Vliv chemické a tepelné modifikace na mechanické vlastnosti bukového dřeva

Bc. Michal Vodák

Master's thesis

The effect of chemical and thermal modification on mechanical properties of beech wood

Abstract:

Předkládaná diplomová práce je zaměřena na analýzu vlivu vybraných modifikací dřeva buku (Fagus sylvatica L.) a jeho chování při mechanickém namáhání. Bukové vzorky byly chemicky modifikovány pomocí anhydridu kyseliny octové, modifikovány melamin-formaldehydovou pryskyřicí a tepelně modifikovány při teplotách 180, 200 a 220 °C V rámci práce byl posuzován modul pružnosti a mez pevnosti pro zatížení smykem ve směru i kolmo k vláknům, v tlaku ve směru vláken i kolmo na vlákna a ve 3bodém ohybu kolmo na vlákna. Mechanické chování modifikovaného dřeva bylo sledováno při třech navržených vlhkostních stavech, tj. vysušené při 103±2 °C na vlhkost 0 %, klimatizované při relativní vlhkosti vzduchu 65 % a teplotě 20 °C a klimatizované při relativní vlhkosti vzduchu 90 % a teplotě 20 °C. K sestavení napěťově deformačních diagramů byla využita metoda digitální korelace obrazu (DIC) ve formě virtuálního extenzometru. Výsledky prokazují statisticky významný vliv modifikace dřeva na mechanické chování v kontextu změny rovnovážné vlhkosti dřeva. Větší procentuální změny byly pozorovány u hodnot meze pevnosti než u modulu pružnosti. Acetylací dřeva došlo v případě modulu pružnosti v ohybu k potlačení vlivu vlhkosti na statisticky nevýznamnou hodnotu. Zároveň bylo za použití této metody docíleno největšího efektu v podobě navýšení meze pevnosti v tlaku ve směru kolmo k vláknům, a to o 100 %. Všechny typy modifikací prokázaly potenciál pro využití v praxi, a to i pro konstrukční účely. Konkrétní metodu je třeba volit na základě specifikací navrhované konstrukce. Nelze určit jednu metodu, která by v rámci všech aplikací vykazovala nejlepší výsledky.

Abstract:

The presented diploma thesis is focused on the analysis of the influence of selected beech wood (Fagus sylvatica L.) modifications and its behavior under mechanical stress. Beech samples were modified with acetic anhydride, with melamine-formaldehyde resin and thermally modified using temperatures 180, 200 and 220 ° C. The shear moduli and shear strengh parallel and perpendicular to the grain, compression moduli a compression strenght parallel and perpendicular to the grain and 3point static bending moduli and strenght perpendicular to the grain were determined. The mechanical behavior of the modified wood was studied under various MC conditions, i.e., oven dried at 103 ± 2 °C to 0 % moistruce content, conditioned at 65 % relative humidity and 20 °C and conditioned at 90 % relative humidity and 20 °C. The digital image correlation (DIC) method was employed as a virtual extensometer to observe stress-strain diagrams. The results show a statistically significant effect of wood modification on mechanical behavior in the context of equilibrium moisture content. More significant percentage changes were observed for yield strength values compared to the modulus of elasticity. Acetylation of wood lowered the effect of moisture to a statistically insignificant value in the case of modulus of elasticity measured by 3point static bending. Wood acetylation also led to increase of the compressive strength perpendicular to the grain by about 100 %. All types of wood modifications have shown the potential for commercial use, even for structural applications. However, a specific method must be selected based on the requirments of designed construction. It is not possible to determine one modification method that would perform best across all applications.

Keywords

acetylace, buk, chemické modifikace, digitální korelace obrazu, mechanické vlastnosti, melamin-formaldehydová pryskyřice, mez pevnosti, modul pružnosti, ohyb, smyk, tepelná modifikace, tlak, vlhkost

Keywords

digital image correlation, mechanical properties, melamin-formaldehyd resin, modulus of rupture, shear, thermal modification, acetylation, beech, chemical modification, compression, modulus of elasticity, moisture content, static bending

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2022
• Supervisor: Ing. Petr Čermák, Ph.D.
• Reader: Rastislav Lagaňa, Ph.D. Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Master programme:
Technology And Management In Wood Processing