klimacie wszystkich kontynentów, z której włókno, zebrane z torebek nasiennych, jest szeroko wykorzystywane, przede wszystkim w przemyśle włókienniczym; używa się go do produkcji przędzy, nici, dzianin i tkanin; bawełna jest bardzo wydajną rośliną uprawną, ponieważ podczas przetwarzania traci tylko ok. 10% suchej masy; włókna bawełny są wytrzymałe na rozciąganie, charakteryzują się dużą izolacyjnością cieplną, duża chłonność wody, włókna łatwo się wybielają i farbują; bawełna jest podstawą przemysłu odzieżowego na świecie.
- len - charakteryzuje się dużą higroskopijnością, silnym pęcznieniem na mokro, dużą gniotliwością i sztywnością, ale również dużą trwałością, używany do produkcji nici, tkanin i wyrobów powroźniczych, odpady są używane do produkcji papieru.
- konopie - roślina włóknista uprawiana w klimacie umiarkowanym.Odznacza się b. dużą wytrzymałością na rozciąganie i odpornością na gnicie. Używana do wyrobu powrozów i ciężkich tkanin.
- juta - cenny surowiec przemysłowy nadający się do uprawy wyłącznie w ciepłym i wilgotnym klimacie; włókna jutowe są wytrzymałe, a tkane z nich szorstkie materiały są jednocześnie mocne i elastyczne; jest stosowana do wyrobu worków, dywanów, obić tapicerskich, sznurków, do produkcji linoleum, papieru oraz jako materiał elektroizolacyjny.
- sizal - włókno pozyskiwane z liści agawy sizalskiej, wykorzystywane w produkcji wyrobów powroźniczych i mat; włókno sizalu jest twarde, wytrzymałe i stosunkowo tanie
- manila - lekkie włókno otrzymywane z liści bananowca manilskiego; jest wytrzymałe i wodoodporne, dlatego też używa się go głównie do wyrobu lin i sieci rybackich
b) zwierzęce (podstawowy składnik to białka)
- wełna - jest najważniejszym włóknem pochodzenia zwierzęcego, dostarczają jej głównie owce; włókno to jest wrażliwe na działanie wysokich temperatur, rozcieńczonych zasad oraz na działanie aktywnego tlenu; używana jest na tkaniny odzieżowe, dzianiny, nici filce, koce, dywany, itp.
- jedwab szlachetny - najmocniejsze włókno naturalne, powstaje z kokonów motyli jedwabników morwowych, również jedwab otrzymywany jest z oprzędów jedwabnika dębowego; jedwab jest najcięższym włóknem naturalnym, jest miękki i lśniący, cechuje go duża wytrzymałość na rozciąganie, duża sprężystość, dobra chłonność, nieco mniejsza od wełny izolacja cieplna; służy do wyrobu tkanin sukienkowych, bluzkowych, chustek, krawatów, nici do szycia, obić meblowych i tkanin technicznych.
Włókna syntetyczne (chemiczne):
- poliamidowe - mała odporność na działanie promieni słonecznych, produkuje się z nich pończochy, kostiumy kąpielowe, koszule, np. nylon
- poliestrowe - odporne na działanie promieni słonecznych, substytut włókien bawełnianych; charakteryzują się dużą wytrzymałością na rozerwanie, zginanie i ścieranie, odporne biologicznie, łatwo się elektryzują i brudzą, lecz dobrze piorą i szybko wysychają; służą do wyrobu tkanin na ubrania wierzchnie, tkanin dekoracyjnych, firanek, przewodów zastępujących odcinki naczyń krwionośnych, lin, kordów, np. elana
- poliakrylonitrylowe - włókna syntetyczne, których głównym składnikiem jest akrylonitryl; zależnie od składu mają różne właściwości, ogólnie włókna akrylowe są mniej wytrzymałe na rozciąganie, zginanie i skręcanie niż włókna poliamidowe i poliestrowe, są nieodporne na ścieranie, wykazują natomiast doskonałą odporność na działanie światła, ulegają działaniu roztworów większości kwasów i rozcieńczonych alkaliów, są odporne biologicznie; włókna akrylowe łatwo się barwią, mają miękki chwyt, są wełnopodobne, słabo chłoną wilgoć; stosuje się je głównie do produkcji dzianin i tkanin odzieżowych, zasłonowych, sztucznych futer i pledów
- polichlorowinylowe - włókna syntetyczne, stworzone z polichlorku winylu z dodatkiem plastyfikatorów; są miękkie, elastyczne, formuje się je w niższej temperaturze niż polichlorek winylu nie zmiękczony; odporne na działanie czynników chemicznych, wytrzymałe mechanicznie; stosowane do wyrobu folii, opakowań, odzieży ochronnej, obuwia, wężów, izolacji kabli, zabawek oraz do powlekania tkanin
- polipropylenowe - odznacza się doskonałymi właściwościami mechanicznymi i dielektrycznymi, w temperaturze pokojowej jest odporny na działanie wielu czynników chemicznych; stosowany do wyrobu lin, sieci, włókien przeznaczonych na tkaniny przemysłowe i dywany
- poliuretanowe - właściwości fizyczne i chemiczne poliuretanów zależą od ich składu i masy cząsteczkowej; przeważnie włókna są elastyczne, mają dużą zdolność do odkształcania się i powracania do początkowych wymiarów; wytwarza się z nich rajstopy i bieliznę, np. lycra2
Budowa i skład chemiczny drewna.
Drzewo rosnąc wytwarza corocznie na obwodzie pnia warstwa komórek tworzących tzw. słój roczny, przy czym warstwa narastająca wcześniej, na wiosnę jest miększa i przeważnie jaśniejsza, a warstwa narastająca w lecie i na jesieni - twardsza i przeważnie ciemniejsza. Z biegiem lat wewnętrzne słoje roczne grubieją i twardnieją, tworząc tzw. twardziel, który jest najbardziej cenioną częścią drewna. Zewnętrzne słoje roczne pozostają większe i tworzą tzw. biel. Gąbczasty i otoczony rdzeń pnia nie przedstawia większej wartości. Proces wzrostu pnia zachodzi głównie w znajdującej się bezpośrednio za korą w cienkiej warstwie nazywanej miazgą. Kora stanowi zewnętrzną warstwę drzewa - ochronną.
Głównym elementem struktury drewna są komórki. Ściany komórek są kompozytem o złożonej strukturze. Mikrowłókna kompozytu charakteryzują się wysoką wytrzymałością. Zbudowane są z krystalicznej celulozy i stanowią ok. 45% masy ściany komórek.3 Celuloza daje dużą wytrzymałość na rozciągnięcie4. Lignina (jest lepiszczem sklejającym ściany sąsiednich komórek, blokuje dostęp wody do nich, nadaje drewnu twardość, sztywność i wytrzymałość na ściskanie, zmniejsza higroskopijność - pęcznienie i kurczenie drewna4) i hemiceluloza stanowią ok. 20% masy ścianek komórek, pozostała masa to woda i składniki uboczne: żywice, garbniki, tłuszcze oraz sole mineralne. Składniki uboczne nadają drewnu kolor, zapach, a niekiedy także odporność na szkodniki.3
Podstawowymi pierwiastkami wchodzącymi w skład drewna są: węgiel (49,5%), tlen (43,8%), wodór (6,0%), azot (0,2%) i inne.1 Mikrostruktura drewna składa się z wielkiej liczby długich i zwartych komórek rurkowych, których wnętrza są częściowo wypełnione powietrzem i sokiem rośliny (wodą).
Celuloza z hemicelulozą tworzą substancję szkieletową ścianek komórkowych, ścianki nasycone są ligniną.
Ważnym składnikiem drewna są także substancje mineralne: potas, soda, węglan wapnia, sole kwasu węglowego, fosforowego i krzemowego. Zawartość tych składników w drewnie jest zmienna i wynosi ok. 0,2-1,7%. W większej lub mniejszej ilości w drewnie występują także substancje uboczne: żywice, woski, tłuszcze, barwniki, garbniki, alkaloidy.
Znaczącym składnikiem drewna jest woda. Rozróżnia się wodę:
- związaną (nasycającą) - stanowi integralną część włókien (25-30% ciężaru absolutnego suchego drewna) i bardzo trudno wyparowuje
- swobodną (kapilarną) - jest to pozostała ilość wody zapełniająca przestrzeń międzykomórkową i z łatwością wyparowuje podczas suszenia3
Właściwości fizyczne drewna.
Barwa drewna krajowego nie odznacza się tak dużą intensywnością, jak niektórych gatunków egzotycznych (mahoń, palisander). Drewno z drzew krajowych ma barwę od jasnożółtej do brązowej.1
Podział krajowych gatunków drzew ze względu na zabarwienie drewna |
|
Zbliżona do białej (jasnożółta) |
jodła, świerk, osika, grab, jawor, buk, klon, topola, biel dębu |
Żółta |
brzoza, jesion, limba, biel cisa |
Brunatna |
wiąz, twardziel dębu |
Zbliżona do czerwonej |
modrzew, sosna, wiśnia, trześnia, śliwa, olcha, twardziel cisa |
Zielonawa |
robinia, morwa |
Zbliżona do czarnej (ciemnobrązowa) |
orzech |
Drewno białe odbija prawie wszystkie promienie świetlne, czarne natomiast prawie wszystkie pochłania. Równomierność zabarwienia drewna na przekrojach zależy od jego rodzaju. Intensywność zabarwienia drewna związana jest ze strefą klimatyczną. Im bardziej na północ, tym bardziej barwa drewna poszczególnych gatunków jest bardziej nikła, i odwrotnie - im dalej na południe, tym zabarwienie drewna jest intensywniejsze. Oprócz intensywności zabarwienia drewno gatunków podzwrotnikowych wykazuje duże bogactwo barw i ich odcieni. Barwa drewna i jej intensywność ulegają zmianom pod wpływem działania światła i czynników atmosferycznych. Bezpośrednio po ścięciu drewno ma barwę nikłą, która dopiero na skutek utleniania staje się intensywna. Przykładem na to jest drewno sosny i olchy.
Rysunek drewna wynika z jego budowy: zależy zarówno od gatunku, jak i od przekroju. Drewno gatunków iglastych i liściastych pierścieniowo - naczyniowych ma na wszystkich przekrojach rysunek bardziej wyrazisty niż drewno gatunków rozpierzchło - naczyniowych, ze względu na duże zróżnicowanie w budowie drewna wczesnego i późnego.
Połysk - drewno o powierzchni nie wypolerowanej jest w zasadzie matowe. Jedynie u niektórych gatunków drzew, np. u dębu czy wiązu, błyszczą na przekrojach promieniowych odsłonięte promienie rdzeniowe (tzw. błyszcz). Dopiero wygładzenie powierzchni nadaje jej połysk, którego intensywność rośnie w miarę podwyższania stopnia gładkości drewna. Połysk mechanicznie wygładzonej powierzchni drewna można zwiększyć poprzez wypełnienie porów specjalnymi substancjami, jak woski, pasty, itp. Cienka warstwa wypełniacza może być dokładnie wypolerowana.5
Gęstość drewna (masa właściwa) zależy od stopnia jego wilgotności oraz porowatości. W związku z tym rozróżnia się gęstość drewna świeżo ściętego, drewna powietrzno - suchego i drewna całkowicie suchego. Zależnie od gęstości drewna w stanie powietrzno - suchym rozróżnia się 6 klas drewna:3
KLASA DREWNA |
GATUNKI DREWNA |
Drewno bardzo ciężkie (>0,80 g/cm3) |
grab, cis, heban, eukaliptus |
Drewno ciężkie (0,71-0,80 g/cm3) |
grochodrzew, buk, dąb, jesion, orzech, grusza, śliwa |
Drewno umiarkowanie ciężkie (0,61-0,70 g/cm3) |
brzoza, klon, jawor, modrzew |
Drewno lekkie (0,51-0,60 g/cm3) |
kasztanowiec, mahoń |
Drewno umiarkowanie lekkie (0,41-0,50 g/cm3) |
sosna pospolita, świerk, jodła, lipa, olcha, osika, cedr |
Drewno bardzo lekkie (<0,40 g/cm3) 3 |
|
Higroskopijność to skłonność materiału do wchłaniania wilgoci z powietrza. Drewno zawsze wchłania wilgoć lub oddaje ją do pomieszczenia tak długo, aż osiągnie stan równowagi pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia. Drewno stosowane w miejscach o dużej wilgotności powinno być zabezpieczone przed jej wchłanianiem.
Skurcz i pęcznienie - drewno wilgotne podczas suszenia zawsze kurczy się, podczas nasiąkania wodą pęcznieje. Podczas skurczu drewno pęka i paczy się. Dlatego konstrukcje drewniane (więźby, ramy okienne, listwy boazeryjne, itp.) powinny być przygotowywane z drewna już wysuszonego, do takiej wilgotności, w jakiej będzie ono użytkowane. Najczęściej używa się do wykonywania elementów konstrukcyjnych drewna w stanie powietrzno - suchym.
Wilgotność zależy od warunków, w jakich drewno się znajduje i ma znaczny wpływ na pozostałe właściwości drewna. Bezpośrednio po ścięciu wilgotność drewna wynosi ponad 35%, ale może być znacznie większa. Drewno w stanie określanym jako powietrzno - suche (wyschnięte na wolnym powietrzu) ma wilgotność około 15-20%, przechowywane w suchych pomieszczeniach ma wilgotność 8-13%. Duża wilgotność drewna bywa powodem paczenia się wyrobów, stwarza warunki sprzyjające rozwojowi grzybów. Gdyby drewno zostało wysuszone do wilgotności 0% stałoby się materiałem łatwo pękającym i kruchym. Praktycznie nie byłoby można wykonać z takiego drewna żadnej konstrukcji czy przedmiotów użytkowych.
Zapach - każdy gatunek drewna ma swój specyficzny zapach. Pochodzi on od znajdujących się w drewnie żywic, olejków eterycznych, garbników, itp. Z biegiem lat drewno traci swój zapach.1
Przesiąkliwość drewna jest to zdolność przepuszczania cieczy działającej pod ciśnieniem na jego przekrój. Zdolność ta jest różna u rozmaitych gatunków drewna, zależy też od przekrojów. W zależności od przeznaczenia przesiąkliwość może być cechą pozytywną lub ujemną. Na przykład przy produkcji klepek na beczki do cieczy wybiera się gatunki i przekroje drewna o możliwie najmniejszej przesiąkliwości, ale w drewnie przeznaczonym do impregnacji przesiąkliwość jest cechą pożądaną.
Nasiąkliwość jest to zdolność wchłaniania wody lub innych cieczy przez drewno w nich zanurzone. Powyżej punktu nasycenia włókien drewno nie może pobierać wody w postaci pary. Dalsze zwiększanie jego wilgotności może odbywać się przez wnikanie wody w postaci ciekłej w pory drewna, a więc głównie w cewki i naczynia. W tej fazie drewno pobiera wodę wolną. Stopień nasycenia wodą zależy od okresu, przez jaki drewno znajduje się w wodzie. W wyniku pełnego nasycenia wodą każde drewno tonie. Maksymalna ilość wody wolnej, jaką zdolne jest wchłonąć drewno, zależy od jego ciężaru właściwego, ponieważ im drewno jest cięższe, tym jest bardziej zwięzłe, a więc posiada mniej porów; drewno lekkie jest bardziej porowate.
Własności akustyczne - drewno jodły, jaworu, klonu, a przede wszystkim świerka jest dobrym materiałem rezonansowym i dlatego jest stosowane do budowy instrumentów muzycznych. Własności rezonansowe drewna są cechą określającą jego zdolność do drgań pod wpływem drgań innego przedmiotu znajdującego się w pobliżu. Tę zdolność wykorzystuje się np. w budowie skrzypiec, gdzie drgania strun wywołane tarciem smyczka przenoszą się przez podstawek na pudło skrzypiec i w nim się potęgują. Badania akustyczne wykazały, że najlepszym materiałem rezonansowym jest drewno świerkowe.
Przewodnictwo elektryczne - drewno jest złym przewodnikiem elektryczności i dlatego stosowane jest w elektrotechnice jako materiał izolacyjny i konstrukcyjny (np. na słupy linii elektrycznych). Przewodnictwo elektryczne drewna zależy głównie od jego wilgotności. Zupełnie suche drewno jest dobrym izolatorem, natomiast nawilżone do punktu nasycenia włókien staje się prawie tak dobrym przewodnikiem jak woda. Przy zmianie wilgotności od 0 do 30% jego oporność maleje do 2mln razy.
Przewodnictwo cieplne - przewodzenie ciepła polega na rozprzestrzenianiu się ciepła lub jego przechodzeniu przez ciało od części o temperaturze wyższej do części o temperaturze niższej. Własność ta jest tym większa, im ciało ma bardziej jednolitą, skupioną budowę. W porównaniu z metalami, kamieniem, betonem czy wyrobami ceramicznymi, drewno jest złym przewodnikiem ciepła. Złe przewodnictwo cieplne drewna powoduje powolne wyrównywanie różnic temperatur, wskutek czego np. podłoga drewniana odbiera stopom małą ilość ciepła i jest „cieplejsza” niż podłoga ceramiczna czy kamienna.5
Właściwości mechaniczne drewna.
Drewno jest materiałem anizotropowym, jego wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, zginanie zależy od kierunku działania sił w stosunku do włókien. Drewno znacznie łatwiej przenosi siły (ma większą wytrzymałość) działające wzdłuż włókien - wraz ze wzrostem kąta odchylenia tych sił od kierunku włókien wytrzymałość drewna zmniejsza się. W zależności od osiąganej minimalnej wartości wytrzymałości mechanicznej drewno dzieli się na klasy.
Przykładowe wartości wytrzymałości drewna na ściskanie w zależności od klasy:
- ściskanie wzdłuż włókien - 16 MPa-88 MPa (gatunki liściaste) i 23-34 MPa (gatunki iglaste)
- ściskanie w poprzek włókien od 4,3-6,3 MPa (gatunki liściaste) i 8,0-13,5 MPa (gatunki iglaste)
Twardość jest mierzona oporem stawianym przez drewno podczas wciskania stalowej kulki o ściśle określonej wielkości. Twardość zależy od gatunku drzewa, z którego drewno pochodzi. Do gatunków twardych należą między innymi: modrzew, robinia akacjowa (czyli grochodrzew - nazywany błędnie akacją), buk, dąb, grab, jesion, jawor, wiąz. Do najbardziej miękkich: lipa, olcha, osika, topola. Drewno miękkie jest znacznie łatwiejsze w obróbce, stąd często jest używane przez rzeźbiarzy (np. ołtarz w kościele Mariackim w Krakowie jest wyrzeźbiony z lipy). Przykładowa twardość mierzona metodą Janki (przy pomocy kulki metalowej o przekroju 1 cm²) przy 15% wilgotności surowca, dla niektórych gatunków drewna wynosi od najmiększych do najtwardszych:1
Klasa twardości |
Rodzaj drewna |
Twardość HB |
Wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien (MPa) |
bardzo miękkie |
wierzba, balsa, topola, jodła, sosna wejmutka |
do 3,5 |
80-100 |
miękkie |
brzoza, olcha, jawor, lipa, modrzew, sosna pospolita, mahoń, platan |
3,6-4,9 |
90-140 |
średnio twarde |
wiąz, orzech, sosna czarna |
5,0-5,9 |
90-140 |
twarde |
dąb szypułkowy, jesion, jabłoń, grusza, wiśnia, teak |
6,0-6,5 |
100-140 |
bardzo twarde |
dąb bezszypułkowy, grab, buk, cis, grochodrzew, palisander |
6,6-14,6 |
120-160 |
twarde jak kość |
heban, gwajak, koks |
ponad 15,0 |
-- 3 |
Ścieralność - drewna twarde są najczęściej najodporniejsze na ścieranie. Ta cecha ma duże znaczenie przy wyborze drewna jako materiału do wykonania np. podłóg.1
Ogólna charakterystyka rodzajowa drewna.
Drewno umiarkowanej strefy klimatycznej jest pozyskiwane głównie z drzew iglastych i liściastych. Drewno drzew iglastych odznacza się stosunkowo prostą budową w porównaniu z budową drzew liściastych. Zbudowane jest równomiernie z jednolitych i bardzo drobnych cewek, które stanowią ponad 90% ogólnej objętości; brak jest natomiast naczyń i włókien drzewnych. Promienie rdzeniowe są na ogół niewidoczne. Słoje roczne na przekroju poprzecznym pnia są wyraźnie zaznaczone i zróżnicowane. Cechą charakterystyczną typową dla drewna niektórych drzew iglastych, są przewody żywiczne (sosna, modrzew, świerk). Nie występują one w jodle, cisie i jałowcu.
Drewno z drzew liściastych ma bardziej złożoną budowę. Składa się z większej liczby zróżnicowanych elementów. Podstawowymi elementami są włókna drzewne i naczynia. Promienie rdzeniowe są zróżnicowane i wykazują dużą rozmaitość form. Cechą charakterystyczną niektórych rodzajów drzew liściastych (np. dębu, wiązu, jesionu, grochodrzewu) są zróżnicowane, stosunkowo duże naczynia, dobrze widoczne i ułożone centrycznie na granicy słojów rocznych w wyraźne pierścienie - stąd ich nazwa pierścieniowo - naczyniowe. Pozostałe rodzaje drewna drzew liściastych, przeważnie beztwardzielowe (np. brzoza, buk, olcha, osika, grab, klon, jawor) i niektóre twardzielowe (np. topola, jarzębina, wierzba, orzech, jabłoń, grusza) mają naczynia małe i niewidoczne, niezróżnicowane pod względem wielkości i rozrzucone równomiernie na całej powierzchni słojów rocznych i dlatego noszą nazwę rozpierzchłonaczyniowych.
Drewno podzwrotnikowej strefy klimatycznej (np. orzech, mahoń, palisander, heban), stosowane w przemyśle drzewnym, głównie w meblarstwie, ma cechy budowy podobnej do liściastych drzew rozpierzchłonaczyniowych. Charakterystyczną cechą drewna egzotycznego jest na ogół intensywne zabarwienie, zwłaszcza części twardzielowej; stąd drewno to ma duże walory estetyczne przy dobrych właściwościach mechanicznych i eksploatacyjnych. Przykładem takiego drewna może być gwajak pozyskiwany z gwajakowca, rosnącego w Ameryce Środkowej. Jest to wiecznie zielone, niskie drzewo o pierzastych liściach. Z tego kosztownego drewna korzysta m.in. przemysł stoczniowy, stosując go w budowie łożysk wałów okrętowych.3
Trwałość i konserwacja drewna.
Czynniki wpływające na trwałość drewna:
Trwałość drewna jest to okres, w którym zachowuje swoje właściwości fizyczne i mechaniczne.
Drewno, niezależnie od rodzaju ma na ogół dużą trwałość - jeśli znajduje się w suchym, przewiewnym pomieszczeniu o nieznacznych zmianach temperatury i wilgotności powietrza.
Duża trwałość ma drewno twardzielowe o ścisłej budowie i dużej gęstości, drewno drzew iglastych i liściastych, zawierających garbniki, gumy, olejki eteryczne, oraz drewno pozyskiwane z terenów górskich i północnych (przeważnie ze ścinki zimowej). Z punktu widzenia trwałości naturalnej drewno dzieli się na trzy podstawowe grupy:
- drewno bardzo trwałe, np. modrzew, dąb, cedr, kasztan, heban, eukaliptus
- drewno średnio trwałe, np. jodła, sosna, świerk, buk
- drewno nietrwałe, np. brzoza, lipa, topola, wierzba
Na trwałość drewna duży wpływ mają warunki, w jakich ono się znajduje3, jakość i grubość materiału, materiały pomocnicze wykorzystywane przy montażu i konserwacji6, oraz następujące czynniki zewnętrzne:
- biologiczne
Działanie tych czynników wywołuje największe straty drewna o gotowych wyrobów. Podczas składowania drewno jest narażone na zakażenia grzybami wywołującymi jego rozkład. Powoduje to zmianę barwy drewna, zmniejszenie jego twardości i gęstości oraz wywołuje zmianę zapachu. Również szkodniki owadzie mogą powodować duże straty w drewnie - widoczne otwory na powierzchni drewna są początkiem chodników, w których żerują owady oraz ich larwy.
- fizyczne
Przyczynami rozkładu wywołanego czynnikami fizycznymi jest działanie na drewno wysokiej temperatury, wilgoci, światła i powietrza. Stwierdzono, że przedłużenie czasu parzenia drewna obniża jego właściwości mechanicznie, podobnie jak powtarzające się nawilżanie zapobiegawcze parą wodną przeprowadzane podczas suszenia. Przypuszcza się, że długotrwałe działanie wysokiej temperatury powoduje skracanie łańcucha błonnikowego, na skutek czego drewno staje się kruche. Działanie wilgotności i wysokiej temperatury wyługowuje z drewna niektóre składniki, uplastyczniając drewno, ale równocześnie powoduje ono rozluźnienie spójności cząsteczek drewna, co ma wpływ na jego trwałość. Działanie światła i powietrza na drewno wywołuje zmiany barwy drewna, co może być również oznaką powolnego rozkładu.
- chemiczne
Jest wywołany silnymi roztworami kwasów lub zasad, które powoduję hydrolizę węglowodanów. Na skutek tej reakcji drewno staje się miękkie, a włókna drzewne oddzielają się od siebie z dużą łatwością. Działanie zasad, np. kleju kazeinowego, zmienia barwę drewna dębowego, obniżając jego estetyczny wygląd.7
Trwałość drewna można wydatnie zwiększyć przez suszenie, nasycanie środkami przeciwglijnymi, nasycanie suchego drewna impregnatami i pokrywanie powłokami ochronnymi.3
Sposoby konserwacji:
Impregnaty są to środki stosowane do nasycenia (drewna, papieru, materiałów włókienniczych, itp.) w celu zabezpieczenia materiału przed niszczącym działaniem środowiska lub nadawania mu specjalnych właściwości użytkowych.3
Metody powierzchniowe.
Najczęściej w praktyce konserwatorskiej zniszczone drewno nasyca się roztworami substancji utwardzających, które nanosi się na powierzchnię drewna za pomocą pędzla, zastrzyków, powlekania, natryskiwania, częściowego lub całkowitego krótkotrwałego zanurzania.
- metoda powlekania (smarowania) polega na wielokrotnym nanoszeniu roztworu impregnacyjnego na powierzchnię drewna za pomocą pędzli, szczotek bądź powlekania; do tak nasyconego drewna opóźnianie odparowania rozpuszczalników uzyskuje się poprzez okrycie powierzchni drewna folią poliestrową lub polietylenową, które stwarzają korzystne warunki dla wnikania w głąb tkanki drzewnej
- metoda opryskiwania różni się od metody powlekania w zasadzie rodzajem użytych narzędzi służących do nanoszenia impregnatu oraz tym, że może być stosowana także w trudno dostępnych miejscach, złożonych konstrukcjach więźby dachowej i impregnacji dużych powierzchni; opryskiwanie przeprowadza się za pomocą elektrycznych lub pneumatycznych opryskiwaczy różnego typu
- metoda nasycania w kąpielach gorąco - zimnych polega na ogrzaniu zabezpieczonego drewna w roztworze impregnatu i szybkim przeniesieniu go do zbiornika zawierającego zimny impregnat, w którym drewno pozostaje do ostygnięcia; w czasie ogrzewania drewno traci część powietrza, które pod wpływem ciepła uchodzi z jego komórek; natomiast podczas ochładzania następuje zmniejszanie się ciśnienia (w porównaniu z atmosferycznym) w komórkach drewna, co z kolei jest przyczyną głębszego wnikania impregnatu aż do wyrównania ciśnień
Metody głębokie.
Są to sposoby poprzez które możemy uzyskać większe lub całkowite nasycenie masy materialnej drewna. W grupie wyróżniamy metody oparte na:
- impregnacji bezciśnieniowej głębokiej, w której wykorzystywane są zjawiska kapilarnego przemieszczania się roztworów, dyfuzji, osmozy i elektroosmozy, np. kąpiele długotrwałe
- impregnacji próżniowej i próżniowo - ciśnieniowej, a także jej odmiany z wykorzystaniem ciśnienia hydrostatycznego
Metody dyfuzyjne.
Przy metodach dyfuzyjnych wykorzystywane są praktycznie zjawiska dyfuzji , jak również osmozy, które występują wówczas, gdy mamy do czynienia z drewnem o dużej wilgotności i przy użyciu środków rozpuszczalnych w wodzie, które będą stopniowo dyfundowały w materiał drzewny. Proces nasycania w metodach dyfuzyjnych ustaje po wyschnięciu drewna , wznawia się zaś przy powtórnym nawilgoceniu zaimpregnowanego materiału. Korzystne warunki dyfuzyjnego nasycania występują przy wilgotności powyżej 35%.
Dyfuzyjne sposoby impregnacji obejmują następujące metody :
- suchej impregnacji
- pastowania
- bandażowania
- zastrzykową metodę Cobra
- nawiercania otworów
- osmotyczną
Metoda osmotyczna jest odmianą pastowania zastosowaną do nasycania świeżo ściętych dłużyc na zrębach leśnych. Okorowane po ścięciu drewno pokrywa się pastą grzybobójczą , układa na legarach w stosy i zabezpiecza przed utratą wilgoci i wymyciem toksycznych składników przez wody opadowe.
Iniekcja.
W celu głębszego wprowadzenia impregnatów stosuje się wstrzykiwanie za pomocą strzykawki bądź gruszki lekarskiej w otwory wylotowe po owadach lub w otwory specjalnie nawiercone.
Metoda elektro - impregnacji (elektroosmozy).
Innym sposobem głębokiego nasycania przez zanurzanie jest tak zwana metoda elektro-impregnacji. Wykorzystuje się w tym celu zjawisko elektro-osmozy , wywołane przepływem prądu stałego między elektrodami podłączonymi do dwóch przeciwległych powierzchni obiektu. Zjawiska elektrokinetyczne wymuszając ruch cieczy względem powierzchni ciała stałego , powodują szybką i łatwą infiltrację impregnatów w porowatą strukturę drewna.
Zaletą tej metody jest zatem stosunkowo krótki czas potrzebny do wykonania zabiegu a możliwość wprowadzenia większej niż przy innych metodach ilości żywicy , zapewnia uzyskanie wysokiej wytrzymałości mechanicznej drewna , nawet przy dużym stopniu zniszczenia.
Metody próżniowe i próżniowo-ciśnieniowe.
Najbardziej skutecznym sposobem pozwalającym na całkowite przesączenie substancją utwardzającą nawet bardzo zniszczonego drewna jest metoda nasycania pod zmniejszonym ciśnieniem. Proces przebiega w sztywnej metalowej komorze, najczęściej w kształcie walca hermetycznie zamkniętego pokrywą, zaopatrzonego w próżniomierz i wizjery pozwalające na kontrolę przebiegu procesu oraz dwa zawory. Jeden z nich połączony jest z olejową pompą próżniową usuwającą powietrze z komory drugi ze zbiornikiem cieczy impregnującej. Przy prowadzeniu zabiegu nasycania z udziałem innych czynników fizycznych mogą być zainstalowane dodatkowe urządzenia.
Metody próżniowo-ciśnieniowe są modyfikacjami metod próżniowych. Czynnikiem uzupełniającym jest tutaj wytworzenie dodatkowego ciśnienia pod którym poddawany jest impregnat , co umożliwia jeszcze lepsze przesączenie drewna. Metody te stosuje się głównie w impregnacji drewna przemysłowego.8
Środki chemiczne zabezpieczające drewno:
a) oleiste
- olej kretozowy
- karbolineum
- termit
- dinol
- kreodina
- xylamity (destylowany jasny, destylowany barwny, popularny, super, żeglarski)
- pokost syntetyczny
- nitrol
- formol
b) rozpuszczalne w wodzie
- fluorek sodu
- fluorokrzemiany: sodu i cynku
- fungol
- chlorek cynkowy
- związki arsenu
- fluodin
- siarczan (VI) miedzi
c) pasty - mieszaniny impregnatów ze składnikami nadającymi im lepkość
- osmolit
- maść dyfuzyjna
- lakier grzybobójczy
- maść grzybobójcza
d) gazowe
- dwutlenek siarki
- formaldehyd
- chloropikryna7
Wyroby przemysłu drzewnego.
Przemysł drzewny jest to gałąź przemysłu drzewno - papierniczego wykorzystująca do produkcji obróbkę określonych gatunków drewna.9
O zastosowaniu drewna decyduje jego wygląd, właściwości fizyko-chemiczne, wymiary i trwałość.4 Drewno handlowe dzieli się na:
- drewno okrągłe (okorowane), nie obrobione, np. okrąglaki tartaczne, budowlane, kopalniane, słupy, papierówkę
- drewno obrobione, np. tarcicę (deski, bale, listwy, belki, krawędziaki), parkiety, klepki, podkłady kolejowe
- drewno opałowe3
Wyróżnia się następujące sposoby przerabiania drewna w przemyśle drzewnym:
- mechanicznie - na potrzeby budownictwa, meblarstwa, kolejnictwa, do wyrobu galanterii, instrumentów muzycznych, sprzętu sportowego, opakowań (zwłaszcza bednarskich)
- fizyko - chemiczne - drzewne tworzywa
- chemiczne - papier i produkty pirolizy lub ekstrakcji4
Z drewna produkuje się następujące grupy materiałowe:
- forniry - cienkie płyty drewniane otrzymywane przez płaskie, mimośrodowe lub obwodowe skrawanie różnych gatunków drewna okrągłego, dzięki czemu charakteryzują się zwykle efektownymi wzorami usłojenia, barwą i połyskiem; w zależności od przeznaczenia dzielą się na okleiny i obłogi
- sklejka - płyta sklejana z nieparzystej liczby fornirów, przy czym włókna w przylegających do siebie warstwach przebiegają pod kątem prostym; właściwości fizyczne i mechaniczne sklejki zależą od rodzaju drewna, jakości obłogów, grubości i układu fornirów, rodzaju kleju i sposobu klejenia
- płyty pilśniowe - płyta wytwarzana z włókien z dodatkiem lub bez dodatku środków chemicznych; dzielą się na miękkie (porowate), twarde i bardzo twarde; ze względu na zastosowanie dzielą się na płyty ogólnego przeznaczenia i specjalnego przeznaczenia (wodoodporne, grzyboodporne, owadoodporne, trudno zapalne); stosowane są także jako materiały dźwiękochłonne i dekoracyjne
- płyty paździerzowe, wiórowo - paździerzowe i wiórowe - wytwarzane są przez sklejenie (klejem lub pod ciśnieniem) paździerzy lnianych i konopnych oraz wiórów drzewnych lub trocin; w zależności od sposobu wykonania i wykończenia wyróżnia się płyty prasowane, wytłaczane, jedno-, trzy-, pięciowarstwowe, pełne, pustakowe, o powierzchni naturalnej, uszlachetnionej i fornirowanej
- płyty wiórowo - cementowe (suprema) - płyty budowlane wyrabiane z impregnowanych chlorkiem wapnia wiórów drzewnych i cementu
- wełna drzewna - są to drobne wióry wytwarzane z drewna okrągłego lub szczap świerkowych, jodłowych, sosnowych, topolowych, osikowych i lipowych; charakteryzuje się lekkością, miękkością, elastycznością i przewiewnością, stanowi też dobrą izolację cieplną; zależnie od przeznaczenia dzieli się na opakunkową i budowlaną; stosowana jest także w tapicerstwie
- lignofol (materiał warstwowy w postaci płyt, wykonany z fornirów sklejonych wodoodpornych klejem syntetycznym pod ciśnieniem), lignoston (drewno utwardzone przez prasowanie pod ciśnieniem do 40 MPa, w temperaturze 70-160 stopni), zrębki (rozdrobnione drewno oraz odpady tartaczne), mączka drzewna - stosowane w produkcji tworzyw sztucznych i materiałów wybuchowych3
Branże przemysłu drzewnego:
- tartaczny (tartacznictwo) - obejmujący: tartaki, wytwórnie materiałów podłogowych oraz nasycalnie drewna
- meblarski i wyrobów stolarskich
- płyt i sklejek - wytwórnie płyt takich jak: płyty pilśniowe, wiórowe, paździerzowe
- stolarki budowlanej - wytwórnie przenośnych budynków drewnianych oraz ich elementów konstrukcyjnych budynków drewnianych
- opakowań drewnianych
- zapałczany
- obejmuje również: wytwórnie sprzętu biurowego, narzędzi, przyborów kreślarskich, galanterii drzewnej oraz wyrobów z wikliny, trzciny oraz korka9
Drewno może być także spalane, stanowiąc surowiec energetyczny.4
Bibliografia:
Wielka Encyklopedia PWN
Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
Włodzimierz Prządka "Technologia meblarstwa, cz. 1", WSiP, Warszawa 1973
Internet
http://www.krismeble.com.pl/str/przemysl_drzewny
* Zasadniczy podział i terminologia zawarte są w Polskich Normach:
- PN-92/D-02002: Surowiec drzewny. Podział, terminologia i symbole.
PN-92/D-95000: Surowiec drzewny. Pomiar, obliczanie miąższości i cechowanie.
1 Na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Drewno_(technika)
4 Na podstawie: Wielka Encyklopedia PWN
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
2 Na podstawie: http://www.sciaga.pl/tekst/53808-54-w_kna_naturalne_i_syntetyczne
1 Na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Drewno_(technika)
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
4 Na podstawie: Wielka Encyklopedia PWN
5 Na podstawie: http://www.leuro.com.pl/wl_fizyczne.htm
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
1 Na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Drewno_(technika)
5 Na podstawie: http://www.leuro.com.pl/wl_fizyczne.htm
1 Na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Drewno_(technika)
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
1 Na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Drewno_(technika)
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
6 Na podstawie: http://www.andrewpol.com.pl/normy6.html
7 Na podstawie: Włodzimierz Prządka "Technologia meblarstwa, cz. 1", WSiP, Warszawa 1973
8 Na podstawie: http://dziennik.dziennikbudowy.pl/Ekspres.nsf/n/27FFA82FB7F750C7C1256C6B0030ADDD?OpenDocument&View=n&Cat=t&Count=10
7 Na podstawie: Włodzimierz Prządka "Technologia meblarstwa, cz. 1", WSiP, Warszawa 1973
9 Na podstawie: http://www.krismeble.com.pl/str/przemysl_drzewny
4 Na podstawie: Wielka Encyklopedia PWN
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
3 Na podstawie: Feliks Wojtkun, Wanda Bukała „Materiałoznawstwo cz. 2”, WSiP, Warszawa 1999
9 Na podstawie: http://www.krismeble.com.pl/str/przemysl_drzewny
4 Na podstawie: Wielka Encyklopedia PWN
Wyszukiwarka