Mechanisms affecting the structure and properties of heat-treated and high-temperature dried Norway spruce (Picea abies) wood
Borrega M. (2011). Mechanisms affecting the structure and properties of heat-treated and high-temperature dried Norway spruce (Picea abies) wood. https://doi.org/10.14214/df.134
Tiivistelmä
Lämpökäsitellyn ja kuumakuivatun kuusipuun (Picea abies) rakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttavat mekanismit Puu on luonnon polymeerimateriaali, jota yleisesti käytetään rakentamisessa, huonekaluissa ja muissa tuotteissa. Moni sovellus vaatii puun kuivaamista johonkin soluseinämän kyllästymispistettä alempaan kosteuteen. Kuivauksessa puun rakenne ja ominaisuudet muuttuvat. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena on ollut tutkia mekanismeja, jotka ilmenevät puun kuivauksessa sekä selvittää näiden mekanismien vaikutusta puun rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Mekanismien vaikutusten ymmärtäminen on tärkeää, jos halutaan kehittää materiaaliominaisuuksia parantavia kuivausmenetelmiä. Tulosten mukaan puun pitkäaikainen lämpökäsittely aiheuttaa termistä hajoamista. Hajoamislämpötila alenee kosteuden vaikutuksesta, esimerkiksi jos puuta kuivataan normaalia kosteammissa olosuhteissa. Termisen hajoamisen aiheuttama massahäviö heikentää puun mekaanisia ominaisuuksia ja alentaa kostumistaipumusta. Jälkimmäinen alenee myös palautumattomien vetysidosten muodostuessa kuivauksen aikana ns. sarveistumisilmiössä. Sarveistuminen lisääntyy kuivausolojen muuttuessa rajummiksi. Tuotteen jäykkyyden ja lujuuden kannalta massahäviö ja sarveistuminen ovat kilpailevia mekanismeja. Kuivaus aiheuttaa mikroskooppisia vaurioita, kun puun soluseinien kerrokset kutistuvat anisotrooppisesti. Korkeassa lämpötilassa tapahtuva hidas kuivaus minimoi nämä vauriot. Termisen hajoamisen vaikutukset kuitenkin kompensoivat jännitysten laukeamisen tuomat edut tuotteen mekaanisissa ominaisuuksissa. Näitä ominaisuuksia voidaan parantaa nopealla kuivauksella korkeassa lämpötilassa termistä hajoamista välttäen ja sarveistumista edistäen. Vähentyvä kostumistaipumus parantaa myös muita ominaisuuksia kuten mittapysyvyyttä. Kevätpuun makrohuokosia sulkeutui kuumakuivauksessa, mikä voidaan tulkita palautumattomien vetysidosten muodostumiseksi. Jännityksen relaksaatio hitaassa kuumakuivauksessa vähensi mikrohalkeamia kevätpuussa ja tästä seurasi pienempi jäätymättömän veden määrä. Jäätymättömän veden määrä ylipäätään oli pienempi kuin aiemmin on raportoitu, kun laskelmissa otettiin huomioon faasimuutoksen vaikutus veden lämpökapasiteettiin.
Avainsanat
pyyhkäisydifferentiaalikalorimetria;
kuivausvauriot;
sarveistuminen;
kostumistaipumus;
mekaaniset ominaisuudet;
jännityksen relaksaatio;
terminen hajoaminen;
termoporosimetria
-
Borrega,
University of Eastern Finland, School of Forest Sciences
Sähköposti
marc.borrega@aalto.fi
Julkaistu 28.10.2011
Katselukerrat 5425
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.134 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Borrega, M. & Kärenlampi, P.P. 2008. Effect of relative humidity on thermal degradation of Norway spruce (Picea abies) wood. Journal of Wood Science 54(4): 323-328.
https://doi.org/10.1007/s10086-008-0953-9
Borrega, M. & Kärenlampi, P.P. 2010. Hygroscopicity of heat-treated Norway spruce (Picea abies) wood. European Journal of Wood and Wood Products 68(2): 233-235.
https://doi.org/10.1007/s00107-009-0371-8
Borrega, M. & Kärenlampi, P.P. 2008. Mechanical behavior of heat-treated spruce (Picea abies) wood at constant moisture content and ambient humidity. Holz als Roh-und Werkstoff 66(1): 63-69.
https://doi.org/10.1007/s00107-007-0207-3
Borrega, M. & Kärenlampi, P.P. 2010. Three mechanisms affecting the mechanical properties of spruce wood dried at high temperatures. Journal of Wood Science 56(2): 87-94.
https://doi.org/10.1007/s10086-009-1076-7
Borrega, M. & Kärenlampi, P.P. 2011. Radial mechanical properties of high-temperature dried Norway spruce (Picea abies) wood. Wood Material Science and Engineering 6(3): 147-154.
https://doi.org/10.1080/17480272.2011.561017
Borrega, M. & Kärenlampi, P.P. 2011. Cell wall porosity in Norway spruce wood as affected by high-temperature drying. Wood and Fiber Science 43(2): 206-214.
