Fafizika 1. előadás Bevezetés

Átírás

1 Fafizika 1. előadás Bevezetés Dr. habil. Németh róbert NYME, FMK, Faanyagtudományi Intézet

2 A fatest általános fizikai jellemzése A fatest fizikai szempontból egy háromfázisú - fa-víz-levegő - rendszernek tekinthető. %3Fdata_id%3D2756&docid=iFAlskgsKe vnjm&imgurl= upload/haromkep/mi_levego.jpg&w=1024 &h=522&ei=yvzgt- O_EI31sgb95LT7BQ&zoom=1&iact=rc& dur=468&sig= & sqi=2&page=1&tbnh=101&tbnw=199&sta rt=0&ndsp=20&ved=1t:429,r:0,s:0&tx=11

3 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely kristályos szerkezetű, de jelentős amorf részekkel (lignin) is rendelkezik, 9_Taipale.html&docid=y1e8KtlE_TJSCM&imgu rl= cale/400/250/newsletter_0209/figure2.jpg&w=40 0&h=250&ei=E1NgT76MIczwsgbsl- W7CQ&zoom=1&iact=hc&vpx=955&vpy=508& dur=6161&hovh=177&hovw=284&tx=119&ty=9 5&sig= &page=2&tbnh =138&tbnw=221&start=24&ndsp=26&ved=1t:42 9,r:4,s:24

4 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely kristályos szerkezetű, de jelentős amorf részekkel (lignin) is rendelkezik, Mikrofibrillák réteges szövete egy növényi sejt falában d%3d159%26topic%3d%26citation%3d9%26ge neral%3d%26restsection%3d&docid=lk0idpcqh ZM_gM&imgurl= ery/originals/cellulose_processed_by.jpg&w=15 95&h=1468&ei=E1NgT76MIczwsgbsl- W7CQ&zoom=1&iact=hc&vpx=797&vpy=472& dur=1219&hovh=215&hovw=234&tx=182&ty=1 33&sig= &page=1&tbn h=145&tbnw=158&start=0&ndsp=24&ved=1t:42 9,r:15,s:0 Hemicellulóz Parakristályos cellulóz (amorf) Kristályos cellulóz

5 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely inhomogén, mivel a fatest különböző pontjaiban a tulajdonságai tág határok között változnak, Hegedű CT felvétele. Korai-kései pászta Világos sávok magas sűrűség ( kg/m3), sötét sávok alacsony sűrűség ( kg/m3)

6 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely inhomogén, mivel a fatest különböző pontjaiban a tulajdonságai tág határok között változnak, ephoto.com/media /29134/enlarge&d ocid=tgysx3o_d GLvZM&imgurl= ephoto.com/image /29134/large/B Wood_structure,_ SEM- SPL.jpg&w=530 &h=388&ei=qlhg T5efJMHzsgbF3I mzbg&zoom=1& iact=hc&vpx=746 &vpy=215&dur= 6082&hovh=192 &hovw=262&tx= 219&ty=118&sig = &sqi=2 &page=3&tbnh=1 55&tbnw=207&n dsp=30&ved=1t:4 29,r:21,s:52

7 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely szerkezeti szempontból ortogonálisan anizotróp (röviden ortotróp), vagyis a tér egymásra merőleges három síkjában (sugár-, húr-, rostirány) a fizikai tulajdonságai sajátosan eltérőek, gurl= 3&ei=L1pgTvpLo3otQa1nO27CQ&zoom=1&iact=rc&dur=253&sig= &page=2&tbnh=150&tbnw=196&start=23&ndsp=29&ved=1 t:429,r:22,s:23&tx=122&ty=49

8 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely a sejtes szerkezetnek megfelelően porózus, és a fentieknek megfelelően különböző irányokban a nedvességváltozás hatására korlátozott mértékben képes zsugorodni és dagadni.

9 A fatest általános fizikai jellemzése Az abszolút száraz faanyag egy olyan szilárd test, amely a sejtes szerkezetnek megfelelően porózus, és a fentieknek megfelelően különböző irányokban a nedvességváltozás hatására korlátozott mértékben képes zsugorodni és dagadni.

10 Vajon mekkor erő kifejtésére képes egy száraz faék, amit megnedvesítenek? Dagadási nyomás, kb. 10 MPa (10 N/mm2) Ék mérete: pl. 50 * 200 mm2 Erő = feszültség * felület F = 10*50*200 = N

11 Vajon mekkor erő kifejtésére képes egy száraz faék, amit megnedvesítenek? +

12 A szilárd testek lehetnek kristályosak és amorfok. A fatest esetében a szilárd vázat alkotó cellulóz és a fapoliózok sajátosan kristályosak, ugyanis a fonalszerű, átlagosan 6 m hosszú cellulóz makromolekulák nemcsak kristályos részeket, hanem amorf szakaszokat is tartalmaznak. Egy molekulán belül esetben változnak a kristályos és az amorf részek. A kisebb polimerizációs fokú fapoliózok (hemicellulózok) kevésbé orientáltak, ezért kvázi kristályos karakterűek. A kristályos anyagok fő jellemzője az anizotrópia. Vagyis egyegy vizsgált tulajdonság szempontjából a különböző irányokban eltérően viselkednek. A természetes faanyag a tér egymásra merőleges három irányában (rost, sugár, és húr) eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik.

13 Az erdeifenyő pl. a statikus hajlító rugalmassági modulusz szempontjából a következő értékeket mutatja (MPa): Erost = 12000, Esugár = 1000, Ehúr = 500. Még jelentősebb az eltérés az egyes irányok között a nedvességváltozás okozta zsugorodási jelenségek esetében. Szintén az erdeifenyőt vizsgálva a következő értékeket regisztrálhatjuk (%): Zrost = 0,3; Zsugár = 4,2; Zhúr = 8,3. E két példa jól érzékeltette, hogy a természetes faanyag esetében a fizikai-mechanikai tulajdonságokat rost-, sugár-, és húrirányokban érdemes vizsgálni.

14 Az ortotróp szerkezet kialakulása összefügg: - a cellulóz fonalmolekulák elemi rostokká, mikrofibrillákká és fibrillákká szerveződésével, amely a sejtfalon belül megfelelő orientáltságot ad az egyes sejtfal-rétegeknek, - mikroszkópos szinten a törzs tengelyével párhuzamosan futó szilárdító-szállító szövetrendszerrel, főleg a hosszirányban megnyúlt, vastag falú farostok és tracheidák biztosítanak orientáltságot az anyagnak és a sugárirányú tulajdonságokat befolyásoló bélsugarakkal, - makroszkópos szinten elsősorban az évgyűrűs, pásztás szerkezettel. A természetes faanyagban azonban jelentős mennyiségben találunk amorf jellegű, izotróp (a tér minden irányába azonos tulajdonságú) részeket is (pl. lignin). A fatest fizikai inhomogenitása nemcsak az ortotróp szerkezetre, hanem egyéb - a növekedést is befolyásoló - ökológiai és erdőművelési hatásokra is visszavezethető (pl. göcsösség, az évgyűrű szerkezet változékonysága).

15 Az ipari hasznosítás szempontjából rendkívül kedvezőtlen inhomogenitás mérsékelhető: - termesztési, erdőnevelési ráhatásokkal (pl. fajtanemesítés, szakszerű nyesés, nevelővágások stb.), - a faválasztékok osztályozásával, válogatásával, - a faanyag ragasztásával (szélességi, hosszúsági, vastagsági toldás, rétegezés), A fatest sajátos ortotrópiáját, inhomogenitását körültekintően figyelembe kell venni a fizikai tulajdonságok meghatározásakor, a gyártási, feldolgozási technológiák tervezésekor és a faszerkezetek méretezésekor. A sejtes, üreges növényi szerkezete miatt a fatest porózus szilárd testnek tekinthető. A porózus faanyag a nedvesség hatására korlátozott mértékben képes méreteit és alakját változtatni (zsugorodik, dagad). E porozitásnak fontos szerepe van a faanyag szárítása, telítése, ragasztása és felületkezelése szempontjából egyaránt.

16 Mechanikai tulajdonságok A faanyag felhasználását befolyásolják: Szöveti, Fizikai, Mechanikai, Kémiai, Technológiai tulajdonságok.

17 Az alkalmazott faanyagnak meg kell felelni az alábbi hatásoknak, igénybevételeknek: Környezeti hatások Mechanikai igénybevételek Kémiai hatások Az építmény funkciójából erdő terhelések

18 Köszönöm a figyelmet!