Využití mikrovlnné plastifikace dřeva při výrobě ohýbaných nábytkových dílců

Kateřina Nováčková

Bakalářská práce

Potential of microwave plasticization for wood shaping in furniture production

Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá možnostmi využití mikrovlnné plastifikace při výrobě ohýbaných nábytkových dílců. Zkušební vzorky buku lesního (Fagus sylvatica L.) o rozměrech 20 × 20 × 300 mm byly rozřazeny do 8 skupin (každá skupina obsahovala 15 vzorků). Vzorky první referenční skupiny (Ref1) byly testovány při vlhkosti 0 % a teplotě 20 °C, referenční skupina Ref2 byla testována při vlhkosti 0 % a teplotě 80 °C. Poslední referenční skupiny (Ref3) byla klimatizována na mez hygroskopicity (MH). Vzorky pro plastifikaci pařením (Vp) byly klimatizovány na MH a vystaveny teplotě 100 °C po dobu 1 hodiny. Mikrovlnná (MW) plastifikace byla prováděna při výkonu 1,5 a 3,5 kW za použití mikrovlnného kontinuálního laboratorního zařízení. Zkušební vzorky byly máčeny ve vodě pro dosažení vstupní vlhkosti ~ 60 %. Výsledná vlhkost MW plastifikovaných vzorků se pohybovala okolo 20 % (MW1), 30 % (MW2 a MW4) a 40 % (MW3). Z důvodu sledování vlivu velikosti průřezu a praktického uplatnění v nábytkářském průmyslu byly dále použity vzorky o rozměrech 30 × 30 × 450 mm. Tyto vzorky byly rozřazeny do dvou skupin (Ref a MW), obě skupiny obsahovaly 20 vzorků. Efekt plastifikace byl měřen zkouškou v tří-bodém ohybu. Plasticita dřeva byla hodnocena pomocí modulu pružnosti (MOE), meze pevnosti (MOR) a průhybu. Výsledky referenčních vzorků potvrdily vliv teploty a vlhkosti na MOE a MOR. Bylo potvrzeno, že vliv vlhkosti (0 % a MH) je významný a bylo zaznamenáno snížení pevnosti o 65 % a snížení MOE o 40 %. Paření, které je běžně používané při plastifikaci dílců k ohýbání, vedlo ke zvýšení plasticity (snížení MOE o 65 %) a průhybu (70 %) v porovnání s Ref1. U vzorků plastifikovaných MW při 1,5 kW a 3,5 kW z počáteční vlhkosti 60 % na výstupní vlhkost 30 % byl zjištěn výrazně vyšší průhyb (až o 1,5 mm) a zvýšení plasticity (MOE pokles o cca 72 %). Na základě výsledků provedených experimentů lze konstatovat, že mikrovlnná úprava má velmi podobné účinky na plasticitu dřeva, ve srovnání s nejvíce používanou technologií plastifikace – pařením. Výsledky práce prokazují vysoký potenciál MW plastifikace pro účely ohýbání a tvarování dřeva pro nábytkářský průmysl. Snížení času a energetické úspory jsou považovány za hlavní výhody této technologie. Práce přispěla k bližšímu poznání procesu MW plastifikace a vlastnostem takto upraveného materiálu. Práci by bylo vhodné dále rozšířit o optimalizaci procesu MW plastifikace dřeva pro konkrétní ohyby/tvary, popř. sledování vlivu MW na strukturální změny.

Abstract:

This bachelor thesis is dealing with microwave plasticization for wood shaping and its potential utilization in furniture industry. European beech (Fagus sylvatica L.) specimens of dimensions 20 × 20 × 300 mm were sorted into 8 groups (each group consisted 15 specimens). Reference specimens (Ref1) were tested as oven-dried at room temperature, furthermore reference specimens (Ref2) were tested as oven-dried at 80 °C and last reference group (Ref3) was conditioned to fiber saturation point (FSP). Specimens of conventional, steam plasticization (Vp) were conditioned to FSP and heated at 100 °C for 1 hour. Microwave plasticization was carried out at 1,5 and 3,5 kW using continuous laboratory MW device All MW specimens were soaked in water in order to reach approx. 60 % of MC.Output moisture content (MC) of MW treated specimens was 20 % (MW1), 30 % (MW2, MW4) and 40 % (MW3). Moreover, additional specimens of dimensions 30 × 30 × 450 mm were used to up-scale its possibilities of use. These specimens were sorted into 2 groups (Ref and MW), each group consited 20 specimens. Effect of plasticization was measured by means of static 3-point bending test. Plasticity of wood was evaluated by modulus of elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR) and deflection. Results of reference specimens confirmed influence of temperature and moisture content on MOE and MOR. Influence of moisture content (0 % and FSP) was found to be more significant and 65 % decrease of strength MOR and 40 % of MOE is reported. Steam plasticization, as a conventionally used method for shaping, led to increase of plasticity (decrease of MOE about 65 %) and deflection (70 %) when compared to Ref1. Significantly higher deflection (up to 1,5 mm) and increase of plasticity (MOE decreased about 72 %) was found for specimens plasticized by MW at 1,5 kW and 3,5 kW from initial moisture 60 % to output moisture 30 %. Based on results, it can be stated that microwave technology have similar effects on wood plasticity, when compared to conventional method wood plasticization – steaming. Results of present thesis confirmed high potential of MW plasticization for wood shaping. Reduction of time and safe energy might be considered as a great advantage for furniture production. Futher studies should be done in future in order to reveal effect of MW on structural changes, eventually to optimize process for specific shapes.

Klíčová slova

mikrovlnná plastifikace, ohýbání, mikrovlnný ohřev, buk lesní (Fagus sylvatica L.), plastifikace dřeva, výroba nábytku

Keywords

plasticization of wood, microwave plasticization, bending, furniture production, microwave heating, european beech (Fagus sylvatica L.)

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 5. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Petr Čermák, Ph.D.

Mendelova univerzita v Brně

Lesnická a dřevařská fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Nábytek / Tvorba a výroba nábytku