Έρευνα της επίδρασης του θερμικού χειρισμού στις ιδιότητες και στην αντοχή ξυλείας ελάτης (Abies borisii Regis) και των διαφόρων ειδών συνδέσεών της

Abstract

In this PhD thesis, the effect of heat treatment of fir wood (Abies borissi Regis) on mechanical and hygroscopic properties, color changes, adhesion behavior and finally the effect of treatment on withdrawal resistance of three different screws and two different nails was observed. Thermal modification of wood took place at 180° C and 200° C for 3, 5 and 7 ώρες in presence of air. Particularly, mass loss and dimensions changes of fir wood were examined after heat treatment. According to the results mass and dimensions were reduced as long as the temperature and the duration of the treatment increased. Additionally, the weight increase of thermally modified samples was determined after 7, 14, 21 and 28 days of conditioning. In accordance to the results, heat treatment affects positively moisture absorption after conditioning. The compression and static bending strength of thermally modified fir wood presented a reduction compared with the unmodified wood whereas the impact bending strength, the hardness and the modulus of elasticity showed a small raise concerning treatments at 180° C for 3 and 5 hours. As the temperature and the duration of the treatment increased, the strength properties decreased. The hygroscopic properties of thermally modified wood seem to be improved after immersion in water for 1, 3 and 6 hours and for 1 and 3 days. As the heat treatment was intense particularly at 200° C for 5 and 7, the water absorption decreased as well as the swelling in tangential and radial direction. Color changes of thermally modified wood seem to be one of the most significant advantages of this product, since the dark shade refers to tropical wood of high commercial valueBonding strength of thermally modified wood present a reduction after the treatment regarding both of adhesives used such as PVAc and PU. Generally, PVAc adhesive presents better adhesion as regards the modified and unmodified wood. Concerning the withdrawal resistance of screws it was observed that the screw with the less screw thread present an increase of modulus of rupture in 180° C for 3 and 5 hours treatment whereas as the temperature and the duration increased the strength was decreased. The other two different types of screws with larger screw thread present a gradual decrease. The withdrawal resistance of two different types of nails (annularly, helically) present decrease as the temperature and the duration of the treatment was increased. The annularly nail type present higher strength in contrast to helically type nail. Microscopic observation of thermally modified fir wood showed a gradual decrease of the surface quality and an increase of surface roughness. Furthermore, removing of cell walls of the syrface was observed by increasing of the temperature and the duration of the treatment.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή ερευνήθηκε η επίδραση του θερμικού χειρισμού ξύλου ελάτης (Abies borissi Regis), στις μηχανικές, υγροσκοπικές ιδιότητες, στην αλλαγή χρώματος, στην συγκόλληση καθώς και στην αντοχή αποξήλωσης τριών διαφορετικών τύπων βίδας και δύο τύπων καρφιού. Η θερμική τροποποίηση του ξύλου έλαβε χώρα στους 180° C και 200° C για 3, 5 και 7 ώρες παρουσία αέρα. Ειδικότερα μελετήθηκαν η απώλεια μάζας και απώλεια διαστάσεων του ξύλου μετά τον χειρισμό σύμφωνα με τα οποία παρατηρήθηκαν μειώσεις αυτών με την αύξηση της θερμοκρασίας και της διάρκειας του χειρισμού. Επιπλέον, μελετήθηκε η αύξηση βάρους των θερμικά τροποποιημένων δοκιμίων μετά από κλιματισμό τους για 7, 14, 21 και 28 ημέρες. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα ο θερμικός χειρισμός επηρέασε θετικά την προσρόφηση υγρασία μετά από κλιματισμό. Η αντοχή του θερμικά τροποποιημένου ξύλου ελάτης σε θλίψη και στατική κάμψη παρουσίασε μείωση σε σχέση με τον μάρτυρα ενώ η αντοχή σε κρούση, η σκληρότητα και το μέτρο ελαστικότητας παρουσίασαν μία αύξηση κατά τους πρώτους δύο χειρισμούς στους 180° C για 3 και 5 ώρες ενώ με την αύξηση της θερμοκρασίας και της διάρκειας του χειρισμού σημειώθηκε μείωση αυτών των ιδιοτήτων. Οι υγροσκοπικές ιδιότητες του θερμικά τροποποιημένου ξύλου φαίνεται να βελτιώνονται μετά από εμβάπτιση τους σε νερό για 1, 3 και 6 ώρες και για 1 και 3 ημέρες. Όσο ο θερμικός χειρισμός ήταν εντονότερος δηλαδή στους 200° C για 5 και 7 ώρες τόσο μειώνονταν και η προσρόφηση νερού στη μάζα του ξύλου και κατ’ επέκταση και η διόγκωση του κατά την εφαπτομενική και ακτινική κατεύθυνση. Η αλλαγή χρώματος του θερμικά τροποποιημένου ξύλου ελάτης φαίνεται να είναι ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του τελικού προϊόντος αφού η σκούρα απόχρωση του παραπέμπει σε τροπική ξυλεία υψηλής εμπορικής αξίας. Η αντοχή συγκολλημένων με κόλλες PVAc και PU παρουσιάζει μείωση μετά από θερμικό χειρισμό όσον αφορά και τις δύο συγκολλητικές ουσίες. Γενικότερα η κόλλα PVAc παρουσιάζει καλύτερη συμπεριφορά και στον μάρτυρα αλλά και στο θερμικά τροποποιημένο ξύλο. Όσον αφορά την δύναμη αποξήλωσης βίδας παρατηρήθηκε ότι η βίδα με τον μικρότερο σπείρωμα παρουσίασε αύξηση του μέτρου θραύσης κατά τους δύο πρώτους χειρισμούς στους 180° C για 3 και 5 ώρες ενώ με την αύξηση της διάρκειας και θερμοκρασίας του χειρισμού παρατηρήθηκε μείωση της αντοχής. Δύο ακόμα τύποι βίδας με μεγαλύτερο σπείρωμα οι οποίοι μελετήθηκαν παρουσίασαν σταδιακή μείωση.Η δύναμη αποξήλωσης δύο τύπων καρφιού (δακτυλιοειδή, ελικοειδή) παρουσίασε μείωση με την αύξηση της θερμοκρασίας και της διάρκειας του χειρισμού ενώ ο δακτυλιοειδής τύπος καρφιού παρουσίασε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τον ελικοειδή τύπο. Κατά την μικροσκοπική παρατήρηση του θερμικά τροποποιημένου ξύλου ελάτης παρατηρήθηκε βαθμιαία μείωση της ποιότητας και αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας. Επιπλέον, παρατηρήθηκε απομάκρυνση επιφανειακών κυτταρικών τοιχωμάτων με την αύξηση της θερμοκρασίας και της διάρκειας του χειρισμού.