Sorszám: H_000577

A cikk szerzőjének a neve: Erdélyi, György

Cikk címe: Különböző fafajok fizikai és mechanikai tulajdonságának vizsgálata változó hőfokú és időtartamú hőkezelés után.

Forrás: FAIPARI KUTATÁSOK, Faipari Kutató Intézet [FaKI] Budapest, 1966. 2.sz. 153 – 188 old. Mezőgazdasági Könyvkiadó, Budapest 1966

Lásd a teljes cikket: Teljes_cikk

Kulcs szavak:

Kivonat:

A termikus faanyagnemesítés problémája – bár a kutatókat már régen foglalkoztatja, még nemzetközi szinten sem tisztázott. Ennek döntő oka, hogy a kutatási terület rendkívül szerteágazó, s a kérdést csak időigényes, összetett vizsgálatokkal lehet megközelíteni.

A téma a fenti nehézségek ellenére azért szerepel kutatási programmunkában, mert jelenlegi ismereteink szerint úgyszólván ez az egyetlen módszer, amely a fa fizikai, mechanikai tulajdonságait maradandóan megváltoztatja. Kísérleteink elsődleges célja, hogy hőkezeléssel egyes hazai fafajok tulajdonságait – elsősorban az aszás-dagadási tulajdonságokat, illetve a higroszkóposságot – befolyásoljuk s regisztráljuk a hőkezelés következtében fellépő szilárdsági változásokat.

A hőkezelés hatására vonatkozóan rendelkezésre álló irodalmi adatok korántsem tejesek, s az egyes kutatók vizsgálati eredményei nem minden esetben egyértelműek.

A gyakorlatilag is számottevő tulajdonságváltozások 100 C°-os hőkezelés felett kezdődnek. A 200 C°-ig terjedő hőfoktartományra vonatkozóan a legújabb vizsgálati eredményeket Prof. Dr. ing. F. Kollmann – Dr. rer. nat. A Schneider: „Untersuchungen liber den Einfluss von Wärmebehandlungen in Temperaturbereich bis 200 C° und von Wasserlagerung bis 100 C° auf wichtige physikalische und physikalisch-chemische Eigenschaften des Holzes” című 1964-ben megjelent műve tartalmazza. E szerint a levegő-hozzávezetés mellett történő hőkezelés esetén a fizikai tulajdonságok változására az alábbiak jellemzők:

A dagadási tulajdonság változásokra vonatkozó vizsgálatok szerint bükk, tölgy esetén a rosttelítettségi pont alatti nedvességtartalmi zónában a dagadási tulajdonságok 130 C°-tól hőkezelés időtartamának növelésével javulnak. A vizsgálatok szerint azonban 180 C°-nál 24-48 órás hőkezelés után a dagadás csökkenése megszűnik, sőt a mért értékek meghaladják a kezeletlen faanyag dagadását. 200 C°-nál már a hőkezelésnek nincs javító hatása, sőt az idő függvényében növekszik a faanyag dagadása. Erdeifenyő szíjácsával végzett kísérletek azt igazolták, hogy az első határozott változások 180 C° mellett 24-48 órás hőkezelés után jelentkeztek; 24 óra után csak a tangenciális dagadás nőtt valamelyest, 48 óra után azonban mindkét irányban növekedett a dagadás.

A hőkezelt próbatestek maximális dagadására vonatkozó vizsgálati eredmények hasonló tendenciát mutatnak; 130-150 C ° a hőfokkal és idővel arányosan csökken a dagadás, 180 C°, 24 óra mellett további jelentős csökkenést észleltek, 48 óra után azonban a 24 óráig kezelt anyaghoz képest számottevő dagadás-növekedést mértek mind tangenciális, mind radiális irányban. 200 C°-nál, tölgy esetén ez a relatív növekedés 6-24 óra között következett be. A 180-200 C° közötti tartományban azonban a maximális dagadás mértéke a kezeletlen faanyag dagadásának mértékét korántsem érte el.

Hasonló jellegű eredményeket mutattak a szorpciós tulajdonságok változásának rögzítésére irányuló kísérletek. 100-130-150 C° mellett történő hőkezelés esetén a szorpció arányosan csökken a hőmérséklettel és a kezelési idővel, 180 C°-nál 6 és 24 óra időtartam esetén a csökkenés még tart, de 48 óránál már kisebb, mint 24 óra után. Bizonyos időtartam /24-48 óra/ után tehát olyan folyamat játszódott le a faanyagban, ami növelte a szorpciós tulajdonságokat. 200 C° hőmérséklet mellett 6 és 24 órás hőkezelés után a szorpciós képesség nő, tehát egy meghatározott hőmérséklet küszöntől – a fölött – a szoprciós tulajdonságok az idő és a hőmérséklet függvényében már nem javulnak, hanem romlanak.

Fenti vizsgálati eredményeket figyelembe véve a hőkezelési kísérleteinket viszonylag alacsony hőmérsékleti tartományban 100-150 C° között végeztük. Indokolta ezt az a tény is, hogy magasabb hőmérsékleten a természetes faanyagok hőkezelése az anyag nagyfokú károsodása nélkül /vetemedések, repedések/ gyakorlatilag már nem oldható meg. A korábbi években a kérdés eldöntésére végeztünk 180 C° feletti hőmérsékleten is kezelési kísérleteket, ezeknél azonban az anyagok nagyfokú roncsolódása lépett fel.

A faanyagok felhasználását a fizikai tulajdonságok mellett nagymértékben befolyásolják a mechanikai tulajdonságok is, ezért a kiválasztott négy fafaj – tölgy, cser, bükk és erdeifenyő – legfontosabb szilársági tulajdonságának a hőkezelés hatására bekövetkező változásait is regisztráltuk.

A hőközvetítő közeg ugyancsak befolyásolja a kísérletek eredményeit. Az elvégzett kutatások során telített gőzt és nitrogént alkalmaztunk.

A tölgy, cser, bükk és erdeifenyő fafajokkal végzett kísérletek során 1,2 és 4 at. túlnyomású gőzben, illetve 120, 130 és 150 C°-ú nitrogénben, különböző ideig kezelt faanyagok legfontosabb szilárdsági tulajdonságait, valamint a higroszkóposság-, a dagadás- és a zsugorodás változását vizsgáltuk. A kísérletek általános eredményeit az alábbiakban foglaljuk össze:

A szilárdsági tulajdonságok mind gőzben, mind nitrogénben határozottan és egyértelműen csökkennek. A gőz hatására nagyobb mértékű csökkenés lép fel, mint nitrogénnel végzett kezelésnél- Azonos hőfokon a kezelési idő növelésével csökken ugyan a szilárdság, a hőkezelés kezdeti szakaszán – rövid 1-6 órás kezelési idő után – fellépő nagymértékű szilárdságváltozás azonban a hőkezelési idő növelésével – csökkenő tendenciát megtartva – mérséklődik.

A fafajok közül a legnagyobb mértékű szilárdságváltozást a tölgynél mértük, ezt követte sorrendben a cser, bükk és az erdeifenyő. A hőkezelés hatására legnagyobb mértékben az ütő-törő szilárdság csökken, de nagymértékű a hajlító- és szakítószilárdság változása is. Legkevésbé változik a nyomószilárdság.

A higroszkópossági tulajdonságok módosulására gőz esetén jellemző, hogy a tölgy kivételével 1 at. túlnyomás, vagyis 120 C° mellett csak igen kismértékű csökkenés tapasztalható. A kezelési hőmérsékletfokozásával valamennyi fafajnál számottevő mértékben csökken a vízfelvevő-képesség. 4 at. gőznyomásnak megfelelő hőmérséklet mellett azonban az alkalmazott 1 és 3 órás kezelési idők mellett a csökkenés nem fokozódik.

Nitrogénben hőkezelt anyagoknál már 120 C°-on nagymértékű higroszkóposság csökkenés jelentkezett, ami 130 és 150 C°-on az alkalmazott kezelési idők mellett nem fokozódott, csak cser esetében. Kivétel ez alól a bükk anyaga, ahol 120 C°-on is csak igen kis változást értünk el, ami magasabb hőmérsékleten sem fokozódott. Nitrogén hatására azonos hőfok és kezelési időtartam mellett általában kisebb mértékben csökkent a higroszkóposság, mint a gőztérben végzett kezelések során.

A vízfelvevő-képességet ábrázoló görbék között – gőzzel történ kezelés esetén – gyakori a szabálytalan alakú; ezek a kondicionálás kezdeti szakaszán általában határozott nedvszívóképesség-csökkenést mutatnak, majd néhány nap után felfelé ívelnek és sok esetben átlépik a kezeletlen anyagok ellenőrzőgörbéit. Nitrogénnel végzett hőkezelés során ez a jelenség mindössze két alkalommal jelentkezett. A szabálytalan vízfelvevőképesség-változás előfordulásának gyakorisága a hökezelési idő növelésével és a hőfok emelésével nő.

A dagadást vizsgálva rögzíthető, hogy gőz hatására alacsony hőfokon /1 at. gőznyomás/ csak fenyőnél tapasztalható kismértékű javulás (csökkenés/, a lombos fafajok maximális dagadása a kezeletlen anyaghoz viszonyítva fokozódik. A hőfok emelésével azonban valamennyi fafajnál egyértelműen csökken a maximális dagadás.

A nitrogénben végzett hőkezelési kísérletek során 120 C°-nál jelentősen kisebbedik a kezeletlen anyagokhoz viszonyított maximális dagadás. A hőfok emelésével azonban – az alkalmazott időtartamok mellett – a csökkenés mértéke nem fokozódik, az adatok bizonyos mértékig ellentmondóak.

A rosttelítetségi pont alatt zsugorodási tulajdonság hőkezelt faanyagoknál sok esetben – különösen a 10-25 %-os fanedvességhez tartozó zónában – a faanyag nedvességtartalmának függvényében meglehetősen szabálytalan módon változik. A mért értékek általában a dagadási tulajdonságoknál leírt jelleggel változnak, az eltérések azonban kismértékűek, s nem eléggé határozottak.

Végeredményben a legfontosabba hazai fafajokkal végzett kísérletek mérési adatai a 150 C°-ig terjedő hőtartományban rögzítik a gőzben és nitrogénben végzett hőkezelés hatására fellépő fizikai és mechanikai tulajdonságok változásának mértékét. Az elvégzett kutatás alapkutatás jellegű, meggyőződésünk azonban, hogy a vizsgálati eredmények a későbbiekben összefüggésbe hozhatók az ipari gyakorlattal, elsősorban a fanemesítés, a magas hőfokon végzett faanyagszárítás, valamint a farostlemez és forgácslapgyártás területén. További lehetőségek a telítés és mélyszínezés vonalán adódhatnak. Az adatokból, valamint a rendelkezésre álló irodalmi anyagból levonható az a következtetés, hogy a változások okai csak további kísérletek útján határozhatók meg. Véleményünk szerint a fizikai és mechanikai tulajdonságok módosulásának további vizsgálatán túlmenően elsősorban vegyi- és mikrostrukturális vizsgálatokkal célszerű a kérdéskomplexumot megközelíteni. Az eddigi eredmények arra engednek következtetni, hogy – különösen az alacsonyabb /200 C° alatt/ hőfokon végzett hőkezelésnél – elsősorban a köztes-lamella változásainak vizsgálata ígér eredményt.