POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr. Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok: FA 2017. 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
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 m3 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Föld 7 086 7 095 7167 7005 6609 7024 6940 7424 8080 7732 7875 7517 7354 feletti bruttó Ipari fa 3 003 2 988 2804 2667 Tűzifa 2 781 2 672 3136 3246 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
Megnevezés Erdőterület, hektár 2000 2005 2006 2011 2012 2013 2014 2015 Tölgy 367 020 366 151 371 970 387 056 387 263 387 407 387 140 387 864 Cser 198 579 199 325 199 907 207 322 207 961 208 689 209 836 210 619 Bükk 107 226 105 768 106 487 110 137 110 267 110 552 110 932 111 313 Gyertyán 102 974 94 834 94 315 96 288 96 291 96 173 96 343 96 562 Akác 373 317 405 145 413 873 447 144 447 904 450 114 451 772 455 174 Egyéb kemény lombos 78 370 89 103 90 646 107 450 109 886 111 426 113 011 114 527 Nyár 169 541 182 466 186 499 195 615 195 383 195 833 196 668 196 619 Egyéb lágy lombos 95 973 99 023 99 597 99 451 99104 99 155 98 760 98 566 Erdeifenyő 143 678 133 807 132 572 122 686 121 069 119 425 117 883 116 727 Feketefenyő 70 275 67 369 67 235 64 071 63 350 62 486 61 796 61 036 Egyéb fenyő 29 549 26 997 26 547 23 814 23 212 22 419 21 239 20 318 Összesen 1 736 502 1 769 988 1 789 648 1 861 033 1 861 691 1 863 679 1 865 380 1 869 325 Korosztályok szerint 1 10 éves 259 013 249 500 265 863 246 285 231 101 224 302 216 416 202 968 11 20 éves 302 893 303 960 300 400 319 915 330 248 336 219 341 444 350 910 21 30 éves 262 261 278 412 277 677 296 787 292 732 289 764 285 032 281 883 31 40 éves 210 281 202 737 206 232 232 781 234 835 233 232 232 886 232 888 41 50 éves 166 294 170 077 166 300 155 285 157 252 159 467 162 830 167 770 51 60 éves 122 028 125 789 129 911 145 627 144 162 142 046 139 706 136 992 61 70 éves 125 068 124 661 123 618 112 788 112 807 115 347 114 891 117 740 71 80 éves 96 244 104 454 105 309 116 983 116 748 115 859 116 494 115 817 81 90 éves 79 148 82 233 82 588 82 839 85 688 87 465 90 500 92 363 91 100 éves 56 688 58 204 59 476 64 207 64 758 65 796 67 208 68 329 101 éves és idősebb 56 584 69 961 72 274 87 535 91 359 94 182 97 973 101 667 A fa felhasználása 35.000. Fafaj ismert 1.500 Ipari feldolgozásra Felhasználása: Fűrészipar Furnér- és lemezipar, Farost- és forgácslapipar Cellulózipar Vegyipar 3
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 100 000 felett Hemicellulóz: 20-35 %, rövidebb, amorf, elágazó molekula Lignin: 20-40 %, hálózatos molekula, amorf szerkezet, aromás Fa polimer kompozit (cellulózrostok ligninbe ágyazva) Egyéb: gyanták, zsírok, viaszok (víz, vagy szerves oldószer) A C B 4
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
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
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
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
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
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 2,7 135 10 Hajlító 78 4,6 123 14 Nyíró 6,7 22 15 35 10
Köszönöm a figyelmet! 11