Szakvélemény 1. rész a Mediator kft által hıkezelt fenyı és bükk faanyagok tulajdonságaival és felhasználhatóságával kapcsolatban
1. A kezelés hatása a szilárdsági jellemzıkre
700 600
Sőrőség, kg/m3
500 400 300 200 100 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Sőrőség, mint univerzális anyagjellemzı A kezelések hatására a sőrőség számottevıen nem változik. A termékek önsúlyának tervezésekor ez az anyagjellemzı nem viselkedik másként, mint a kezeletlen anyagnál.
160
Hajlító szilárdság, MPa
140 120 100 80 60 40 20 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Hajlítószilárdság A kezelések a hajlítószilárdság értékeit nem rontják, sıt a közepes kezelési fokozatnál növekedés figyelhetı meg. A növekedés oka az alacsonyabb egyensúlyi nedvességtartalomban, és a kompaktabb szerkezetben keresendı. A szerkezeti célú (teherviselı elem) használatot - hajlító igénybevétel esetén - a kezelés nem korlátozza.
16000
Hajlító rug. modulusz, MPa
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Hajlító rugalmassági modulusz A kezelések a hajl. szil. modulusz értékeit javítják, vagyis az anyag hajlításra bekövetkezı deformációja kisebb mértékő, mint a kezeletlen anyagnál mért lehajlás. A növekedés oka az alacsonyabb egyensúlyi nedvességtartalomban, és a kompaktabb szerkezetben keresendı. A szerkezeti célú (teherviselı elem) használatot - a deformációkat tekintve - a kezelés nem korlátozza.
12
Ütı-törı munka, J/cm2
10
8
6
4
2
0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Ütı-törı munka A kezelések a fenyı faanyag esetében a dinamikus teherbírást nem csökkentik. Azonban a Bükk faanyag esetében a B175T jelő kezelés mintegy 50%-os csökkenést okoz. Bükk faanyag esetében ridegebb tönkremenetelek következnek be, ami dinamikus igénybevételeknek kitett szerkezeteknél, pl. sportszerek, gépépítés hátrány lehet. Fenyı anyag esetén a szerkezeti célú felhasználást a kezelés a dinamikus teherbírás szempontjából nem korlátozza. 100,00 Keménység - bütü, Keménység - húr, Keménység - sugár,
90,00
Keménység, MPa
80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Keménység A kezelések a keménységeket nem befolyásolják hátrányosan, sıt a bütü irányú keménység még növekedést is mutat (4-bıl 3 kezelésnél). A parketta (és egyéb padlóburkoló) célú felhasználást a kezelés nem korlátozza.
20
Rostra mer. nyomószilárdság, MPa
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Rostra merıleges nyomószilárdság A kezelések a rostra merıleges nyomószilárdságot nem befolyásolják hátrányosan, sıt a kezelés még növekedést is elıidéz (4-bıl 3 kezelésnél). A parketta (és egyéb padlóburkoló) célú felhasználást a kezelés nem korlátozza. 90
Rosttal párh. nyomószilárdság, MPa
80 70 60 50 40 30 20 10 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Rosttal párhuzamos nyomószilárdság A kezelések a rosttal párhuzamos nyomószilárdságot növelik, ami kifejezetten elınyös. A bütü parketta (és egyéb padlóburkoló), bútoripari, szerkezeti (teherviselı elemek) célú felhasználást a kezelés nem korlátozza.
140
Rosttal párh. Húzószilárdság, MPa
120 100 80 60 40 20 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Rosttal párhuzamos húzószilárdság A kezelések a rosttal párhuzamos húzószilárdságot csökkentik, ami tekintve, hogy a fa teherviselı szerkezeteket általában nem tervezik húzási igénybevételre, nem kizáró tényezı a szerkezeti (teherviselı elemek) felhasználását tekintve. Fenyı esetében a csökkenés nem jelentıs, bükk esetében azonban közel 50%-os (B175T).
3
2,5
2-3 mm = "standard" minıség
Görbület, mm
2
1,5
1-2 mm = "quality" minıség
1 0-1 mm = "exkluzív" minıség 0,5
0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Belsı feszültségek (görbületek) A kezelések következtében nem jelentek meg az anyagban számottevı belsı feszültségek. Mindegyik anyag exkluzív minısítéső a belsı feszültségek tekintetében. Ez a jellemzı igen kedvezı abban a tekintetben, hogy a kezelt anyag továbbfeldolgozása során, ill. beépítve nem kell számottevı deformációkkal számolni. Intenzívebb (175°C fölötti) kezelés hatására bükk faanyag esetén várhatóan nıni fognak a belsı feszültségek. Fenyı anyag esetében ilyen hatás nem várható.
2. A kezelés hatása a vízzel szembeni ellenálló képességre
Egyensúlyi fanedvesség, %, rp = 50%, t = 20°C
14 12 10 8 6 4 2 0 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Egyensúlyi fanedvesség A kezelés jelentısen csökkentette az adott klímán érvényes faanyagok egyensúlyi nedvességtartalmát, ami kedvezıen hat a méretstabilitásra (zsugorodás-dagadás csökkenése), és a gombaállóságra. Az alacsonyabb egyensúlyi fanedvesség ugyanakkor magasabb szilárdságot is eredményezhet, ugyanis 1%-os nedvességtartalom-csökkentés mintegy 4%-os !! szilárdságnövekedést hoz magával. Várhatóan intenzívebb kezelésekkel (hımérsékletemelés) tovább javítható a kezelés okozta EMCD. 50 45 40 35 EMCD, %
30 25 20 15 10 5 0 B 140T
B 175T
EF 120T
EF 170T
Egyensúlyi nedvességtartalom csökkenése (EMCD – Equilibrium Moisture Content Depression) A gyakorlatban ezzel a számmal (EMCD) szokás jellemezni a kezelés hatására a kezeletlen anyaghoz viszonyított egyensúlyi nedvességtartalom-csökkenést.
16,00 Maximális dagadás húrirányban [%] Maximális dagadás sugár irányban [%]
14,00
Maximális dagadás, %
12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Dagadás mértéke A faipari termékek egyik kritikus tulajdonsága a nedvességfelvétel és leadás miatti méretváltozás. A kezeléssel a méretváltozások jelentısen csökkenthetık. Bükk és fenyı esetében is jelentıs javulás érhetı el, ami a gyakorlat szempontjából azt jelenti, hogy egy homlokzati burkolat, vagy padlóburkolat (parketta, stb.) esetén a kezelt anyag használatával jelentısen nagyobb felületek burkolhatók le osztás nélkül, mintha kezeletlen anyagot használnánk.
60,00 ASE Tang ASE RAD
50,00
ASE, %
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00 B 140T
B 175T
EF 120T
EF 170T
Dimenzióstabilitás javulása – ASE (Anti Swelling Efficiency) ASE –Tang –húrirányú méretstabilitás javulása ASE –RAD – sugárirányú méretstabilitás javulása
A dimenzióstabilitás javulását, vagyis a kezelés dagadást gátló hatását a szakmában az ASE együtthatóval szokás kifejezni, ami megmutatja, hogy a kezelés milyen arányban csökkentette a faanyag dagadási (zsugorodási) hajlamát. Az adatokból kivehetı, hogy az intenzívebb kezelés hoz csak 10% fölötti javulást. Az intenzív kezelés azonban bükk esetében közel 50%os, fenyı esetében közel 30%-os javulást eredményez, ami számottevı. Várhatóan intenzívebb kezelésekkel (hımérsékletemelés) tovább javítható a kezelés okozta ASE.
3. A kezelés hatása a gombaállóságra 40,00
Lepketapló (Coriolus versicolor) Pincegomba (Coniophora puteana) Házi kéreggomba (Poria placenta)
35,00
Tömegcsökkenés, %
30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 B Kontroll
B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T
EF 170T
Gombaállóság A faanyagok gombákkal szembeni ellenálló képességét a minták tömegcsökkenésével fejezzük ki. A kezelés egyértelmően javítja a faanyag vizsgált gombákkal szembeni ellenálló képességét. A kémiai favédıszerek hatásossági küszöbét (5%) csak a pincegombával szemben sikerült elérni. Ugyanakkor megjegyezzük, hogy a hıkezeléssel modifikáló más eljárások (pl. ThermoWood) sem érik el az 5%-os küszöböt (lásd Szakvélemény 2. részét). A faanyagok kültéri ellenálló képességét jelentısen növelik az intenzívebb kezelések mindkét fafaj tekintetében. Az adatok alapján a B175T és EF 170T jelő anyagok alkalmasak talajjal közvetlenül tartósan nem érintkezı kültéri célokra, ilyenek pl.: kerti bútor, teraszburkolatok, homlokzat burkolatok. A B140T és az EF 120T jelő anyagok kültérben való használata csak szakszerően elvégzett gombavédelem esetén javasolható. A talajjal közvetlenül tartósan érintkezı helyeken történı alkalmazásokhoz (pl oszlopok) a kezelések meggyızı védelmet nem tudtak biztosítani. A talajban való tartósság megállapításához javasolt további kültéri vizsgálatok elvégzése a B175T és EF 170T jelő anyagokkal, ill. nemzetközi szakirodalmi tapasztalatok alapján (lásd Szakvélemény 2. része) javasolt magasabb hımérséklető kezelések végrehajtása (ca. 200°C).
90,00 80,00 70,00
L* - Világosság
60,00 50,00
UV elıtt UV után
40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 B Kontroll B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T EF 170T
12,00
a* - vörös színezet
10,00 8,00 UV elıtt UV után
6,00 4,00 2,00 0,00 B Kontroll B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T EF 170T
40,00 35,00
b* - sárga színezet
30,00 25,00 UV elıtt UV után
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 B Kontroll B 140T
B 175T
EF Kontroll
EF 120T EF 170T
Szín A faanyagok színét az ún. Lab színkoordinátarendszerben szokás definiálni. A három koordináta: L* - világosság a* - vörös színezet b* - sárga színezet Szín – Kezelés hatása L* - világosság – változást az intenzívebb kezelés hozott, a fanyagok világossága csökkent, vagyis sötétedett. a* - vörös színezet – a kezelés a bükk esetében kismérvő, a fenyınél jelentıs vörös színtartalom csökkenést eredményezett. b* - sárga színezet – a kezelés a bükk esetében csökkentette a fenyı esetében növelte a sárga színtartalmat Szín – UV-sugárzás hatása (800W/m2 teljesítményő higanygız lámpa, UVB-sugárzás, t = 60h expozíciós idı) L* - világosság – a kontroll és a közepes intenzitással kezelt anyagoknál a világosság csökkent (fakukulás), az intenzív kezeléseknél világosság jelentıs mértékben nem változott. a* - vörös színezet – a kezelés a bükk esetében inkább csökkentette a vörös színezetet, míg a fenyınél jelentıs vörös irányú eltolódás volt megfigyelhetı. b* - sárga színezet – a közepes intenzitású kezelésnél és kontrollnál jelentıs sárgulás volt megfigyelhetı, míg azu intenzíven kezelt anyagok sárga színtartalma gyakorlatilag nem
változott. Összegzésként megállapítható, hogy az intenzív kezelés UV-stabilabb színt eredményez a kontrollhoz képest, kivétel ez alól a fenyı vörös színtartalma, ami jelentıs növekedést mutat. Az elvégzett vizsgálatok alapján a hıkezelt faanyag színe nem teljesen UV-stabil. Különösen kültérben fontos az esztétikus barna szín védelme (UV-filteres bevonat). Beltérben (kisebb UV-terhelés) várhatóan a kezeletlen faanyaghoz hasonlóan viselkedik, nem igényel extra védelmet.
Összefoglalás: Vizsgálataink alapján kijelenthetjük, hogy a kezelések számos tekintetben elınyösen befolyásolták a faanyagok (bükk, fenyı) tulajdonságait. A szilárdsági értékek változása (csökkenése) nem olyan mértékő, hogy az hátrányosan befolyásolná a szerkezeti célú (teherviselı) felhasználást a kezeletlen anyagokhoz képest. A vízzel szembeni viselkedés jelentısen javult. Jelentısen csökkent a zsugorodás mértéke, és az egyensúlyi nedvességtartalom. Stabil méretek és növelt gombaállóság. A gombákkal szembeni ellenálló képességet a kezelések növelték. A termékek élettartama jelentısen növelhetı. Megjegyezzük, hogy a kültéri, talajjal való érintkezés esetén az anyag viselkedése ezen vizsgálatokkal elıre nem jelezhetı. A kezelések a faanyag színét kellemes barnás árnyalatúvá színezték. A kialakult szín, akárcsak a természetes faanyag színe nem UV-stabil. Kültéri felhasználás esetén a kezelt faanyagok színe világosodik, szürkül, de ez a jelenség más gyártók hıkezelt faanyagánál is megfigyelhetı. A szín megırzésére kültérben UV-védelem javasolt.
Sopron, 2009. március 06
A jelentést készítette:
__________________________ Dr. Németh Róbert egyetemi docens okl. faipari mérnök
Szakvélemény 2. rész a MEDIATOR Kft által hıkezelt faanyagokról a ThermoWood eljárással kezelt faanyagokkal történı összehasonlítás alapján Thermowood EP 0 695 408 B1 Int appl. Nr: PCT/FI94/00190 Int publ. Nr: WO 94/27102 (24.11.1994 Gazette 1994/26) „Method for increasing the resistance of cellulosic products against mould and decay” „Cellulóztartalmú anyagok penész és farontó gombákkal szembeni ellenálló képességének növelése”
1. ábra.
A ThermoWood eljárás általános kezelési sémája
Erdeifenyı esetén a jó gombaállóság elérésére javasolt kezelési paraméterek: t = 2-8h, T = 200-250°C (egyéb fafajoknál kissé alacsonyabb hımérséklet is elegendı: 175-210°C). Nedvességgel szembeni viselkedés (ASE) javulása 50-70%.
Gombaállósági vizsgálatok 1. táblázat. A ThermoWood eljárással kezelt anyagok a gombaállósági vizsgálatokhoz Pine – erdeifenyı Birch – nyír Larch – vörösfenyı Spruce - lúcfenyı
2. ábra. A ThermoWood termék gombaállóságának változása a %-os tömegcsökkenéssel kifejezve különbözı kezelési fokozatoknál és fafajoknál
A 2. ábra szerint (ThermoWood) a 160°C-os kezelés nyírnél (4) nem hozott javulást, a lúcfenyı 180°C-os kezelése viszont jelentıs javulást eredményezett. Az NymE Faipari mérnöki Karának laboratóriumában végzett gombaállósági vizsgálatok eredményeit mutatja be a 3. ábra. 40 Lepketapló Pincegomba Házi kéreggomba
35
Tömegcsökkenés (%)
30 25 20 15 10 5 0 EF/Kontroll
EF/120T
EF/170T
B/K
B/140
B/175
Kezelések
3. ábra. A Mediator Kft anyagain mért gombabontás mértéke (5%-os érték alatt mondható hatásosnak védıszeres kezelés esetén) A 3. ábráról leolvasható, hogy a kezelések 16 hetes expozíciós idı milyen mértékben befolyásolták a gombabontás értékeit az egyes farontó gombáknál. 2. táblázat.
A Mediator Kft anyagain mért gombabontás mértéke EF/Kontroll
Pincegomba (Coniophora puteana) Házi kéreggomba (Poria placenta)
EF/170T
32,5
27,3
12
24,5
26
6,7
B/K Lepketapló (Coriolus versicolor) Pincegomba (Coniophora puteana) Házi kéreggomba (Poria placenta)
EF/120T
B/140T
B/175T
36,5
26,3
4,6
15,4
4,4
3,4
32,8
24,2
8,2
A gombabontás értékeibıl az a következtetés vonható le, hogy: 1. Erdei fenyı esetén a 170T jelő kezelés jelent védelmet a gombák ellen 2. Bükk esetén a 140T és a 175T jelő kezelés is ad védelmet a vizsgált farontó gombák ellen. Mindkét fafajra elmondható, hogy a kezelési hımérséklet növelésével további gombaállóság fokozódása várható. Az 5% alatti küszöböt, ami a védıszerek hatékonyságának bizonyítéka csak a B140T és B175T anyagok érték el pincegomba esetén. Az elvégzett laboratóriumi vizsgálatok alapján kijelenthetı, hogy az eljárás alkalmas a farontó gombákkal szembeni ellenálló képesség növelésére. A talajjal való érintkezéssel járó felhasználási területeken való alkalmasságra az elvégzett vizsgálatok alapján javaslatot tenni nem lehet, mert az olyan fokozott igénybevételt jelent, amire több éves kitettségi vizsgálatok szükségesek. A ThermoWood nevő anyaggal történtek ilyen vizsgálatok, ami alapján a talajjal való tartós érintkezéssel járó helyeken nem javasolt az alkalmazása.
Szilárdságok változása Az egyes szakirodalmak „óvatosan” adják meg kezelési paramétereiket (hımérséklet/idı, közeg). A szabadalmi leírásokban (mint a ThermoWood) a tömegcsökkenés mértékéhez adják meg a szilárdságok változását.
3.a ábra. A ThermoWood termék hajlítószilárdságának változása a tömegcsökkenés függvényében A leírtak alapján a 10%, vagy afeletti tömegvesztés hatására kb. 20%-os szilárdságcsökkenés lépett fel.
3.b ábra. A ThermoWood termék hajlítószilárdságának változása a hımérséklet függvényében
A Mediator Kft anyagainak hajlítószilárdsági értékei: EF/Kontroll EF/120T EF/170T Hajl.szil [MPa] Hajl szil. Változása [%]
63,31
71,07
65,33
+12,26
+3,19
B/K
116,47
B/140T
B/175T
152,29
114,46
+30,75
-1,73
Az adatok alapján megállapítható, hogy a kezelt anyagok hajlítószilárdsága a közepes kezelés hatására (EF/120T és B/140T) nıtt, az intenzívebb kezelés hatására gyakorlatilag nem változott.
Vízzel szembeni viselkedés változása
4.a ábra. A ThermoWood eljárással kezelt faanyagok húrirányú zsugorodásának csökkenése a tömegcsökkenés függvényében (fafaj nincs megadva, vélhetıen lúcfenyı)
A Bükk 175T jelő anyagnál a csökkenés mértéke 53,86%, ez EF 170T jelő anyagnál 28,55%. A ThemoWood eljárás ezeket a javulásokat már 1 %-os tömegvesztés esetén is produkálja. A Mediator kft anyaga elmarad ebben a tekintetben. Ugyanakkor a kezeletlenhez képest elért 50%-os javulás azt jelenti, hogy padlóburkolat esetén a faanyag rostirányára merılegesen akár kétszer nagyobb mérető helység is burkolható a padlóburkolat megosztása (hézagolás) nélkül.
5. ábra. anyagoknál
Egyensúlyi fanedvesség %-os csökkenése ThermoWood eljárással kezelt
Vizsgálat megnevezése
Bükk
Erdeifenyı
Kontroll Egyensúlyi fanedvesség (t=20°C, rh = 50%) EMCD % Egyensúlyi fanedvesség csökkenése (t=20°C, rh = 50%)
140°C
175°C
Kontroll
120°C
170°C
10,21
8,91
5,47
12,24
10,02
8,87
-
12,73
46,43
-
18,14
27,53
Az egyensúlyi fanedvesség jelentıs csökkenését sikerült elérni a kezelésekkel a B175T és az EF170T anyagoknál. E jelenség szorosan összefügg a zsugorodási képesség csökkenésével (ASE),
