Vliv chemické modifikace na vybrané vlastnosti dřevěné pružiny

Bc. Filip Novák

Master's thesis

The effect of chemical modification on chosen properties of a wooden spring

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá vlivem chemické modifikace na vlastnosti dřevěné pružiny. Pružina byla vyrobena z hranolku dřeva buku lesního (Fagus sylvatica, L.). Ohybový poměr byl zvolen v poměru 1:4 tloušťky ku poloměru (kružnice ohybu). Účinnost chemické modifikace anhydridem kyseliny octové byla měřena pomocí hmotnostního přírůstku (WPG) v procentech. Acetylace byla provedena s účinností 18 % WPG (při plné acetylaci 25 % WPG bylo pozorováno porušení ohýbaného prvku, především tlakovým namáháním). Vybrané vlastnosti pružiny byly hodnoceny ve čtyřech vlhkostních stavech (suché, v prostředí s 65 %, 85 % a 99 % rovnovážné vlhkosti vzduchu a 20 °C). Vliv acetylace na mechanické vlastnosti byl prokázán. Ve vlhkých podmínkách prokázaly acetylované vzorky vyšší smykový modul pružnosti a vyšší tuhost pružiny. V suchých podmínkách prokázaly acetylované vzorky nižší smykový modul pružnosti a nižší tuhost pružiny. Vliv acetylace na rozměrovou stabilitu byl prokázán. Acetylované vzorky prokázaly snížení rovnovážné vlhkosti dřeva o polovinu (46-56 %) v porovnání s referenčními vzorky. Acetylované vzorky prokázaly snížení bobtnání o polovinu u radiálního (41-56 %) a o polovinu u tangenciálního (46-59 %). Bylo pozorováno stejnoměrnější bobtnání (poměr radiálního a tangenciálního bobtnání) acetylovaných vzorků. Vliv acetylace na stabilizaci tvaru byl prokázán. Tvarová stabilita acetylované pružiny byla hodnocena změnou průměru pružiny v různých vlhkostních stavech. Se stoupající vlhkostí bylo pozorováno zvětšení průměru acetylované pružiny (5-16 %) a zvětšení průměru referenční pružiny (10-40 %). Redukce rozměrových změn průměru byla pozorována (57-75 %).

Abstract:

This thesis focuses on the influence of chemical modification on a wooden spring.The spring was made of beech wood (Fagus sylvatica, L.). Bending ratio was chosen 1:4 thickness to radius. The effectiveness of the chemical modification with acetic anhydride was measured by weight percentage gain (WPG). Acetylation was made with 18 % WPG (at full acetylation 25 % WPG was observed damage of bent wood mostly by compression stress). Chosen spring properties was evaluated in four moisture states (dry, in condition of 65 %, 85 % and 99 % relative humidity and temperature 20 °C). Influence of acetylation on mechanical properties was proven. In wet condition acetylated samples proved higher shear modulus of elasticity a higher rigidity of spring. In dry condition acetylated samples proved lower shear modulus of elasticity a lower rigidity of spring. Influence of acetylation on dimension stability was proven. Acetylated samples proved reduction of equilibrium moisture content (46-56 %) in comparison to reference samples. Acetylated samples proved swelling reduction in radial direction (41-56 %) and in tengential direction (46-59 %). More regular swelling (ratio of radial and rangential) was observed at acetylated samples. Influence of acetylation on shape stability was proven. Shape stability of acetylated spring was evaluated by change in diameter of spring in different moisture states. Wet conditions caused enlargement of acetylated spring diameter (5-16 %) and of reference spring diameter (10-40 %). Reduction of shape changes was observed (57-75 %).

Keywords

smykový modul pružnosti, ohýbání dřeva, tvarová stabilita, buk lesní, Pružina, chemická modifikace, acetylace, rovnovážná vlhkost dřeva (RVD), bobtnání

Keywords

equilibrium moisture content (EMC), Spring, shear elastic modulus, european beech, acetylation, shape stability, wood bending, chemical modification, swelling

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Jakub Dömény, Ph.D.
• Reader: Richard Hrčka, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Master programme:
Technology And Management In Wood Processing