dimenzijska stabilnost lesa - Oddelek za lesarstvo - Univerza v ...

DIMENZIJSKA 

NESTABILNOST 

LESA 

Oddelek za lesarstvo 

Biotehniška fakulteta 

Univerza v Ljubljani 

Opozorilo: 

‣ Kljub pazljivemu in pravilnemu sušenju ne moremo 

zagotoviti popolnoma stabilne vlažnosti lesa. 

‣ S spremembo vlažnosti se pojavljajo tudi 

dimenzijske spremembe 

navlaževanje → nabrekanje 

sušenje → krčenje 

‣ Zaradi nihajoče klime v uporabi ne moremo 

preprečiti delovanja lesa 

1

DIMENZIJSKA STABILNOST LESA 

Dejavniki Sorpcija Dimenzije in oblika 

Specifični Ravnovesna vlažnost Nabrekanje (krčenje) 

Uravnovesna hitrost Nabrekovalna anizotropija 

Nespecifični Dimenzije Orientiranost 

Dodatne obdelave Način razžagovanja 

Klima okolja 

Konstrukcija 


Diferencialni nabrek 

Sprememba dimenzije, če se lesna vlaţnost spremeni za 1% 

V tangencialni (q T ) smeri v radialni (q R ) smeri 

 

T 

qT 

l 

l 

 

R 

qR 

 

 

2 

l1 

 

u 

l0 l0 

u 

Koeficient nabrekanja 

Sprememba dimenzije, če se relativna zračna vlaţnost spremeni za 1% 

V tangencialni (q T ) smeri 

T 

h T 

 

 

u 

h 

s 

q 

R, 

T 

R, 

T 

v radialni (q R ) smeri 

h R 

 

R 

 

 

Sorpcijski kvocient 

Sprememba lesne vlaţnost, če se relativna zračna vlaţnost spremeni za 1%: 

2

Relativna sprememba mase 


Kriteriji za ocenitev dimenzijske stabilnosti 

Kazalnik Neugodno Normalno Ugodno Zelo 

ugodno 

q T 

[%/%] > 0,4 0,3 - 0,4 < 0,3 

q T 

- q R 

[%/%] > 0,2 0,12 - 0,2 < 0,12 

h T 

[%/%] > 0,065 0,050 - 0,065 < 0,050 

h T 

- h R 

[%/%] > 0,035 0,020 - 0,035 < 0,020 

q T 

/q R > 2,0 1,6 - 2,0 < 1,6 

s [%/%] > 0,16 0,15 - 0,16 0,14 - 0,15 < 0,14 


Brezdimenzijska (relativna) sprememba mase 

m( 

t) 

m 

E 

m m 

z 

k 

k 

E e 

kt 

 

E 1 e 

kt 

 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0 

t 1/2 t 1/2 t 1/2 

Čas t [s] 

3


Določanje kazalnikov dimenzijske stabilnosti 

P 2 O 5 = 0% NaNO 2 = 65% 

LiCl = 16% Na Cl = 75% 

CH 3 COOK = 20% ZnSO 4 6H 2 O = 88% 

MgCl 2 6H 2 O = 33% K 2 SO 4 = 94% 


x`2 

A` = T A T T 

x 2 

x`1 

a ij = cos (x`i, x j ) 

 

 

 

cos 

cos( ( 

)) 

cos 

T 

2 

 

 

 

 

cos( 

) 

cos 

 

sin 

2 

 

x 

 

x´ 

11 

21 

x´ 

x´ 

12 

22 

cos 

 

 

sin 

sin 

x 

cos 

 

x 

sin 

 

cos 

 

 

2 

2 

x´ 11 

x11cos 

x22 

sin 2x12 

2 

2 

x´ 22 

x11cos 

x22 

sin 2x12 

11 

21 

x 

x 

12 

22 

cos 

 

sin 

sin 

cos 

sin 

cos 

2 

2 

x´ 

12 

x´ 

21 

( x22 

x11)sin 

cos x12(cos 

sin ) 

 

sin 

 

cos 

 

 

x 1 

4


x´ 

 

 

x´ 

 

x´ 

11 

22 

12 

2 

cos 

2 

 

sin 

 

 

 

sin 

cos 

sin 

cos 

2 

2 

 

 

sin 

cos 

2sin 

cos 

 

 

2sin 

cos 

 

2 

2 

cos sin 

 

x 

x 

x 

2 

x 

x 

2 

´ 11 22 11 22 

11 

 

x 

12 

cos 2 sin 2 

q 

q 

q 

2 

q 

q 

2 

´ T R T R 

T 

 

cos 2 

x 

x 

x 

2 

x 

x 

2 

´ 11 22 11 22 

22 

 

x 

12 

cos 2 sin 2 

q 

q 

q 

2 

q 

q 

2 

´ T R T R 

R 

 

cos 2 

x11 

x22 

x´ 12 

x´ 

21 sin 2 x12 

cos 2 

2 

qT 

qR 

q´ TR 

q´ 

RT 

 

2 

sin 2 

POSTOPKI 

DIMENZIJSKE 

STABILIZACIJE 

5




MOŽNSTI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE 

Proizvajalec 

Kupec, 

uporabnik 

Izvajalec montaže 




Postopki in možnosti omejitve delovanja lesa 

‣ osušitev na primerno vlažnost in vzdrževanje 

konstantnih klimatskih pogojev 

‣ uporaba najprimernejše lesne vrste 

‣ izbira lesa brez rastnih posebnosti in izbira 

orientiranih elementov 

‣ uporaba lesnih kompozitov 

‣ s pravilnim postopkom vgradnje 

‣ z zaščitnimi premaznimi sredstvi, ki delujejo 

hidrofobno in upočasnijo hitrost uravnovešanja in 

‣ Posebni postopki dimenzijske stabilizacije 

6

Sušenje na prostem 

LESNA VLAŽNOST 




• Ravnovesne vlaţnosti lesa v različnih okoljih 

Ustrezni ravnovesni pogoji so pogoj za stabilnost lesa v 

predelavi in uporabi 

32 

30 

28 

26 

24 

22 

20 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

Območje nasičenja celičnih sten (U TNCS ) 

Pričetek krčenja 

Postopki kemične zaščite 

Meja biološke odpornosti 

Konstrukcijski les 

Vrtno pohištvo 

Les za prometna sredstva 

Oprema in pohištvo v neogrevanih prostorih 

Oprema in pohištvo v individualno ogrevanih prostorih 

Oprema in pohištvo v centralno ogrevanih prostorih 

Sušilnično (absolutno) suho stanje 




Zaradi sorpcijske histereze so nihajoča klimatska 

nihanja nekoliko manj problematična 

(Ud 2 –Ud 1 ) > (Ua 2 –Ud 1 ) 

Ud 2 – Ud 1 

Ua 2 – Ud 1 

7




Nihanje relativne zračne vlažnosti 

1 = 30 % 

2 = 80 % 

Lesna vrsta 

Dif. nabrek 

Tang. 

= 50 % 

Rad. 

Iroko 0,19 0,10 

Tikovina 0,22 0,12 

Smrekovina 0,39 0,19 

Borovina 0,36 0,15 

Hrastovina 0,36 0,18 

Bukovina 0,41 0,20 

Sprememba dimenzij: 

BUKOVINA 

tang. 2,05 % 

rad. 1,00 % 

TIKOVINA 

tang. 0,95 % 

rad. 0,50 % 

Sprememba dimenzij pri 80 mm 

širokih elementih 

BUKOVINA 

tang. 

rad. 

TIKOVINA 

tang. 

rad. 

1,64 mm 

0,80 mm 

0,76 mm 

0,40 mm 




Lok je tipična deformacija kompresijskega lesa 

Vzvalovanost kot posledica večjega 

vzdolţnega krčenja tenzijskega lesa 

Sloč (sabljavost) se pojavita pri sproščanju 

rastnih napetosti 

Veţenje juvenilnega lesa s spiralni potekom 

Prepletenost vlaken lahko povzroča 

veţenja ali pa s progasto strukturo 

na radialnem preprezu deluje zelo 

dekorativno 

8




Vzdolžno krčenje 

Radialno krčenje 

Tangencialno krčenje 

KORITAVOST 

VZROKI 

Prečna krčitvena anizotropija 

(večje krčenje v tangencialni smeri) 

Vlažnostni gradient 

(razlika vlaţnosti na zgornji in 

spodnji strani) 




SUŠENJE 

ZGORNJE 

POVRŠINE 

‣ Učinek prečne krčitvene 

anizotropije 

‣ Previsoka začetna vlažnost 

lesa 

‣ Suha klima v prostoru 

NAVLAŢEVANJE 

SPODNJE 

POVRŠINE 

‣ Prenizka začetna vlažnost 

lesa 

‣ Visoka vlažnost talnih 

površin - podlage 

9




Preprečevanje dodatnega navlaževanja od sovgrajenih 

materialov, 

Primerna hidro izolacija, 

Uporaba pomožnih materialov – npr. lepila, ki ne 

vsebujejo vode, 

Primerna konstrukcija 




Vrsta premaznega sredstva vpliva na hitrost 

navlaţevanja lesa 

Premaz 

Permeabilnost 

[(g.cm)/(cm 2 /s/Pa)*10 -14 ] 

Alkid 6,9 

Akril, čisti 24 

Akril, pigmentirani 53 

Epoksi 7,4 

Uretanski 18,2 

Les - vzdolžno 118000 

Les – prečno 14000 

10

Relativna sprememba mase (dimenzije) E 




1 

LES 

Podaljšanje časa uravnovešanja 

in zmanjšanje nabrekanja (krčenja) 

0 

Čas uravnovešanja t 

POSTOPKI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE LESA 

Hitrost vzpostavljanja ravnovesne 

vlaţnosti določajo uravnovesne krivulje 

■ - les 

□ - vodni 

X - nitro-komb. 

* - poliuretan 

+ - “kislinski” 

11




Toplotna obdelava lesa 

Postopki lameliranja 

Vodoodbojni premazi 

Lesno-polimerni kompoziti 

– snovi, ki se ne vežejo v celično steno in jih voda 

lahko izpere 

– snovi, ki se ne vežejo v celično steno, vendar v 

vodi niso topne in 

– snovi, ki se v celično steno vežejo in jih voda ne 

izpira. 


POSTOPKI DIMENZIJSKE STABILIZACIJE 

Kazalniki stopnje učinkovitosti postopkov 

•protikrčitvena učinkovitost 

(antishrinking efficiency – ASE) 

•zmanjšanje nabrekanja 

(reduction in swelling - R ) 

 

K 

T 

ASE( 

R) 

 

 

K 

•vodoodbojna učinkovitost 

(moisture excluding efficiency – MEE) 

•vodoodbojnost 

(water repellency – WR) 

mK 

m 

MEE 

m 

K 

T 

•navzem ali prirast mase 

wight percent gain - WPG 

mT 

m 

WPG 

m 

K 

K 

100 

12


Poleg dimenzijske stabilizacije lesa z mnogimi 

postopki dosežemo vzporedno še naslednje 

učinke: 

‣ vodo-odbojnost 

‣ odpornost proti kislinam ali bazam, 

‣ UV odpornost 

‣ biološka odpornost ali 

‣ termična odpornost; 

‣ pogosto se poveča tudi trdota. 


Najstarejšimi postopki 

prepajanje lesa z naravnimi smolami, voski in olji 

raztopljenimi v topilih - topila izhlapijo trdne snovi 

tvorijo notranje in/ali zunanje »prevleke« 

Premazni sistemi 

13


Križno lameliranje in vezan les 

lepljenci, 

lesni komoziti in 

elementi iz dezintegriranega lesa 


Križno lameliranje (vezan les) 

‣ Zaviralni učinek vzdolžno orientiranega lesa 

proti prečnemu delovanju 

‣ Po debelini ni direktnega zaviralnega učinka 

‣ Učinkovitost je odvisna od vrste uporabljenega 

lepila 

‣ Visoke temperature pri stiskanju zmanjšajo 

higroskopnost 

‣ Tlačne napetosti pri stiskanju znižujejo 

ravnovesne vlažnosti 

14


Toplotna obdelava 

v inertni atmosferi – brez prisotnosti kisika 

‣ Termična razgradnja hemiceluloz v furfurol, 

sladkorje, ki se izpirajo ali reagirajo v netopne 

polimere – učinkovitost odvisna od temperature, 

tlaka, čas, tlaka, vlažnosti lesa. 

‣ Močna razgradnja srednjega sloja vpliva na 

zmanjšanje trdnostnih lastnosti – obrabna 

odpornost 


Vpliv temperature termične obdelave (10 min.) na izgubo 

mase, poslabšanje mehanskih lastnosti in dosežen 

protikrčitveni učinek 

Temperatura 

Izguba 

mase 

Zruš. 

trdnost 

Trdota E- 

modul 

Obrab. 

odpornost 

ASE 

[C] [%] [%] [%] [%] [%] [%] 

210 0,5 2,0 5,0 4,0 40 10 

245 3,0 5,0 12,5 20,0 80 25 

280 8,0 17,0 21,0 40,0 92 40 

15

Relativna sprememba mase E 

Log. časa segrevanja 

[min] 


6 

5 

4 

3 

2 

1 

10% 25% 40% 

0 

120 170 220 270 320 

Temperatura [C] 

Vpliv temperature in časa segrevanja za doseganje 

10, 25 in 40% zmanjšanja nabrekanja 


Čas uravnovešanja t [dni] 

16


Polimerni les – WPC 

Vnos sredstev poteka po kapilarni strukturi 

Hitrost prodiranja 

‣ Prevodnost tkiva 

‣ Viskoznost sredstva 

‣ Drastičnost postopka 

Poraba sredstva 

‣ Poroznost lesa 

‣ Želen učinek 


Vnos sredstev 

‣ vakuumiranje 

‣ povišan tlak 

Utrevanje in stabilizacija 

‣ povišana temperatura 

‣ uporaba katalizatorjev 

‣ sevanje (elektroni, in X – žarki) 

‣ segrevanje v dielektrične polju 

17


Polimerni les – WPC 

Polimerizacija 

‣ Snov se skrči – možnost delovanja 

‣ Polimerizacija ni popolna monomere ostnejo in se 

izločijo 

‣ Stranski produkti – voda, ogljikov dioksid, 

formaldehid 

Adicija 

‣ Reakcija ni popolna 

‣ Monomere ohranijo les bolj plastičen 


“Normalno” 

nabrekanje 

celične stene 

Zapolnjevanje 

celičnih lumnov 

Zapolnjevanje 

odprtin v celični 

steni 

Kemično 

modificirana 

celična stena 

Prečne vezave 

Zamenjava OH s 

hidrofobnimi 

Odstranjevanje 

OH skupin 

18


Monomeri in predpolimeri, ki se uporabljajo pri WPC 

vinil in derivati 

(metil metakrilat, stiren, dialilftalat, 

poliester stiren) 

predpolimeri topni v vodi in 

alkoholu 

(fenol-, urea- in melaminformaldehid 

nizkoviskozne epoksi smole 

navadno čista snov z dodatkom 

za prečno vezavo in/ali obarvanje; 

ne nabreka celične stene, 

zapolnjuje lumne; 

stiren se teţko eliminira iz lesnih 

proizvodov 

obdelava furnirjev (Compreg in 

Impreg); 

fenolne smole imajo svetlo do 

temno rjavo barvo; 

melaminske in sečninske smole 

so svetle in jih je moč obarvati 

so polarne in nabrekajo celično 

steno ter les dimenzijsko 

stabilizirajo 


Monomeri in predpolimeri, ki se uporabljajo pri WPC 

polarni monomeri 

(furfurol) 

modificirani vinilni monomeri 

izocianati 

(poliuretani) 

nabreka celično steno in v vodi 

daje visoko kemijsko odpornost in 

dimenzijsko stabilnost; 

temno rjave barve 

modificirani s polarnimi skupinami, 

ki nabrekajo celično steno, 

so fungicidni ali ognje-odporni 

reagirajo z lesom; 

mogoče jih je modificirati, da 

vsebujejo zaščitna sredstva 

19


Zamreženje - crosslinking 

‣ Higroskopne skupine (- OH) se v osušenem stanju 

medsebojno povežejo z močnejšimi (kovalentnimi) 

vezmi. 

‣ Vodne molekule nimajo dovolj energije za vdor v 

celično steno 

2 Les – OH + OCH 2 Les – O – CH 2 – O – Les + H 2 O 


Zamreženje s formaldehidom 

‣ Segrevanja nad parami formaldehida pri temperaturi 50 

do 60 C – kondenzacija v lesu 

‣Kot katalizator se uporabljajo kisline 

‣mravljična ali ocetna kislina 

(WPG = 5 % ASE < 10 %) 

‣močne mineralne kisline 

(do pH 0 1) ASE 70 % 

2 Les – OH + OCH 2 Les – O – CH 2 – O – Les + H 2 O 

20

Volumenski skček [%] 


Zapolnjevanje (Bulking) 

NBL – se ne veţejo in jih voda izpira (soli, sladkorji, PGE) 

– zmanjšanje relativnega parnega tlaka 

– zapolnitev celičnih sten 

– les je pogosto vlaţen 

NBNL – fenol-formaldehidne smole (impreg, compreg,), vosek 

+ etilen glikol mono etil eter 

BNL – acetilacija – zamenjava hidroksilnih skupin z acetilno 

skupino –CO-CH 3 , ftaliranje –CO-C 6 H 4 -COOH 


12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 

Relativni parni tlak 

BREZ 

BaCl2 

NaCl 

MnCl2 

MgCl2 

LiCl 

Volumensko krčenje smrekovine tretirane z 

različnimi solnimi raztopinami 

21

Volumenski skrček [%] 

Volumenski skrček [%] 


12 

10 

8 

6 

4 

2 

H2O 

BaCl2 

NaCl 

LiCl 

KJ 

KCNS 

0 

0 8 16 24 32 

Lesna vlažnost [%] 

Volumenski skrček smrekovine prepojene z 

različnimi solnimi raztopinami v odvisnosti od 

lesne vlažnosti 


10 

8 

6 

4 

2 

A 

B 

C 

D 

E 

F 

0 

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 

Relativni parni tlak 

Volumenski skrček borovine prepojene z različnim raztopinami v odvisnosti od 

relativnega parnega tlaka: 

A – voda; B – 6,25% saharoza in 6,25% invertni sladkor,C – 12,5% saharoza; 

D – 25,0 % in 80 % saharoza; E – 12,5% invertni sladkor in F – 25,0 in 50,0% 

invertni sladkor 

22

dimenzijska stabilnost lesa - Oddelek za lesarstvo - Univerza v ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?