POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr. Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok: FA 2015. Szeptember 18. 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 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Föld feletti bruttó 7 013 7 086 7 095 7167 7005 6609 7024 6940 7424 8080 7732 7875 Ipari fa 3 438 3 003 2 988 2804 2667 Tűzifa 2 398 2 781 2 672 3136 3246 Kitermelés % 58,1 57,6 56,7 55,6 51,1 50,8 53,6 51,5 56,5 61,8 59,3 60,3 2
A fa felhasználása 35.000. Fafaj ismert 1.500 Ipari feldolgozásra Felhasználása: Fűrészipar Furnér- és lemezipar, Farost- és forgácslapipar Cellulózipar Vegyipar A fa szerkezete I.Mikroszerkezet. -Építőelemek (C, O, H, N, P, S, 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) 3
A C B A fa szerkezete II. Makroszkópikus szerkezet. - bütüs metszet -sugármetszet - húrmetszet - Kéreg -Háncs -Kambium -Fatest -Szijács -Geszt Évgyűrű Edények Gyantajáratok Bélsugarak 4
A fa szerkezete - Kéreg -Háncs -Kambium -Fatest -Szijács -Geszt: Gesztfák, Érett fák, Szijácsfák Évgyűrű: Késői fa-korai fa gyűrűs likacsú, szórtlikacsú Edények Gyantajáratok Bélsugarak A fa szerkezete Bélsugarak Edények: Szórt likacsú/ gyűrűs likacsú fa Szijács Geszt Juvenilisfa Érettfa Törzs Ág Tuskó/gyökér 5
A fa szerkezete Erdei fenyő Hárs ág Csertölgy törzs 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) 6
II. Felépítési hibák (eltérő évgyűrűszerkezet) - göcsösség - csomósság - nyomott- /húzottfa -évgyűrűtorzulás - hullámos rostúság (furnér?) - csavartrostúság -bütűrepedés -álgeszt - gyantásodás/ gyantatáska Fahibák 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 7
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. 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 8
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 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 9
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 Köszönöm a figyelmet! 10