Drewno i inne materiały kompozytowe
Wstęp: ………… czyli krótkie przypomnienie
M. Ciupka:
Materiał kompozytowy (lub kompozyt) - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach. Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z komponentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu.
L. Grolik:
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.
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.
Do głównych cech drewna należą:
- 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.
Drewno 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).
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%).
Mikrostruktura pnia drzewa:
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.
Struktura komórek drewna:
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.
Gatunki drewna:
Miękkie i Twarde.
Własności fizyczne drewna.
Własności mechaniczne drewna.
W. Gregorowicz:
Forniry:
Są to cienkie płyty drewna otrzymywane przez płaskie, mimośrodowe lub obwodowe skrawanie drewna okrągłego.
Przygotowany pień drewna musi najpierw odparować, następnie wzdłuż pnia zostaje poddany skrawaniu na cienkie arkusze. Pocięte arkusze łączy się w wiązki tak, aby była zachowana kolejność w jakiej zostały zdjęte z pnia drewna, dzięki czemu rysunek słojów zachowuje ciągłość i identyczny odcień.
Grubość arkuszy : od 0,1 do 5 mm
Zastosowanie:
- okleiny,
- sklejki,
- obłogi elementów z drewna litego,
- obłogi płyt wiórowych.
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.
Najczęściej spotykane i wykorzystywane forniry:
- buk,
- olcha,
- brzoza,
- jesion,
- klon,
-sosna,
-orzech
Lignomer i Lignofor
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 (do 30MPa) fornirów o grubości poniżej 1mm.
Produkowany jest w postaci płyty o grubości od 5 do 200 mm.
Lignofol posiada właściwości (twardość i wytrzymałość) wielokrotnie przewyższające właściwości drewna. W zależności od układu włókien (słojów) drewna w płycie, otrzymuje się produkty o różnych właściwościach. Stosuje się układ włókien równoległy, krzyżowy i gwiaździsty.
Tkanka kostna
Rodzaj tkanki łącznej podporowej, tworzącej główną część układu kostnego u kręgowców.
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.
M. Ciupka:
Sklejka
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 wytwarza się z różnych gatunków drewna. Najczęściej z brzozy, olchy, sosny, rzadziej z buku lub z drzew egzotycznych. Wewnętrzne warstwy sklejki często są z innego, tańszego gatunku niż zewnętrzne.
Płyta pilśniowa
Powstaje ze spilśnianej i bardzo zagęszczonej masy drzewnej i jest wytwarzana tzw. technologią mokrą .
Włókna układa się różnokierunkowo aby zapewnić płycie wyrównanie cech jakościowo-wytrzymałościowych niezależnie od kierunku działania obciążeń. Wskutek dużego nacisku i wysokiej temperatury prasowania struktura płyty jest przez to bardziej zwarta.
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.
Płyta wiórowa
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.
F. Holewik
Korek
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.
Bambus
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.
Naturalne zabarwienie jest biało-zielona, w wyniku obróbki bambus uzyskuje kolor karmelowy.
Zastosowanie:
-Lekki i wytrzymały materiał budowlany, stolarski, galanteryjny, tkacki,
-wykorzystywany do budowy desek do krojenia żywności oraz na plecionki.
-Wytwarzane są z niego parkiety.
-Rolety i żaluzje
- Do budowy domów,
- Wiszących mostów,
- Tratw,
- Rusztowań,
- Rurociągów,
- Instrumentów muzycznych,
- Naczyń,
- Mebli,
- Broni,
- Podpór,
- Laseks,
Skały i minerały
Trzy podstawowe grupy skał:
- magmowe,
- osadowe,
- metamorficzne,
Granit to często spotykana, lita, kwaśna skała magmowa - głębinowa, średnio- lub grubokrystaliczną, częściej średniokrystaliczna. Ma budowę jawnokrystaliczną na skutek środowiska głębinowego w jakim powstał.
Granit znalazł zastosowanie w:
- posadzki, schody
- blaty kuchenne
- kominki, galanterie
- nagrobki
Wapień - skała osadowa (chemogeniczna lub organogeniczna) zbudowana głównie z węglanu wapnia, przede wszystkim w postaci kalcytu.
jest używany głównie w budownictwie, przemyśle wapienniczym, cementowym, chemicznym, cukrowniczym, w hutniczym (jako topnik, do wyrobu szkła) oraz w rolnictwie (jako nawóz).