Αξιολόγηση της ικανότητας συγκόλλησης ξυλείας Ευρωπαϊκής καρυδιάς (Juglans regia L.), για κατασκευές επίπλων εσωτερικού χώρου

Abstract

The wood of the European walnut (Juglans regia L.) has long been and still is one of the most important wood species as a raw material, for a number of constructions and mainly interior furniture both in the Greek and the global timber market. The aim of this Doctoral thesis is to evaluate the bonding ability of European walnut (Juglans regia L.) wood (wild and originating from Greek plantations), for the construction of interior furniture. The experimental part of the thesis was carried out at the Dendrochronology Laboratory of the Department of Forestry and Forestry of the University of Athens in Karpenisi and at the Wood Technology Laboratory of the Department of Forestry and Forestry of the Aristotle University of Thessaloniki in Thessaloniki. A total of 54 samples of domestic walnut wood were produced and examined, and the effect of the roughness of the wood surfaces, which come from various forms of mechanical processing of wood (bandsaw sawing, circular saw sawing, planning and sanding), as well as 32 samples of the same wood glued, on the strength of wooden welded joints, was investigated. More specifically, the following parameters in domestic walnut wood were examined and studied in two sections. In the first section, the roughness of the treated walnut wood surfaces was studied. The wooden surfaces were produced after final processing with a band saw, circular saw, planer and sander. Different wood feed rates (5, 10, 15 and 20m/min) were used for planning and different types of sandpaper with different grain sizes were used for sanding (sandpapers No. 60, 80 and 120). Two walnut origins were used: wild and cultivated. The wooden surfaces on which the roughness was determined were tangential, radial or intermediate ("oblique"). The roughness measurements were taken parallel, perpendicular and at an angle of 45° ("oblique") to the direction of wood fibers. The roughness was determined on the surfaces immediately after their production by the machines. For the effect of the phenomenon of wood fiber lifting after their treatment (known as ‘’grain raising’’), the roughness of the surfaces was determined 24 hours and 7 days after their production.In the second section, the bonding ability of treated walnut wood was studied and specifically, the compression shear strength (ISO 6238:2001) and the percentage of wood failure. The wooden surfaces that were glued were produced with final processing by band saw, circular saw, planer and sander. A wood feed rate of 10m/min was used for planning and sanding No. 80 sandpaper was used for sanding.Two walnut wood origins were used: wild and cultivated and the wooden surfaces on which the roughness was determined, were tangential and radial. The wooden surfaces were glued with two adhesives: PVA type glue (D2), and Urea Formaldehyde (UF) type glue (Kaurit). The main conclusions from the presentation and analysis of the results of the study conducted to investigate the roughness of treated walnut wood surfaces, can be summarized as follows: The highest roughness values appeared immediately after treatment, on surfaces treated with a band saw (Ra 6.24μm), the lowest on surfaces treated with a planer (Ra 3.43μm). In the case of planning, the highest roughness values appeared on surfaces planed with a feed rate of 20m/min, the lowest on surfaces planed with a feed rate of 10m/min. In the case of sanding, the highest roughness values were displayed by the surfaces sanded with sandpaper No. 60, the lowest by the surfaces sanded with sandpaper No. 120. The roughness Ra of the surfaces affected by the time they remained after treatment in a proportional manner, i.e. the longer the time the surfaces remained after treatment, the higher their roughness. Higher roughness values were displayed by the surfaces that came from wild wood (Ra: 4.18μm), compared to those that came from cultivated wood (Ra: 4.10μm). In the case of processing the surfaces with a bandsaw, the surfaces of wild origin showed 22.2% lower roughness values Ra than the surfaces of cultivated origin. In the case of surface treatment with a circular saw, wild-origin surfaces showed 33.1% higher Ra roughness values than cultivated surfaces.The main conclusions from the presentation and analysis of the results of the study conducted to investigate the compression shear strength and percentage of wood failure (PWF) of glued walnut timber, can be summarized as follows: The highest compressive shear strength values were exhibited by the welded surfaces treated with a sander (14,696 kN/m2), the lowest by the surfaces treated with a planer (11,990 kN/m2). The highest WP values were exhibited by the welded surfaces treated with a sander (40.2%), the lowest by the surfaces treated with a bandsaw (34.9%). The effect of the origin of the trees (wild or cultivated) did not significantly affect the compressive shear strength of the welded specimens. The effect of the type of wooden surfaces (radial or tangential) affected the WP of the welded specimens. The radial surfaces exhibited higher WP values than the corresponding tangential ones. The glued wooden surfaces derived from radially cut wood, showed a total of 58.36% higher PWK values (45%), compared to the glued surfaces from tangentially cut wood (29%). The effect of the type of adhesive (PVA or UF) did not significantly affect the compressive shear strength of the glued specimens. In the cases of processing the wood with a band saw, circular saw and planer, the surfaces glued with PVA glue showed higher compressive shear strength values than the corresponding ones glued with UF glue. Exactly the opposite was observed in the surfaces processed with a sander. Finally, the wooden surfaces glued with UF glue showed a total of 106% higher PWK values (52%), compared to the surfaces glued with PVA glue (25%).

Το ξύλο της ευρωπαϊκής καρυδιάς (Juglans regia L.) αποτελεί από παλιά αλλά και σήμερα ένα από τα σημαντικότερα είδη ξύλου ως πρώτη ύλη για πλήθος κατασκευών και κυρίως εσωτερική επιπλοποιΐα τόσο στη χώρα μας, όσο και στην παγκόσμια αγορά.Σκοπός της παρούσας Διδακτορικής διατριβής είναι η αξιολόγηση της ικανότητας συγκόλλησης ξυλείας ευρωπαϊκής καρυδιάς (Juglans regia L.) (άγριας και προερχόμενης από ελληνικές φυτείες), για κατασκευές επίπλων εσωτερικού χώρου. Η διενέργεια του πειραματικού μέρους της Διατριβής, πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Δενδροχρονολογίας του Τμήματος Δασολογίας και Δ.Φ.Π. του ΓΠΑ. στο Καρπενήσι, καθώς και στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Ξύλου του Τμήματος Δασολογίας και Φ.Π. του ΑΠΘ στη Θεσσαλονίκη. Παρήχθησαν και εξετάστηκαν συνολικά 54 δοκίμια από ξυλεία εγχώριας καρυδιάς και διερευνήθηκε η επίδραση της τραχύτητας των ξύλινων επιφανειών, οι οποίες προέρχονται από διάφορες μορφές μηχανικής κατεργασίας του ξύλου (πρίση με ταινιοπρίονο, πρίση με δισκοπρίονο, πλάνισμα και λείανση), καθώς και 32 δοκίμια της ίδιας ξυλείας συγκολλημένα, στην αντοχή ξύλινων δεσμών συγκόλλησης. Αναλυτικότερα, εξετάστηκαν και μελετήθηκαν σε δυο ενότητες οι εξής παράμετροι στην ξυλεία εγχώριας καρυδιάς. Στην πρώτη ενότητα μελετήθηκε η τραχύτητα των κατεργασμένων επιφανειών ξύλου καρυδιάς. Οι ξύλινες επιφάνειες παρήχθησαν μετά από τελευταία κατεργασία με ταινιοπρίονο, δισκοπρίονο, πλάνη και τριβείο. Στο πλάνισμα χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικές ταχύτητες προώθησης του ξύλου (5, 10, 15 και 20m/min) και στη λείανση διαφορετικοί τύποι γυαλόχαρτων με διαφορετική κοκκομετρική σύσταση (γυαλόχαρτα Νο. 60, 80 και 120). Χρησιμοποιήθηκαν δύο προελεύσεις καρυδιάς: άγρια και καλλιέργειας. Οι ξύλινες επιφάνειες στις οποίες προσδιορίστηκε η τραχύτητα ήταν εφαπτομενικές, ακτινικές ή ενδιάμεσες («λοξές»). Οι μετρήσεις της τραχύτητας έγιναν παράλληλα, κάθετα και με γωνία 45ο («λοξά») προς τις ίνες του ξύλου. Η τραχύτητα προσδιορίστηκε στις επιφάνειες αμέσως μετά την παραγωγή τους από τα μηχανήματα. Για την επίδραση του φαινομένου της ανασήκωσης των ινών του ξύλου («αγρίεμα» του ξύλου) μετά από την κατεργασία τους, προσδιορίστηκε η τραχύτητα των επιφανειών και 24 ώρες και 7 ημέρες μετά από την παραγωγή τους. Στη δεύτερη ενότητα μελετήθηκε η ικανότητα συγκόλλησης κατεργασμένης ξυλείας καρυδιάς και συγκεκριμένα η αντοχή σε θλιπτική διάτμηση (compressions hear strength) (ISO 6238:2001) και το ποσοστό υποχώρησης του ξύλου (ΠΥΞ – percentage of wood failure). Οι ξύλινες επιφάνειες που συγκολλήθηκαν παρήχθησαν με τελευταία κατεργασία από ταινιοπρίονο, δισκοπρίονο, πλάνη και τριβείο. Στο πλάνισμα χρησιμοποιήθηκε ταχύτητα προώθησης του ξύλου 10m/min και στη λείανση γυαλόχαρτο Νο. 80. Χρησιμοποιήθηκαν δύο προελεύσεις καρυδιάς: άγρια και καλλιέργειας και οι ξύλινες επιφάνειες στις οποίες προσδιορίστηκε η τραχύτητα ήταν εφαπτομενικές ή ακτινικές. Οι ξύλινες επιφάνειες συγκολλήθηκαν με δύο συγκολλητικές ουσίες: κόλλα τύπου PVA (D2), και κόλλα τύπου ουρίας φορμαλδεΰδης (Urea Formaldehyde – UF) (κν. καουρίτης). Τα κυριότερα συμπεράσματα από την παρουσίαση και ανάλυση των αποτελεσμάτων της μελέτης που έγινε με σκοπό τη διερεύνηση της τραχύτητας των κατεργασμένων επιφανειών ξύλου καρυδιάς, μπορούν να συνοψισθούν στα εξής: Τις υψηλότερες τιμές τραχύτητας εμφάνισαν αμέσως μετά την κατεργασία, οι επιφάνειες που κατεργάστηκαν με ταινιοπρίονο (Ra 6,24μm), τις χαμηλότερες οι επιφάνειες που κατεργάστηκαν με πλάνη (Ra 3,43μm). Στην περίπτωση του πλανίσματος, τις υψηλότερες τιμές τραχύτητας εμφάνισαν οι επιφάνειες που πλανίστηκαν με ταχ. προώθησης 20m/min, τις χαμηλότερες οι επιφάνειες που πλανίστηκαν με ταχ. προώθησης 10m/min. Στην περίπτωση της λείανσης, τις υψηλότερες τιμές τραχύτητας εμφάνισαν οι επιφάνειες που λειάνθηκαν με γυαλόχαρτο Νο. 60, τις χαμηλότερες οι επιφάνειες που λειάνθηκαν με γυαλόχαρτο Νο. 120. Η τραχύτητα Ra των επιφανειών επηρεάστηκε από το χρονικό διάστημα παραμονής τους μετά από την κατεργασία με αναλογικό τρόπο, δηλ. όσο αυξάνονταν ο χρόνος παραμονής των επιφανειών μετά την κατεργασία τους, τόσο αυξάνονταν και η τραχύτητά τους. Υψηλότερες τιμές τραχύτητας εμφάνισαν οι επιφάνειες που προήλθαν από άγρια ξυλεία (Ra: 4,18μm), σε σχέση με αυτές που προήλθαν από ξυλεία καλλιέργειας (Ra: 4,10μm). Στην περίπτωση κατεργασίας των επιφανειών με ταινιοπρίονο, οι επιφάνειες άγριας προέλευσης εμφάνισαν χαμηλότερες κατά 22,2% τιμές τραχύτητας Ra, από τις επιφάνειες με προέλευση καλλιέργειας. Στην περίπτωση κατεργασίας των επιφανειών με δισκοπρίονο, οι επιφάνειες άγριας προέλευσης εμφάνισαν υψηλότερες κατά 33,1% τιμές τραχύτητας Ra, από τις επιφάνειες με προέλευση καλλιέργειας Τα κυριότερα συμπεράσματα από την παρουσίαση και ανάλυση των αποτελεσμάτων της μελέτης που έγινε με σκοπό τη διερεύνηση της αντοχής σε θλιπτική διάτμηση (compression shear strength) και του ποσοστού υποχώρησης του ξύλου (ΠΥΞ - percentage of wood failure) συγκολλημένης ξυλείας καρυδιάς, μπορούν να συνοψισθούν στα εξής: Τις υψηλότερες τιμές αντοχής σε θλιπτική διάτμηση εμφάνισαν οι συγκολλημένες επιφάνειες που κατεργάστηκαν με τριβείο (14.696 kN/m2), τις χαμηλότερες οι επιφάνειες που κατεργάστηκαν με πλάνη (11.990 kN/m2). Τις υψηλότερες τιμές ΠΥΞ εμφάνισαν οι συγκολλημένες επιφάνειες που κατεργάστηκαν με τριβείο (40,2%), τις χαμηλότερες οι επιφάνειες που κατεργάστηκαν με ταινιοπρίονο (34,9%). Η επίδραση της προέλευσης των δέντρων (άγρια ή καλλιέργειας) δεν επηρέασε σε μεγάλο βαθμό την αντοχή των συγκολλημένων δοκιμίων σε θλιπτική διάτμηση. Η επίδραση του τύπου των ξύλινων επιφανειών (ακτινική ή εφαπτομενική) επηρέασε το ΠΥΞ των συγκολλημένων δοκιμίων. Οι ακτινικές επιφάνειες εμφάνισαν υψηλότερες τιμές ΠΥΞ από τις αντίστοιχες εφαπτομενικές. Οι συγκολλημένες ξύλινες επιφάνειες που προέρχονταν ξύλο ακτινικής τομής, εμφάνισαν συνολικά υψηλότερες κατά 58,36% τιμές ΠΥΞ (45%), σε σχέση με τις συγκολλημένες επιφάνειες από ξύλο εφαπτομενικής τομής (29%). Η επίδραση του τύπου της συγκολλητικής ουσίας, (PVA ή UF) δεν επηρέασε σε μεγάλο βαθμό την αντοχή των συγκολλημένων δοκιμίων σε θλιπτική διάτμηση. Στις περιπτώσεις κατεργασίας του ξύλου με ταινιοπρίονο, δισκοπρίονο και πλάνη, οι συγκολλημένες με κόλλα PVA επιφάνειες εμφάνισαν υψηλότερες τιμές αντοχής σε θλιπτική διάτμηση από αντίστοιχες που συγκολλήθηκαν με κόλλα UF. Το αντίθετο παρατηρήθηκε στις επιφάνειες που κατεργάστηκαν με τριβείο. Τέλος, οι συγκολλημένες ξύλινες με κόλλα UF επιφάνειες, εμφάνισαν συνολικά υψηλότερες κατά 106% τιμές ΠΥΞ (52%), σε σχέση με τις συγκολλημένες με κόλλα PVA επιφάνειες (25%).