Thermomechanical behaviour of MDF and OSB panels at elevated temperatures

Jakub Klázar

Bachelor's thesis

Abstract:

Tato práce bude zpracována ve spolupráci Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava a Instituto Politécnico de Bragança v Portugalsku v rámci mobility Erasmus+. V Laboratorio de Estruturas e Resistência dos Materiais na IPB probíhá projekt ve spolupráci s firmou MOFREITA vyrábějící nábytek a vybavení interiéru. Cílem projektu nazvaného HiFire Door je navrhnout protipožární dveře s použitím dřevovláknitých desek a různých typů izolace ve sendvičovém systému, jako je minerální vlna, PU pěna nebo korkové desky. Hlavním cílem práce bude výzkum termomechanického chování zmíněných dřevovláknitých desek, MDF a OSB, při zvýšených teplotách simulujících chování při požáru. Budou použity tři hlavní experimentální metody, termogravimetrická analýza, tříbodový ohyb a termomechanická analýza. Testy TGA budou provedeny za účelem stanovení úbytku hmotnosti materiálů při neustále se zvyšující teplotě a různých rychlostech nárůstu teploty. Dalším krokem bude identifikace maximálních hodnot rychlosti úbytku hmotnosti a nalezení příčin těchto maxim. Následně budou na základě experimentálních údajů vypočteny kinetické parametry, jako je aktivační energie a preexponenciální faktor, a to za použití některé z již známých metod. Budou provedeny termomechanické zkoušky pro stanovení mechanické odolnosti materiálů při zvýšené teplotě. Vzorky budou namáhány mechanickým zatížením při konstantní teplotě. Mechanické vlastnosti, pevnost v ohybu a modul pružnosti, budou vypočteny z údajů získaných ze testů TPB. Porovnání výsledků zkoušek při různých teplotních zatíženích bude shrnuto do grafů pro lepší představivost rozdílů. Pro stanovení objemového a rozměrového chování během požáru budou provedeny zkoušky TMA. Vzorky budou umístěny do termomechanického analyzátoru a pomocí softwaru budou sledovány změny rozměrů v důsledku roztažnosti a smršťování. Po dokončení a analýze všech provedených zkoušek bude stanoven zjednodušený vzorec pro lepší popis termomechanického chování bez mechanického zatížení, pouze s tepelným namáháním.

Abstract:

This thesis will be made in cooperation of Vysoká škola báňská – Technical university of Ostrava and Instituto Politécnico de Bragança in Portugal as a part of Erasmus+ mobility. At the Laboratorio de Estruturas e Resistência dos Materiais at IPB there is project in progress in cooperation with furniture and interior equipment producing company MOFREITA. The aim of the project, called HiFire Door, is to design fireproof door using wood-based panels and different types of insulation in multilayer system, like a rockwool, PU foam or cork panels. Main aim of this thesis will be research of thermomechanical behaviour of mentioned wood-based panels, MDF and OSB, in elevated temperatures simulating the behaviour during the fire. Three main experimental methods will be used, thermogravimetric analysis, three-point bending and thermomechanical analysis. TGA tests will be performed to determine the mass loss of materials during constantly increasing temperature and different heating rates. Next step will be to identify mass loss velocity peaks and find causes of the peaks. Subsequently kinetic parameters, such as activation energy and pre-exponential factor, will be calculated, based on experimental data, using one of already known methods. Thermomechanical tests will be performed to determine mechanical resistance of materials in elevated temperature. Samples will be strained by mechanical load in constant temperature. Mechanical properties, bending strength and modulus of elasticity, will be calculated from data obtained from TPB tests. Comparison of results of tests in different temperature loads will be summarized in graphs for better imagination of differences. TMA tests will be performed to determine volume and dimension behaviour during the fire. Samples will be placed into thermomechanical analyser and changes of dimensions, due to expansion and contraction, will be observed by software. After finishing and analysing all the performed tests, the simplified formula will be determined to better describe the thermomechanical behaviour without the mechanical load, only with thermal strain.

Keywords

termická analýza, termogravimetrická analýza, TGA, termomechanická analýza, TMA, tříbodový ohyb, medium density fibreboard, MDF, oriented strand board, OSB, tepelné namáhání, modul pružnosti, pevnost v ohybu, teplotní roztažnost

Keywords

thermal analysis, thermogravimetric analysis, TGA, thermomechanical analysis, TMA, three-point bending, medium density fibreboard, MDF, oriented strand board, OSB, temperature strain, modulus of elasticity, bending strength, thermal expansion

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2023
• Supervisor: Dana Chudová
• Reader: Bohdan Filipi

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Bachelor programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu