Postopek izdelave LVL (slojnatega furnirnega lesa) iz bukovine (Fagus sylvatica)

Postopek izdelave LVL (slojnatega furnirnega lesa) iz bukovine (Fagus sylvatica) Inovacija, predstavljena v tej publikaciji, je bila izbrana v okviru projekta FOREST4EU. V tem projektu so bile zbrane inovacije, ki so jih v zadnjih letih ustvarile različne operativne skupine v gozdarskem sektorju na evropski ravni. V različnih postopkih določanja prednostnih nalog s strokovnjaki iz sektorja je bilo izbranih 20 inovacij, ki so najbolj pomembne za okrepitev prenosa njihovih rezultatov na področje gozdarstva. V okviru tega postopka je bila inovacija „LVL (slojnati furnirni les) iz bukovega lesa“, razvita v okviru operativne skupine GO FAGUS, izbrana kot izdelek posebnega pomena za prenos znanja v Španiji. Za več informacij obiščite spletno stran projekta https://www.forest4eu.eu/. Kaj je luščenje in kakšen je postopek luščenja? LVL (slojnati furnirni les) je izdelek, narejen iz zaporedno zloženih slojev luščenega furnirja (Slika 1). Takšno pridobivanje materiala ima sledeče posledice: José Luis Villanueva, Cesefor, Spain Slika 1. Furnir bukve, uporabljen pri izdelavi LVL. Slika 2: Shema luščenja. Vir: Maderas Hermanos Guilen. Surovina za izdelavo tega izdelka je hlodovina visoke kakovost (velikega premera, ravna, s čim manjšo koničnostjo in čim manj grčami, da se med postopkom luščenja furnirja doseže ustrezen izkoristek volumna in kakovost. Zato je pričakovati, da imajo izdelki iz luščenega furnirja boljše lastnosti kot žagan les iste drevesne vrste. Kot pove že ime, se hlod olušči, pri čemer se valj spremeni v list. To lahko najbolj nazorno razumemo tako, da to primerjamo z zvitkom papirja, pri čemer je hlod zvitek, kos papirja pa list (slika 2). Postopek je sledeč: Najprej se hlode olupi. Tako se odstrani lubje in nečistoče, prisotne na hlodih. Nato se hlode pregleda z detektorjem kovin, saj prisotnost kovin v hlodih lahko uniči stroje, ki se uporabljajo pri tem postopku. Hlode se nato kuha ali pari v parilnih jamah, da postane les mehkejši in prožnejši. Tako se doseže več ciljev: prepreči se cepljenje lesa pod napetostjo pri luščenju, zmanjša se upor rezila in podaljša življenjska doba rezalnih orodij. Na koncu sledi luščenje. Prva faza je centriranje hloda. Sledi vpetje hloda v luščilni stroj (kot je prikazano na sliki 2). Ko je hlod v primernem položaju, se mu približa rezilo in reže furnir zahtevane debeline (slika 3), dokler ne doseže minimalnega delovnega premera. Pri postopku nastanejo trije končni proizvodi: neuporabne krpe furnirja, furnir (slika 4) in ostanek srednjega dela hloda, ki ga ni več mogoče luščiti (slika 5). Tako se pridobi surovino za izdelavo vzorcev, testiranih v tem projektu. Za vir izrazov sem uporabljal DN Luka Štunfa. Ko je furnir prispel v prostore podjetja Cesefor, se je v izogib težavam z vlažnostjo furnirja zaradi razlike v klimatskih pogojih v furnirnici in podjetju, nekaj dni uravnovešal na klimatske pogoje v podjetju. Vlažnost je bila merjena z uporovnim merilnikom vlažnosti lesa (slika 6). Ker je izdelek, ki ga izdelujemo LVL, morajo biti vsi furnirni listi enako usmerjeni. Zato je bilo treba paziti, da je bilo to zagotovljeno med izdelavo, zlasti pri majhnih vzorcih 500x500 mm, kjer se hitro zgodi, da se obrne furnirni list in pomotoma izdela furnirna vezana plošča (slika 7). Za namene projekta sta bili izdelani dve vrsti vzorcev: Deske dimenzij 125 x 30 x 2500 mm; Plošče dimenzij 500 x 500 mm, iz katerih so bili narejeni majhni vzorci. Slika 3. Hlod, pripravljen za luščenje. Slika 6: Meritev vlažnosti furnirja z vlagometrom. Slika 4. Furnir, pridobljen iz hloda. Slika 5: Ostanek srednjega dela hloda, ki ga ni več mogoče luščiti. PROIZVODNI PROCES Ravnovesna vlažnost furnirja Pozornost pri usmerjenosti furnirja Ker je izdelek, ki ga izdelujemo LVL, morajo biti vsi furnirni listi enako usmerjeni. Zato je bilo treba paziti, da je bilo to zagotovljeno med izdelavo, zlasti pri majhnih vzorcih 500x500 mm, kjer se hitro zgodi, da se obrne furnirni list in pomotoma izdela furnirna vezana plošča (slika 7). Bukev je iz vidika lepljenja zahtevna lesna vrsta, saj lepilne linije težko izpolnjujejo zahteve predpisov, čeprav je po ugotovitvah nekaterih avtorjev to lahko tudi posledica velike trdote lesa. V tem primeru je bilo uporabljeno dvokomponentno lepilo MUF (melaminureaformaldehidno lepilo) s komercialnim imenom GripProTM Design podjetja AzkoNobel. Uporaba lepila je določena na podlagi tehničnega lista proizvajalca ob upoštevanju zračne vlažnosti in temperature lesa ter prostora za lepljenje, odprtega časa lepilne mešanice, razmerja mešanja lepila, tlaka stiskanja in časa stiskanja. Nekateri parametri, ki se jih upošteva pri izdelavi, so navedeni v preglednici 1. Po kondicioniranju in pripravi materiala in naprav se je začel postopek izdelave. Ta postopek je enak za velike in majhne vzorce, razlika je le v velikosti samega vzorca in uporabljeni stiskalnici. Objekti so bili prototipne narave in ni bilo vzpostavljene linije, ki bi omogočala samostojno nanašanje lepila in trdilca v natančnem razmerju. Zato so bili odmerki pripravljeni tako, da so lepilo in trdilec zmešali tik pred nanosom, da se zagotovi zadostni odprti čas lepila. Nato se je napolnilo rezervoar ročnega valja, s katerim se je nanašalo lepilo. Na ta način sta bila izdelana dva različna izdelka: LVL deske dimenzij 125 x 30 x 2500 mm (slika 8) in vzorci manjših dimenzij, izdelani iz plošč dimenzij 500 x 500 mm (glej sliki 9 in 10). Primerjalo se je njihove lastnosti z lastnostmi konstrukcijskega žaganega lesa. Pozornost pri usmerjenosti furnirja Izbira lepila Izdelava vzorcev Slika 7: Lepljenje in zlaganje furnirja. Preglednica 1: Nekateri parametri, ki se jih upošteva pri izdelavi LVL. Slika 8: LVL deske dimenzij 125 x 30 x 2500. Slika 9: LVL plošča dimenzij 500 x 500 mm, uporabljena za izdelavo vzorcev manjših dimenzij. Slika 10: Vzorci letev za upogibne preizkuse (zgornji) in za natezne preizkuse (spodaj). FAZA TESTIRANJA Upogibni preizkus Natezni preizkus pravokotno na vlakna Na izdelanih vzorcih bodo izvedeni trije različni preizkusi za oceno njihovih mehanskih lastnosti. Upogibni preizkusi, 10 desk;1. Upogibni preizkusi, 50 letev;2. Natezni preizkusi pravokotno na vlakna, 60 vzorcev manjših dimenzij. 3. Upogibni preizkus (ne glede na velikost preskusnega primerka) se izvede tako, da se vzorec podpre na dveh koncih (dvotočkovna podpora). S pomočjo bata deluje navpična sila na dveh točkah, tako da je nosilec na odseku med točkami obremenitve izpostavljen le upogibnim in ne strižnim silam. Ko v tem delu vzorca pride do loma, je to posledica upogibnih sil. Ti preizkusi so bili izvedeni v skladu s predlagano metodologijo standarda EN 408 za žagan in lepljen les, kot je navedeno v standardu EN 14374. Slika 11 prikazuje upogibni preizkus, izveden na deskah, slika 12 pa upogibni preizkus, izveden na letvah. S tem preizkusom se s pomočjo kovinske naprave, izdelane posebej za ta preizkus, ugotovi odziv LVL na vlek pravokotno na vlakna (najbolj neugodna obremenitev, ki ji je les lahko izpostavljen). Ta naprava je sestavljena iz dveh kovinskih objemk, ki prijemata vzorec, ne da bi ga poškodovali. Nato se pomikata stran druga od druge, pri čemer nastane natezna napetost. Na sliki 13 je prikazan eden od teh preizkusov. Slika 11: Upogibni preizkus na deskah. Slika 12: Upogibni preizkus na letvah. Slika 13: Natezni preizkus pravokotno na vlakna. Preizkuse je treba opraviti v časovnem razponu, določenem v standardu. Les se namreč glede na čas izpostavljenosti obremenitvi odziva različno. Poleg tega je v standardu navedeno tudi, kako je treba izvajati obremenitev. Pri krmiljenju obremenitve pa je mogoča izbira med silo in pomikom na časovno enoto (kg/min ali mm/min). Rezultati preizkusov, opravljenih na letvah so prikazani v preglednici 3. Preizkušeni so bili vzorci s prečnim prerezom 25 mm x 20 mm in dolžino 450 mm. Izvedenih je bilo petdeset preizkusov in pridobljene so bile iskane značilne lastnosti v skladu s standardom EN 14358. V tem primeru smo dobili povprečno in karakteristično upogibno trdnost ter skupni modul elastičnosti. Vrednost upogibne trdnosti je prilagojena referenčni dolžini vzorca 300 mm v skladu s standardom EN 14358. Rezultati preizkusov, opravljenih na deskah so prikazani v preglednici 2. Preizkušeni so bili nosilci s prečnim prerezom 120 mm x 30 mm in dolžino 2160 mm. Opravljenih je bilo deset preizkusov in pridobljene so bile zahtevane karakteristične lastnosti v skladu s standardom EN 14358. Določeni so bili povprečna in karakteristična gostota vzorca, povprečna in karakteristična upogibna trdnost ter lokalni in globalni modul elastičnosti. Vrednost upogibne trdnosti je prilagojena za referenčno dolžino vzorca 300 mm v skladu s standardom EN 14358. Rezultati preizkusov, opravljenih na vzorcih manjših dimenzij, so prikazani v preglednici 4. Preizkušeni so bili vzorci s prečnim prerezom 55 mm x50 mm in debelino 20 mm. Izvedenih je bilo trideset preizkusov in pridobljene so bile zahtevane lastnosti v skladu s standardom EN 14358. Pridobljeni sta bili povprečna in karakteristična natezna trdnost pravokotno na vlakna. * Vrednosti v oklepajih ustrezajo koeficientu variacije. CH (%) – Koeficient vlažnosti; 𝜌𝑚 (kg/m³) – Povprečna gostota; 𝜌𝑘 (kg/m³) – Karakteristična gostota, ki ustreza p= 5 %; 𝑓𝑚,𝑚 (MPa) – Upogibna trdnost, povprečna vrednost; 𝑓𝑚,𝑘 (MPa) – Upogibna trdnost, karakteristična vrednost; 𝐸𝑚,𝑔 (MPa) – Globalni modul elastičnosti (s strižnim učinkom); 𝐸𝑚,𝑙 (MPa) – Lokalni modul elastičnosti (brez strižnega učinka). * Vrednosti v oklepajih ustrezajo koeficientu variacije. 𝑓𝑚,𝑚 (MPa) – Upogibna trdnost, povprečna vrednost; 𝑓𝑚,𝑘 (MPa) – Upogibna trdnost, karakteristična vrednost; 𝐸𝑚,𝑔 (MPa) – Globalni modul elastičnosti (s strižnim učinkom). V tem poglavju so predstavljen rezultati, pridobljeni z različnimi preizkusi. REZULTATI Upogibni preizkus na deskah Natezni preizkus pravokotno na vlakna Upogibni preizkus na letvah Preglednica 2: Rezultati upogibnega preizkusa na deskah. Preglednica 4: Rezultati nateznega preizkusa pravokotno na vlakna na vzorcih manjših dimenzij. Preglednica 3: Rezultati upogibnega preizkusa na vzorcih manjših dimenzij. Na podlagi opravljenega dela je bilo mogoče izdelati in ovrednotiti LVL iz hlodovine bukve drugega kakovostnega razreda v skladu z merili za vizualno razvrščanje na žagi. Izvedeni so bili upogibni preizkusi na vzorcih letev in desk ter natezni preizkusi pravokotno na vlakna. Rezultati preizkusov so zadovoljivi in spodbudni, saj so bile dosežene dobre mehanske lastnosti, ki kažejo, da je surovina primerna za proizvodnjo tega izdelka. Če primerjamo lastnosti LVL, ki smo jih ugotovili z upogibnim preizkusom z lastnostmi žaganega lesa iste lesne vrste, so se rezultati izboljšali tako pri upogibni kot natezni trdnosti. * Vrednosti v oklepajih ustrezajo koeficientu variacije. 𝑡,90,𝑚 (MPa) – Natezna trdnost pravokotno na vlakna, povprečna vrednost; 𝑓𝑡,90,𝑘 (MPa) – Natezna trdnost pravokotno na vlakna, 5. percentila. RAZPRAVA Pri analizi rezultatov upogibnih preizkusov, opravljenih na letvah, lahko pričakovano ugotovimo, da so ti vzorci močnejši in bolj togi kot deske. Zlasti razmerje med trdnostmi je 1,67 (k), skupni modul elastičnosti pa 1,43 (k). To je mogoče razložiti z manjšo količino nehomogenosti, ki jih imajo vzorci lesa manjšega prereza v primerjavi z vzorci večjega prereza. Po drugi strani pa je postopek stiskanja s hidravlično stiskalnico z ogravanimi ploščami, ki je bila uporabljena za izdelavo plošč, iz katerih so bile pridobljene letve bolj nadzorovan kot postopek z veliko stiskalnico, ki je bila uporabljena za izdelavo desk. Slednje lahko vpliva tudi na boljše rezultate, dobljene z letvami. Iz rezultatov nateznih preizkusov pravokotno na vlakna je mogoče ugotoviti, da je dobljena vrednost trdnosti 0,94 MPa višja od vrednosti 0,6 MPa, ki je v standardu EN 338 navedena za vse trdnostne razrede lesa listavcev D. SKLEPI Rezultate, pridobljene z upogibnim preskusom na deskah je mogoče primerjati z rezultati, navedenimi za trdnostne razrede žaganega lesa (EN 338) ali lepljenega lesa (EN 14080), čeprav se slednji uporablja za iglavce. Če rezultate primerjamo s trdnostnimi razredi žaganega lesa, lahko kot referenco vzamemo trdnostna razreda D40 in D45. Hkrati lahko rezultate tega preizkusa primerjamo z rezultati, pridobljenimi v projektu EGURALT, kjer je bilo pri upogibu preizkušenih 38 kosov bukovega žaganega lesa druge kakovosti s prečnim prerezom 120 mm x 30 mm. Preglednica 5 prikazuje primerjavo med lastnostmi trdnostnih razredov, pridobljenih za LVL in žagan les. Rezultati nam pokažejo, da je upogibna trdnost LVL večja od upogibne trdnosti preizkusnega vzorca žaganega lesa, čeprav je bilo opravljenih le deset preizkusov desk LVL (kar zmanjšuje karakteristično vrednost). To je skladno z dejstvom, da lesni kompoziti, kot je LVL, izboljšajo lastnosti žaganega lesa zaradi boljšega izkoristka materiala in zmanjšanja nehomogenosti v konstrukcijskih elementih. Preglednica 5: Primerjava indikatorskih lastnosti razredov odpornosti z lastnostmi LVL in žaganega lesa. Contacts Further information https://gofagus.es/ [email protected] FOREST4EU Project FOREST4EU Project [email protected] forest4eu.eu Funded by the European Union (Grant n. 101086216). Views and opinions expressed are however those of the authors only and do not necessarily reflect those of the European Union or REA. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them. partners: