Természetes polimer szerkezeti anyagok: FA

Átírás

1 POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr. Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok: FA Február 14. Erdők: Földfelszín: Európa: Magyarország: Finnország: Hasznosítható: ~60% A fa ~28% ~31% ~19-22% 79% kitermelés 14% védelmi 2,8% közjóléti cél ~70% 1

2 Haszonfák Magyarországon Fafajcsoport, fafaj Tűlevelű fák Lombos fák Lucfenyő Erdeifenyő Vörösfenyő Bükk Tölgy Cser Akác Nyár Egyéb lombos fa 14,4% 85,6% 0,07% 1,5% 0,03% 12,7% 27,1% 13,2% 11,9% 6,3% 14,4% Lombos: akác (25-45év), tölgy (80-100év), bükk (80-100év), cser(40-60év), gyertyán, kőris, éger, nyár Fenyők: erdei (80-100év), luc, vörös A fa felhasználása Fűtés: ~ 55% Ipari szerkezet ~ 33% Papiripar ~ 12% Import ~50-60% Ezer m Föld feletti bruttó Ipari fa Tűzifa Kitermelés % 57,6 56,7 55,6 51,1 50,8 53,6 51,5 56,5 61,8 59,3 60,3 57,6 56,4 2

3 Megnevezés Erdőterület, hektár Tölgy Cser Bükk Gyertyán Akác Egyéb kemény lombos Nyár Egyéb lágy lombos Erdeifenyő Feketefenyő Egyéb fenyő Összesen Korosztályok szerint 1 10 éves éves éves éves éves éves éves éves éves éves éves és idősebb A fa felhasználása Fafaj ismert Ipari feldolgozásra Felhasználása: Fűrészipar Furnér- és lemezipar, Farost- és forgácslapipar Cellulózipar Vegyipar 3

4 A fa szerkezete I.Mikroszerkezet. -Építőelemek Makro: C (~50%), O (~40%), H (5%), N, P, S Mikro Al, Zn, Ag, B, Mn, Cu, Ca, K, Mg) - Fatest felépül: Cellulóz: 40-50%, kristályos váz, molekulatömeg felett Hemicellulóz: %, rövidebb, amorf, elágazó molekula Lignin: %, hálózatos molekula, amorf szerkezet, aromás Fa polimer kompozit (cellulózrostok ligninbe ágyazva) Egyéb: gyanták, zsírok, viaszok (víz, vagy szerves oldószer) A C B 4

5 A fa szerkezete II. Makroszkópikus szerkezet. - bütüs metszet -sugármetszet - húrmetszet - Kéreg -Háncs -Kambium -Fatest -Szijács -Geszt Évgyűrű Edények Gyantajáratok Bélsugarak A fa szerkezete - Kéreg -Háncs -Kambium -Fatest -Szijács -Geszt: Gesztfák, Érett fák, Szijácsfák Évgyűrű: Késői fa-korai fa gyűrűs likacsú, szórtlikacsú Edények Gyantajáratok Bélsugarak 5

6 A fa szerkezete Bélsugarak Edények: Gyűrűs likacsú/ Szórt likacsú fa Szijács Geszt Juvenilisfa Érettfa Törzs Ág Tuskó/gyökér A fa szerkezete Hárs ág Erdei fenyő Csertölgy törzs 6

7 Fahibák A fahiba az adott fafajra jellemző alaktól, felépítéstől, színtől való eltérés. A fahibák keletkezhetnek a fa növekedése során; kitermelése, szállítása és feldolgozása közben. I. Alaki hibák - sudarlósság (1,25cm/m) -tővastagodás - bordásnövés -görbeség - ovalitás - villásnövés - Göcsösség (kieső/benőtt) II. Felépítési hibák (eltérő évgyűrűszerkezet) - göcsösség - csomósság - nyomott- /húzottfa -évgyűrűtorzulás - hullámos rostúság (furnér?) - csavartrostúság -bütűrepedés -álgeszt - gyantásodás/ gyantatáska Fahibák 7

8 Fahibák III. III. Baktériumok és gombák által okozott hibák - fülledés (gomba sejtfalat) - felületi elszíneződés /kékülés (gombák) - bélkorhadás IV. Térfogatváltozás okozta hibák -bél -gyűrűs - fagyrepedés - száradási kéregrepedés V. Egyéb hibák - mechanikai sérülések - madarak, vadak és rovarok okozta hibák -elszenesedés A fa fizikai és mechanikai tulajdonságai A fatest fizikai szempontból egy háromfázisú rendszer, amely: - Kristályos szerkezetű, jelentős amorf részek - Inhomogén, anizotróp - Pórusos szerkezetű, méretét kis mértékben képes változtatni. 1. Sűrűség ~0,16-1,08 (~1,53g/cm 2 ) Balsa 0,16 Vörösfenyő 0,59 Tölgy 0,69 Nyár 0,41 Cseresznye 0,60 Kőris 0,69 Jegenyefenyő 0,45 Juhar 0,63 Körte 0,72 Lucfenyő 0,47 Nyír 0,65 Teak 0,75 Erdeifenyő 0,52 Tiszafa 0,65 Akác 0,77 Éger 0,53 Dió 0,66 Gertyán 0,83 Hárs 0,53 Bükk 0,68 Puszpáng 0,95 Fűz 0,56 Szil 0,68 Ében 1,08 2. Fa és a hőmérséklet kapcsolata -hőtágulás -fajhő -hővezető képesség Abszolult tömör Pórustérfogat hányad Sűrűségek: Nyers (nedves) Normál (20 o C, 65%- 12%), Felületi, stb. 8

9 A fa fizikai és mechanikai tulajdonságai 3. Fa és a víz kapcsolata - nedvességtartalom - zsugorodás - dagadás vízzel telített, élőnedves, félnedves, félszáraz, légszáraz, szobaszáraz, túlszárított, abszolút száraz Zsugor: Simafenyő 8,5% Feketefenyő 14,1% Akác 10,1%, Hárs 14,9%, Bükk 17,9%, Gyertyán 18,8%. rosttelítettségi határ: fafajtól és hőmérséklettől függően ~30% szabad víz A fa fizikai és mechanikai tulajdonságai 4. Elektromos tulajdonságok - fajlagos ellenállóképesség - fajlagos vezetőképesség (nedvességtartalom) - dielektromos állandó 5. Akusztikai tulajdonságok - hang sebessége fában - hangelnyelés, hangszigetelés 6. Optikai tulajdonságok -szín -rajzolat 9

10 Vizsgálatok Húzó, hajlító, nyomó, csavaró, ütve hajlító. A mechanikai tulajdonságok irányfüggők (rost, sugár, húr) Szilárdság: s r, s s, s h Rug. modulus: E r, E s, E h Csúszt. rug. mod.: G rs, G rh, G sh Poisson szám: ν rs, ν rh, ν sh, ν sr, ν hr, ν hs 1. Keménységvizsgálat : Brinell (10 mm), Janka-féle (11,28 mm) 2. Hasítószilárdság vizsgálat 3. Szeg és csavarállóság 4. Súrlódási tényező Fa-fa: 0,3-0,4 szárazon Vizsgálatok A mechanikai tulajdonságok irányfüggők (rost, sugár, húr)! Rost: 100% Sugárirányú: 50/80% Húrirányú: 50-60% Húzás: 100% Nyomás: 50% Szilárdság Lucfenyő Bükk [MPa] Rostirányú Párhuzamos Rostirányú Párhuzamos Nyomó 50 5,8 62 9,5 Szakító 90 2, Hajlító 78 4, Nyíró 6,

11 Köszönöm a figyelmet! 11