Stanovení vlivu vlhkosti na smykové vlastnosti vybraných dřevin používaných v řezbářství

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA Ústav nauky o dřevě

Stanovení vlivu vlhkosti na smykové vlastnosti vybraných dřevin používaných v řezbářství BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Brno 2012

Jakub Škrabal

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Stanovení vlivu vlhkosti na smykové vlastnosti vybraných dřevin používaných v řezbářství zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendelovy univerzity o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne:

podpis studenta:

2

Poděkování Za cenné připomínky a trpělivé vedení při psaní této bakalářské práce děkuji panu Ing. Václavu Seberovi. Dále chci poděkovat doc. Ing. Petru Koňasovi, Ph.D., se kterým jsem zahájil tvorbu této bakalářské práce. V neposlední řadě chci poděkovat celé své rodině, která mi umožnila studium a byla mi oporou.

3

Abstrakt V první části mé práce se zaměřuji na řezbářství, kdy jsem provedl stručný průřez řezbářskými technikami, materiálem a nástroji, díky nimž jsem schopen zhotovovat řezbované misky. Následně jsem shrnul fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva a faktory, které ovlivňují výrobu řezbovaných misek. Pozornost byla upřena zejména na pevnost dřeva ve smyku, jelikož při tomto módu namáhání nejčastěji docházelo k porušení dřevních vláken a rozpadu celé misky. Veškerá měření jsem u vybraných dřevin provedl na stroji Zwick Z050, přičemž zkoumaným faktorem ovlivňujícím pevnost dřeva ve smyku byla vlhkost. Všechny zkoušky byly provedeny podle normy ČSN 49 0118. Závěrem jsem veškeré data získané z měření vyhodnotil pomocí krabicových grafů a grafů průběhu měření, dále jsem zhotovil základní popisnou statistiku a také F-test. Klíčová slova: smyk, pevnost, mechanické vlastnosti

Abstrakt In the first part of my final thesis, I am focused on a carving as itself. Within this chapter I introduced the carving techniques, material being used in the carving and tools that are often used in my carving work. Next, I summed up physical and mechanical properties of wood and factors that influence the manufacture of carved bowls. Work focuses in detail on behavior of wood in shear loading (shear strength) since such loading mode is very common in carving and because a failure of the bowls often occurs during such loading. All measurement (for all species) was performed on a universal testing machine (Zwick Z050). Shear strength was investigated in wood of different moisture content that was said to be the most influential parameter. All test were following Czech technical standard ČSN 49 0118. In the end, all data were statistically evaluated in terms of box plots, stress-strain diagrams, descriptive statistics and F-test. Keywords: shear, strenght, mechanical properies 4

Obsah: 1. Úvod .................................................................................................................. 7 2. Literární přehled ............................................................................................. 8 2. 1. Řezbářství .................................................................................................................................................... 8 2. 1. 1. Nože ......................................................................................................................................................... 8 2. 1. 2. Řezbářská dláta ........................................................................................................................................ 9 2. 1. 3. Pily ........................................................................................................................................................... 9 2. 1. 4. Speciální řezné nástroje ......................................................................................................................... 10 2. 1. 5. Brusné nástroje ...................................................................................................................................... 10 2. 1. 6. Elektrické nářadí .................................................................................................................................... 11 2. 1. 7. Upínací zařízení ..................................................................................................................................... 11 2. 1. 8. Dřevo ..................................................................................................................................................... 11 2. 1. 9. Řezbářské techniky ................................................................................................................................ 12

2. 1. 9. 1. Skulptura ........................................................................................................................12 2. 1. 9. 2. Reliéfní řezba ..................................................................................................................14 2. 1. 10. Úprava povrchu .................................................................................................................................... 14 2. 2. Mechanické vlastnosti dřeva ...................................................................................................................... 15 2. 2. 1. Faktory ovlivňující mechanické vlastnosti dřeva ................................................................................... 16

2. 2. 1. 1. Teplota dřeva..................................................................................................................17 2. 2. 1. 2. Směr vláken ....................................................................................................................17 2. 2. 1. 3. Vady dřeva ......................................................................................................................17 2. 2. 1 .4. Vlhkost dřeva ..................................................................................................................17 2. 2. 2. Pružnost ................................................................................................................................................. 17 2. 2. 3. Pevnost .................................................................................................................................................. 18

2. 2. 3. 1. Pevnost dřeva v tlaku .....................................................................................................18 2. 2. 3. 2. Pevnost dřeva v tahu ......................................................................................................19 2. 2. 3. 3. Pevnost dřeva v ohybu ...................................................................................................19 2. 2. 3. 4. Pevnost dřeva ve smyku .................................................................................................19

3. Materiály a metodika .................................................................................... 21 3. 1. Použité normy ............................................................................................................................................ 21 3. 2. Mez pevnosti dřeva ve smyku ve směru vláken ......................................................................................... 21 3. 2. 1. Zkušební tělísko ..................................................................................................................................... 21 3. 2. 2. Informace o vzorcích ............................................................................................................................. 22 3. 2. 3. Zařízení pro zkoušku .............................................................................................................................. 22

3. 2. 3. 1. Upínací přípravek pro smyk ............................................................................................22 3. 2. 3. 2. Digitální posuvné měřítko ..............................................................................................23 5

3. 2. 3. 3. Zkušební stroj .................................................................................................................23 3. 2. 3. 4. Váha ................................................................................................................................23 3. 2. 4. Postup při zkoušce ................................................................................................................................. 23 3. 2. 5. Výpočet pevnosti ................................................................................................................................... 24 3. 3. Výpočet sesychání ..................................................................................................................................... 24 3. 4. Základní popisná statistika ......................................................................................................................... 24

3. 4. 1. F-test...................................................................................................................................25 3. 4. 2. Test podle K-s .....................................................................................................................25

4. Výsledky ......................................................................................................... 26 4. 1. LÍPA (LP) .................................................................................................................................................. 26 4. 1. 1. Procentuální deformace vlivem vysoušení ............................................................................................. 26 4. 1. 2. Mez pevnosti ve smyku ......................................................................................................................... 27 4. 1. 3. Meze pevnosti ........................................................................................................................................ 32 4. 2. Ořešák (OR) ............................................................................................................................................... 34 4. 2. 1. Procentuální deformace vlivem vysoušení ............................................................................................. 34 4. 2. 2. Mez pevnosti ve smyku ......................................................................................................................... 35 4. 2. 3. Meze pevnosti ........................................................................................................................................ 39 4. 3. Švestka (SV) .............................................................................................................................................. 40 4. 3. 1. Procentuální deformace vlivem vysoušení ............................................................................................ 40 4. 3. 2. Mez pevnosti ve smyku ......................................................................................................................... 41 4. 3. 3. Meze pevnosti ........................................................................................................................................ 45 4. 4. Třešeň (TR) ................................................................................................................................................ 46 4. 4. 1. Procentuální deformace vlivem vysoušení ............................................................................................. 46 4. 4. 2. Mez pevnosti ve smyku ......................................................................................................................... 47 4. 4. 3. Meze pevnosti ........................................................................................................................................ 51

5. Diskuze ........................................................................................................... 52 6. Závěr ............................................................................................................... 53 7. Přehled literatury .......................................................................................... 54

6

1. Úvod Dřevo díky svým vlastnostem má své přednosti, ale zároveň nedostatky. Ke zjišťování fyzikálních a mechanických vlastností dřeva, především u smyku, mě vedla má záliba výroby řezbovaných misek. Výroba misek tímto způsobem obnáší práci s materiálem od jeho surové formy (kmene) až do jemného finálního výrobku (misky), tedy od práce s motorovou pilou až ke dlátku Při výrobě jsem vypozoroval, že z některých dřevin se lépe vyrábí misky za surového stavu a s co nejvyšší vlhkostí, naopak u některých je lepší dřevo vysušit a až následně jej obrábět. Jednalo se však pouze o teorii, kterou jsem zjistil v praxi a částečně o vědomosti nabyté při studiu, nikoli však žádným výzkumem. Proto jsem se rozhodl pro zjištění toho, co ovlivňuje fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva při výrobě řezbovaných misek. Při výrobě jsem se setkával především s módem namáhání dřeva ve smyku, tj. když jsem dlátem a paličkou tesal do vysušeného kmene, který byl pomocí upínacích trnoží připevněn pevně k hoblici. Při vyšší razanci úderu paličkou do dláta a také postupným ztenčením stěn misky relativně často docházelo k porušení dřevních vláken (především ve smyku), což mělo za následek rozpad misky. Jednou z cest, jak tomu zabránit, je ponechat stěně misky dostatečnou tloušťku. Tento požadavek je však nežádoucí z hlediska designu (výtvarného pojetí) miska pak působí dosti masivně či neohrabaně a navíc je příliš těžká. Kdežto v případě ztenčení stěn je miska odlehčena a působí jemně a čistě. Postupem času a při zkoušení nových metod výroby jsem dosáhl toho poznatku, že pokud dřevo zpracuji v surovém stavu a vysoké vlhkosti, projevuje daleko vyšší odolnost proti porušení dřevních vláken ve smyku pevnost ve smyku. Od tohoto se odvíjí má motivace zjišťovat smykovou pevnost dřeva vybraných dřevin - ořešák, třešeň, švestka či lípa. Mechanické vlastnosti dřeva jsou obecně brány jako odolnost dřeva proti působení vnějších vlivů. Činitelé ovlivňující mechanické vlastnosti jsou například teplota, vady dřeva, směr vláken a především vlhkost. Právě na vliv vlhkosti a pevnost dřeva ve smyku byla zaměřena experimentální část této práce. Pevnost ve smyku je jedna z pevností, kterou ve dřevě rozlišujeme. Mezi další módy namáhání a příslušné pevnosti patří pevnost v tlaku, pevnost v tahu, pevnost v ohybu a pevnost v kroucení. Všechny tyto pevnosti však v řezbářství nehrají tak důležitou roli jako právě pevnost ve smyku. Z tohoto důvodu jim není v této práci věnována tak velká pozornost. 7

2. Literární přehled 2. 1. Řezbářství Při řezbářství je důležité zvolit si správný nástroj pro danou pracovní operaci. Při zvolení špatného nástroje totiž může dojít k nechtěnému poškození výrobku a k jeho znehodnocení, popřípadě může dojít k poškození nástroje. Proto je důležitá správná volba nástroje. (Hillyer, 2006)

2. 1. 1. Nože Při řezbářství se nože používají pro rytí jemných linií, techniku Kolrosing a řezbování drobných kousků. Lze volit mezi zavíracím nožem (kapesní), nožem s pevnou čepelí (obuvnický nůž) nebo nožem s výměnnou čepelí. Nejdoporučovanější nůž je s pevnou čepelí, především díky jeho bezpečnosti. Nože se dále rozdělují dle tloušťky čepele. Na běžnou řezbu, hrubé opracování a tvarování se volí tloušťka 4mm a délka 3,5-5 cm. Menší a užší čepele jsou lepš í pro detailní práci, typická sada řezbářských nožů viz Obr. 1. (Hillyer, 2006; Vigué, 2006)

Obrázek 1: Sada řezbářských nožů (Hillyer, 2006)

8

2. 1. 2. Řezbářská dláta Řezbářská dláta rozlišujeme dle vydutí profilu. Profil dláta je označován číslem. Nízká čísla nám označují menší zakřivení a vysoká větší zakřivení. Dále rozlišujeme úhlová dláta ve tvaru písmene V, také nazývané jako „kozí nožka“. Tyto dláta se dodávají v rozmezí úhlu od 24˚ do 90˚. Typická sada řezbářských dlát včetně jejích popisových názvů viz Obr.2. (Bridgewarer, 2004)

Obrázek 2: Sada řezbářských dlát (Hillyer, 2006)

2. 1. 3. Pily Při řezbování se využívá řada pilek a pil pro prvotní opracování materiálu a vyřezání hrubého tvaru. Pro drobné práce je nejčastěji používaná lupénková pilka s vyměnitelným pilovým listem, viz Obr. 3. Pro hrubší a masivnější řezy jsou využívány buď velké ruční pily jako je ocaska či rámová pila, nebo elektrické či motorové pily. (Vigué, 2006)

Obrázek 3: Lupénková pilka (Hillyer, 2006) 9

2. 1. 4. Speciální řezné nástroje Jedná se o nástroje, které se využívají na některé specifické úkony. Například truhlářský poříz pro odstranění kůry či rychlé opracování dřeva. Nebo mnou nejčastěji používané vybírací dlátko s kruhovým ostřím, které slouží pro odebírání materiálu při výrobě misek. (Hillyer, 2006)

Obrázek 4: Poříz a vybírací dlátko (Hillyer, 2006)

2. 1. 5. Brusné nástroje Mezi brusné nástroje se řadí pilníky, rašple, brusné tyčinky, lamelové brusné kotouče či válce. V neposlední řadě též smirkový papír. Veškeré tyto nástroje slouží k hladšímu opracování dřeva. Pomáhají nám vyhladit špatně dostupná místa a dát výrobku nejen krásný vzhled, ale i hladkost, díky níž jsou misky příjemné na dotek a nehrozí zatrhnutí třísky pod kůži. (Hillyer, 2006)

10

2. 1. 6. Elektrické nářadí Jak již bylo výše uvedeno, při řezbářství se neobejdeme bez pásové pily, která nám slouží díky své škále pilových pásů k daleko lepšímu hrubému opracování materiálu. A také při konečném opracování je takřka nemožné vyhladit misky do konečné podoby bez použití brusných přípravků, které lze připevnit do vrtaček. (Vigué, 2006; Hillyer, 2006)

Obrázek 5: Brusné a elektrické nářadí (Hillyer, 2006)

2. 1. 7. Upínací zařízení Pro uchycení výrobků nám slouží v první řadě hoblice, do které je díky trnožím možné výrobek upnout, aby nedocházelo k jeho vysmeknutí a tím poškození výrobku či zranění. Jako pomocné upínací zařízení nám dále slouží různé druhy svěráků, pomocné klátky a klínky. (Hillyer, 2006)

2. 1. 8. Dřevo Díky své přirozené kráse a jedinečným vlastnostem dřeva je možné z něj zhotovit úžasné výrobky plnící nějakou funkci či sloužící pouze pro okrasu.

11

Pro řezbářství je široká škála výběru dřeva. Je možnost volit z měkkého nebo tvrdého, ať už domácího nebo cizokrajného dřeva. Důležitým faktorem při volbě dřeva je jeho dostupnost a cena. Je obecně známo, že tvrdé dřevo se opracovává daleko hůře nežli měkké dřevo. U dřeva, které má nepravidelnou orientaci vláken je opracování obtížnější, ale výsledek je poté o to působivější. (Bridgewarer, 2004) Je důležité si také uvědomit, co hodláme zhotovit. Při výrobě misek jsou mou nejčastější volbou, díky své textuře a dostupnosti, dřeviny jako je ořešák, třešeň, švestka a lípa. První tři dřeviny volím především pro jejich nezaměnitelnou texturu, která úžasně obohatí vzhled každé misky, kdežto lípu volím především pro její snadnou opracovatelnost, díky níž je možno zhotovit tvary, které bych si s jinými dřevinami nemohl dovolit. (Vigué, 2006)

2. 1. 9. Řezbářské techniky Řezbářské techniky, se kterými se můžeme setkat, lze rozdělit do dvou skupin: a) skulptury a b) reliéfní dřevořezby. U skulptury se jedná o třírozměrný předmět, kdežto u reliéfní řezby pouze dvourozměrný. Jedno mají však tyto techniky společné, a to je překreslení nápadu na dřevinu. Než začneme s jakoukoliv řezbou, vždy je důležité v prvním bodě si vše rozmyslet, jak daný výrobek bude vypadat a zakreslit si důležité obrysy na dřevinu, aby nám výsledek poté proporčně odpovídal a nelišil se od původní myšlenky. Zakreslení nám poté pomáhá při vedení dláta dřevem. (Hillyer, 2006)

2. 1. 9. 1. Skulptura Jak již bylo výše uvedeno, jedná se o řezbu ve třech rozměrech. Pro tuto techniku se nejčastěji

používají

řezbářské

základních řezů ve dřevě. (Hillyer, 2006)

12

nože,

kterými

se

provádí

pět

Koncový řez - Pro řezbářství je tento řez asi nejdůležitější. V místě koncového řezu dojde k příčnému přerušení vláken, aby další řez, který bude veden podél vláken, se zde zastavil a dále nepokračoval a tím nenarušil vzhled výrobku, viz Obr. 6. (Hillyer, 2006; Bridgewarer, 2004)

Obrázek 6: Koncový řez (Hillyer, 2006) Podélný řez - Tímto řezem se docílí oddělení třísky podélně s osou vláken. Je kombinován s koncovým řezem, čímž je udáván hrubý vzhled výrobku, viz Obr. 7. (Hillyer, 2006; Bridgewarer, 2004)

Obrázek 7: Podélný řez (Hillyer, 2006) Okrajování - Jedná se o řez, kdy je ostří nože vedeno proti palci a dřevina se o tento palec opírá, viz Obr. 8. (Hillyer, 2006; Bridgewarer, 2004)

Obrázek 8: Okrajování (Hillyer, 2006) Páčivý řez - Řez slouží pro odstranění dřevních vláken v úzkých místech, do kterých se těžko dostává. Řez spočívá v tom, že se ostří nože přiloží na materiál a palec druhé ruky přitlačí na tupou stranu nože. Poté je nůž pilovými pohyby natlačen do dřeva a díky tomuto pohybu Obrázek 9: Páčivý řez (Hillyer, 2006)

jsou odstraněny i malé zbytky vláken, viz Obr. 9. (Hillyer, 2006; Bridgewarer, 2004) 13

Krouživý řez - Je využíván na oblá místa. Zde se obloukovým pohybem odebírá materiál a tím je docíleno hladkého řezu, viz Obr. 10. (Hillyer, 2006; Bridgewarer, 2004) Obrázek 10: Krouživý řez (Hillyer, 2006)

2. 1. 9. 2. Reliéfní řezba Reliéfní řezbu je možné rozdělit do čtyř typů, a to na rytou řezbu, vysoký reliéf, hluboký reliéf a negativní reliéf. Rytá řezba - Tato řezba je nejjednodušší řezbou. Zde dochází pouze k povrchovému odstranění dřeviny. Příkladem ryté řezby je mince. (Vigué, 2006) Vysoký reliéf, hluboký reliéf - Tyto poznáme tak, že dochází k odstranění více jak polovina tloušťky materiálu. (Vigué, 2006) Negativní reliéf- Vzniká zapuštěním vybraného motivu do dřeviny. Příkladem negativního reliéfu jsou bábovičky na dětském hřišti či formičky na cukroví. (Vigué, 2006)

2. 1. 10. Úprava povrchu Poslední neodmyslitelnou technikou při řezbářství je konečná úprava povrchu, která dává výsledný vzhled celému výrobku. Mezi povrchové úpravy při řezbářství patří broušení a ochranný nátěr. (Vigué, 2006) Broušení - Je důležité, aby broušení bylo prováděno po směru vláken, a to brusivem zrnitosti 320 – 400 nebo brusnou houní. Při broušení je třeba dbát, abychom nevyvíjeli příliš velký tlak na brusivo. Mohlo by totiž docházet ke vzniku viditelných rýh a uvolňovaní brusného zrna do dřeviny. Po celkovém obroušení je doporučeno vlhčeným hadříkem či hubkou dřevinu lehce navlhčit, aby poté vystouply vlákna, která budou závěrečným broušením odstraněny. Poté je výrobek potřeba nechat minimálně 24 hodin klimatizovat a až následně nanášet nátěrovou látku. (Vigué, 2006; Bridgewarer, 2004) 14

Povrchové nátěry- Důvodem nánosu nátěrové hmoty je především ochrana. Existuje široká škála nátěrů, které je možné využít pro ochranu dřeviny. Záleží pouze na nás, který zvolíme. Ve své práci se chci zaměřit pouze na jednu nátěrovou hmotu, kterou je včelí vosk. Ten je nejvhodnější pro napouštění mnou vyráběných misek. Jelikož misky přichází do styku s potravinami, je třeba zohlednit i nátěrovou hmotu. Včelí vosk má nesmírnou výhodu, že nijak netoxikuje potraviny v misce. Nevýhodou je však složitá příprava pro nanášení a ještě složitější aplikace. Je třeba vosk rozpustit ve vodní lázni a poté kouskem hadříku rychle aplikovat než dojde k jeho ztuhnutí. Nicméně neexistují doporučené nátěrové hmoty, za které by se mohl výrobce zaručit, že mohou přijít do styku s potravinami a jsou pro člověka zdravotně nezávadné. V případě existence těchto nátěrových hmot jsou prodávány pouze ve velkém množství na výrobu kuchyňských plátů. Pro běžného uživatele jsou neprodejné a v běžných obchodech nejsou k dostání. Proto volím formu napouštění dřeva horkým včelím voskem. (Vigué, 2006; Bridgewarer, 2004)

2. 2. Mechanické vlastnosti dřeva Dřevo má vlastnosti, díky nimž se řadí mezi nenahraditelné materiály, například díky své pružnosti a pevnosti při své relativně nízké hmotnosti. Mechanickými vlastnostmi všeobecně chápeme odolnost dřeva proti působení vnějších vlivů. Vlastnosti materiálu se zjišťují na specializovaných strojích, kde při zkoušce dochází k porušení struktury a pevnosti dřeva, tj. jedná se o destruktivní zkoušky. Tyto mechanické vlastnosti dřeva hrají důležitou roli i při jeho zpracování (např. při výrobě daných misek). Z mechanických vlastností dřeva tak můžeme usuzovat, jak se dřevo bude chovat při jeho opracování a jaký způsob opracování je nejvhodnější. (Požgaj,1987)

Anizotropie mechanických vlastností Dřevo řadíme mezi anizotropní materiály, což znamená, že jeho vlastnosti jsou závislé na směru, ve kterém dřevo zkoušíme. Dřevo však často zjednodušujeme na materiál ortotropní, tj. materiál, který má různé vlastnosti ve třech na sebe kolmých směrech. Z hlediska anatomické struktury je to směr radiální, tangenciální a podélný, viz Obr. 11 (Kurjatko, 1990; Požgaj,1997) 15

Obrázek 11:Diagram anizotropie modulu pružnosti (Požgaj,1997)

2. 2. 1. Faktory ovlivňující mechanické vlastnosti dřeva Jedná se o faktory, které jakkoliv mění mechanické charakteristiky dřeva, a se kterými musíme počítat jak při výrobě, tak z hlediska budoucího použití výrobku, tj. je nutné brát v potaz prostředí, v kterém bude daný výrobek sloužit a jaké vlivy tam na něj budou působit. Navíc u každé dřeviny jsou mechanické vlastnosti jiné a jinak se projevuje i vliv faktorů na ně. Mezi faktory, které ovlivňují mechanické vlastnosti, se řadí například teplota, směr vláken, vady dřeva či vlhkost dřeva. (Požgaj,1987)

16

2. 2. 1. 1. Teplota dřeva Teplota je jeden z faktorů, který ovlivňuje mechanické vlastnosti, zvláště při vyšší vlhkosti. V případě zvýšení teploty se snižuje pevnost dřeva a naopak. Nejvíce je teplotou ovlivněna rázová pevnost. (Regináč, 1990)

2. 2. 1. 2. Směr vláken Směr vláken má taktéž významný vliv, neboť s každým odklonem vláken se snižuje i pevnost dřeva, zejména podél vláken. V rámci střihové smykové pevnosti je tomu přesně naopak, tj. s každým odklonem vláken se pevnost zvyšuje. (Kurjatko, 1990; Regináč, 1990)

2. 2. 1. 3. Vady dřeva Vady dřeva v každém směru narušují mechanické vlastnosti. Neboť zasahují do struktury dřeva a mění směr vláken, tudíž i pevnost. Proto jsou tyto vady u dřeva pochopitelně nežádoucí. Mezi vady dřeva se řadí například suky, trhliny, smolníky, reakční dřevo, dřeň, hniloba či poškození dřeva hmyzem. (Kurjatko, 1990; Regináč, 1990)

2. 2. 1 .4. Vlhkost dřeva Při stoupající vlhkosti dřeva se snižuje i pevnost a pružnost dřeva. Vlhkost je jeden z faktorů, který zásadně mění mechanické vlastnosti. Což je ovšem někdy při výrobě využíváno (příklad u ohýbání či výroby mých misek), nebo při skladování kulatiny, kde díky vlhkosti je dřevo chráněno proti napadení hmyzem či houbami. (Regináč, 1990)

2. 2. 2. Pružnost Pružností rozumíme fakt, že pokud na dřevo působí vnější síly, tak po ukončení působení těchto sil je dřevo schopno vrátit se zpět do původního tvaru, a to buď okamžitě, nebo postupně. V případě takto působících sil se dané deformace nazývají pružné. Ovšem pokud se materiál nenavrátí do původního tvaru, dochází k trvalé 17

deformaci. U trvalé deformace je totiž překročena mez úměrnosti, jedná se o stav, do kdy můžeme na dřevo působit vnější silou, aniž by byla poškozena pružnost dřeva, ale pokud překonáme pomyslný bod, do kdy je materiál pružný, je dřevo trvale deformováno a už se nenavrací do původního tvaru. Danou problematikou se zabýval badatel Hooke a jmenuje se Hookův zákon, který říká, že do meze pevnosti je deformace úměrná napětí. (Požgaj,1997)

2. 2. 3. Pevnost Jedná se o schopnost materiálu odolávat působení vnějších sil. Dané síly lze rozdělit podle časového hlediska na statické zatížení, kdy se působící síla postupně zvyšuje, nebo dynamické zatížení je v čase proměnné. Z důvodů stavby dřeva musíme pevnost členit do třech směrů a to podél vláken, kolmo na vlákna v radiálním či tangenciálním směru. V těchto třech směrech se zjišťují mechanické vlastnosti pevnost v tlaku, tahu, smyku, ohybu a kroucení. (Požgaj,1997)

2. 2. 3. 1. Pevnost dřeva v tlaku Tlaková pevnost rovnoběžně s vlákny Jedná se o tlakovou pevnost, kdy je dřevo stlačováno v podélném směru. Hranice nejvyššího tlaku, kterému dřevo je schopno odolat se nazývá mez pevnosti. Pevnost je ovlivněna výše uvedenými faktory, jako jsou vlhkost, teplota a podobně. Tato pevnost dřeva je využívána například u stolových nohou, důlních vzpěr apod. V závislosti na druhu dřeviny a jeho hustotě je v tomto směru dřevo schopno odolávat od 46,4 MPa až do 59,8 MPa. (Anderson, 1995; Požgaj,1997) Tlak kolmo na vlákna Při zatížení dřeva kolmo na vlákna nelze přesně určit mez pevnosti dřeva. Neboť při takovém zatížení dochází ke zjevnému porušení stavby dřeva, což má za následek, že u dřeva dochází k postupnému zhušťování. A proto místo meze pevnosti to nazýváme konvenční mezí pevnosti, což je speciálně určená mez úměrnosti. Dále v daném směru rozlišujeme, zda tlak působí radiálně či tangenciálně. Dané směry se však v hodnotách od sebe příliš neliší u tangenciálního směru je to od 4 MPa až 11,4 MPa a pro radiální směr je to od 3,4 MPa až 11,9 MPa. (Požgaj,1997; Bodig, 1993) 18

2. 2. 3. 2. Pevnost dřeva v tahu Pevnost dřeva v tahu podél vláken Tahová pevnost podél vláken je nejvyšší ze všech pevností u dřeva. Dřevo má tuto výjimečnou vlastnost díky orientaci celulózových řetězců ve vrstvě S2 buněčné stěny, které jsou takřka rovnoběžné s osou kmene. Jedná se o tahové velikosti od 116 MPa až 132 MPa. Pevnost dřeva v tahu kolmo na vlákna Tato pevnost je několikanásobně menší než podél vláken. Je to zapříčiněno opět díky celulózovým vláknům ktere jsou v tomto případě kolmé na směr působící síly. Opět rozlišujeme, zda se jedná o tangenciální či radiální směr. A zde platí, že pro radiální směr, který se pohybuje od 5,1 MPa až 12,7 MPa je pevnost o něco vyšší než pro tangenciální, který se pohybuje od 3,2 MPa až 8,6 MPa. (Požgaj, 1997, Bodig,, 1993)

2. 2. 3. 3. Pevnost dřeva v ohybu Jedná se o stav, kdy je dřevo na dvou svých koncích podepřeno a působením tlaku mezi podporami, dochází k ohybovému momentu. V praxi se daná situace vyskytuje například u polic nábytku či střešních konstrukcí. V momentě, kdy je dřevo ohýbáno, ve dřevě vznikají napětí jako například tahové na vnější straně ohybu, tlakové na vnitřní straně ohybu a smykové, které je nejvyšší v neutrální ose, kde se tahové napětí mnění a tlakové. U této pevnosti se zjišťuje pouze ohyb podél vláken, který se pohybuje od 61,2 MPa až 124,4 MPa. Ohyb příčného průřezu prakticky nemá smysl neboť pevnost je téměř nulová.(Požgaj, 1987)

2. 2. 3. 4. Pevnost dřeva ve smyku Jedná se o pevnost dřeva, které se budu věnovat níže. Zde se na vzorcích zkouší, jaké napětí daná dřevina snese, když dvě proti sobě působící síly se snaží sesmeknout jednu vrstvu tělesa po druhé, jak je viditelné na obrázku 12. Opět rozlišujeme pevnost dřeva ve smyku podél vláken či kolmo na vlákna. (Požgaj, 1987)

19

Obrázek 12. Pevnost dřeva ve smyku (Bower, 2007) Pevnost dřeva ve smyku podél vláken Jedná se o poměrně malou pevnost oproti tlaku podél vláken. Opět se rozlišuje tangenciální a radiální směr, kdy je pevnost přibližně stejná. Pro smyk je lépe stavěné dřevo listnaté dřevin, které odolává více než jehličnaté (např. smrk má pevnost kolem 5,3 MPa, kdežto buk má pevnost kolem 9,9 MPa). Zde však záleží na směru vláken, každá i menší odchylka směru vláken zvyšuje pevnost dřeva. Tudíž měření musí být precizní a vzorky vyrobeny s co možná nejmenšími odchylkami. (Anderson, 1995; Regináč, 1990) Pevnost dřeva ve smyku kolmo na vlákna Je daleko vyšší než podél vláken. Díky stavbě dřeva a hlavně celulózovým vláknům je potřeba vysokého tlaku pro usmýknutí vzorku. Se smykem kolmo na vlákna se setkáváme především u kolíkového spoje.(Anderson, 1995; Regináč, 1990)

20

3. Materiály a metodika 3. 1. Použité normy -ČSN 49 0007 Sušení dřeva -ČSN 49 0012 Fyzikální a mechanické zkoušky, názvy a definice -ČSN 49 0103 Zjišťování vlhkosti při fyzikálních a mechanických zkouškách -ČSN 49 0108 Zjišťování hustoty -ČSN 49 0118 Mez pevnosti ve smyku ve směru vláken

3. 2. Mez pevnosti dřeva ve smyku ve směru vláken Podstatou metody zjišťování meze pevnosti dřeva ve smyku ve směru vláken je, abychom zjistili maximální zatížení, při kterém dojde k porušení zkušebního tělíska. Metoda se řídí podle normy ČSN 49 0118.

3. 2. 1. Zkušební tělísko Jak už bylo výše uvedeno, zkouška probíhá jak v radiálním tak v tangenciálním směru, zkušební tělísko musí odpovídat rozměrům normy, které jsou níže uvedeny na obrázku 13.

Obrazek 13: zkušební tělísko (ČSN 49 0118) Pro měření musí být zhotoveno kolem 40 vzorků s ohledem na možné odchylky při měření a variabilitu materiálu. (ČSN 49 0118) 21

3. 2. 2. Informace o vzorcích Pro zjišťování smykové pevnosti bylo zhotoveno pro každou dřevinu kolem 160 vzorků a to následovně -80 na radiální směr což se dále dělí na

-40 vysušených, 40 nevysušených

-80 na tangenciální směr což se dále dělí na -40 vysušených, 40 nevysušených Celkově pro dřeviny lípa, ořešák, švestka a třešeň je to cca 640 vzorků. Přičemž nevysušené dřeviny byly zhotoveny z čerstvě pokáceného stromu a pro zachování co možná nejvyšší vlhkosti byly uloženy do vodní lázně. Tudíž vlhkost u nevysušených dřevin se pohybovala průměrně kolem 98-99%. To dokonale simulovalo čerstvě pokácenou dřevinu. V kapitole výsledky jsou tyto vzorky značeny jako skupina2. Naopak vysušené dřeviny byly umístěny před měřením do sušárny, kde byly vysušeny na 7 % vlhkosti. Což nám simulovalo vysušené řezivo používané pro výrobu nábytku. V kapitole výsledky jsou tyto vzorky značeny jako skupina 1.

3. 2. 3. Zařízení pro zkoušku 3. 2. 3. 1. Upínací přípravek pro smyk Jedná se o přípravek, který zabezpečuje maximální naměřenou hodnotu v tangenciální a radiální rovině. Přípravek vzorek přidrží v přímém působení tlaku, aniž by jej jakkoli fixoval, jak jde vidět níže na obrázku 14. Na vzorek je volně položen přítlačný hranolek.

Obrázek 14 : upínací přípravek pro smyk (ČSN 49 0118)

22

3. 2. 3. 2. Digitální posuvné měřítko Digitální posuvné měřítko Mitutoyo (ABS) 150 slouží pro měření rozměrú jednotlivých vzorků. Toto měřítko je připojeno k počítači, tudíž data po změření se automaticky přesouvají do počítače, kde jsou zapsány. Vše je měřeno s přesností na 0,01 mm.

3. 2. 3. 3. Zkušební stroj Stroj slouží k provádění jednotlivých zkoušek s maximální možnou odchylkou 1%, v našem případě univerzální zkušební stroj s mechanickým pohybem horního příčníku, kde je možnost provádět zkoušky za pomoci jednotlivých přípravků. Celý stroj je připojen k PC, kde nám program Test expert v5.01 umožňuje měřit a vyhodnocovat data. Jedná se o stroj Zwick Z050

3. 2. 3. 4. Váha Pro vážení byla využita digitální váha Scaltrec SBC 41 s přesností 0,001 g.

3. 2. 4. Postup při zkoušce -Nastavení stroje pro konkrétní zkoušku smyk, spuštění, správné vyplnění programu a následná příprava ostatních pomůcek viz výše. -Za pomoci digitálního posuvného měřítka změříme rozměry tělesa. První rozměr b a následně délku l s přesností 0,01 mm. Dané rozměry jsou blíže specifikovány na obrázku zkušebního tělíska výše. (obrázek č. 13) -Následně vložíme zkušební tělísko do přípravku určeného pro měření. Pohyblivou podložku dotáhneme ke zkušebnímu tělísku pouze tak, aby jej vyrovnala a dotýkala se ho. Ne však, aby jej fixovala! Poté zkušební tělisko z hora zatížíme přítlačným hranolkem a vložíme jej do zkušebního stroje. -Spuštěním stroje začne probíhat zkouška, kdy posuvný horní příčník se pomalu stahuje dolů a začíná stlačovat zkušební tělísko přes přítlačný hranolek konstantní rychlostí. Zatížení musí být rovnoměrné. Rychlost musí být nastavena tak, aby k porušení tělíska došlo zhruba za půl až jednu minutu. Následné maximální zatížení Fmax se měří s přesností 1% 23

-V případě potřeby se po ukončení zkoušky zjišťuje vlhkost tělíska. Pozor, zde je důležité uchovat pohromadě veškeré kousky s tělíska. (ČSN 49 0118)

3. 2. 5. Výpočet pevnosti Mez pevnosti ve smyku podél vláken měřený dle ČSN 49 0118, a to buď v radiálním či v tangenciálním směru, se vyjadřuje tW při vlhkosti W. Výpočet pevnosti (v MPa) se provádí podle vzorce:

tW=

F max b.l

Kdy Fmax je maximální zatížení v N b je šířka zkušebního tělíska v mm l

je délka zkušebního tělíska v mm

Výsledek je zaokrouhlen na 0,1 MPa.

3. 3. Výpočet sesychání Při úbytku vody vázané dochází k objemovým změnám ve dřevě. Tyto změny je možné vyjádřit procentuálně a to pomocí vzorce:

Procento seschnutí= 100 – [ ( Rozměr před vysušením / Rozměr po vysušení) . 100 ]

3. 4. Základní popisná statistika Pro potvrzení a ověření naměřených hodnot jsem v práci využil statistiku, a to především F-test a Test normality podle K-s. Tyto testy slouží pro ověření, zda daný výsledek je v normě a daný rozptyl hodnot je přípustný dle statistiky, a výsledky je možné brát jako správně naměřené.

24

3. 4. 1. F-test Jedná se o libovolný statistický test, který porovnává přesnost dvou naměřených výsledků. Pro úspěšné naměření je třeba, aby nám dané výsledky potvrdily vyloučení nulové hypotézy. Ve své práci porovnávám hodnoty pevnosti dřeva ve smyku při vlhkosti 98 % a vlhkosti 7 %.

3. 4. 2. Test podle K-s Test normality podle K-S nám slouží pro potvrzení správnosti naměřených hodnot, jedná se o porovnání rozptylu naměřených hodnot, kdy daný rozptyl je ještě přípustný v závislosti na počtu naměřených hodnot pro daný výsledek. Test nám tedy potvrzuje či zamítá správnost naměřených výsledků a poukazuje popřípadě na chybnost měření.

25

4. Výsledky 4. 1. LÍPA (LP) Tilia L.

Dle vlastní zkušenosti danou dřevinu je možné výborně opracovávat, jak za vysoké vlhkosti, tak za nízké vlhkosti. Pro postup výroby je však nejlepší danou dřevinu nejdříve vysušit a až následně ji obrábět. Dřevina však nemá nijak rozmanitou či výraznou texturu. Navíc po čase dřevo při nedostatečné impregnaci ochranných látek zažloutne a získává svou specifickou kostelní vůni, která není všem příjemná. Naopak díky své stavbě lze danou dřevinou výborně opracovat, misky jsou daleko lehčí díky své hustotě a možnosti opracovat stěny do tenčích rozměrů než u ostatních dřevin, kde hrozí odštípnutí materiálu dlátem.

4. 1. 1. Procentuální deformace vlivem vysoušení Tabulka č. 1: Procentuální deformace vlivem vysoušeni (%)

Procentuální deformace vlivem vysoušeni (%)

Tangenciální směr

Radiální směr

Podélný směr

Objem

6,02

5,10

1,15

12,39

Vlivem vysušení došlo k největší procentuální deformaci v tangenciálním směru až 6%, přičemž dřevina byla vysušena na 7% vlhkosti. Celková objemová změna byla 12,39%.

26

4. 1. 2. Mez pevnosti ve smyku -Tangenciální vzorky Tabulka č. 2: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 7% Mez pevnosti (MPa) skupina 1 N Platných

40

Odhad střední hodnoty

9,880

Odhad směrodatné odchylky

1,944

Minimum

5,481

Maximum

13,757

Test normality K-S d

0,103

Test normality podle K-S d při vlhkosti 7% vyšel 0,103 což nám značí normální rozdíl, který je přípustný dle statistiky, směrodatná odchylka souboru je 1,944 a počet naměřených hodnot činí 40. Tabulka č. 3: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 98%

Mez pevnosti (MPa) skupina 2 N Platných

40


4,698


0,706

Minimum

3,576

Maximum

6,176


0,098

Test normality podle K-S d při vlhkosti 98% vyšel 0,098 což nám značí normální rozdíl, který je přípustný dle statistiky, směrodatná odchylka souboru je 0,706 a počet naměřených hodnot činí 40.

27

Tabulka č. 4: T-test srovnatelnost výsledků meze pevnosti ve smyku mezi suchými a mokrými vzorky

Skupina 1 vs. skupina 2

(Lípa tangenciální, vlhkost 7%) vs. (Lípa tangenciální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

9,881

Průměr skup. 2

4,698

Hodnota t

13,94

sv

78

p

0

Počet platných skup. 1

40


40

Směrodatná odchylka skup. 1

1,944


0,706

F-poměr Rozptylu

7,581

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu č. 1 je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně mění se změnou vlhkosti a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá z toho, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

28

Graf č.1 : Krabicový graf (MPa)

29

-Radiální vzorky Tabulka č. 5: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 7%


40


8,936


2,203

Minimum

5,906

Maximum

14,338


0,147

Test normality podle K-S d při vlhkosti 7% vyšel 0,147 což nám značí normální rozdíl, který je přípustný dle statistiky, směrodatná odchylka souboru je 2,203 a počet naměřených hodnot činí 40. Tabulka č. 6: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 98%


40


3,704


0,402

Minimum

2,549

Maximum

4,413


0,116


30

Tabulka č. 7: F-test srovnatelnost výsledků meze pevnosti ve smyku mezi suchými a mokrými vzorky.


(Lípa radiální, vlhkost 7%) vs. (Lípa radiální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

8,936

Průměr skup. 2

3,704

Hodnota t

11,932

sv

78

p

0


40


40


2,203


0,402

F-poměr Rozptylu

29,885

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu č. 2, který je umístěn v příloze, je zřejmé že mez pevnosti se zásadně mění se změnou vlhkosti a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

31

4. 1. 3. Meze pevnosti Na tangenciálních grafech č. 3 a č. 4 lze vidět, že vysušené dřevo se přiblížilo působení síly 8 MPa, kdežto vlhké dřevo se přiblížilo pouze působení síly 4 MPa. U vysušeného dřeva byl čas pro dosažení meze pevnosti až poloviční oproti dřevu vlhkému. Přičemž u vysušeného dřeva došlo v mezi pevnosti k okamžitému porušení, naopak u vlhkého dřeva byl pozvolný nárůst k mezi pevnosti a následně stupňovité klesání. Graf č.3 : Tangenciální graf při vlhkosti 99%

Graf č.4 : Tangenciální graf při vlhkosti 7%

32

Z radiálních grafů č. 5 a č. 6 lze vypozorovat, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 8 MPa, kdežto nevysušené dřevo se přiblížilo k pouhému působení síly 3 MPa, což je o 1 MPa méně než u radiálního směru nevysušeného dřeva. Opět u vysušeného dřeva je čas na provedení zkoušky poloviční. Průběh zkoušky je takřka shodný. Vysušené dřevo okamžitě praská v mezi pevnosti, naopak nevysušené má k závěru pozvolný nárůst a následně postupně klesá. Graf č.5 : Radiální graf při vlhkosti 99 %

Graf č.6 : Radiální graf při vlhkosti 7 %

33

4. 2. Ořešák (OR) Juglans L.

Z dané dřeviny jsem zkoušel vyrobit misky jak ve vysušeném stavu, tak při čerstvém pokácení. Při vysušeném stavu je dřevina velice tvrdá a dlátem prakticky neobrobitelnou. Při použití větší síly se dřevina velice lehce odštěpuje, a tudíž je nemožné získat požadovaný tvar misky. Naopak při nevysušeném stavu, kdy je vysoký obsah vody volné, se stává dřevina velice dobře obrobitelnou. Dláto daleko lépe vniká do materiálu, dřevo je pružnější a lze obráběním dosáhnout relativně tenkých stěn misky.




Radiální směr

Podélný směr

Objem

6,14

4,83

0,60

12,00

Vlivem vysušení došlo k největší procentuální deformaci v tangenciálním směru až 6,14 %, přičemž dřevina byla vysušena na 7% vlhkosti. Celková objemová změna byla 12,00%.

34

4. 2. 2. Mez pevnosti ve smyku -Tangenciální vzorky Tabulka č. 9 : Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 7%


40


15,869


3,091

Minimum

7,939

Maximum

24,71


0,126


Tabulka č. 10: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 98% Mez pevnosti (MPa) skupina 2 N Platných

40


8,756


1,201

Minimum

7,101

Maximum

12,185


0,159

Test normality podle K-S d při vlhkosti 98% vyšel 0,159 což nám značí normální rozdíl, který je přípustný dle statistiky, směrodatná odchylka souboru je 1,201 a počet naměřených hodnot činí 40. 35

Tabulka č. 11: T-test srovnatelnost výsledků meze pevnosti ve smyku mezi suchými a mokrými vzorky Skupina 1 vs. skupina 2

(Ořešák tangenciální, vlhkost 7%) vs. (Ořešák tangenciální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

15,869

Průměr skup. 2

8,756

Hodnota t

13,181

Sv

78

P

0


40


40


3,091


1,201

F-poměr Rozptylu

6,631

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu mi u ořešáku v krabicovém grafu č. 7, který se nachází v příloze vyšly odlehlé a extrémní body ve velkém rozptylu oproti normě. Daný rozptyl odlehlých a extrémních bodů je nejspíš zapříčiněn bělí. Je známo, že bělová část stromu vykazuje daleko horší mechanické vlastnosti, a proto se domnívám, že dané vzorky, u kterých byla naměřena hodnota daleko nižší oproti průměrným hodnotám, nejspíš obsahovaly běl, což výrazně snížilo i jejich mez pevnosti. Pro potvrzení mé myšlenky, by bylo třeba provést další měření, které by prokázalo sníženou mez pevnosti dřeva v bělové části. Po odstranění

hodnot, které byly ovlivněny bělí, jsem provedl opětovné

srovnání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, a jak jde vidět na krabicovém grafu č. 8, který se nachází v příloze je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně liší v různých vlhkostech a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities) 36

-Radiální vzorky Tabulka č. 12: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 7% Mez pevnosti (MPa) skupina 1 N Platných

40


14,574


3,446

Minimum

8,431

Maximum

14,574


0,084

Test normality podle K-S d při vlhkosti 7% vyšel 0,084 což nám značí normální rozdíl, který je přípustný dle statistiky, směrodatná odchylka souboru je 3,446 a počet naměřených hodnot činí 40. Tabulka č. 13: Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 98% Mez pevnosti (MPa) skupina 2 N Platných

40


7,637


1,021

Minimum

4,969

Maximum

9,981


0,115


37

Tabulka č. 14: F-test srovnatelnost výsledků meze pevnosti ve smyku mezi suchými a mokrými vzorky. Skupina 1 vs. skupina 2

(Ořešák radiální, vlhkost 7%) vs. (Ořešák radiální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

14,574

Průměr skup. 2

7,637

Hodnota t

12,171

Sv

78

P

0


40


40


3,446


1,021

F-poměr Rozptylu

11,413

Stejně jako u tangenciálních vzorků tak i u radiálních došlo ke značnému rozptylu extremních a odlehlých bodů, jak je i vidět na krabicovém grafu č. 9, který je umístěný v příloze. Což připisuji za důsledek běli ve zkušebních vzorcích, jak jsem již uvedl výše. Po opětovném odstranění hodnot, které byly ovlivněny bělí, jsem provedl nové srovnání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, a jak jde vidět na krabicovém grafu č. 10, který je umístěný v příloze je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně liší v různých vlhkostech a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

38

4. 2. 3. Meze pevnosti Na tangenciálních grafech č. 11 a č. 12, které jsou umístěny v příloze lze vidět, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 12 MPa, kdežto vlhké dřevo se přiblížilo k působení síly 7 MPa. U vysušeného dřeva, byl čas pro dosažení meze pevnosti až poloviční oproti dřevu vlhkému. Přičemž u vysušeného dřeva došlo k téměř lineárnímu nárůstu tlaku do meze pevnosti a poté k okamžitému porušení vzorku, naopak u vlhkého dřeva byl pozvolný nárůst k mezi pevnosti a následné postupně sílící klesání. Z radiálních grafů č. 13 a č. 14, které jsou umístěny v příloze lze vypozorovat, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 12 MPa, kdežto nevysušené dřevo se přiblížilo k pouhému působení síly 6 MPa, což je o 1 MPa méně než u radiálního nevysušeného dřeva. Opět u vysušeného dřeva je čas na provedení zkoušky téměř poloviční. Průběh zkoušky je takřka shodný. U vysušeného dřeva je prakticky lineární nárůst tlaku a při dosažení meze pevnosti vzorek okamžitě praská, naopak nevysušené dřevo má k závěru pozvolný nárůst a následně postupně zesilující klesání.

39

4. 3. Švestka (SV) Prunus domestica

Dle vlastních zkušeností s touto dřevinou při výrobě misek je velice dobře opracovatelná pouze při vyšší vlhkosti (nejlépe ihned po skácení stromu). Poté co je dřevina vysušena, nabývá vyšší pevnosti a tvrdosti a je takřka nemožné ji po vysušení jakkoliv opracovat na požadovaný tvar misky. Obrovskou výhodou dřeviny je však její textura a nádherné zbarvení, které se časem vybarví do tmavších odstínů a miska tím získává daleko krásnější vzhled.




Radiální směr

Podélný směr

Objem

7,44

5,39

0,32

13,35

Vlivem vysušení došlo k největší procentuální deformaci v tangenciálním směru až 7,44%, přičemž dřevina byla vysušena na 7% vlhkost. Celková objemová změna byla 13,35%.

40


40


17,381


3,857

Minimum

11,483

Maximum

26,665


0,084



40


11,764


1,581

Minimum

7,085

Maximum

14,485


0,182


41

Tabulka č. 17: T-test srovnatelnost výsledků meze pevnosti ve smyku mezi suchými a mokrými vzorky


(Švestka tangenciální, vlhkost 7%) vs. (Švestka tangenciální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

17,381

Průměr skup. 2

11,764

Hodnota t

7,247

Sv

78

P

0


40


40


3,857


1,581

F-poměr Rozptylu

5,952

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu č. 15 který je umístěn v příloze je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně mění se změnou vlhkosti a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

42


40


17,381


3,857

Minimum

11,483

Maximum

26,665


0,084



40


11,764


1,581

Minimum

7,085

Maximum

14,485


0,182


43

Tabulka č. 20: F-test srovnatelnost výsledků meze pevnosti ve smyku mezi suchými a mokrými vzorky. Skupina 1 vs. skupina 2

(Švestka radiální, vlhkost 7%) vs. (Švestka radiální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

17,381

Průměr skup. 2

11,764

Hodnota t

7,247

Sv

78

P

0


40


40


3,857


1,581

F-poměr Rozptylu

5,952

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu č. 16, který je umístěn v příloze je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně mění se změnou vlhkosti a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

44

4. 3. 3. Meze pevnosti Na tangenciálních grafech č. 17 a č. 18, které jsou umístěny v příloze lze vidět, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 14 MPa, kdežto vlhké dřevo se přiblížilo k působení síly 9 MPa. U vysušeného dřeva byl čas pro dosažení meze pevnosti o trochu kratší než u nevysušeného. Přičemž u vysušeného dřeva došlo ke skoro lineárnímu nárůstu tlaku do meze pevnosti a poté k okamžitému porušení vzorku, naopak u vlhkého dřeva byl pozvolný nárůst k mezi pevnosti a následné rychle zesilující klesání. Z radiálního grafu č. 19 a č. 20, které jsou umístěny v příloze lze vypozorovat, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 13 MPa, kdežto nevysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 9 MPa. Opět u vysušeného dřeva je čas na provedení zkoušky o něco kratší než u nevysušeného dřeva. A průběh zkoušky je takřka shodný. U vysušeného dřeva je prakticky lineární nárůst tlaku a při dosažení meze pevnosti, vzorek okamžitě praská, naopak nevysušené dřevo má k závěru pozvolný nárůst a následně rychle zesilující klesání.

45

4. 4. Třešeň (TR) Prunus avium

Dle zkušeností z obrábění této dřeviny je velice dobře opracovatelná za vyšší vlhkosti (nejlépe ihned po skácení stromu). Po vysušení se zvyšuje tvrdost dřeviny a tudíž i špatná opracovatelnost a riziko odštípnutí materiálu. Další nevýhodou třešně je její lehké osvícení sluncem, při špatné impregnaci a delším působení slunečního světla třešeň mnění svou barvu a tmavne, ovšem místa ochráněná před slunečními paprsky zůstávají světlé.




Radiální směr

Podélný směr

Objem

6,92

5,23

0,66

13,33

Vlivem vysušení došlo k největší procentuální deformaci v tangenciálním směru až 6,92%, přičemž dřevina byla vysušena na 7 % vlhkost. Celková objemová změna byla 13,33%.

46


40


10,175


0,722

Minimum

8,381

Maximum

11,438


0,091


Tabulka č. 23 : Základní popisná statistika meze pevnosti ve smyku při vlhkosti 98% Mez pevnosti (MPa) skupina 1 N Platných

40


18,223


1,849

Minimum

14,993

Maximum

22,856


0,082


47



(Třešeň tangenciální, vlhkost 7%) vs. (Třešeň tangenciální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

18,223

Průměr skup. 2

10,175

Hodnota t

25,178

sv

78

p

0


40


40


1,849


0,722

F-poměr Rozptylu

6,556

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu č. 2, který je umístěny v příloze je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně mění se změnou vlhkosti a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

48


40


16,839


2,574

Minimum

13,093

Maximum

24,361


0,125



40


9,467


0,781

Minimum

8,233

Maximum

11,470


0,138


49



(Třešeň radiální, vlhkost 7%) vs. (Třešeň radiální, vlhkost 98%)

Průměr skup. 1

16,839

Průměr skup. 2

9,467

Hodnota t

17,173

sv

78

p

0


40


40


2,574


0,781

F-poměr Rozptylu

10,857

Při srovnávání meze pevnosti ve smyku za různých vlhkostí, pomoci F-testu a krabicového grafu č. 22, který je umístěn v příloze je zřejmé, že mez pevnosti se zásadně mění se změnou vlhkosti a tudíž hodnoty nejsou srovnatelné, F-test nám tedy vylučuje nulovou hypotézu. Jelikož při vlhkosti 98% je mez pevnosti nižší než při vlhkosti 7%, vyplývá, že s rostoucí vlhkostí klesá mez pevnosti a naopak, což je v souladu s literaturou (Požgaj, Štruktúra a vlastnosti dreva; Bodig, Mechanics of wood and wood composities)

50

4. 4. 3. Meze pevnosti Na tangenciálních grafech č. 23 a č. 24, které jsou umístěny v příloze lze vidět, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly

13 MPa, kdežto vlhké dřevo se

přiblížilo k působení síly 7 MPa. U vysušeného dřeva byl čas pro dosažení meze pevnosti o trochu kratší než u nevysušeného. Přičemž u vysušeného dřeva došlo k téměř lineárnímu nárůstu tlaku do meze pevnosti a poté k okamžitému porušení vzorku. Naopak u vlhkého dřeva byl pozvolný nárůst k mezi pevnosti a následné rychle zesilující klesání. Z radiálního grafu č. 25 a č. 26, které jsou umístěny v příloze lze vypozorovat, že vysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 12 MPa, kdežto nevysušené dřevo se přiblížilo k působení síly 7 MPa. Opět u vysušeného dřeva je čas na provedení zkoušky o něco kratší než u nevysušeného dřeva. A průběh zkoušky je takřka shodný. U vysušeného dřeva je prakticky lineární nárůst tlaku a při dosažení meze pevnosti vzorek okamžitě praská, naopak nevysušené dřevo má k závěru pozvolný nárůst a následně rychle zesilující klesání.

51

5. Diskuze Daná měření a výsledky se mi od tabelovaných hodnot příliš nelišily. Přičemž si myslím, že by bylo nutné provést další měření ve smyku, jelikož mé vzorky byly vyrobeny vždy z jednoho stromu. Bylo by zapotřebí vyrobit vzorky i z jiných stromů a stromy získat z různých oblastí, což by mohlo vést k daleko obecnějším výsledkům. Dalším důležitým faktorem, který přispěl k částečnému zkreslení výsledků, je odklon vláken. Neboť u sebemenšího odklonu vláken dřevina ve smyku zvyšuje svou pevnost. A je prakticky nemožné vyrobit veškeré vzorky tak, aby odpovídal odklon vláken normě. Dále by bylo zapotřebí dalšího měření bělového dřeva a zjištění jeho meze pevnosti. Jak jsem již výše uvedl, u ořešáku vznikl příliš velký rozptyl hodnot od průměrných hodnot, což zkreslilo konečné výsledky. Veškeré naměřené hodnoty mi pouze potvrdily to, co již udává literatura, ale nijak neprokázaly, lepší obrobitelnost misek za vyšší vlhkosti. Až při grafickém znázornění průběhu měření a vykreslení jednotlivých křivek je patrný rozdíl mezi vysušeným a nevysušeným dřevem. U grafu, který znázorňuje vysušené vzorky, křivka takřka lineárně stoupá až dojde do bodu, kdy se vlákna poruší, zde křivka prudce klesne. Naopak u grafu, který znázorňuje nevysušené vzorky, křivka nestoupá přímo lineárně, ale postupně narůstá a poté mírně klesá. Což znázorňuje daleko lepší pružnost dřeva při nevysušeném stavu, i když nedosahuje takové pevnosti ve smyku jako dřevo vysušené. Pro potvrzení mé myšlenky, lepši obrobitelnosti nevysušené dřeviny, by bylo potřeba dalšího měření a to zjištění pružnosti jednotlivých dřevin v závislosti na vlhkost. Díky tomuto měření bych mohl porovnat vzájemné propojení pevnosti ve smyku a pružnosti dřeviny za různých vlhkostí. Toto by mi pomohlo potvrdit mou zkušenost lepši obrobitelnosti materiálu při nevysušeném stavu, kdy ze zvyšující se vlhkostí sice klesá pevnost ve smyku, nicméně daleko více narůstá pružnost, díky čemuž dláto lépe vnikne do materiálu a dřevina svou zvýšenou pružnosti je schopna tuto sílu lépe absorbovat, a nedochází k porušení dřevních vláken ve smyku.

52

6. Závěr Obecně je známo jak působí voda na dřevo při smykové pevnosti. Svým měřením jsem pouze potvrdil dané výsledky. Zjistil jsem, že při zvyšující se vlhkosti pevnost ve smykové rovině klesá. Přičemž pokles pevnosti je až poloviční. Při vysoušení tělísek se také potvrdily objemové změny. V tangenciálním směru při vysoušení dochází k největšímu úbytku okolo 8 %, následuje radiální 5% a jako poslední podélný směr, kdy je ztráta 0,5 %, což je zanedbatelná hodnota. Veškeré výsledné hodnoty jsou praktický shodné s tabelovanými hodnotami, i přesto že vzorky byly vysušeny na 7% vlhkost. Daným výzkumem jsem si potvrdil poznatky získané v praxi při výrobě misek. Díky grafům meze pevnosti je z křivek zřejmé, že dřeviny jako ořešák, třešeň a švestka jsou lépe opracovatelné za vyšší vlhkosti, zatímco u lípy není vlhkost dřeva tak významným faktorem při opracování.

6. Conclusion An influence of moisture content (MC) on the shear strength is well known. My measurement and results confirmed the theory that says that shear strength decreases with increase of MC. The decrease in shear strength may be up to 50 %. Within the drying experiments the total volumetric shrinkage was also confirmed. When samples were dried, the highest decrease in dimension was in tangential direction (about 8 %, in radial direction it was about 5 % and in longitudinal direction it was about 0,5 % which is almost neglectable value. All obtained results agreed with literature values, even though the samples were dried to 7 % of MC. My experiments confirmed my experience I have from my carver work - bowl carving. From the results it is clear that wood from species like walnut, cherry tree and plum tree can be machined easier if they have higher MC, meanwhile the lime tree wood seems to be less sensitive to change in MC. 53

7. Přehled literatury Seznam literatury: -HILLYER, J. I. Řezbářství. Vyd. 1. Brno: Computer Press, 2006, 94 s. Výtvarné techniky (Computer Press). ISBN 80-251-0938-0.

- BOWER, J. L. R. Shmulsky, J. G. Haygreen. Forest Products and Wood Science, an Introduction. 2007. Blackwell Publishing. 5th edition

- POŽGAJ, A. Metódy zisťovania mechanických vlastností dreva a drevných veĺkoplošných : kompozitných materiálov. 3. vyd. Zvolen: VŠLD, 1987. 170 s.

-KURJATKO, dreva

S.

Náuka

a veľkoplošných

o dreve.

drevných

Metódy materiálov.

zisťovania Návody

fyzikálnych na

vlastností

cvičenia,

VŠLD

Zvolen, 1990. 100 s.

- REGINÁČ, L. a kol. Náuka o dreve 2. 5. vyd. Zvolen: VŠLD, 1990, 424 s. ISBN 9788022800624.

-POŽGAJ, A. Štruktúra a vlastnosti dreva. Bratislava: Príroda, 1997. ISBN 80-0700600-1.

-ANDERSON, T. Fracture mechanics: fundamentals and applications. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, c1995, 688 s. ISBN 08-493-4260-0.

- BODIG, Jozef a Benjamin A JAYNE. Mechanics of wood and wood composities. Reprint ed. Malabar, Fla.: Krieger Pub., 1993, 712 s. ISBN 08-946-4777-6.

54

- VIGUÉ, J. Dřevo od A do Z. 1. vyd. Překlad Lumír Mikulka. Čestlice: Rebo, 2006, 427 s. ISBN 978-80-7234-531-1 (DOTISK R. 2007 : VáZ.) -BRIDGEWARER. Práce se dřevem: encyklopedie : průvodce truhlářstvím a řezbářstvím pro domácí dílnu. Vyd. 1. Praha: Columbus, 2004, 512 s. ISBN 80-7249187-3.

Použité normy: -ČSN 49 0007 Sušení dřeva -ČSN 49 0012 Fyzikální a mechanické zkoušky, názvy a definice -ČSN 49 0103 Zjišťování vlhkosti při fyzikálních a mechanických zkouškách -ČSN 49 0108 Zjišťování hustoty -ČSN 49 0118 Mez pevnosti ve smyku ve směru vláken

55

Příloha Graf č.1 : Krabicový graf (MPa)


56



57



58



59



60

Graf č.11 Tangenciální graf při vlhkosti 98%


61

Graf č.13 Radiální graf při vlhkosti 98 %


62

Graf č.15 Krabicový graf


63

Graf č.17: Tangenciální graf při vlhkosti 99%

Graf č.18: Tangenciální graf při vlhkosti 7%

64



65



66



67



68

Stanovení vlivu vlhkosti na smykové vlastnosti vybraných dřevin používaných v řezbářství

Recommend Documents