Φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες θερμικά τροποποιημένου ξύλου
Creators: name: Καμπερίδου, Βασιλική Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Θερμική τροποποίηση
Λεύκη
Πεύκη
Μηχανικές ιδιότητες
Thermal modification
Poplar
Pine
Mechanical properties

description: Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε θερμική τροποποίηση ξύλου μαύρης πεύκης (Pinus nigra) και λεύκης (Populus sp.) σε θερμοκρασία 180οC και 200οC, για 3, 5 και 7 ώρες, παρουσία αέρα και ελέγχθηκαν φυσικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητες. Παρατηρήθηκε ότι όσο η ένταση του χειρισμού αυξάνεται, τόσο το ποσοστό απώλειας μάζας των πλακών εξαιτίας του χειρισμού αυξάνεται, το ποσοστό ανάκτησης της αρχικής υγρασίας των πλακών μειώνεται, ενώ το ποσοστό ισοδύναμης περιεχόμενης υγρασίας και η πυκνότητα των δοκιμίων μειώνεται. Ο θερμικός χειρισμός βελτίωσε την υγροσκοπική συμπεριφορά πεύκης και λεύκης, σκούρυνε το ξύλο, βελτίωσε τη βιολογική αντοχή πεύκης απέναντι σε προσβολή μυκήτων Coniofora puteana και Poria placenta και λεύκης απέναντι στους Coriolus versicolor και Poria placenta. Η θερμική τροποποίηση συνέβαλε στην επιβράδυνση ανάπτυξης ευρωτίασης. Στα πρώτα στάδια του θερμικού χειρισμού λεύκης και πεύκης, τα εκχυλίσματα εμφάνισαν μείωση, ενώ σε μεγαλύτερης έντασης χειρισμούς σχηματίζονται νέα εκχυλίσματα. Το ποσοστό λιγνίνης αυξήθηκε, ενώ το ποσοστό ολοκυτταρίνης σε όλους τους χειρισμούς βρέθηκε χαμηλότερο, σε σχέση με το ποσοστό μάρτυρα, ενώ στην περίπτωση ξύλου λεύκης, το ποσοστό ολοκυτταρίνης μειώθηκε μόνο στον πιο ήπιο χειρισμό και αυξήθηκε σε μεγαλύτερης έντασης χειρισμούς. Οι χειρισμοί θερμοκρασίας 180οC προκάλεσαν βελτίωση της αντοχής πεύκου σε κάμψη, ενώ οι χειρισμοί 200οC εμφάνισαν μείωση της αντοχής. Η ελαστικότητα πεύκης αυξήθηκε ανεξαρτήτως διάρκειας ή θερμοκρασίας χειρισμού. Η αντοχή σε κάμψη της λεύκης μειώθηκε εξαιτίας των χειρισμών (2,05%-44,65%) και η ελαστικότητα σημείωσε μείωση σε όλες τις περιπτώσεις χειρισμού (5,66%- 24,86%). Στους χειρισμούς θερμοκρασίας 180οC η εφαπτομενική σκληρότητα πεύκης αυξήθηκε (6,58% - 15,13%), ενώ σε χειρισμούς 200οC η βελτίωση περιορίζεται καταγράφοντας μικρότερη αύξηση και μείωση σκληρότητας στους επόμενους χειρισμούς. Η ακτινική σκληρότητα αυξήθηκε κατά 2,45% μόνο στον ηπιότερο χειρισμό, ενώ αυξάνοντας την ένταση μειώθηκε κατά 1,36% - 30%. Η εφαπτομενική σκληρότητα λεύκης σε θερμοκρασία 180οC για 3 και 5 ώρες, μειώθηκε κατά 10,24% και 14,59% και στις 7 ώρες αυξήθηκε (2,35%), ενώ χειρισμοί θερμοκρασίας 200οC την μείωσαν (17,04%-26,05%). Η ακτινική σκληρότητα μειώθηκε κατά 2,81% - 11,06% σε χειρισμούς 180οC (3 και 5 ώρες) και η διάρκεια 7 ωρών την αύξησε κατά 9,28%, ενώ θερμοκρασία 200οC μείωσε τα επίπεδα ακτινικής σκληρότητας (2,68% - 18,86%). Οι χειρισμοί θερμοκρασίας 180οC βελτίωσαν την αντοχή πεύκης σε κρούση, σε σχέση με τον μάρτυρα, ενώ οι χειρισμοί 200οC την μείωσαν. Η αντοχή λεύκης σε κρούση μειώθηκε σε κάθε περίπτωση χειρισμού (24,27%-62,02%). Όλοι οι χειρισμοί αύξησαν τα επίπεδα αντοχής πεύκης και λεύκης σε δυνάμεις θλίψης σε σχέση με τον μάρτυρα. Μόνο οι ηπιότεροι χειρισμοί μείωσαν ελαφρώς την τραχύτητα επιφάνειας πεύκης και λέυκης, ενώ αυξάνοντας την ένταση χειρισμού, ο βαθμός τραχύτητας παρουσίασε έντονη αύξηση. Μετά από 100 ημέρες έκθεσης πλακών πεύκης και λεύκης σε εξωτερικές συνθήκες, παρατηρήθηκε παρόμοιος βαθμός αποχρωματισμού του μάρτυρα σε σχέση με αυτόν των θερμικά τροποποιημένων πλακών, άγρια όψη στην επιφάνεια, νέες μικρο-ρωγμές και σημάδια προσβολής μυκήτων πιο έντονα στον μάρτυρα και στους μικρότερης έντασης χειρισμούς. Η τραχύτητα όλων των πλακών βρέθηκε αυξημένη σε σχέση με τις τιμές τραχύτητας προ έκθεσης. Οι μικρής έντασης χειρισμοί έδρασαν προστατευτικά στο ξύλο μειώνοντας την τραχύτητα σε σύγκριση με τον μάρτυρα, ενώ οι μεγαλύτερης έντασης χειρισμοί παρουσίασαν υψηλότερη τραχύτητα.
description: In the present thesis dissertation, thermal modification of pine (Pinus nigra) and poplar (Populus sp.) wood was conducted at a temperature of 180oC and 200oC, for 3, 5 and 7 hours in the presence of air and physical, chemical and mechanical properties were examined. It was observed that, as the intensity of treatment increases, the mass loss of pine and poplar is increased, the weight and moisture content decreases compared to the initial ones, while the equilibrium moisture content and the density of modified samples decrease. Thermal modification enhances the hygroscopic behavior of pine and poplar, darkens wood and increases the biological resistance of pine against Coniofora puteana and Poria placenta and poplar against Coriolus versicolor and Poria placenta. Thermal modification contributed to a slowdown of mould development. In the first stages of thermal treatments, the extractives of pine and poplar presented a decrease, whereas as treatment intensity increases, new extractives were formed. The lignin percentage recorded an increase, while holocellulose of pine in all treatments was found to be lower compared to control, while the holocellulose of poplar marked slight reduction in the milder treatment and increase in more intense treatments. The treatments of 180oC resulted in the improvement of pine bending strength, while treatments of 200oC temperature showed a decrease (1.52% -16.97%) and the elasticity of pine increased. The bending strength of poplar decreased (2.05% - 44.65%) compared to control, as well as elasticity (5.66% - 24.86%). The treatments of 180oC increased the tangential hardness of pine (6.58% - 15.13%), while at 200oC this hardness improvement was limited till a hardness reduction appeared in subsequent treatments. The radial hardness was increased (2.45%) only in the milder treatment, while increasing the treatment intensity it decreased (1.36% - 30%). The tangential hardness of poplar modified at 180oC for 3 and 5 hours, decreased by 10.24% and 14.59%, while in 7 hours it grew (2.35%), while at 200oC it decreased again (17.04 -26.05%). The radial hardness decreased (2.81% - 11.06%) at 180oC (3 and 5 hours) and in 7 hours, it increased (9.28%), while at 200oC radial hardness decreased (2.68% - 18.86%). Treatments of 180oC improved the impact bending strength of pine, compared to the control specimens, while at 200oC a decrease was demonstrated. All the treatments reduced the impact bending strength of poplar (24.27% - 62.02%). Additionally, all the treatments raised the resistance to compression of pine and poplar, compared to control. Only the milder treatment decreased the roughness of pine and poplar, while increasing the treatment intensity, the roughness presented a strong increase. After an exposure of 100 days of pine and poplar in external conditions, a similar discoloration between control and modified boards, wilder look, new cracks, fungi infestation signs especially in control and of less intense treatments samples was observed. The roughness of all of the exposed boards was increased compared to the respective roughness prior exposure. The low intensity treatments protected wood, reducing the roughness compared to control, while treatments of higher intensity presented higher roughness.