MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ

Komprimace dřeva buku obsahující nepravé jádro a porovnání s dřevem bělovým

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Brno 2012

Ondřej Putna

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Komprimace dřeva buku obsahující nepravé jádro a porovnání s dřevem bělovým zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová 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 Mendlovy 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

Tímto bych chtěl poděkovat panu Ing. Aleši Dejmalovi, Ph.D., vedoucímu diplomové práce, za čas který mi věnoval a za jeho cenné rady a připomínky, které mně pomohly vytvořit konečnou podobu této práce. Dále bych chtěl poděkovat své rodině za podporu po dobu mého studia.

3

Abstrakt:

Autor: Ondřej Putna

Název práce: Komprimace dřeva buku obsahující nepravé jádro a porovnání s dřevem bělovým

Nepravé jádro se vyskytuje u velké části bukové populace, čímž snižuje výtěžnost a navyšuje cenu kvalitního bukového dřeva pro další zpracování, zejména v nábytkářském průmyslu. Nepravé jádro lze na první pohled rozeznat díky tmavšímu odstínu dřeva. Tento barevný rozdíl naznačuje rozdílnou stavbu a vlastnosti oproti bělovému dřevu. Práce se zabývá srovnáváním vybraných mechanických a fyzikálních vlastností nepravého jádra a běle buku. Z mechanických vlastností byla zkoumána tvrdost a z fyzikálních vlastností byla zkoumána hustota a relaxace dřeva po lisování v radiálním směru. Pro účel zkoušek byly vyrobeny zkušební tělesa, na kterých byly prováděné zkoušky. Výsledky byly statisticky vyhodnoceny a porovnány s literárními zdroji.

Klíčová slova: Buk lesní, nepravé jádro, plastifikace dřeva, lisování dřeva, fyzikální vlastnosti, mechanické vlastnosti

4

Abstract:

Author: Ondřej Putna

Project title: Compressing beech wood with red heart and comparing it with sapwood

Heartwood occurs in a large part of beech population, reducing the yield and increasing the price of high quality beech wood for further processing, particularly in the furniture industry. Heartwood can be recognised at first sight by its darker shade. This difference in colour is due to its different structure and properties as compared with sapwood. The present project compares selected mechanical and physical properties of beech heartwood and sapwood. The mechanical properties investigated included hardness and the physical ones density and relaxation after pressing the wood in the radial direction. For testing purposes, specimens were made to be used for conducting the tests. The results

were

statistically

evaluated

and

compared

with

literature

sources.

Keywords: Beech, beech heartwood, wood plastification, wood moulding, physical properties, mechanical properties

5

OBSAH 1 2 3

ÚVOD....................................................................................................................... 8 CÍL PRÁCE............................................................................................................. 9 LITERÁRNÍ PŘEHLED ..................................................................................... 10 3.1 Buk lesní (Fagus silvatica L.)......................................................................... 10 3.1.1 Makroskopická stavba ............................................................................ 10 3.1.2 Mikroskopická stavba ............................................................................. 11 3.1.3 Terminologie........................................................................................... 12 3.2 Nepravé jádro buku......................................................................................... 13 3.2.1 Rozsah jádra............................................................................................ 14 3.3 Mikroskopická struktura nepravého jádra ...................................................... 15 3.3.1 Thyly....................................................................................................... 16 3.3.2 Jádrové látky ........................................................................................... 18 3.3.3 Výskyt hub v jádře.................................................................................. 19 3.3.4 Fyziologie nepravého jádra..................................................................... 20 3.4 Příčiny vzniku nepravého jádra ...................................................................... 21 3.4.1 Vzduch .................................................................................................... 21 3.4.2 Houby...................................................................................................... 23 3.4.3 Nízké teploty........................................................................................... 24 3.4.4 Soubor podmínek vedoucí k vytvoření nepravého jádra ........................ 25 3.5 Omezení vzniku nepravého jádra ................................................................... 26 3.6 Fyzikální a mechanické vlastnosti nepravého jádra buku .............................. 28 3.7 Iniciativa za nepravé jádro pro nábytek .......................................................... 30 3.8 Plastifikace mikrovlnným ohřevem ................................................................ 32 3.9 Lisování dřeva................................................................................................. 33 3.9.1 Způsoby lisování..................................................................................... 36 4 MATERIÁL A METODIKA............................................................................... 38 4.1 Stanovení vlhkosti........................................................................................... 39 4.2 Stanovení hustoty............................................................................................ 40 4.3 Stanovení statické tvrdosti .............................................................................. 41 4.4 Plastifikace...................................................................................................... 43 4.5 Lisování .......................................................................................................... 44 4.6 Stanovení relaxace vzorků .............................................................................. 45 4.7 Statistické vyhodnocení .................................................................................. 46 5 VÝSLEDKY .......................................................................................................... 47 5.1 Hustota ............................................................................................................ 47 5.1.1 Hustota neslisovaných vzorků ................................................................ 47 5.1.2 Hustota slisovaných vzorků .................................................................... 48 5.2 Tvrdost ............................................................................................................ 50 5.2.1 Jankova tvrdost neslisovaných vzorků – tangenciální směr ................... 50 5.2.2 Jankova tvrdost neslisovaných vzorků – příčný směr ............................ 51 5.2.3 Jankova tvrdost slisovaných vzorků – tangenciální směr....................... 52 5.2.4 Jankova tvrdost slisovaných vzorků – příčný směr ................................ 53 5.3 Relaxace vzorků po lisování ........................................................................... 55 5.4 Zjišťované závislosti....................................................................................... 56 5.4.1 Závislost statické tvrdosti na hustotě ...................................................... 56 5.4.2 Závislost okamžité relaxace na hustotě .................................................. 57 6 DISKUZE .............................................................................................................. 59

6

6.1 Hustota ............................................................................................................ 59 6.1.1 Hustota neslisovaných vzorků ................................................................ 59 6.1.2 Hustota slisovaných vzorků .................................................................... 59 6.2 Statická tvrdost ............................................................................................... 60 6.3 Relaxace.......................................................................................................... 61 7 ZÁVĚR .................................................................................................................. 62 8 SUMMARY ........................................................................................................... 64 9 LITERATURA...................................................................................................... 66

7

1 ÚVOD Dřevo ovlivnilo lidský vývoj jako žádná jiná surovina a materiál. Jeho hospodářský význam je nesporný, pro svoji dostupnost, obnovitelnost a obrobitelnost jej lidé využívali jako zdroj tepla, ale také jako stavební materiál. Dřevo oceňujeme nejen kvůli rozmanitosti jeho využití, ale také kvůli jeho estetickému působení a přírodnímu vzhledu, který člověk vyhledává.

K jeho největším výhodám patří vysoká pevnost a pružnost ve srovnání s jeho hmotností, jako zdroj materiálu je nevyčerpatelný. Dřevo se lehce opracovává a je ekologicky recyklovatelné. Z dřeva také získáváme energii při spalování. K hlavním nevýhodám patří anizotropní charakter dřeva, dřevo je hygroskopický materiál, který má schopnost měnit vlhkost podle okolního prostředí. Důsledkem jsou rozměrové změny a závislost fyzikálně mechanických vlastností na vlhkosti a také relativně nízká odolnost proti biologickým činitelům.

Buk patří mezi důležité a populární dřeviny v nábytkářském průmyslu, pro svůj vzhled, vlastnosti a všestrannost použití. U buku se ale často vyskytuje vada zvaná nepravé jádro až u 30 % veškeré populace buků. Tato vada snižuje výtěžnost dřeva, přestože jde především o estetickou vadu. Ekonomicky se přítomnost nepravého jádra výrazně projevuje při výrobě dýh a překližek a při výrobě kvalitního řeziva a nábytku. Kvůli této často vyskytující se vadě vznikla iniciativa za přijetí nepravého jádra buku, jako za exkluzivní přírodní úkaz na nábytku. Snaží se změnit pohled na jádro buku, jako na neobvyklý úkaz, který vypovídá o životě stromu a podmínkách v níž rostl. Nabízí se zde paralela s čalouněným koženým nábytkem, i zde pohlížíme na useň se všemi svými znaky jako na přírodní materiál, který vypovídá o životě zvířete. Abychom mohli takto nahlížet na tuto vadu, měli bychom mít k dispozici co nejvíce informací a snažit se pochopit důvody vzniku a vlastnosti takového dřeva. Tato práce má ambici přispět k prohloubení znalostí ohledně složitého úkazu jakým je nepravé jádro buku pomocí experimentu založeném na komprimaci nepravého jádra buku.

8

2

CÍL PRÁCE

Práce si klade za cíl objasnit některé vlastnosti dřeva buku obsahující nepravé jádro upraveného radiálním lisováním. Ambicí práce je přispět k lepšímu poznání bukového dřeva obsahující nepravé jádro pomocí prováděného experimentu. Dále přinést přehledný přehled spojený s problematikou nepravého jádra ve vztahu k nábytku. Cílem je experimentální měření, zabývající se komprimací nepravého jádra buku, zkoušení jeho mechanických a fyzikálních vlastností a na základě výsledků lepší porozumění chování nepravého jádra buku.

9

3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1

Buk lesní (Fagus silvatica L.)

Ještě v 18. století byl buk nejvýznamnější dřevinou horských masívů a pahorkatin střední Evropy. Původní bukové čisté i smíšené porosty, zatížené v 17. a 18. století nadměrnými těžbami, byly rychle nahrazeny rozsáhlými monokulturami smrku a v nižších polohách i borovicemi. A tak postupně do dnešní doby zbyla z bučin, zaujímající dominantní postavení v evropském areálu, jen lokální torza (Nečesaný, 1958). Podle zprávy ministerstva zemědělství (z roku 2010) zaujímají bukové porosty 189 998 ha, což tvoří 7,3 % z celkové plochy porostní půdy. Od roku 2000 to znamená malý nárůst o 1,3 %, do budoucna je plánován nárůst až na 18 %. Důvody jsou nasnadě. Bukové dříví má mnohostranné využití, díky svým vlastnostem je ceněno v mnoha odvětvích. Pro svůj vzhled je ceněno jako surovina pro výrobu nábytku, především ohýbaného. Je důležitou surovinou pro výrobu dýh a překližek, dále se využívá pro výrobu parket, pražců. V neposlední řadě se jedná o důležitou surovinu v oblasti chemického průmyslu a to pro výrobu buničiny, dřevotřískových desek a suché destilace. Buk se používá i pro drobné výrobky, jako hračky, knoflíky, pažby, topora.

3.1.1

Makroskopická stavba

Buk patří do skupiny roztroušeně pórovitých listnatých dřevin, barva dřeva je narůžovělá − červenohnědá. Po skácení kmene je nápadné různé zbarvení jádra a bělového dřeva na příčném řezu, což je způsobeno dočasným rozdílným obsahem vody ve dřevě čerstvě skáceném − buk řadíme do dřevin s vyzrálým dřevem (Balabán, 1952). Tento fakt hraje důležitou roli v tvorbě nepravého jádra (viz. kap. 3.2.1). Postupným vysycháním dřeva nabývá celé dřevo stejnoměrného zbarvení. V celém letokruhu se vyskytují úzké letní makroskopicky nezřetelné cévy. Dřeňové paprsky jsou viditelné na všech řezech: na radiálním tvoří zřetelná zrcadla, na tangenciálním 1 − 5 mm vysoké svislé pásky a na příčném řezu husté pásy probíhající kolmo na letokruhy (Šlezingerová, Gandelová 2008).

10

Makroskopická stavba buku Název Barva Trvanlivost Hustota (w0%) Tvrdost Viditelnost DP na řezech Stavba dřeva

Fagus sylvatica L. narůžovělá, červenohnědá méně trvanlivé, málo odolné proti biotickým činitelům 685 (kg.m-3) 61 Mpa P,R,T bělové s vyzrálým dřevem / tvoří nepravé jádro

Tab. č.1: Makroskopická stavba buku, převzato z: http://wood.mendelu.cz/ml/multimedia/stavba_dreva/index.htm

3.1.2

Mikroskopická stavba

Mikroskopickou strukturu můžeme označit za značně složitou: dřevo se skládá ze všech buněčných typů, které se v listnatém dřevě mohou vyskytovat. Cévy jsou hlavním vodivým elementem, ve dřevě jsou to většinou mrtvé zdřevnatělé soubory buněk napojené na sebe. U buku rozlišujeme jednoduché nebo žebříčkovité perforace cév. První typ je častý zejména v širokých cévách jarního dřeva, druhý v úzkých cévách v letním dřevě (Nečesaný, 1958). Tracheidy tvoří ve dřevě listnatých dřevin přechodné typy anatomických elementů s funkcí vodivou, mechanickou a někdy zásobní. Proto rozlišujeme tracheiny cévovité, vazicentrické a vláknité (Šlezingerová, Gandelová 2008). Tracheidy se v bukovém dřevě obyčejně přimykají k cévám a bukové dříví obsahuje všechny zmíněné typy tracheid. Hlavní část dřevní hmoty buku představují libriformní vlákna, jsou to typické elementy s mechanickou funkcí, jedná se o dlouhé, obvykle úzké, zašpičatělé s více či méně tlustou buněčnou stěnou a s velmi malými (menší než 3 µm) štěrbinovitými tečkami (Šlezingerová, Gandelová 2008). Dřevní parenchym je ve dřevě nepravidelně rozložený a tvoří v dřevě buku axiální dřevní parenchym apotracheální a paratracheální. Dřeňové paprsky, které tvoří radiální parenchym jsou heterogenní a vrstevnatost dřeňových paprsků je 1 − 25 buněk.

11

Mikroskopická stavba buku Dřevo Cévy průměr (µm) Délka článku (µm) Seskupení Perforace Tracheiny průměr (µm) Délka (µm) Typ Libriformní vlákna průměr (µm) Délka (µm) Dřevní parenchym typ ax. parenchymu apotracheálního typ ax. parenchymu paratracheálního Dřeňové paprsky Vrstevnatost

roztroušeně pórovité 20 – 90 360 – 800 jednotlivě a seskupení 2 – 4 jednoduchá a žebříčkovitá 20 – 30 300 – 1000 Vláknité, cévovité a vazicentrické 13 – 20 600 – 1600 Hraniční, difuzní skupinový 1 – 25

Tab. č. 2: Mikroskopická stavba buku, převzato z: http://wood.mendelu.cz/ml/multimedia/stavba_dreva/index.htm

3.1.3

Terminologie

V literatuře se setkáváme s celou řadou různých označení nepravého jádra, což vede k otázce jedná–li se o jádro pravé, či nepravé? Buk patří do skupiny bělových dřev, tvořící nepravé jádro. Označení nepravé je používáno podle nepravidelného výskytu nepravého jádra. Nečesaný (1958) uvádí, že až do roku 1929, kdy se objevilo po předcházející tuhé zimě dosud neznámé zjadrnění nezvyklých vlastností, věnovali zjadrnění buku pozornost vesměs jen němečtí autoři.

Hromadný výskyt nového

zjadernění po katastrofální zimě 1928 – 1929 způsobil, že se studiu zjadrnění počala věnovat podstatně vyšší pozornost než dříve. Tak vznikl název pro zjadrnění – „mrazové jádro“. Autoři, domnívající se, že primárním činitelem při vzniku bukového jádra jsou houby, označovali jádro buku jako „hnilobné jádro“. Z dřívějších názvu se dále používaly názvy: pajádro, mokré jádro, falešné jádro, hnědé jádro. Pokud jádro definujeme jako tmavěji zbarvená centrální část kmene, výrazně makroskopicky odlišena od světlejší běle, potom hovoříme u buku o nepravém jádru,

12

které můžeme dále rozlišit do několika dalších skupin názvů (z pravidla podle důvodu vzniku jádra). V literatuře se můžeme setkat i s výrazem „pravé jádro“ takto pojmenovanému jádru rozumíme jako středové časti kmene bez výrazného odlišení od okolního dřeva, tzn. nepravé jádro nebylo vytvořeno a kmen stromu je bezvadný.

3.2

Nepravé jádro buku

Makroskopicky je nepravé jádro buku jasně odlišitelné především barvou a tvarem. Klír (1981) uvádí i nepříjemný kvasnicový zápach nepravého jádra, tato vlastnost je však druhotná a nemusí se vždy projevit. Za nepravé jádro buku označujeme vnitřní barevně odlišenou část kmene. Zbarvení je významnou vlastností jádrového dřeva. Nečsaný (1958) uvádí, že za základní barvu zdravého nepravého jádra lze nejlépe považovat červenohnědé zbarvení. Rozumí se tím odstín na čerstvém řezu, oxidací se zbarvení stává méně zřetelným a šedne. Je třeba upozornit na odstín jádra, které má žlutozelený nebo šedohnědý nádech – potom hovoříme o počínající hnilobě jádra. Ačkoliv rozdíl v odstínu mezi jádrem a bělí ve dřevě buku je sám o sobě zcela zřetelný, zdůrazňuje jej ještě výrazně tmavší hranice mezi jádrem a bělí. Označujeme ji jako hraniční čáru nebo též marginální linii. Za důvod výrazně odlišného zbarvení lze spatřovat ve výskytu thyl, jádrových látek, krystalů, popřípadě hyf hub. Za tmavší zbarvení marginální hranice se považuje důvod nerovnoměrného výskytu thyl v průměru jádra. Byl zjištěn vyšší výskyt ucpaných cév thylami v marginální línii (Nečesaný, 1958).

13

Obr.1: Tvary nepravého jádra podle Mahlera a Howeckeho (1991) Obr.2: Typy jader podle Požgaje (1993): Okrouhlé červenohnědé velké (ČV), malé (ČM), hnilobné (ČH), dvojité zdravé (DZ), dvojité hnilobné (DH), mozaikovité zdravé (MZ), mozaikovité hnilobné (MH), Hvězdicovité (HV), plamencové (PL) a složená jádra (S)

3.2.1

Rozsah jádra

Průměr jádra na příčném řezu se běžně považuje za ukazatele rozsahu jádra v kmeni. Podle Nečesaného (1958) tvoří nejmenší rozsah malé červené jádro, hodnoty průměrů tohoto jádra jsou poměrně vyrovnané. Značné rozpětí hodnot je naproti tomu u ostatních jader. Na velikost jádra v kmeni se podílí vícero vlivů. Již Jaroschenko (1935) se zabýval vztahem mezi velikostí vyzrálého dřeva a nepravého jádra. Tento poznatek potvrdili Račko a Čunderlík (2010), kteří uvádějí přímou stoupající závislost mezi velikostí vyzrálého dřeva a nepravého jádra. Pouze v 10,5 % případů bylo nepravé jádro větší než zóna nepravého jádra. Výskyt nepravého jádra byl i vyšší v kmenech, ve kterých byla širší zóna vyzrálého dřeva. Na velikost vyzrálého dřeva a tedy i nepravého jádra mají vliv i pěstební podmínky a velikost koruny stromu. Požgaj (1993) uvádí, že buky s velkou korunou a tedy i přírůstky tvoří malou zónu vyzrálého dřeva a tedy i malé jádro. Tyto poznatky jsou důležité pro omezení frekvence výskytu nepravého jádra vhodnými zásahy (viz. kap. 3.5). Důležitý je i vertikální rozsah jádra, výskyt jádra je zcela běžný v kořenových nábězích, ale i kořenech stromu. Směrem ke koruně se průměr jádra rychle zvětšuje až do svého 14

maximálního rozměru. Od tohoto nejširšího místa se průměr pozvolna zmenšuje, horní ukončení jádrového vřetene leží asi ve ⅔ délky kmene. Tento fakt potvrdili i Račko a Čunderlík (2011), jako důvod uvádí snižování kambiálního věku kmene s výškou stromu. Proto je velikost vyzrálého dřeva v přízemní části větší než ve vyšších částech kmene. Tím můžeme vysvětlit snižující se frekvenci výskytu nepravého jádra v kmeni. Do postraních větví obyčejně jádro nevybíhá.

Obr.3: Vertikální rozsah jádra v buku (Nečesaný, 1958)

3.3

Mikroskopická struktura nepravého jádra

Jádrové dřevo buku se svou mikroskopickou strukturou od běli příliš neliší. Jadernění je jevem druhotným, vzniká uvnitř kmene ve dřevě dávno vytvořeném. Pokud jde o buněčnou stavbu, není mezi jádrem a bělí žádného rozdílu. Pouze zásah dřevokazných hub může změnit existující strukturu, ale potom hovoříme o hnilobném jádře. Přesto pokud srovnáme makroskopicky nepravé jádro a běl, je jasný velký rozdíl, proto nelze očekávat, že by se jádro neprojevilo mikroskopickými změnami. Rozhodující jsou útvary vzniklé v buněčných dutinách: thyly v cévách a shluky jádrových látek především v parenchymatických buňkách. Výskyt hyf, případně jiných orgánů hub, jimž se svého času přikládala základní důležitost pro vznik jádra, je podstatně méně častý (Nečesaný, 1958).

15

3.3.1

Thyly

Obecně jsou thyly tvořeny parenchymatickými buňkami, které dvojtečkami vrůstají do lumenů

cév

z okolních

dřeňových

paprsku,

eventuálně

podélného

dřevního

parenchymu, částečně nebo úplně je vyplňují a tím cévy vyřazují z vodivé funkce (Šlezingerová, Gandelová 2008). Thyly zaplňují lumen cév velmi rychle, Jurášek (1956) uvádí asi 5 dní, než thyla dosáhne průměr cévy a ucpe ji. To způsobuje, že toto pletivo se stává jen velmi málo propustné pro tekutiny, což má za důsledek ztrátu vitality parenchymatických buněk a tvorbu nepravého jádra. Z praktického hlediska ucpání cév způsobuje problematickou impregnaci jádra. Výskyt thyl v jádře není v celém průměru jádra stejný. Byly zjištěny velké rozdíly v četnosti výskytu thyl. Zjistilo se, že cévy v hraničních čarách (marginální linie) jsou thylami ucpány daleko více než ve vnitřních částech jader. V okrajové části jadernění, kde jsou parenchymatické buňky ještě poměrně vitální, je ovšem tvorba thyl nejmohutnější (proto barevné odlišení) (Klír, 1981). To potvrzuje Nečesaný (1958), který klade tvorbu thyl do přímé souvislosti na vitalitě parenchymatické buňky, tedy odumřelé dřevní buňky nemají schopnost tvořit thyly. V běli se thyly tvoří v místech max. 5 mm od okraje hraniční čáry jádra. Nejsou rovněž úplně vyvinuté a uzavírají cévy jen z části. S otázkou rozložení thyl souvisí i jejich zbarvení. Thyly v mladém stavu nebývají obvykle zřetelně zbarveny. V jádře ovšem tyto neúplně nevyvinuté thyly nenacházíme. Vyvinuté thyly bývají zbarveny žlutohnědě. Nejintenzivnějšího zbarvení dosahují thyly právě v oblasti marginální line (Nečesaný, 1958). Jurášek (1955) vidí jako hlavní příčinu tvorby thyl v proniknutí plynné fáze do dřeva (viz. kap. 3.4.1). Předpokládá, že v 1. fázi růstu thyl dochází k přetlaku v parenchymatické buňce dřeňového paprsku oproti sousední cévě. Tento rozdíl působí jako tlak na stěnu cévy směrem do její buněčné dutiny. V místech, kde je buněčná stěna ztenčena, může nastat prohnutí membrány. Nestačí však samotné tlakové namáhání, je třeba, aby buňka mohla reagovat aktivním růstem.

16

Obr.4: Thyly v cévách, příčný řez, zvětšeno 100x (Putnová, 1984)

Obr.5: Thyla detail, zvětšeno 500x (Putnová, 1984)

17

3.3.2

Jádrové látky

Druhým podstatným mikroskopickým znakem nepravého jádra buku jsou jádrové látky. Oxidací buněčného obsahu již odumírajících parenchymatických buněk se po vrůstu thyl vytvoří jádrové látky (Klír, 1981).

Jedná se o zrnité tmavě zbarvené útvary,

vyskytující se ponejvíce v parenchymatických buňkách. Jsou prvkem daleko rozmanitějším a mnohotvárným než thyly. V každém bukovém jádře bez rozdílu nacházíme jádrové látky jako více méně tmavší výplně lumenech parenchymatických buněk dřeňového paprsku.Výskyt jádrových látek není vázán pouze na parenchymatické buňky paprsku, ale vyskytují se, i když podstatně méně, v libriformních vláknech a vláknitých tracheidách. V cévách se vyskytují zřídka. Pro jádrové látky v marginální línii platí stejné pravidlo, jako pro thyly. Jejich výskyt je v této zóně nejvyšší. V světle zbarvených jádrech je jádrovými látkami vyplněná jen část paprsku, v tmavých jádrech obsahuje jádrové látky většina buněk paprsku. Vzhled jádrových látek je značně rozmanitý, společným znakem je žlutá až tmavá červenohnědá barva. Tvarem jsou to někdy kapkovité nebo zrnkovité útvary (Nečesaný, 1958).

Obr.6: Jádrové látky – struktura, zvětšeno 2200x (Putnová, 1984)

18

Obr.7: Jádrové látky v dřeňovém paprsku, zvětšeno 500x (Putnová, 1984)

3.3.3

Výskyt hub v jádře

Někteří starší autoři (Hermann, 1902; Tuzson, 1905; Münch, 1910) a jiní považovali jádro za výsledek činnosti hub. Nicméně celá řada autorů podle Nečesaného (1958) dokázala, že ve většině jader hyfy hub nelze zjistit. Nelze tedy přítomnost hyf považovat za závazný znak nepravého jádra. Tento fakt potvrzuje Putnová (1984), která zkoumala zdravé jádro bez výskytu hyf a hnilobné jádra v různých stádiích hniloby s přítomností hyf. S předcházejícího textu vyplývá, že zdravé nepravé jádro nejeví známky odlišnosti struktury od bělového dřeva. Pouze dochází k tvorbě nových struktur (thyly, jádrové látky). V případě výskytu hyf v jádře dochází k degradaci a rozkladu jednotlivých elementů dřeva. Spleť hyf tvoří vlastní tělo hub, tzv. podhoubí, hyfy jsou dlouhá jemná vlákna (Šlezingerová, Gandelová, 2008). Hyfy většiny hub, které se v bukovém jádře vyskytují se šíří především vertikálně buněčnými elementy, které jsou k tomu nejvhodnější, tedy cévami. Thyly nejsou hyfám přílišnou překážkou. Experimenty dokazují, že dochází i k šíření hub ve směru podélném, kromě toho, ovšem v menší míře se houby z cév šíří i do paprskového a dřevního parenchymu a v omezené míře do ostatních buněčných elementů. Tento jev způsobuje degradaci jádrových látek uložených především v dřeňových paprscích. Houba svými enzymy způsobuje degradaci jádrových látek, proto u dlouhodobé infekce dřeva lze jádrové látky nalézt jen sporadicky. Frekvence výskytu hyf není stejná jak mezi jednotlivými druhy jader, tak v rámci jádra obecně. Podle Nečesaného (1958) většina plamencový jader obsahuje hyfy, většina 19

okrouhlých jader bez zřetelných výběžků a bez zřetelných stop hniloby hyfy neobsahuje. Frekvence výskytu hyf v rámci jádra nebývá stejná. Největší množství hyf se soustřeďuje při hraničních čarách, protože zde je optimální prostředí pro jejich růst (Nečesaný, 1958).

Obr.8: Degradované jádrové látky, zvětšeno 1000x (Putnová 1984)

Obr.9: Degradované dřevo s výskytem hyf, zvětšeno 260x (Putnová, 1984).

3.3.4

Fyziologie nepravého jádra

Je – li jadernění nebo alespoň impuls k němu fyziologickým pochodem, leží těžiště změn, které mu předchází nebo je doprovázejí, především ve fyziologickém stavu živých buněk ve dřevě. Nečesaný (1958) zjistil živé parenchymatické buňky dřeňových paprsků v běli až do hranice s jádrem. Jádro naopak neobsahovalo ani jednu živou buňku, z toho lze vyvodit, že změna běle v jádro je proces spojený s odumíráním buněk

20

paprskového, případně i dřevního parenchymu. Z toho lze usoudit, že se stářím buněk paprskového parenchymu klesá jejich vitalita a tím i jejich odolnost vůči nepříznivým životním podmínkám. Ze ztrátou vitality buněk souvisí i snížená osmotická hodnota, která klesá nejprve ve zralém dřevě a poté v nepravém jádru. Také rozložení vlhkosti závisí na poloze v kmeni, jádrové dřevo má vesměs nižší obsah vody než běl, pokles vlhkosti narušuje osmotickou schopnost parenchymatických buněk, což vede ke ztrátě jejich vitality (Nečesaný, 1958). Také Putnová (1984) chápe jadernění jako následek fyziologického porušení rovnovážného stavu stromu.

3.4

Příčiny vzniku nepravého jádra

3.4.1

Vzduch

Tento činitel považuje většina autorů za rozhodující. Podle Račka a Čunderílka (2010) je poranění kmene nebo větví stromu primární příčinou, která působí vnikání vzduchu do kmenu stromu. Kyslík obsažený ve vzduchu způsobí oxidaci rozpustných karbohydrátů

a

škrobu

(obsažený

v živých

nebo

částečně

odumřelých

parenchymatických buňkách), přičemž vzniknou hnědě zbarvené polyfenolické sloučeniny které pronikají do sousedních pletiv a zbarvují je. Různá fyziologická hodnota (vitalita) parenchymatických buněk určuje jejich schopnost odolávat nepříznivým podmínkám oxidace. Proto k tvorbě jádrových látek dochází přednostně v parenchymu se sníženou vitalitou. Zároveň přes ztenčeniny mezi parenchymatickými buňkami a cévami vrůstají z parenchymatických buněk do cév thyly, které je ucpávají. Na vitalitu parenchymatických buněk v kmeni má vliv hlavně vlhkost. Mění se po průřezu a po výšce kmene a je závislá na ročním období, podnebí, půdě atd. Největší vlhkost má bělová zóna (74 – 97 %), přičemž nejvyšší vlhkost mají okrajové části běle u kambia. Přes tuto část běle vede významná část transpiračního proudu vody. Směrem ke středu kmene vlhkost postupně klesá až na určitou hranici. Od této hranice je vlhkost až po jádro víceméně konstantní. Pokles vlhkosti pod 60 % narušuje osmotickou schopnost parenchymatických buněk, což vede ke ztrátě vitality. Tuto zónu označujeme jako zralé dřevo (Račko, Čunderílk, 2010).

21

Se snížením vlhkosti dochází ke změně poměru mezi vzduchem a vodou ve dřevě, což nemusí vždy vést ke tvorbě jádra. Nižší vlhkost zralého dřeva je známa, přesto se tu netvoří ani thyly ani jádrové látky. Není vyloučeno, že právě zde je přítomen vzduch neobyčejně chudý na kyslík. Nasvědčuje tomu i běžná přítomnost živých, i když méně vitálních parenchymatických buněk ve zralém dřevě. Stačí však zásah zvenčí, tj. průnik vzduchu do kmene, aby se v hranicích zralého dřeva vytvořilo jádro (Nečesaný, 1958).

Tento fakt potvrdili Račko a Čunderlík (2010), kteří zkoumali vztah mezi velikostí zralého dřeva a nepravého jádra. Zjistili, že po průniku vzduchu a vytvoření nepravého jádra existuje mezi plochou nepravého jádra a plochou vyzrálého dřeva stoupající lineární závislost s vysokým korelačním koeficientem. Ve většině případů (89,5 %) byla plocha nepravého jádra menší než plocha vyzrálého dřeva.

Obr.10: Závislost plochy zóny nepravého jádra a zralého dřeva (Račko, Čunderlík, 2010)

Průnik vzduchu do kmene může probíhat mnoha způsoby. Vnikání vzduchu do struktury dřeva závisí na velikosti poranění větví a kmene stromu. Poranění jsou způsobené hlavně výchovnou a obnovnou činností v porostu, poraněním kůry lesní

22

zvěří, zlomení větví vlivem větru a sněhu, ale i poraněním kořenů stromu dobytkem, či těžkou technikou (Račko, Čunderílk 2010).

Působení kyslíku na tvorbu nepravého jádra se zabývali Sorz a Hietz (2007), kteří uvádí zajímavé výsledky. Ačkoliv nijak nezpochybňují vzduch jako jeden z klíčových faktorů podílející se na tvorbě jádra, ve své práci uvádí, že pouze kyslík nestačí k vytvoření nepravého jádra, jako další možný parametr označují mikroorganismy. Dále uvádí výsledky měření koncentrace vzduchu v jádře po dobu 7 měsíců, které potvrdily vyšší hladinu kyslíku v dřevě s nepravým jádrem, i když koncentrace kolísá v závislosti na sezónních změnách i v rámci každého stromu individuálně.

Obr.11: Průměrná koncentrace kyslíku ve vnitřním dřevě u pěti buku s (černé body) a šesti buků bez (bílé body) nepravého jádra (Sorz, Hietz, 2007)

3.4.2

Houby

Mnozí autoři pokládali nakažení stromu houbami za hlavní důvod tvorby nepravého jádra. Jedním z důvodů této domněnky bylo studium především plamencového jádra, které s velkou pravděpodobností hyfy hub obsahuje. Již Jurášek (1955) dokázal přesvědčivě, že průvodní znaky jádra – thyly a jádrové látky vnikají bez přítomnosti 23

hub a že jejich enzymy nemohou vyvolat tvorbu thyl, ale mohou přispět k intensivnějšímu vniku jádrový látek. Přesto nelze houby jako tvůrce jádra podceňovat, lze předpokládat, že proniknutím hub a působením vylučovaných enzymů se zeslabují parenchymatické buňky a odumírají (Klír, 1981).

Tento fakt potvrzuje Nečesaný (1958) který předpokládá, že pokud je splněn předpoklad proniknutí vzduchu do dřeva a jádro se nevytvoří, potom jsou živé parenchymatické buňky v oblasti proniknutí vzduchu ještě dost vitální a stačí si udržet energetickou rovnováhu přes poruchy metabolismu. Pokud dojde k následnému proniknutí hyf do této oblasti, způsobí vlivem vylučovaných enzymů další zeslabení parenchymatických buněk. Za těchto okolností se už začnou tvořit thyly a buňky odumírají za současné a následné tvorby jádrových látek. Jádra vytvořená za spoluúčasti hub se vyznačují nepravidelným víceméně hvězdicovitým tvarem. Možností k proniknutí hyf do kmene je mnoho, protože každé poškození stromu napomáhá nejen proniknutí vzduchu, ale i houbové infekce.

3.4.3

Nízké teploty

Byly to právě extrémně nízké teploty v letech 1928 – 1929, po kterých se hromadně začalo tvořit nepravé jádro u buků v karpatské oblasti. Po tomto dosud pouze málo popsaném jevu se pozornost autorů zaměřuje na objasnění důvodu vzniku a co nejdetailnějším popsaní struktury nepravého jádra. Vysvětlení důvodu vzniku se zdá být velmi snadné, tuhé mrazy způsobily mrazové trhliny v kmenech stromů, kudy mohl lehce proniknout vzduch, či houbová infekce. Problém této teorie nastává v popisu stavu tehdejšími autory, kteří nenašli žádné výrazné poranění kmene a přesto se jádro vytvořilo. Vznik mrazového jádra objasnil Nečesaný (1958), který popisuje roli extrémně nízkých teplot jako oslabující vliv na parenchymatické buňky v paprscích a v celém průřezu kmene. Období nízkých teplot tedy ovlivní živé buňky v celém kmeni a oslabí je. Pokud nastane nový negativní zásah (další působení nízkých teplot, nebo jiné činitele), buňky již nejsou schopny čelit novému zásahu a odumřou. To se může stát velmi rychle (při velmi energickém zásahu), a pak dřevo odumře, aniž jádro vytvoří, často podlehne hnilobě bez jakékoliv reakce živých buněk, nebo odumírá pomalu, a pak je dán jeden

24

z předpokladů pro jadernění. Je – li v té době přítomno uvnitř kmene určité množství vzduchu, jak to obyčejně bývá, je splněn i další předpoklad pro tvorbu thyl a jádrových látek, tedy pro tvorbu jádra. Není – li vzduch přítomen, odumřou živé buňky pozvolna a dřevo při prvním proniknutí hub hnije.

Mrazové nepravé jádro se vyznačuje dvěma odlišnými znaky od ostatních nepravých jader. Mrazová jádra mají abnormálně vysokou vlhkost a nižší výskyt thyl. Předpokládá se, že působením mrazů jsou vyřazeny obvodové části kmene z vodivé činnosti, a proto se tento proud pohybuje částmi vnitřní běli. Jakmile mrazy poleví, obnoví se činnost vodivých drah ve vnější běli, ale voda z vnitřní běli nemůže být odvedena a způsobuje její zvlhnutí. Vnikne – li sem v té době po pozvolném poklesu vlhkosti vzduch, vzniknou v oslabených parenchymatických buňkách a v jejich okolí fyzikální i chemické podmínky pro tvorbu thyl. Nízký výskyt thyl lze vysvětlit energeticky mimořádně silným zásahem, že parenchymatické buňky odumřely dříve, než mohly vytvořit thyly. Důležitou roli zde sehrává i vysoký obsah vody (a tedy nízký obsah vzduchu) v cévách, který trval tak dlouho, než mohly nastaly vhodné podmínky pro tvorbu thyl (Nečesaný, 1958).

3.4.4

Soubor podmínek vedoucí k vytvoření nepravého jádra

V předchozích kapitolách byly popsány jednotlivé možné činitele, jimž autoři připisují rozhodující vliv při vzniku a tvorbě jádra. Rozborem předpokladů pro jejich působení zjišťujeme, že ačkoliv ne rovnocenně, přece jen všechny mohou hrát důležitou roli při jadernění. Musíme se tedy dívat na bukové jádro jako na celek, do něhož mohou různí činitelé různě silně zasahovat. Kromě výše uvedených činitelů mohou vstupovat mnohé další faktory jako: velikost koruny, pěstební zásahy, lokalita, kvalita půdy, věk stromu atd. To vše má vliv na možný vývoj jádra v kmeni. Z ostatních faktorů je především věk stromu, a tedy stárnutí buněk předmětem mnoha analýz. Studium vitality buněk paprskového parenchymu přineslo závěr, že kvalita živých buněk se směrem od obvodu dovnitř kmene nápadně mění. Pokles vitality lze chápat jako totožný se stárnutím živých buněk. Není sice znám stupeň vitality, při němž se už mohou v parenchymatických buňkách tvořit thyly,

25

předpokládá se však, že jeho výši ovlivňuje intenzita zásahu, který jadernění bezprostředně vyvolává (Nečesaný, 1958). Vliv stáří stromu (a tedy stárnutí buněk) na velikosti zastoupení nepravého jádra v porostu zkoumal Ondráček (2000), který potvrdil předpoklad zvyšujícího se výskytu nepravého jádra s věkem stromu. V porostu s průměrným věkem 60 let bylo procentické zastoupení kmenů s jádrem 32 %, v porostu s průměrným věkem 155 let to bylo již 92 %. Autor dále uvádí, že se stoupajícím věkem se i mění typ nepravého jádra z jednoduchého na složené. Také Račko a Čunderlík (2011) uvádí nárůst výskytu nepravého jádra se zvyšujícím se věkem, přičemž největší nárůst byl zjištěn ve věku nad 100 let. Naopak se stoupající výškou v kmeni velikost jádra klesala. Důvodem je kambiální věk kmene, který se ze stoupající výškou snižuje (buňky jsou vitálnější).

Z předchozího textu vyplývá, že nepravé jádro je složitý komplex, na který má vliv vícero faktorů. Za nejdůležitější lze považovat faktor vzduchu, který považuje většina autorů (Nečesaný 1958; Jurášek 1959; Klír 19881; Požgaj 1993; Suchomel a Gejdoš 2010) spolu s vitalitou parenchymatických buněk za klíčový pro tvorbu jádra. Podle Sorze a Hietze (2007) však kompletní vysvětlení pro tvorbu nepravého jádra potřebuje více než jen přítomnost vzduchu, resp. kyslíku. Ve své práci označují jako možný podíl na tvorbě nepravého jádra přítomnost mikroorganismů.

3.5

Omezení vzniku nepravého jádra

Přestože se jedná především o lesnickou činnost pomocí pěstebních zásahů, jedná se o důležitou aktivitu ovlivňující další navazující odvětví, především nábytkářský průmysl. Na základě lesnického výzkumu, porozumění a kvantifikace lze částečně předcházet a omezit tvorbě nepravého jádra, které způsobuje finanční a materiálové ztráty. Hodně studií se snaží popsat ekonomické ztráty způsobené přítomností nepravého jádra ve výřezech a kulatině. Richter (2001) vyčíslil roční ztráty způsobené výskytem nepravého jádra bukového sortimentu v německém severním Rýnsku – Vestfálsku na 5,1 mil. Euro (Račko, Čunderílk 2010). Také proto je důležité vědět o vadě co nejvíce, identifikovat příčiny a jít cestou prevence. Určitých úspěchů při omezování tvorby nepravého jádra lze dosáhnout pěstebními zásahy. Hlavní podmínkou je pěstování ve vhodných lesních typech. Bukové porosty

26

musí být založeny na hlubokých půdách, dobře zásobených hydroxidem vápenatým. Je známo, že buk v čistém porostu půdu zhoršuje, takže příští generace bude k tvorbě nepravého jádra náchylnější. Proto je správně buk pěstovat ve smíšených porostech. Při probírkových zásazích se odstraňují všechny zraněné stromy, protože u nich se tvoří nepravé jádro. Odstraňují se také zbytky vidličnatých stromů a dvojáků (Klír, 1981). Právě v nedostatečné probírce spatřuje Požgaj (1993) příčinu jadernění velkého počtu bukových porostů. Jako možnost omezení výskytu nepravého jádra někteří autoři (Ondráček, 2000) uvádí zkracování doby obmytí. Výrazně proti se staví Košulič (2003), který jako důvod uvadí snižující se fyzický věk stromů, již tak v hospodářských lesích podstatně kratší než v lesích přírodních. Tím se mění vývojová dynamika lesa, aniž bychom věděli, jak to dlouhodobě ovlivní trvalost lesa v čase a biologické děje v něm. Košulič (2003) se přiklání k omezování nepravého jádra pěstebním postupem, zejména velikostí růstového prostoru a tudíž velikostí koruny a přírůstků stromu. Okolnost vzniku nepravého jádra je tedy závislá i na způsobu zakládání bukových porostů, zejména umělé obnovy sadbou. Pomocí výpočetní techniky a statistických modelů Wernsdörfer (2006) zmapoval ve své práci externí znaky stromu (uschlé větve, jizvy po větvích, rány, praskliny a vidlice). Pro mapování rysů a k popisu tvaru nepravého jádra byl vyvinut způsob laserového skenování kmene a digitální analýza fotek. Tato metoda umožnila rekonstruovat a vizualizovat vnější znaky na povrchu kmene a nepravé jádro uvnitř kmene. Na základě výsledků vizuálního hodnocení mezi vnějšími znaky a nepravým jádrem, byla stanovena jednoduchá hypotéza, která klade přímou závislost na zahájení tvorby nepravého jádra v závislosti na rozměrech odumřelých větví, suků a jizev po větvích apod. Kromě toho byla stanovena hypotéza z vývoje nepravého jádra v axiálním a radiálním směru. Tyto hypotézy byly použity v následujících analýzách ze kterých se vytvořil model výskytu a tvaru nepravého jádra. Pomocí tohoto modelu bylo možné kvantifikovat vliv jednotlivých vnějších znaků na pravděpodobnost výskytu nepravého jádra. Pomocí tohoto modelu bylo správně určeno a zařazeno 15 z 17 stromů s nepravým jádrem a 12 ze 14 stromů bez jádra. Výsledky předpovědních modelů ukazují, že lze odhadnout na stromech pomocí externích znaků náchylnost k vytvoření nepravého jádra. Aplikace těchto modelů je v současné době diskutována s ohledem na možné zavedení do lesnické a dřevařské praxe.

27

Jako jistá metoda omezení nepravého jádra a zvýšení tržní hodnoty buku postiženého touto vadou se jeví metoda využívající pigmentu, které produkují houby. Sara C. Robinson et. al. (2011) naočkovala dřevo buku pigmenty produkující houby k zvýšení tržní hodnoty dřeva buku a zvýraznění barvy. Ve svém výzkumu naočkovala i vzorky obsahující nepravé jádro, výsledky byly ovšem sporadické. Tmavější jádrové dřevo se nepodařilo úplně překrýt pigmenty hub, nicméně i tak došlo k barevné změně. Takto upravené nepravé jádro by se mohlo uplatnit na trhu s nábytkem díky nově vzniklé textuře a barvě dřeva.

Obr.12: Očkování buku pigmenty produkující houby (Sara C. Robinson, Daniela Tudor, Paul A. Cooper, 2011).

3.6

Fyzikální a mechanické vlastnosti nepravého jádra buku

Ačkoliv autoři (Nečesaný, 1958; Matovič, 1977; Pöhler at. al. 2005) udávají, že dřevo buku obsahující nepravé jádro nejeví podstatné a statisticky významné rozdíly ve fyzikálních a mechanických vlastnostech. Pouchanič (2011) však ve své práci uvádí rozdíly, které by se daly považovat za statisticky významné. Naměřená hustota nepravého jádra při ρ0 nabyla o 35 kg/m3 vyšší hodnotu, než v případu běle. S hustotou souvisí i mechanické vlastnosti, zatímco mez pevnosti v tlaku ve směru vláken a deformace v tlaku ve směru vláken vykazuje vyšší hodnoty nepravého jádra, u modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken byl trend opačný.

28

Velmi důležitou vlastností jsou tvarové a rozměrové změny způsobené působením vlhkosti. Zatímco dřeviny tvořící tzv. pravé jádro vykazují nižší rozměrové změny jádra oproti běli, u nepravého jádra buku je tomu přesně naopak a to ve všech směrech. Lze tedy konstatovat, že s vyšší hodnotou hustoty roste i hodnota mechanických vlastností (ne všech), což lze považovat za nespornou výhodu, ovšem s hustotou rostou i vyšší rozměrové změny nepravého jádra oproti běli. Pouchanič (2011) se ve své práci zabývá srovnáváním vybraných mechanických a fyzikálních vlastností dřeva buku s jádrem a bez jádra, viz. následující tabulka.

Tab. č.3: Porovnání mechanických a fyzikálních vlastností nepravého jádra a běle buku. H0 – Shoda středních hodnot s 95 % pravděpodobností (Pouchanič, 2011)

Pöhler et. al. (2005) nepovažují rozdíly v mechanických a fyzikálních vlastnostech za významné a nikterak závažné a podle nich neexistuje žádný důvod proč dřevo obsahující nepravé jádro nepoužívat v sériové výrobě pro jeho mechanické a fyzikální vlastnosti. Ani adhezivní chování se neliší od dřeva bez vylišeného jádra, výzkum 29

ukázal, že kvalita lepení není závislá na stavu dřeva (s jádrem/bez), ale na lepícím systému a stupni smáčení povrchu. Jako hlavní překážka využití nepravého jádra v oblasti nábytku tak zůstává nejednotná barevnost. Experimenty prokázaly, že rozdíly v barvě běle a jádra klesají po sluneční expozici, nicméně se slunečním zářením dochází také k fotodegradaci ligninu, což vede ke ztrátě hodnoty a kvality dřeva. Výzkum by se tak měl zaměřit především na barevnou egalizaci a technologie, které umožní rychlou změnu barvy pro výrobu nábytku. Za velmi problematickou je považována ochrana buku obsahující nepravé jádro pomocí impregnace. Nepravé jádro zamezuje příjmu impregnačních látek a jeho ochrana impregnací je velmi problematická. Důvodem jsou thyly ucpávající cévy, takto zacpanými cévami proniká ochranná látka velmi obtížně i při vyšších tlacích a delších časech impregnace (Svatoň, 2000).

3.7

Iniciativa za nepravé jádro pro nábytek

Jak již bylo uvedeno, nepravé jádro zasahuje okolo 30% veškeré bukové populace. Tak velké procentní zastoupení vede k výrazným hospodářským ztrátám. V Německu, kde buk patří mezi dominantní dřeviny se v roce 2002 rozhodli vytvořit pracovní skupinu složenou z lesního úřadu, regionálních pilařů, nábytkářů a stolařů, jakož i architektů a designerů orientovaných na společný cíl – dosáhnout zlepšení tržního uplatnění buku s nepravým jádrem, pod heslem: jádro buku není vada, ale výzva. Aktivita byla orientována především na produkci exkluzivního nábytku, který má narušit konvenční nábytkářský styl a který by zaujal náročného zákazníka – labužníka s individuálním vztahem k pojetí interiérové estetiky. Výsledky práce této skupiny byly prezentovány v rámci výstavy, uskutečněné v únoru a březnu 2002 v Pruském muzeu Minden, kde bylo prezentováno 60 exponátů nábytku z červeno – jádrového bukového dřeva, určeného pro nejrůznější účelové využití. Potvrdila se reálnost této koncepce – nepovažovat červené jádro u buku za vadu dřeva, ale za výzvu. (Pozn.: Podobný přístup lze nalézt ve Skandinávii při nábytkářském využití namodralé borovice) (Švenda, 2003). Nutno dodat, že se jednalo o využití především červeného okrouhlého a hlavně zcela zdravého jádra. Takové nahlížení na vadu považovanou za estetickou vadu je velmi

30

pozitivní a přínosné. Samotné označení „estetická vada“ není zcela na místě, jedná se o jedinečné a neobvyklé dřevo, které svojí nevšedností vybočuje, což mohou někteří zákazníci náležitě ocenit.

Zpracováváním nábytku obsahující nepravé jádro buku se zabývají některé firmy především z Rakouska a Německa, na svých webových stránkách takový nábytek prezentují jako ojedinělý, protože je doprovázen přírodním úkazem nepravého jádra. Pokud by se podařilo takto marketingově využít potenciálu nepravého jádra buku u nábytku, mohlo by dojít ke zvýšení poptávky i u tuzemských zákazníků a tím lepší využitelnosti jinak „vadných“ kmenů.

Obr.13: Příklad využití nepravého jádra u nábytku obývacího pokoje. Dostupné z: http://www.voglauer.com/en/furniture/furniture/living-room/v-vita/index.html

31

3.8

Plastifikace mikrovlnným ohřevem

Mikrovlnný ohřev (MV) využívá elektromagnetického vlnění o frekvencích 300 MHz – 300 GHz. Teplo vzniká přeměnou elektrické energie v dielektrických materiálech (Špunda, 2005). Působení elektrické složky se uskutečňuje v dutinovém rezonátoru nebo také v plynule se

pohybujícím

páse

v mikrovlnném

tunelu.

Rezonátor

představuje

prostor

s nerovnoměrně rozloženou hustotou energie. Mikrovlnný ohřev materiálu v prostoru dutinového rezonátoru je nerovnoměrný. Nehomogenní statické pole se vytváří po odrazu vln od dobře vodivého povrchu stěn rezonátoru. Plastifikovaný materiál se vkládá do pohybující se nádoby v rezonátoru, takto se potlačí nerovnoměrnost ohřevu a dosáhne se nízkého kolísání teploty v objemu ohřívaného materiálu. Z hlediska co nejrovnoměrnějšího ohřevu je také žádoucí, aby rozměry pracovního prostoru byly několikanásobkem

vlnové

délky.

Zdrojem

elektromagnetického

vlnění

jsou

magnetrony, počet magnetronů záleží na rozměrech a objemu rezonátoru. Také zvolením

dostatečným

počtem

magnetronů

se

eliminuje

nehomogennost

elektromagnetického pole. Následkem nerovnoměrného ohřevu může být špatná plastifikace dílce, nebo naopak přílišné zahřátí lokální části, což může vést k zuhelnatění. Přenos energie ve dřevě se uskutečňuje pomocí elektromagnetického vlnění. Po dopadu elektromagnetického vlnění na nedokonalé dielektrikum, jako např. dřevo se část vlnění odrazí, část proniká s postupným utlumováním, přičemž se energie elektromagnetického pole mění na teplo. Mikrovlnný ohřev lze klasifikovat jako vůbec nejrychlejší způsob zvyšování teploty dřeva, což vyplývá přímo z fyzikálního principu ohřevu absorpcí energie elektromagnetického pole. K intenzivní absorpci energie elektromagnetického pole vodou dochází právě v pásmu mikrovlnných frekvencí (dipólová polarizace), proto je mikrovlnný ohřev vlhkého dřeva zvláště účinný (Makovíny et al. 2006). Nevýhodou MV ohřevu dřeva je menší koeficient ohebnosti a menší maximální průhyb zkoušeného tělesa. Podle experimentu (Makovíny et al. 2006), byly porovnávány koeficienty ohebnosti a maximální průhyby hranolků, které byly rozděleny do dvou skupin. První byla plastifikována klasickou technologií pařením a druhá pomocí MV ohřevu. Metoda paření byla použita jako referenční vzhledem k jejímu rozsáhlému průmyslovému využití. Maximální koeficient ohebnosti k0 pařeného buku dosáhl hodnotu 0,0912 a maximální průhyb pak hodnotu 38,7 mm. Pro metodu MV ohřevu 32

a vlhkost w = 30 % byl dosáhnut maximální průhyb 32 mm a hodnota koeficientu ohebnosti odpovídala 0,0759. Při vlhkosti w = 40 % pak maximální průhyb byl 31 mm a hodnota koeficientu ohebnosti 0,0789. Obě dvě hodnoty koeficientu ohebnosti se blíží koeficientu pro pařený buk, nicméně se snížil o cca 13 až 17 %. Tento pokles ovšem nevylučuje použití MV ohřevu pro nábytkářský průmysl.

3.9

Lisování dřeva

Při lisování dřeva tak jako při jeho ohýbání se využívá jeho schopnost měnit působením tepla, vlhkosti, případně jiného plastifikačního prostředku plastičnost a působením vnějších sil tvar. Změněný tvar lisováním se stabilizuje snížením zvýšené teploty nebo vlhkosti. Při tváření dřeva lisováním dochází k jeho zhušťování a zvyšování fyzikálních a mechanických vlastností (Trávník, 2003). Komprimaci dřeva lze provádět napříč vláken nebo podél vláken, při způsobu komprimace podél vláken dochází k tzv. “harmonikovému“ efektu, které se projevuje zkrácením délky tělesa. Při komprimaci napříč vláken v radiálním nebo tangenciálním směru pak dochází k zhuštění dřeva a zvýšení mechanických vlastností. K lepšímu znázornění si lze představit jarní a letní dřevo jako pružinky, přičemž z hlediska mechanických funkcí mají pružinky letního dřeva větší tuhost než pružinky jarního dřeva. V radiálním směru se jedná o stlačování pružin, které jsou sériově řazeny, což způsobuje přednostní stlačení méně tuhých pružin – jarního dřeva. V tangenciálním směru jsoupružiny řazeny paralelně, tedy obojí se deformují zároveň (Veselý, 2008). (Neuvažuje se druh dřeviny, dřeňové paprsky, šířka letokruhu, podíl letního a jarního dřeva).

33

Obr.14: Schématické znázornění tlaku kolmo na vlákna pomocí různě silných pružin (Horáček, 2001) a) b)

radiální směr tangenciální směr

Při působení tlaku napříč vláken jsou s ohledem na makroskopickou stavbu letokruhů možné dva průběhy závislosti napětí – deformace: dvoufázová a třífázová. Při dvoufázové deformaci (obr. 15) je na diagramu zřetelná lineární část (se vzrůstajícím napětím vzrůstá i deformace), která probíhá téměř do maximální pružného zatížení. Nad mezí úměrnosti dochází k postupnému porušování soudržností tělesa, což se projevuje na hranicích letokruhů. Ty se ohýbají, navzájem od sebe oddělují a dochází k rozvíjení plastické deformace tělesa. Dvoufázová deformace je charakteristická pro dřevo jehličnanů a listnatých dřevin s kruhovitě pórovitou stavbou letokruhu (s výjimkou dubu) při tlaku v tangenciálním směru, kdy se stlačují elementy jarního i letního dřeva současně (Gandelová et al. 1996).

34

Obr.15: Pracovní diagram v tlaku napříč vláken – dvoufázová deformace (Merenda, 2006)

Třífázová křivka deformace (obr. 16) dřeva je typická pro zatížení dřeva v tlaku napříč vláken v radiálním směru pro všechna naše dřeva s výjimkou dubu. V tangenciálním směru pro dřeva listnáčů s roztroušeně pórovitou stavbou dřeva a určitou tendenci v tomto směru projevuje i dřevo dubu. Počáteční, první fáze deformace (lineární část křivky je způsobena stlačováním jarního dřeva v letokruzích. Na konci této fáze je dosaženo meze úměrnosti. Po ztrátě stability anatomických elementů začíná jejich stlačování. Tento proces probíhá působením stejného nebo jen málo vzrůstajícího napětí a postupně se rozvíjí plastické deformace. Tato fáze probíhá při značném zatížení, dochází ke zhušťování dřeva, které ale nekončí úplným porušením tělesa (Gandelová et al. 1996).

35

Obr.16: Pracovní diagram v tlaku napříč vláken – třífázová deformace (Merenda, 2006)

Komprimovat dřevo bez plastifikace lze pouze listnaté dřeviny, ale metoda je méně účinná. Lisováním plastifikovaného dřeva lze dřevo stlačit až o 20 % více, než dřevo neplastifikované bez jakéhokoliv poškození. S plastifikací taktéž klesají síly potřebné k přetvoření dřeva. Působením externího tlaku na dřevo klesá objem pórů a roste jeho hustota. Velikost změny hustoty dřeva a destrukce buněčných stěn závisí na stupni slisování (Merenda, 2009).

3.9.1

•

Způsoby lisování

Jednoosé lisování – u tohoto způsobu lisování působí síla v jednom směru. Je to nejrozšířenější způsob zhušťování dřeva, provádí se v hydraulických lisech. Tento způsob lisování lze rozdělit na dvě skupiny, na rovnoměrné (výrobek má po celé ploše stejnou deformaci – obr.17 – a) a na nerovnoměrné (deformace v ploše výrobku je různá a dosahuje se lisováním mezi tvarovanými deskami, čímž vzniká reliéf – obr.17 – b, nebo se lisuje tvarový přířez mezi rovnými lisovacími deskami – obr.17 – c)

•

Dvouosé lisování – síla působí v radiálním a tangenciálním směru. Tento postup se používá k získání zhuštěného dřeva (zvláště vysokých mechanických vlastností – obr.17 – d).

36

•

Prostorové lisování – síla působí na povrch ze všech stran (podélně, tangenciálně, radiálně – obr.17 – e). Toho se dosahuje lisováním v kapalině o tlaku několika desítek MPa.

Obr.17: Způsoby lisování dřeva (Kafka, 1989) a) rovnoměrné lisování, b) nerovnoměrné lisování mezi tvarovými deskami, c) lisování tvarového přířezu rovnými deskami, d) dvouosé lisování, e) prostorové lisování

37

4 MATERIÁL A METODIKA Vstupním materiálem pro výrobu vzorků a následných zkoušek bylo zvoleno dřevo buku lesního (Fagus silvatica L). Ke zkouškám bylo vyrobeno 90 kusů vzorků ze zóny nepravého jádra a 90 vzorků ze zóny běle. Vstupním materiálem bylo bukové řezivo s vlhkostí okolo 20 %, tloušťky 50 mm, šířky 500 mm a délky 4 m v počtu 4 ks. K účelů zkoušek byly vyrobeny zkušební vzorky jednotného rozměru 40 × 40 × 40 mm. Rozměry byly zvoleny s ohledem na prováděné zkoušky. Vzorky pro experiment byly vybrány pomocí metody náhodného výběru, který probíhal z většího množství vyrobených vzorků. Pro lisování kolmo na vlákna v radiálním směru je důležitý odklon letokruhů, nejvhodnější je speciálně ortotropní materiál. Proto bylo vybráno tzv. radiální (středové) řezivo, které splňuje příznivý odklon letokruhů. BK řezivo pocházelo z lokality polesí Křtiny. Typ nepravého jádra na vzorcích byl mozaikový, žádný vzorek neobsahoval hnilobu, jednalo se o zdravé jádro. Výroba vzorků probíhala v truhlářské dílně Žatčany tímto způsobem: •

zkrácení 4m fošen pro lepší manipulaci

•

podélné nařezání přířezů v tloušťce vzorků

•

srovnání ploch a hran do pravého úhlu

•

tlouškování na požadovaný rozměr

•

krácení přířezů na konečný rozměr vzorků

•

výběr vzorků a rozdělení do 2 skupin (s jádrem a bez jádra)

•

číslování vzorků

38

Obr.18: Zkušební vzorky před sušením v laboratorní sušárně

Metodický postup provedení experimentu:

1. Výroba zkušebních těles, číslování, měření, vážení 2. Stanovení hustoty vzorků s jádrem a bez jádra 3. Zjištění statické tvrdosti u obou skupin 4. Plastifikace vzorků 5. Lisování vzorků 6. Měření relaxace vzorků po slisování 7. Zjištění statické tvrdosti slisovaných vzorků

4.1

Stanovení vlhkosti

Pro výpočet vlhkosti byla zvolena váhová metoda dle vzorce č. 1 (Gandelová et. al., 2009):

w=

m w − m0 ⋅ 100 (%) m0

kde: mw – hmotnost vlhkého dřeva (g), m0 – hmotnost absolutně suchého dřeva (g)

39

4.2

Stanovení hustoty

Měření hustoty bylo prováděno dle normy ČSN 49 0108 Zisťovanie hustoty. Podstatou normy je zjistit hmotnost zkoušeného tělesa a jeho objem, z toho pak vypočítat hustotu těles.

Přístrojové vybavení: •

Posuvné měřidlo pro určení lineárních rozměrů s přesností 0,01 mm.

•

Digitální váhy pro přesné určení hmotnosti s přesností 0,01 g.

Zkušební tělesa: Pro určení hustoty vstupních (neslisovaných) těles bylo využito všech 180 vzorků, pro určení hustoty již slisovaných vzorků bylo využito 40 vzorků (20 z každého souboru). Důvodem byly četné trhliny na čelech vzorků, nelineárnost rozměrů a tedy neschopnost určit přesné rozměry pro zjištění objemu. Proto byly vzorky bez porušení na krajích ořezány na pravoúhlé rozměry pro přesné určení objemu a tedy hustoty.

Obr.19: Schéma lisovaní a následné úpravy pro zjištění lineárních rozměrů lisovaných vzorků (příčný řez)

Pro srovnání hustoty dřeva obsahující nepravé jádro a dřeva bez jádra bylo použito hustoty v absolutně suchém stavu ρ0 dle vzorce č. 2. Sušení probíhalo v laboratorní sušárně při teplotě 103 ± 2 ˚C. Pro lepší porovnání s ostatními autory byl výsledek přepočítán na hustotu odpovídající vlhkosti w = 12 % dle vzorce č. 3.

Vzorec č. 2: hustota absolutně suchého dřeva dle ČSN 49 0108 :

ρ0 =

m0 (kg·m-3) V0

40

kde: ρ – hustota (kg·m-3), m – hmotnost (kg), V – objem (m3)

Vzorec č. 3: přepočtový vztah hustoty dle ČSN 49 0108:  (1 − K ) ⋅ ( w − 12)  ρw = ρ 0 ⋅ 1 − (kg·m-3)  100  

kde: ρw – hustota při dané vlhkosti (kg·m-3), ρ0 – hustota dřeva při w=0 % (kg·m-3), w – vlhkost dřeva, K – koeficient objemového sesychání při změně vlhkosti o 1%

4.3

Stanovení statické tvrdosti

Měření statické tvrdosti bylo prováděno dle normy ČSN 49 0136 Drevo. Metóda zisťovania tvrdosti podľa Janky. Měření bylo provedeno Jankovou metodou a vypočtena Jankova i Brinellova tvrdost.


universální zkušební stroj ZWICK Z050/TH 3A

Zkušební tělesa:

Pro určení statické tvrdosti byly použity tělesa o rozměrech 40 × 40 × 40 mm. K určení statické tvrdosti bylo použito všech 180 neslisovaných vzorků, po slisování bylo použito 180 vzorků k určení tangenciální tvrdosti a 60 vzorků pro stanovení příčné tvrdosti. Důvodem omezení počtu vzorků pro provedení měření tvrdosti na příčném

řezu byl častý výskyt trhlin, které vznikly během lisování. Trhliny by mohli znehodnotit výsledky zkoušek nízkými hodnotami měření. Do zkušebních vzorků byl vtlačován ocelový razník o průměru 5,64 mm. Rychlost zatěžování byla nastavena na 2 mm·min-1. Hloubka vtisku byla zvolena 2,815 mm. Pro vyhodnocení je stroj připojen ke stolnímu počítači, který zaznamenává průběh zkoušky prostřednictvím programu Test Expert v 5.01. Statická tvrdost z naměřených hodnot byla vypočítána dle vzorce č. 4 a přepočtena na tvrdost odpovídající 12% vlhkosti dle vzorce č. 5.

41

Vzorec č. 4: vzorec pro výpočet statické tvrdosti pro případ zatlačení razníku do hloubky 2,82 mm dle ČSN 49 0136:

H ´´ w =

4F (MPa) 3⋅π ⋅ r 2

kde: F – síla při zatlačování razníku do zkušebního tělesa (N), r – poloměr polokoule razníku (mm)

Vzorec č. 5: vzorec pro přepočet statické tvrdosti na vlhkost 12 % dle ČSN 49 0136:

H 12 = H w [1 + α (W − 12 )] (MPa)

kde H12 – Jankova tvrdost při vlhkosti 12 % (MPa), Hw – Jankova tvrdost při vlhkosti během zkoušky (MPa), α – opravný koeficient pro daný způsob zatížení (α= 0,03), w – vlhkost těles při zkoušce (%)

Dále byla spočítána tvrdost podle Brinella, pro lepší porovnání s některými autory. Výpočet byl proveden dle normy ČSN EN ISO 6506–1 dle vzorce č. 6.

Vzorec č. 6: vzorec pro výpočet tvrdosti podle Brinella dle ČSN EN ISO 6506–1:

HB =

2F

πD( D − D 2 − d 2 )

(MPa)

kde: Hb – tvrdost podle Brinella, F – síla působící na kuličku, D – průměr kuličky, d – průměr otlačené plochy

Průměr otlačené plochy lze určit podle hloubky vtisku, dle vzorce č. 7:

42

Vzorec č. 7: vzorec pro výpočet průměru otlačené plochy:

D = 2 r 2 − (r − h) 2 (mm)

kde: r – poloměr kuličky, h – hloubka vtisku

Obr.20: Měření statické tvrdosti

4.4 Plastifikace Přístrojové vybavení:

•

mikrovlnná trouba SAMSUNG, 900 W

•

infračervený teploměr Voltcraft IR-380

Zkušební tělesa:

Plastifikace probíhala v mikrovlnné troubě SAMSUNG, optimální vlhkost pro plastifikaci je okolo 30 %. U mikrovlnné plastifikace však dochází k rychlejší ztrátě vlhkosti, proto se doporučuje až 40% vlhkost. Vstupní vlhkost vzorků se pohybovala okolo 15 % , což je méně než doporučených 40 %. Proto byl využit postup zabalení vzorku do mokré textilie a zabalený vzorek se uzavřel do igelitového pytle. Tímto způsobem byla experimentálně stanovena doba plastifikace 2 min. a 30 sec., v tomto

čase dosahovaly vzorky nejlepší plasticity. Teplota již plastifikovaných těles byla kontrolována infračerveným teploměrem Voltcraft IR-380 a pohybovala se okolo 90˚C.

43

V průběhu plastifikace docházelo k výraznému vysychání vlhčené textilie, proto byla textilie po každých 3 vzorcích znovu navlhčena. Po vyjmutí plastifikovaného vzorku byl vzorek ihned umístěn do lisovacího přípravku a stlačen. Z důvodu rychlé ztráty vlhkosti a teploty při kontaktu se studenými plochami lisovacího přípravku bylo nutné provést operaci co nejrychleji.

4.5

Lisování


Lisovací přípravek

•

Hydraulický lis

Hydraulický lis se skládá z kovového rámu na jehož horní části je umístěn píst, který je ovládán pákovým hydraulickým rozvaděčem. Síla lisu dosahuje mezní hodnoty 25 MPa a rychlosti lisování 6 mm·s-1. Hydrogenerátor je poháněn elektromotorem o výkonu 1,1 kW s napětím 400 V a frekvencí 50 Hz.

Zkušební tělesa:

Ihned po plastifikaci byly jednotlivé vzorky vkládány do lisovacího přípravku. Vzorky byly vloženy na spodní desku, vedle vzorku byly z každé strany umístěny dvě 25 mm vysoké distanční zarážky, zaručující stejný rozsah lisování u všech vzorků. Na takto nachystaný soubor byla vložena horní lisovací deska. Nutno podotknout, že vzorky nebyly umístněny do přesně vymezeného přípravku, který by měl za úkol omezovat skluz a trhání vláken vlivem odklonu vláken, nýbrž tělesa byla volně vložena na spodní desku, což pro účel zkoušky bylo vyhovující. Poté bylo možné pohybem ovládací páky začít lisovat vzorky (v radiálním směru) do doby, než došlo ke styku horní lisovací desky a distančních zarážek. Původní rozměr vzorku (40 mm) se změnil na velikost rovnající se distančním zarážkám 25 mm. Došlo tedy ke komprimaci v radiálním směru, která odpovídá 37,5% stlačení.

44

Obr.21: Lisování plastifikovaných vzorků

4.6

Stanovení relaxace vzorků


Digitální posuvné měřidlo Festa

Zkušební tělesa:

Po vyjmutí stlačeného vzorku byl ihned změřen radiální rozměr a zaznamenán do tabulky. Takto byla změřena okamžitá relaxace po vyjmutí z lisovacího přípravku. Poté byly vzorky ponechány 24 hodin a znovu přeměřeny. Další měření bylo prováděno po vysušení vzorků v laboratorní sušárně na 0% vlhkost a znovu přeměřeny radiální rozměry. Vše bylo zaznamenáno do tabulek. Takto byla stanovena návratnost vzorků do původních rozměrů.

45

4.7

Statistické vyhodnocení

U všech souborů naměřených dat byly vyhodnoceny: •

aritmetický průměr,

•

medián,

•

minimální a maximální hodnota,

•

směrodatná odchylka

•

variační koeficient.

Porovnávání souborů bylo prováděno pomocí t-testu, pokud měla data normální rozdělení.

V případě

souboru,

který

neměl

normální

rozdělení

byl

použít

neparametrický Mann – Whitneyův test. Zjištění normálního rozdělení bylo provedeno pomocí Shapiro-Wilkova testu. Pro porovnání více výběrů byla použita jednofaktorová ANOVA a následné mnohonásobné porovnání pomocí Tukeyho testu. Hladina významnosti byla vždy zvolena α = 0,05. Grafické znázornění zobrazují krabicové grafy. Vyhodnocení probíhalo pomocí programů EXCEL a STATISTICA.

46

5 VÝSLEDKY 5.1 Hustota 5.1.1

Hustota neslisovaných vzorků

Kompletní porovnání hustoty nepravého jádra a běle buku odpovídající vlhkosti w = 12 % zaznamenává tabulka č. 4. Hustota neslisovaných vzorků běle odpovídá střední hodnotě 647 kg·m-3. Hustota vzorků nepravého jádra nabývá střední hodnoty 707 kg·m-3. Rozdíl je tedy poměrně značný, hustota vzorků nepravého jádra má o 60 kg·m-3 vyšší hustotu, což odpovídá v procentuálním vyjádření je rozdílu 9,27 %. Přestože se v souboru bez jádra objevuje několik odlehlých hodnot a jedna extrémní, na celkovou homogenitu souboru nemají zásadní vliv, což potvrzují nízké variační koeficienty. Pro porovnání dat byl použit neparametrický Mann – Whitneyův test středních hodnot, který doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Hustoty tedy považujeme za statisticky odlišné. Grafické znázornění zachycuje krabicový graf č. 1.

Tabulka č.4: Porovnání hustoty neslisovaných vzorků při w = 12 %

minimální hodnota (kg·m-3)

maximální hodnota (kg·m-3)

směrodatná odchylka (kg·m-3)

variační koeficient (%)

90 90

medián (kg·m-3)

jádro běl

střední hodnota (kg·m-3)

Počet měření

statistické vyhodnocení

p hodnota

707 647

702 651

661 575

784 735

27,6 30,9

3,9 4,8

0

47

Shoda středních hodnot

zamítá se

800 780 760

Hustota (kg·m-3)

740 720 700 680 660 640 620 600 580 560 bez jádra

s jádrem

Soubor

Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy

Graf č.1: Porovnání hustoty neslisovaných vzorků při w =12 %

5.1.2

Hustota slisovaných vzorků

Kompletní porovnání hustoty slisovaných vzorků nepravého jádra a běle buku odpovídající vlhkosti w = 12 % zaznamenává tabulka č. 5. Hustota vzorků běle odpovídá střední hodnotě 755 kg·m-3. Hustota vzorků nepravého jádra nabývá střední hodnoty 839 kg·m-3. Rozdíl je tedy ještě více markantní než u nelisovaného souboru. Hustota vzorků nepravého jádra má o 84 kg·m-3 vyšší hustotu, což odpovídá v procentuálním vyjádření je rozdílu 11,12 %. Pro porovnání dat byl použit neparametrický Mann – Whitneyuv test středních hodnot, který doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Hustoty tedy považujeme za statisticky odlišné. Grafické znázornění zachycuje krabicový graf č. 2.

48

Tabulka č.5: Hustota slisovaných vzorků při w = 12 %

maximální hodnota (kg·m-3)

831 750

771 712

914 805

46,9 33,1


minimální hodnota (kg·m-3)

jádro 20 běl 20

směrodatná odchylka (kg·m-3)

Medián (kg·m-3)

839 755

počet měření

střední hodnota (kg·m-3)


5,6 4,4

p hodnota

shoda středních hodnot

4·10-6

zamítá se

940 920 900 880

Hustota (kg·m-3)

860 840 820 800 780 760 740 720 700 bez jádra

s jádrem

Soubor


Graf č.2: Porovnání hustoty slisovaných vzorků w = 12 %

49

5.2 Tvrdost 5.2.1

Jankova tvrdost neslisovaných vzorků – tangenciální směr

Souhrn naměřených hodnot tvrdosti neslisovaných vzorků v tangenciálním směru při vlhkosti 12 % zachycuje tabulka č. 6. Grafické znázornění ukazuje krabicový graf č. 3. Střední hodnota Jankovy tvrdosti jádra je 44,8 MPa a běle 35,4 MPa. Rozdíl tvoří 9,4 MPa, což odpovídá značnému procentuálnímu rozdílu 26,55 %. V souboru s jádrem se objevují odlehlé a jedna extrémní hodnota. Tyto hodnoty lze přisoudit vysoké variabilitě vlastností dřeva. Variační koeficienty nabyly rozumných hodnot. Pro porovnání dat byl použit neparametrický Mann – Whitneyuv test středních hodnot, který doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot.

Tabulka č.6: Jankova tvrdost neslisovaných vzorků v tangenciálním směru w = 12 %

počet měření

střední hodnota (MPA)

medián (MPA)

minimální hodnota (MPA)

maximální hodnota (MPA)

směrodatná odchylka (MPA)



p hodnota

jádro 90 běl 90

44,8 35,4

43,3 34,1

34 24,3

75,4 47,4

6,6 5,4

14,8 15,3

0

50


zamítá se

80

70

H12 (MPa)

60

50

40

30 Medián 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy

20 bez jádra

s jádrem

Soubor

Graf č.3: Porovnání Jankovy tvrdosti neslisovaných vzorků v tangenciálním směru při w = 12 %

5.2.2

Jankova tvrdost neslisovaných vzorků – příčný směr

Přehled naměřených hodnot Jankovy tvrdosti v příčném směru při vlhkosti 12 % poskytuje tabulka č. 7. Grafické znázornění ukazuje krabicový graf č. 4. Střední hodnota Jankovy tvrdosti jádra nabyla hodnoty 73,4 MPa, běle pak 65,4 MPa. Rozdíl činí 8 MPa, což je procentuálně vyjádřeno rozdíl 12,3 %. Pro porovnání dat byl použit neparametrický Mann – Whitneyuv test středních hodnot, který doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot.

Tabulka č.7: Jankova tvrdost neslisovaných vzorků v příčném směru při w = 12 %



Směrodatná odchylka (MPA)


90 90

medián (MPA)

jádro běl


počet měření


p hodnota

73,4 65,4

74,1 65

55,4 50,9

93,8 81,9

7,7 7,2

10,5 11,0

1,1·10-11

51


zamítá se

100 95 90 85

H12 (MPa)

80 75 70 65 60 55 50 45 bez jádra

s jádrem

Soubor


Graf č. 4: Porovnání Jankovy tvrdosti neslisovaných vzorků v příčném směru při w = 12 %

5.2.3

Jankova tvrdost slisovaných vzorků – tangenciální směr

Kompletní naměřená data Jankovy tvrdosti slisovaných vzorků v tangenciálním směru při vlhkosti 12% zachycuje tabulka č. 8. Grafické znázornění zachycuje krabicový graf č. 5. Rozdíl středních hodnot mezi jádrem a bělí činí 8,8 MPa, tato hodnota odpovídá 20,85% rozdílu. Variační koeficienty u obou souborů nabyly poměrně vysokých hodnot, vyšší hodnoty lze přisoudit variabilitě dřeva, jakož přírodního materiálu. Pro porovnání dat byl použit t–test středních hodnot, který doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot.

52

Tabulka č.8: Jankova tvrdost slisovaných vzorků v tangenciálním směru při w = 12 %




89


běl

medián (MPA)

jádro 88


počet měření


p hodnota

51

48,5

26,3

85,6

12,1

23,6

42,2

44

23,7

67,4

7,9

18,8

8,5·10-5


zamítá se

90

80

H12 (MPa)

70

60

50

40

30

20 běl

s jádrem

Soubor


Graf č. 5: Porovnání Jankovy tvrdosti slisovaných vzorků v tangenciálním směru při w = 12 % 5.2.4

Jankova tvrdost slisovaných vzorků – příčný směr

Souhrn naměřených hodnot Jankovy tvrdosti slisovaných vzorků v příčném směru při vlhkosti 12% zachycuje tabulka č. 9. Grafické znázornění ukazuje krabicový graf č. 6. Střední hodnota Jankovy tvrdosti jádra je 90 MPa a běle 74,8 MPa. Rozdíl tvoří 15,2 MPa což odpovídá značnému procentuálnímu rozdílu 20,32 %. Pro porovnání dat byl použit t-test středních hodnot, který doporučil s 95% pravděpodobností zamítnout nulovou hypotézu o shodě středních hodnot. Kompletní přehled naměřených tvrdostí shrnuje tabulka č. 10.

53

Tabulka č.9: Jankova tvrdost slisovaných vzorků v příčném směru při w = 12 %

Medián (MPA)





jádro 30 běl 30


počet měření


p hodnota

90,0 74,8

87,0 76,1

67,7 58,4

117,2 91,1

13,1 9,1

14,5 12,1

2·10-6


zamítá se

120

110

H12 (MPa)

100

90

80

70

60

50 bez jádra

s jádrem

Soubor


Graf č.6: Porovnání Jankovy tvrdosti slisovaných vzorků v příčném směru při w = 12 %

Tabulka č.10: Přehled Jankovy a Brinellovy statické tvrdosti

Janek Tvrdost (w12) 44,8 Jádro 35,4 Běl směr / lisovaní

Brinell 49,3 38,9

tangenciální / nelisované

Janek (w12) 73,4 65,4

střední hodnota (MPa) Janek Brinell Brinell (w12) 80,8 51 56,1 71,9 42,2 46,4

příčný / nelisované

54

tangenciální / slisované vzorky

Janek (w12) 90,0 74,8

Brinell 100,3 82,3

příčný / slisované vzorky

5.3 Relaxace vzorků po lisování Pro porovnání relaxace jednotlivých souborů byla použita jednofaktorová ANOVA, grafické znázornění poskytuje graf č. 7. Naměřené hodnoty představují relaxační přírůstek k původnímu lisovanému rozměru 25 mm. Z výsledků lze říci, že statisticky významný rozdíl není pouze mezi okamžitou relaxací jádra a běle. Relaxaci po 24 hodinách a relaxaci po vysušení na vlhkost 0 % vyhodnotila ANOVA a následný Tukeyův test jako statistický významný. Střední hodnoty jádra a běle v těchto dvou souborech jsou tedy považovány za odlišné.





medián (MPA)


zóna dřeva / druh relaxace

počet měření

Tabulka č.11: Relaxace vzorků po slisování

Běl / okamžitá relaxace

90 2,97 2,94 2,12 4,69 0,34 11,40

Jádro / okamžitá relaxace

90 3,10 3,06 2,19 4,21 0,41 13,16

Běl / relaxace po 24 hod. Jádro / relaxace po 24 hod. Běl / relaxace po vysušení na 0% Jádro / relaxace po vysušení na 0%

89 2,86 2,85 1,96 4,42 0,34 11,81 89 3,05 3,04 2,14 4,15 0,41 13,48

p hodnota


0,255

nezamítá se

0,0160

zamítá se

-5

zamítá se

89 2,69 2,64 1,71 3,56 0,35 12,96 89 2,96 2,96 1,91 4,18 0,48 16,29

55

6,5·10

3,3

Relaxace (mm)

3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 2,7

jádro-relaxace po vysušení na 0%

jádro-relaxace po 24 h.

jádro-okamžitá relaxace

běl-relaxace po vysušení na 0%

běl-relaxace po 24 h.

2,5

běl-okamžitá relaxace

2,6

Soubor

Graf. č.7: Graf jednofaktorové ANOVY pro porovnání relaxace souborů

Z grafu je patrné posunutí hodnot souborů obsahující jádro na ose y. Přestože se jedná o rozdíl hodnot v desetinách mm, vykazují soubory s nepravým jádrem vyšší stupeň návratnosti do původního rozměru. Rozdíl středních hodnot mezí bělí a jádrem u okamžité relaxace činí 0,13 mm, což odpovídá rozdílu 4,37 %. Rozdíl v relaxaci po 24 hodinách je pak 0,19 mm, to odpovídá v procentuálním vyjádření rozdílu 6,64 %. Největší rozdíl se projevil v relaxaci po vysušení na 0 % vlhkost, který činí 0,27 mm. Tato hodnota představuje rozdíl 10,03 %.

5.4 Zjišťované závislosti 5.4.1

Závislost statické tvrdosti na hustotě

Pro zjištění závislosti statické tvrdosti na hustotě byla použita korelační a regresní analýza. Oba soubory hodnot byly požity v korelační a regresní analýze při stejné vlhkosti w = 12 %. Z grafu je patrný rostoucí trend tvrdosti v závislosti na hustotě, což je logické. U souboru nepravého jádra má tento trend vyšší hodnotu růstu. Koeficienty determinace jsou u obou souborů podobné. Rozptyl souboru nepravého jádra je 56

vysvětlován z 22 % a soubor běle pak z 26,99 %, což jsou poměrně nízké a ne zcela průkazné hodnoty. Podobný (rostoucí) trend lze očekávat u statické tvrdosti ve všech anatomických směrech v závislosti na hustotě.

Jankova Tvrdost v tangenciálním směru (MPa)

80

Běl

y = 0,1128x - 34,961

70

Nepravé jádro

R2 = 0,22 60 50 40

y = 0,091x - 23,543 R2 = 0,2699

30 20 500

550

600

650

700

750

800

Hustota (kg·m-3)

Graf. č.8: Závislost statické tvrdosti nepravého jádra a běle na hustotě

5.4.2

Závislost okamžité relaxace na hustotě

Soubory nepravého jádra a běle byly podrobeny korelační a regresní analýze pro zjištění závislosti okamžité relaxace na hustotě. Z grafu jasně plyne téměř nulová závislost. Koeficienty determinace jsou u obou souborů zanedbatelné. Rozdíl mezi soubory nepravého jádra a běle je taktéž zanedbatelný. Tento fakt pouze potvrzuje závěry jednofaktorové ANOVY, která nezamítla shodu středních hodnot obou souborů. S rostoucí hustotou neroste relaxace dřeva.

57

Okamžitá relaxace (mm)

5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 500

Běl Nepravé jádro

y = 0,0007x + 2,5332

y = 0,0022x + 1,5201

2

R = 0,0038

550

600

2

R = 0,0211

650

700

750

Hustota (kg·m-3)

Graf. č.9: Závislost relaxace nepravého jádra a běle na hustotě

58

800

6 DISKUZE 6.1 Hustota 6.1.1

Hustota neslisovaných vzorků

Hustota je základní materiálová vlastnost dřeva. Hustota dřeva je v úzké spojitosti s většinou fyzikálních a mechanických vlastností. Znalostí proměnlivosti hustoty nepravého jádra a běle získáme základní představu o změně jiných vlastností dřeva. Výsledky naměřené hustoty u souboru běle a jádra ukázaly a potvrdily jasný rozdíl mezi bělí a jádrem buku. Naměřená hustota jádra při vlhkosti w = 12 % je ρ12 = 707 kg·m-3 , hustota běle při téže vlhkosti pak ρ12 = 647 kg·m-3. Rozdíl tvoří značný rozdíl 60 kg·m-3. Důvodem je výskyt jádrových látek v lumenech parenchymatických buněk dřeňového paprsku, v libriformních vláknech a vláknitých tracheidách. Jádrové látky a thyly přispěly k vyšší hmotnosti dřeva obsahující nepravé jádro a tím k vyšší hustotě. Pouchanič (2011) ve své práci naměřil rozdíl 35 kg·m-3, ještě menší rozdíl 19 kg·m-3 naměřil Pöhler et. al. (2005). Tyto rozdíly lze vysvětlit variabilitou vlastností dřeva a proměnou hustotou v závislosti na růstových podmínkách a polohy v kmeni. Dle mého názoru hraje důležitou roli i druh zkoumaného jádra. Jestliže uvážíme fakt, že barevnou odlišnost nepravého jádra způsobují především jádrové látky a thyly, je možné dát do přímé souvislosti barevný odstín nepravého jádra (a tedy výskyt jádrových látek a thyl) s hustotou dřeva. Je možné srovnat i hustotu v absolutně suchém stavu, literatura udává (Požgaj, 1993; Horáček, 2001) ρ0 = 685 kg·m-3. Mnou naměřená hustota je ρ0 = 628 kg·m-3, rozdíl činí 57 kg·m-3 . Tento rozdíl potvrzuje fakt o rozmanitosti dřeva a jeho vlastností.

6.1.2

Hustota slisovaných vzorků

Se změnou rozměrů zkušebních vzorků se změlnila i hustota těles. Hustota je dána podílem hmotnosti ku objemu. Slisováním se změnil objem, ale hmotnost zůstala téměř stejná. Hustota běle stoupla na ρ12 = 755 kg·m-3

a hustota nepravého jádra na

ρ12 = 839 kg·m-3. Tento nárůst odpovídá stupni slisování 37,5 %. Rozdíl tedy činní

59

84 kg·m-3. Rozdílný poměr hustoty mezi nepravým jádrem a bělí zůstal tedy víceméně zachován.

6.2 Statická tvrdost Tvrdost dřeva je důležitá materiálová vlastnost především ke vztahu k dřevěným podlahám a k jiným interiérovým nášlapným plochám. Statická tvrdost má také význam při opracování dřeva a v případech mechanického opotřebování. Zjištěné výsledky statické tvrdosti navazují na trend vyšší hustoty u vzorků s nepravým jádrem. Statická tvrdost je přímo závislá na hustotě, tedy i zde byly zjištěny rozdíly mezi nepravým jádrem a bělí. Ve všech prováděných zkouškách měly vzorky nepravého jádra vyšší statickou tvrdost. Hodnota Jankovy statické tvrdosti v tangenciálním směru běle neslisovaných vzorků při w = 12% mi vyšla 35,4 MPa a jádra 44,8 MPa. Rozdíl mezi statickou tvrdostí v tangenciálním směru neslisovaných vzorků je tedy 9,4 MPa. Matovič (1993) udává statickou tvrdost buku v tangenciálním směru 44,5 MPa. Vzhledem k mnou nižší zjištěné hustotě, kterou jsem naměřil považuji naměřenou hodnotu za odpovídající. V příčném směru jsou hodnoty statické tvrdosti obecně vyšší a to až o 30 %. Mnou naměřená Jankova tvrdost v příčném směru běle při w = 12 % je 65,4 MPa a hodnota jádra je 73,4 MPa. Rozdíl tvrdosti v příčném směru činí 8 MPa. Tento rozdíl mezi bělí a nepravým jádrem je v téměř stejném poměru jako v tangenciálním směru. Matovič (1993) udává statickou tvrdost v příčném směru buku 61 MPa, což je hodnota velmi podobná mnou naměřené.

U slisovaných vzorků se hustota projevila ještě markantněji a hodnoty statické tvrdosti nabyly vyšších hodnot. Jankova tvrdost slisovaných vzorků v tangenciálním směru běle při w = 12 % nabyla hodnoty 42,2 MPa a tvrdost vzorků s nepravým jádrem činí 51 MPa. Rozdíl u slisovaných vzorků tedy činí 8,8 MPa. Také u příčného směru byl patrný nárůst tvrdosti. Zde tvoří rozdíl mezi bělí a nepravým jádrem Jankovy tvrdosti v příčném směru při w = 12 % 15,2 MPa. Vzhledem ke stupni zvoleného slisování a metodiky nelze tyto výsledky srovnat s jinými autory. Lze konstatovat, že lisováním stoupla tvrdost a to v průměru o 17 %.

60

6.3 Relaxace Jako poslední zkoumaná vlastnost byla zvolená relaxace (míra návratnosti do počátečních rozměrů) po lisování. Tato vlastnost byla zvolena s ohledem na poznání a porovnání pracování dřeva běle buku a nepravého jádra buku po zátěži lisováním. Buk je primárně používaná dřevina pro ohýbaný nábytek, z tohoto důvodu bylo snahou porovnat chování nepravého jádra po mechanické zátěži. Relaxace byla rozdělena do tří úseků: okamžitá relaxace po uvolnění zátěže, relaxace po 24 hodinách a relaxace po vysušení na 0% vlhkost. Při porovnání okamžitého stupně návratnosti běle a nepravého jádra nebyla zamítnuta hypotéza o shodě středních hodnot. Rozdílný stupeň okamžité relaxace je tedy natolik malý, že ho nemůžeme považovat za statisticky významný. Soubor nepravého jádra měl tendenci po uvolnění zátěže pístu lisu nabýt o 3,1 mm a soubor běle o 2,97 mm. Rozdíl se tedy rovná 0,13 mm ve prospěch nepravého jádra. Tento rozdíl lze přisoudit přítomností vícero elementů (jádrové látky, thyly), které mají patrně minimální vliv na relaxaci. Po okamžité relaxaci byla měřena relaxace po 24 hodinách a po vysušení na w = 0 %. U obou následných relaxací došlo k redukci rozměrů, tzn. místo dílčí návratnosti do původního rozměru vzorku začalo docházet ke snižování rozměrů. Zde již jednofaktorová ANOVA vyhodnotila u obou relaxací významné statistické rozdíly mezi nepravým jádrem a bělí. Redukci rozměrů lze spojit se ztrátou vlhkosti a tedy ke zmenšení rozměrů lisovaného vzorku. Nepravé jádro má vyšší tendenci sesychání, což potvrzuje Pouchanič (2011), který uvádí ve své práci vyšší hodnoty sesychání nepravého jádra oproti běle buku ve všech anatomických směrech. Rozdíl v relaxaci po 24 hodinách mezi nepravým jádrem a bělí byl naměřen 0,19 mm. Největší rozdíl se projevil v relaxaci po vysušení na 0 % vlhkost, který činí 0,27 mm. Lze tedy konstatovat, že významné relaxační změny jsou spojeny s rozdílným chováním nepravého jádra ve vztahu k vlhkosti.

61

7 ZÁVĚR Cílem diplomové práce bylo objasnit některé fyzikální a mechanické vlastnosti nepravého jádra buku a porovnat je s bělovou částí a tím přispět k lepšímu poznání chování nepravého jádra buku. Dílčím cílem pak bylo sestavit ucelený literární přehled spojený s problematikou nepravého jádra.

Pro účel experimentu byl vyroben dostatečný počet vzorků, na nichž byly stanovené vlastnosti určeny. Hodnoceny byly tyto vlastnosti: hustota, statická tvrdost, relaxace. Výsledky měření potvrdily rozdílné chování nepravého jádra. Pomocí statistických testů byly stanoveny statisticky významné rozdíly téměř u všech zkoumaných vlastností. Jako klíčová vlastnost se projevila hustota, která plyne z do jisté míry rozdílné stavby nepravého jádra. Hustota nepravého jádra nabyla výrazně vyšších hodnot. Na hustotě jsou víceméně závislé všechny ostatní vlastnosti dřeva. Statická tvrdost dřeva se projevila ve vyšších hodnotách u nepravého jádra. Hustota však neměla vliv na relaxaci dřeva po lisování. I v tomto případě se projevily odlišné vlastnosti nepravé jádra. Okamžitá relaxace po uvolnění zátěže lisovacího pístu byla jako jediná zkoumaná vlastnost statisticky nevýznamná. Zbylé vlastnosti byly označeny za statisticky významné. Při relaxaci spojené s delším časovým úsekem se projevily rozdílné vlastnosti mezi nepravým jádrem a bělí spojené s rozdílným chováním především ve vztahu k vlhkosti. Uvedené výsledky přispívají k poznání vlastností a chování nepravého jádra. Vzhledem ke značným ekonomickým ročním ztrátám způsobených výskytem nepravého jádra v bukovém sortimentu je důležité vědět o nepravém jádru co nejvíce informací. Mnou naměřené výsledky se zvolenou metodikou potvrzují fakt některých autorů, že rozdílné vlastnosti mezi nepravým jádrem a bělí jsou statisticky významné.

Z uvedených výsledků vyplývá, že nepravé jádro nemusí být vždy považováno za vadu. Lze doporučit zpracovávání nepravého jádra buku v nábytkářském průmyslu. Použitím řeziva obsahující tuto vadu by mohlo dojít k redukci ceny některých výrobků. Aby bylo možné dosáhnout vyšší produkce nábytku, který obsahuje nepravé jádro, je žádoucí aby se budoucí výzkum zaměřil na sjednocení barvy nepravého jádra a běle. Souhrnné výsledky poskytuje tabulka č. 12.

62

Okamžitá relaxace (mm)

Relaxace po 24 hod. (mm)

Relaxace po vysušení na w=0% (mm)

Hustota při w=12% (kg·m-3)

Neslisovaný / nepravé jádro

692

707

—

—

—

—

—

Neslisované / běl

634

647

—

—

—

—

—

+9,17%

+9,27%

—

—

—

—

—

Slisované / nepravé jádro

821

839

—

—

3,1

3,05

2,96

Slisované / běl

739

755

—

—

2,97

2,86

2,69

—

—

44,8

49,3

—

—

—

35,4

38,9

—

—

—

—

—

—

Slisování / zóna / směr

Rozdíl (%)

Rozdíl (%) +11,06% +11,10% Neslisovaný /nepravé jádro / tangenciální — — Neslisovaný / běl / tangenciální — —

Brinellova tvrdost (MPa)

Hustota při w=0% (kg·m-3)

Jankova tvrdost při w=12% (MPa)

Tabulka č.12: Souhrnný přehled výsledků

+4,37% +6,64% +10,03%

Rozdíl (%) Slisovaný /nepravé jádro / tangenciální Slisovaný / běl / tangenciální

—

—

—

—

51

56,1

—

—

—

—

—

42,2

46,4

—

—

—

Rozdíl (%) Neslisovaný /nepravé jádro / příčný

—

—

—

—

—

—

—

73,4

80,8

—

—

—

Neslisovaný / běl / příčný

—

—

65,4

71,9

—

—

—

Rozdíl (%) Slisovaný /nepravé jádro / příčný

—

—

—

—

—

—

—

90

100,3

—

—

—

Slisovaný / běl / příčný

—

—

74,8

82,3

—

—

—

Rozdíl (%)

—

—

—

—

—

63

+26,55% +26,70%

+20,85% +20,90%

+12,23% +12,37%

+20,32% +21,87%

8 SUMMARY The degree project aims to clarify some physical and mechanical properties of beech heartwood comparing them with those of whitewood for a better understanding of the behaviour of beech redwood. A partial objective was to make a comprehensive reference list concerning false-heartwood-related problems.

A sufficient number of samples were taken to experimentally determine the properties required. These included: density, static hardness, and relaxation. The results of the measurement confirmed the different behaviours of false heartwoods. By static tests, statistically significant differences were found in almost all properties examined. Density proved to be a key property, which, to a certain degree, follows from the different structure of read heart. The density of red heart was significantly higher. Almost all other wood properties depend on density. The static hardness was higher in red heart. The density, however, had no impact on the relaxation of wood after pressing. Even in this case, the different properties of red heart could be observed. Instantaneous relaxation after releasing the press ram, as the only property observed, was statistically insignificant. The remaining properties were found to be statistically significant. In longer-period relaxation, different properties were observed of red and white hearts with different behaviours mostly related to humidity. The results obtained contribute to a better understanding of the properties and behaviour of false heartwood. As the annual economic loss caused by the occurrence of false beech heartwood is considerable, it is important to know as much as possible about false heartwood. The results that I measured using the methodology selected corroborate the opinion of some authors about the differences between the properties of red and white hearts being statistically significant.

The above results imply that false heartwood need not necessarily be seen as a defect. Processing beech wood with red heart in furniture industry can be recommended. If sawn wood with this defect is used, the price of some products might be reduced. In order to increase the production of furniture containing false heartwood, it is desirable that the future research focuses on ways of unifying the colours of the red and white heartwoods. Table 12 summarizes the results.

64

Instant relaxation (mm)

Relaxation after 24 hours (mm)

Relaxation after drying at w=0% (mm)

Density at w=12% (kg·m-3)

Non compressed / heartwood

692

707

—

—

—

—

—

Non compressed / sapwood

634

647

—

—

—

—

—

+9,17%

+9,27%

—

—

—

—

—

Compressed / heartwood

821

839

—

—

3,1

3,05

2,96

Compressed / sapwood

739

755

—

—

2,97

2,86

2,69

—

—

44,8

49,3

—

—

—

35,4

38,9

—

—

—

—

—

—

Pressing / zone / direction

Difference (%)

Difference (%) +11,06% +11,10% Non compressed / heartwood / tangential — — Compressed / sapwood / tangential — —

Brinell hardness (MPa)

Density at w=0% (kg·m-3)

Janka hardness at w=12% (MPa)

Table number 12: Summary of results

+4,37% +6,64% +10,03%

Difference (%) Compressed / heartwood / Tangential Compressed / sapwood / tangential

—

—

—

—

51

56,1

—

—

—

—

—

42,2

46,4

—

—

—

Difference (%) Non compressed / heartwood / transverse Non compressed / sapwood / transverse

—

—

—

—

—

—

—

73,4

80,8

—

—

—

—

—

65,4

71,9

—

—

—

Difference (%) Compressed / heartwood / transverse Compressed / sapwood / transverse

—

—

—

—

—

—

—

90

100,3

—

—

—

—

—

74,8

82,3

—

—

—

Difference (%)

—

—

—

—

—

65

+26,55% +26,70%

+20,85% +20,90%

+12,23% +12,37%

+20,32% +21,87%

9 LITERATURA BALABÁN, Karel. Nauka o dřevě. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1952. ISBN 4-291418.

GANDELOVÁ, Libuše, Petr HORÁČEK a Jarmila ŠLEZINGEROVÁ. Nauka o dřevě. Brno: Ediční středisko MZLU v Brně, 1996. ISBN 80-7157-577-1.

KAFKA, Emanuel. Dřevařská příručka. Praha: Stání nakladatelství technické literatury, 1989.

KLÍR, Josef. Vady dřeva. Bratislava: SNTL - nakladatelství technické literatury Alfa, 1981

KOŠULIČ, Milan. Nepravé jádro buku. [online]. 2003, č. 4 [cit. 2012-05-02]. Dostupné z: http://pbl.fri13.net/index.php?mod=clanky&id=41

MAKOVÍNY, Ivan a Ján ZEMIAR. Mikrovlnné zariadeni a technológia plastifikace dreva mikrovlným ohrevom. Zvolen: TU vo Zvolene, 2006. ISBN 3-1189.932.

MATOVIČ, Anton. Nauka o dřevě. první. Brno: Ediční středisko VŠZ, 1977. ISBN 55918-77.

MERENDA, Lukáš. Lisování smrkového dřeva v transverzálním směru a modifikace jeho materiálových vlastností pomocí dielektrického ohřevu a vysoké teploty. Brno, 2009. Disertační práce. Mendelova univerzita.

MERENDA, Lukáš. Varianty využití experimentálního autoklávu. Brno, 2006. Diplomová práce. Mendelova univerzita.

NEČESANÝ, Vladimír. Jádro buku. První. Bratislava: Vydavatelstvo Slovenskej Akadémie vied, 1958.

66

ONDRÁČEK, Karel. Analýza vad bukových kmenů. Brno, 2000. signatura 84.847. Disertační práce. Mendelova univerzita.

PÖHLER, Evelyn, Raoul KLINGNER a Tina KÜNNIGER. Beech (Fagus sylvatica L.) – Technological properties, adhesion behaviour and colour stability with and without coatings of the red heartwood. 2005. DOI: 10.1051/forest:2005105.

POUCHANIČ, Jan. Porovnání vybraných vlastnosí bělového dřeva a dřeva nepravého jádra. Brno, 2011. Bakalářská práce. Mendelova univerzita.

POŽGAJ, Alexander et. al. Štruktúra a vlastnosi dreva. Druhé. Bratislava: Svornosť s.r.o., 1997. ISBN 80-07-00960-4.

PUTNOVÁ, Anna. Mikroskopická charakteristika nepravého jádra buku vzniklého bez i za účasti dřevokazných hub. Brno, 1984. Diplomová práce. Univerzita J. E. Purkyně.

RAČKO, Vladimír a Igor Čunderlík ČUNDERLÍK. Zrelé dreva alp limitujúci faktor vzniku nepravého jadra buka (Fagus Sylvatica L.). In: [online]. 2010 [cit. 2012-04-30]. ISSN 1336−3824. Dostupné z: http://www.tuzvo.sk/files/DF/fakulta_df/AFX/AFX_52_1_2010.pdf

RAČKO, Vladimír a Igor ČUNDERLÍK. Vplyv veku stromu na frekvenci výskytu a velkost nepravého jadra buka (Fagus Sylvatica L.). In: [online]. 2011 [cit. 2012-04-30]. Dostupné z: http://www.tuzvo.sk/files/DF/fakulta_df/df-afx-53-2-2011.pdf#page=3

ROBINSON, Sara C., Daniela TUDOR a Paul A. COOPER. Utilizing pigmentproducing fungi to add commercial value to American beech (Fagus grandifolia). 2011. DOI: 10.1007/s00253-011-3576-9.

SORZ, Johannes a Peter HIETZ. Is oxygen involved in beech (Fagus sylvatica) red heartwood formation?. Trees. 2008, č. 22. DOI: 10.1007/s00468-007-0187-2.

67

SVATOŇ, Josef. Ochrana dřeva. první. Brno: ediční středisko MZLU v Brně, 2000. ISBN 80-7157-435-X.

SUCHOMEL, Jozef a Miloš GEJDOŠ. Vplyv vybraných faktorov na výskyt nepravého jadra v dřevině Buk lesný (Fagus Sylvatica L.). In: [online]. 2010 [cit. 2012-04-30]. ISSN 1336−3824. Dostupné z: http://www.tuzvo.sk/files/DF/fakulta_df/AFX/AFX_52_1_2010.pdf

ŠLEZINGEROVÁ, Jarmila a Libuše GANDELOVÁ. Stavba dřeva. první. Brno: Ediční středisko MZLU, 2008. ISBN 978-80-7157-636-5.

ŠPUNDA, Jiří. Směry rozvoje technologie ohýbání - plastifikace nábytkových hranolků. Brno, 2005. Bakalářská práce. Mendelova univerzita.

ŠVENDA. Nepravé jádro buku není vada, ale výzva. In: [online]. 2003 [cit. 2012-05-02]. Dostupné z: http://www.mzp.cz/ris/ekodisknew.nsf/6d13b004071d0140c12569e700154acb/88c84fce927d068ac12570920042f01e/ $FILE/str.%2039-56.pdf

TRÁVNÍK, Arnošt. Výroba dřevěného nábytku. Brno: Ediční středisko MZLU v Brně, 2003. ISBN 80-7157-674-3.

VESELÝ, Přemysl. Modifikace vlastností dřeva lisováním kolmo na dřevní vlákna. Brno, 2008. Diplomová. Mendelova univerzita.

WERNSDÖRFER, Holger. Analysing red heartwood in Beech (Fagus sylvatica L.) related to external tree characteristics – towards the modelling of its occurrence and shape at the individual tree level [online]. Nancy, 2006 [cit. 2012-04-30]. Dostupné z: http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/50/02/86/PDF/These_HolgerWernsdorfer.pdf. Disertační práce. Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts.

68

Normy: ČSN 49 0108: Zisťovanie hustoty ČSN 49 0136: Metóda zisťovania statickej tvrdosti EN ISO 6506–1: Zkouška tvrdosti podle Brinella

Internetové zdroje: http://www.voglauer.com http://wood.mendelu.cz

69

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Recommend Documents